Magnetische componenten worden al tientallen jaren in verschillende vermogenselektronica gebruikt. Ze worden in een breed scala aan toepassingen gebruikt. Om de ontworpen magnetische componenten te kunnen implementeren is het essentieel om een goed begrip te hebben van magnetische materialen en aanverwante zaken technologie.
In het vorige artikel hebben we geleerd over de basisaspecten van magnetische materialen, inclusief hun classificatie, kernmaterialen en vormen. Lees verder voor meer informatie over verschillende kernafmetingen, kernsamenstelling, keuze van componenten en toepassingen van magnetische materialen.
Kernmaten
De magnetische kern is een specifiek ontwerp van magnetisch materiaal in een bepaalde vorm dat een hoge magnetische permeabiliteit bezit. Het wordt gebruikt om de magnetische velden in elektrische, elektromechanische en magnetische apparaten te beperken en te geleiden.
De kern is typisch gemaakt van een ferromagnetisch materiaal zoals ijzer of van ferrimagnetische verbindingen zoals ferrieten. Het idee achter het gebruik van materiaal met een hoge permeabiliteit voor dit doel is om de magnetische veldlijnen in het kernmateriaal te kunnen concentreren.
De grootte van de kern varieert voor verschillende toepassingen op basis van het vermogen of het energieniveau van het kernmateriaal. Er zijn verschillende standaardformaten uit voorraad leverbaar om aan de behoeften te voldoen, en er is ook ruimte om de formaten aan te passen voor gespecialiseerde toepassingen.
De maat van de spoelkoker hangt af van de kernmaat en moet dienovereenkomstig worden gekozen. De datasheets die door de fabrikant worden verstrekt, zijn handig voor het bekijken van de standaardafmetingen van de magnetische kern en andere gerelateerde componenten.
Kernassemblage
Het gehele kernsamenstel omvat een spoelkoker, een kern en het bevestigingsmateriaal [1]. Typisch is de magnetische kern verdeeld in twee helften. Ze worden geleverd als bij elkaar passende paren die alleen als paar moeten worden geassembleerd en gebruikt.
De datasheets van de fabrikant bieden waardevolle informatie over temperatuurwisselingsbehoeften en reinigingsmiddelen om optimale prestaties te vergemakkelijken. Ferrietkernen worden het meest gebruikt vanwege hun hoge permeabiliteit en het brede scala aan toegankelijke opties voor verschillende vermogensniveaus en toepassingen.
Standaard tussenruimte die nauwkeurige waarden van inductantie en standaard mechanische afmetingen mogelijk maakt, is een enorm voordeel omdat ze op hun beurt de juiste opties voor spoelvormer en montagehardware mogelijk maken. De beschikbaarheid van een volledige reeks veelgebruikte kernvormen, zoals standaard vlakke E- en I-kernen, helpt bij het vergemakkelijken van snelle prototyping.
Keuze uit componenten
De keuze van ferrietkernvormen is afhankelijk van vele factoren. Elke vorm heeft een aantal belangrijke voordelen ten opzichte van de andere, afhankelijk van de toepassing [2]. In de meeste scenario's is er geen perfecte keuze en is de beslissing een compromis dat rekening houdt met de musthaves. Samen met de kernen is het net zo belangrijk om relevante accessoires te bestellen voor dezelfde, zoals spoelvormers en de montagehardware [3].
Een ander aspect om in gedachten te houden tijdens het ontwerp en de implementatie van de magnetische kern is het aspect van de luchtspleet. Kernen met een luchtspleet zijn handig voor smoorspoelen en hun toepassingen. De varianten in dit type zijn gebaseerd op het verschil in luchtspleetlengtes. Aan de andere kant wordt een kern zonder luchtspleet gebruikt in op transformatoren gebaseerde toepassingen.
In het vorige artikel hebben we de details besproken met betrekking tot de standaardclassificatie van magnetische materialen. Wat betreft de materiaalkeuze op basis van specifieke toepassingen in componenten en essentiële prestatiekenmerken, kunnen magnetische materialen worden vergeleken zoals in Tabel I [4]. Deze vergelijkingen zijn handig tijdens het selectieproces en er kan naar de datasheets worden verwezen om deze waardevolle informatie te verkrijgen voor andere magnetische materialen die worden overwogen.
| Materiaal | Hard ferriet (HF) | AlNiCo (AN) | SMCO (SC) | NdFeB (ND) |
| Adhesive Force | Goed | Medium | Sterk | Heel sterk |
| Maximale werktemperatuur (in graden C) | 200 | 450 | 200 | 80 |
| Corrosiebestendigheid | Heel goed | Heel goed | Goed | arm |
| bewerkbaarheid | Niet mogelijk | Diamant doorslijpen of slijpen | Niet mogelijk | Niet mogelijk |
| Demagnetisatiemogelijkheid | Matig | Eenvoudige |
Extreem moeilijk | Moeilijk |
| Prijs | Laag | Hoge | Zeer hoog |
Matig |
Tabel I: vergelijking tussen verschillende magnetische materialen
Toepassingen van magnetisch materiaal
Magnetische materialen vinden een veelvoud aan toepassingen in ons dagelijks leven, variërend van elektriciteitsopwekking tot elektriciteitsgebruik. Dit zijn onder meer elektromotoren, transformatoren en generatoren. Ze spelen ook een sleutelrol bij het opladen en opslaan van apparatuur in verschillende facetten van gegevensopslagtechnologie, waaronder harde schijven en audiocassettes. Ze worden ook gebruikt in telefoons, cd-spelers, televisie, luidsprekers en videorecorders.
Figuur 1: voorbeeldtoepassingen van magnetische materialen
In termen van de standaardclassificatie van magnetische materialen, worden ferromagnetische materialen meestal gebruikt in permanente magneten en gegevensopslagtoepassingen. Ferrimagnetische materialen worden gebruikt bij de implementatie van inductoren, transformatoren en gerelateerde magnetische componenten.
Superparamagnetische materialen worden gebruikt bij het maken van opnamebanden voor verschillende audio- en videotoepassingen. Enkele voorbeelden van toepassingen van componenten met magnetische materialen worden getoond in Figuur 1.