Hoofdstuk 1: Inleiding tot restmagnetisme
Een van de belangrijkste factoren die de werking en efficiëntie van de solenoïde en elektromagneet beïnvloeden, is het restmagnetisme. In de meeste industriële omgevingen moet de solenoïde correct en snel reageren wanneer de stroomtoevoer wordt onderbroken. Desondanks blijft er, vanwege de fysische eigenschappen van de ferromagnetische materialen, na het uitschakelen van het apparaat enig magnetisme in het anker of de solenoïdekern achter.
Een teveel aan remanentie in solenoïden veroorzaakt talrijke technische problemen, zoals een trage plunjer, een langere reactietijd, storingen in de klep, slijtage en een inefficiënte schakelwerking. De bovengenoemde effecten zijn met name van belang voor de werking van precisiegereedschap zoals doseerpompen, medische apparatuur, magneetventielen en automatiseringssystemen.
Voor ontwikkelaars van hoogrenderende solenoïdeproducten is het van cruciaal belang om de oorzaken van restmagnetisme en de manieren om dit te beperken te kennen.
Hoofdstuk 2: Wat is restmagnetisme??
Restmagnetisme verwijst naar het restmagnetisme dat in het materiaal achterblijft nadat een extern magnetisch veld of elektrische stroom is verwijderd.
Wanneer de solenoïdespoel elektrische stroom ontvangt, vloeit er stroom door de draad die in de spoel is gewikkeld en genereert een magnetisch veld. Dit magnetische veld magnetiseert de ijzeren kern en het anker in de solenoïde. Theoretisch gezien zou het magnetische veld volledig verdwijnen wanneer de stroom wordt uitgeschakeld. In de praktijk blijven sommige gebieden echter gemagnetiseerd en genereren ze een magnetisch veld.
Dit soort resterende magnetische kracht wordt restmagnetisme genoemd.
BrB_rBr
waarbij BrB_rBr de residuele magnetische fluxdichtheid is.
Solenoïde remanentie is een natuurlijke eigenschap van ferromagnetische materialen zoals ijzer en staal.
Hoofdstuk 3: Hoe ontstaat restmagnetisme?
Waarom blijven de magnetische domeinen na magnetisatie behouden?
Binnenin een magnetisch materiaal bevinden zich talloze microscopische magnetische gebieden, ook wel magnetische domeinen genoemd. Onder normale omstandigheden zijn de magnetische domeinen in een materiaal willekeurig gerangschikt.
Na het doorvoeren van de elektrische stroom:
Het magnetische veld zorgt ervoor dat de domeinen zich uitlijnen.
Het magnetische materiaal wordt sterk gemagnetiseerd.
Magnetische kracht trekt het anker of de plunjer aan.
Echter, na het uitschakelen van de stroom:
De meeste magnetische domeinen zullen terugkeren naar hun oorspronkelijke staat;
Sommige magnetische domeinen worden nog steeds uitgelijnd;
Er is een restmagnetisch veld aanwezig in het materiaal;
Zo ontstaat restmagnetisme.
Hoofdstuk 4: Belangrijkste oorzaken van restmagnetisme
4.1 Magnetische verzadiging
Een hoge magnetische verzadiging zorgt ervoor dat er meer uitgelijnde domeinen overblijven na het uitschakelen van de stroom.
4.2 Harde magnetische materialen
Magnetisch hard materiaal behoudt zijn magnetisme gedurende lange tijd.
4.3 Afwezigheid van een luchtspleet
Het ontbreken van een ruimte tussen de kern en het anker leidt tot een hoog restmagnetisme.
4.4 Continue gelijkstroomvoeding
Continue voeding verhoogt de resterende magnetische kracht aanzienlijk.
4.5 Slecht ontwerp van magnetische circuits
Een gebrekkig ontwerp van het magnetische circuit vergroot de kans op het vasthouden van restmagnetisme.
Hoofdstuk 5: Gevolgen van een hoge remanentie van de solenoïde
Een te hoog restmagnetisme kan diverse problemen veroorzaken bij de werking van de solenoïde.
5.1 Vastzittende zuiger
Het voornaamste probleem is dat de plunjer vast komt te zitten na het uitschakelen van de stroom. In dat geval keert de plunjer niet terug naar zijn oorspronkelijke positie.
Resultaat:
Uitgestelde release;
Onstabiele beweging;
Onvolledige schakelactie.
5.2 Lage schakelsnelheid
De resterende magnetische kracht werkt de terugverende veerkracht tegen. Daarom,
De schakelsnelheid neemt af.
5.3 Klepstoring
Vooral bij toepassingen met magneetventielen of doseerpompen,
Vloeistoflekkages;
De regeling van de doorstroomsnelheid raakt onjuist.
5.4 Meer slijtage
Met restmagnetisme,
Er ontstaat meer wrijving;
Het kernoppervlak slijt snel;
Meer lawaai;
Slijtage van onderdelen.
5.5 Hoger energieverbruik
Systemen met een sterke veer of een hoge aandrijfstroom zijn nodig om het resterende magnetisme te overwinnen.
Hoofdstuk 6: Verschil tussen een solenoïde met veerretour en een solenoïde zonder veerretour op de remanentie van de solenoïde
6.1: Het type solenoïdeconstructie beïnvloedt de remanentie van de solenoïde.
Veerretoursolenoïde
Het veermechanisme zorgt ervoor dat de plunjer teruggeduwd wordt nadat de stroom is uitgeschakeld.
Voordeel:
De mechanische veer neutraliseert de resterende magnetische kracht.
Nadeel:
Lange levertijd;
Hoog stroomverbruik.
In vergelijking met een solenoïde met veerretour, is een solenoïde zonder veerconstructie in de meeste gevallen gevoeliger voor vastlopen als gevolg van restmagnetisme.
6.2 Solenoïde zonder veerretour
Het maakt geen gebruik van een mechanische veer, maar gebruikt andere krachten zoals zwaartekracht of een belasting om het loslaatdoel te bereiken.
Voordeel:
Laag energieverbruik;
Eenvoudige structuur;
Rustig werken.
Nadeel:
Het effect van restmagnetisme is veel groter;
Kan gemakkelijk vastlopen na het uitschakelen.
Daarom wordt in de meeste industriële toepassingen de voorkeur gegeven aan een solenoïde met veerretour vanwege het geringere probleem van restmagnetisme.
Hoofdstuk 7: Factoren die de remanentie van een solenoïde beïnvloeden
f Materiaal
Bij het ontwerpen van een solenoïde speelt de materiaalkeuze een cruciale rol.
Zachte magnetische materialen
Het heeft de volgende eigenschappen:
Lage magnetische coërcitieve kracht;
Snelle demagnetisatie;
Populaire materialen zijn onder meer:
7.2: ijzer
siliciumstaal;
zacht roestvrij staal;
Zachte magnetische materialen zijn uitermate geschikt voor toepassingen die snelle en nauwkeurige schakeling en besturing vereisen.
Harde magnetische materialen
Harde magnetische materialen behouden hun magnetisme langdurig.
Eigenschappen van harde magnetische materialen:
hoge magnetische coërcitieve kracht;
sterk restmagnetisme;
Typische harde magnetische materialen:
hoogwaardig koolstofstaal;
permanente magnetische legering;
Over het algemeen wordt hard magnetisch materiaal niet aanbevolen voor toepassingen waarbij snelle ontgrendeling vereist is.
7.3 Invloed van de structuur
De solenoïdestructuur heeft een grote invloed op de magnetische retentie.
7.3.1. Ontwerp van de luchtspleet
Een kleinere luchtspleet tussen de kern en het anker vermindert de magnetische retentie;
Voordeel:
Het magnetisme-effect verminderen;
Verkorting van de releasetijd;
Om een kleinere luchtspleet te verkrijgen:
met behulp van een niet-magnetische ring;
met behulp van speldstoppers;
gravering van het kernoppervlak;
7.3.2. Ontwerp van het contactoppervlak
Een kleiner contactoppervlak vermindert de magnetische kracht;
Voordeel:
Verminder restmagnetisme;
Verhoog de loslaatsnelheid;
7.3.3. Ontwerp van magnetische circuits
Een goed magnetisch circuit voorkomt concentratie van magnetische flux;
Voorkomt magnetische verzadiging;
Verhoogt de magnetische efficiëntie;
Een slecht ontwerp van het magnetische circuit resulteert in een hogere restmagnetische flux.
7.3.4. Ontwerp van de veerterugslag
De veerkracht moet nauwkeurig overeenkomen met het restmagnetisme.
Als de veer te zwak is:
Restmagnetisme domineert en zorgt ervoor dat de zuiger vast komt te zitten;
Als de veerkracht te groot is:
Het vermindert de trekkracht en verhoogt het energieverbruik;
Hoofdstuk 8: Oplossingen tegen remanentie van solenoïden
Hoe minimaliseer je restmagnetisme tijdens het ontwerp?
Er zijn een aantal manieren om het restmagnetisme in solenoïden te verminderen.
8.1. Het kiezen van geschikte magnetische materialen
Zachte magnetische materialen met
hoge magnetische permeabiliteit,
lage magnetische coërciviteit
worden aanbevolen. Zacht magnetisch ijzermateriaal wordt veel gebruikt.
8.2. Het vermijden van magnetische verzadiging
Vermijd het gebruik van solenoïden in het magnetische verzadigingsgebied.
B=μHB=\mu HB=μH
Een passend fluxontwerp om domeinretentie te voorkomen.
8.3. Niet-magnetische afstandhouders toevoegen
Afstandhouders van messing of roestvrij staal creëren een kleine luchtspleet in de solenoïdeconstructie.
Voordeel:
aanzienlijk verminderen van de resterende magnetische kracht;
8.4. Optimalisatie van de elektrische stroom
Een te hoge stroomsterkte leidt tot verzadiging en een restmagnetische flux.
Geschikte stroom:
juiste spanningsvoorziening;
pulsstroomregeling;
nauwkeurige timing van elektrische stroom;
8.5. Nauwkeurige oppervlakteafwerking
Een ruw oppervlak versterkt de magnetische aantrekkingskracht.
Gebruik de precisieslijptechniek;
8.6. Demagnetisatieproces
Bij bepaalde precisietoepassingen kan na de productie een AC-demagnetisatieproces worden uitgevoerd.
Dit elimineert effectief de resterende magnetische uitlijning.
Hoofdstuk 9: Soorten verschillende solenoïden en hun solenoïde remanentie
Verschillende typen solenoïden vertonen verschillend restmagnetisme.
9.1 DC-solenoïde
Het DC-type wordt meer beïnvloed door restmagnetisme dan het AC-type.
Hoofdredenen:
Het gelijkstroommagnetisch veld blijft altijd in één richting gericht;
Domeinen blijven voortdurend op elkaar afgestemd;
Hoog risico:
plakken;
langzame ontgrendelingssnelheid;
hogere magnetische retentie.
9.2 AC-solenoïde
Omdat de magnetische richting voortdurend verandert tijdens een wisselstroomcyclus,
lager restmagnetisme;
snellere afgifte;
Een AC-solenoïde maakt echter vaak lawaai.
9.3 Roterende solenoïde
De constructie vereist doorgaans een complex magnetisch circuit.
Effecten:
onvolledige rotatie;
positioneringsfout;
lange releasedatum;
9.4 Vergrendelende solenoïde
Het is opzettelijk zo ontworpen dat het magnetische aantrekkingskracht behoudt;
voordeel:
laag energieverbruik tijdens onderhoud;
alleen stroomvoorziening tijdens het schakelen;
9.5 Buisvormige solenoïde
Het buisvormige ontwerp zorgt voor goede magnetische prestaties.
uniforme fluxverdeling;
Een goed ontwerp voorkomt problemen met restmagnetisme.
Hoofdstuk 10: Belangrijke factoren om problemen met restmagnetisme tijdens het ontwerp te voorkomen
Tijdens het ontwerpproces zijn de volgende aspecten van groot belang.
materiaalkeuze:
zacht magnetisch materiaal;
luchtspleet:
Vermijd volledig contact met het oppervlak zonder rekening te houden met de luchtspleet;
magnetische verzadiging:
Houd de magnetische fluxdichtheid binnen het juiste bereik;
veerkracht afstemmen:
Voorkom magnetische verzadiging veroorzaakt door een onjuiste veerkracht;
oppervlakte behandeling:
goede oppervlakteafwerking;
thermisch beheer:
Temperatuur beïnvloedt de magnetische eigenschappen;
tolerantiecontrole:
Een kleine verandering in grootte heeft een grote impact op de magnetische retentie;
Hoofdstuk 11: Conclusie
Solenoïde-remanentie is een natuurlijk fysisch verschijnsel dat zich voordoet in elke elektromagnet of solenoïde. De effecten ervan kunnen echter door een verstandig ontwerp worden beheerst.
Als remanente restanten in een solenoïde niet worden verwijderd, kunnen ze de volgende problemen veroorzaken:
plakken;
lange releasedatum;
klepstoring;
verhoogde slijtage;
verminderde prestaties en stabiliteit;
Het geheim om restmagnetisme te minimaliseren is:
materiaalkeuze;
ontwerp van magnetische circuits;
ontwerp van de luchtspleet;
veerontwerp;
Vermijd magnetische verzadiging;
Hoofdstuk 12: Veelgestelde vragen over de remanentie van een solenoïde
12.1 Wat is de remanentie van een solenoïde?
Solenoïde-remanentie verwijst naar de zwakke magnetische kracht die in de solenoïde achterblijft nadat de stroomtoevoer is uitgeschakeld. Dit fenomeen treedt op doordat sommige magnetische domeinen niet volledig ontregeld raken wanneer het magnetische veld wordt uitgeschakeld.
12.2 Wat is de oorzaak van het vastlopen van de plunjer na het uitschakelen van de stroom?
Als de resterende magnetische kracht in de solenoïde te groot is, blijft de plunjer vastzitten en kan deze niet terugkeren naar de oorspronkelijke positie, omdat de resterende kracht groter is dan de zwaartekracht of de terugveer.
Oorzaken van een vastzittende zuiger:
geen luchtspleet;
slechte materiaalkeuze;
zwakke terugslagveerkracht;
hoge magnetische verzadiging;
12.3 Welke typen solenoïden worden het meest beïnvloed door restmagnetisme?
De DC-solenoïde wordt sterker beïnvloed door de constante magnetisatie van de magnetische domeinen gedurende de werking.
De toepassingen die vaak last hebben van restmagnetisme zijn:
magneetventielen;
doseerpompen;
deurslot;
roterende solenoïden;
precisie-instrumenten.
12.4 Hoe kunnen ingenieurs restmagnetisme tijdens het ontwerp verminderen?
De volgende technieken kunnen worden toegepast om restmagnetisme in solenoïden te verminderen:
Selectie van zacht magnetisch materiaal;
een luchtspleet toevoegen;
het installeren van een niet-magnetische afstandhouder;
zonder verzadiging van de magnetische kracht te bereiken;
het afstellen van de veerkracht;
12.5 Welke materialen hebben een lage retentie?
Zachte magnetische materialen, waaronder
zuiver ijzer;
siliciumstaal;
Zacht roestvrij staal.
Het wordt afgeraden om hardmagnetisch materiaal te gebruiken.
12.6 Kan een terugveer het probleem van restmagnetisme verhelpen?
Een mechanische veer zorgt ervoor dat de zuiger na het uitschakelen van de stroom loskomt van de kern.
Daarom presteert een solenoïde met veermechanisme beter bij snel schakelen.
12.7 Waarom speelt de luchtspleet een belangrijke rol bij het ontwerp van een solenoïde?
De luchtspleet in het ontwerp van de solenoïde zorgt voor de ruimte tussen de kern en het anker en voorkomt zo volledig magnetisch contact, waardoor restmagnetisme wordt verminderd.
Voordelen van een ontwerp met luchtspleet:
verhoog de loslaatsnelheid;
de resterende magnetische kracht verminderen;
Zorg voor consistentie in de release;
12.8 Kan restmagnetisme elektromagnetische spoelen beschadigen?
Restmagnetisme alleen kan het apparaat niet beschadigen, maar operationele problemen die door restmagnetisme ontstaan, leiden uiteindelijk tot slijtage.
12.9 Wat is het verschil tussen restmagnetisme en permanent magnetisme?
Verschil tussen permanent en restmagnetisme:
Met 'permanent' wordt bedoeld opzettelijk opgewekt magnetisme dat de magnetische kracht continu in stand houdt;
Restmagnetisatie betekent onbedoelde magnetisatie van magnetisch gevoelig materiaal.
12.10 Hoe test je restmagnetisme in solenoïden?
De testcriteria omvatten:
tijd om de plunjer los te laten na het uitschakelen;
houdkracht;
ontladingsafstand;
magnetische fluxdichtheid;
Levensduurprestaties van de fiets.
