سه کاربرد الکترونیک مصرفی که در آن مشخصات مگنت موفقیت محصول را تعیین می کند
لوازم الکترونیکی مصرفی جایی نیست که اکثر مهندسان آهنربا انتظار دارند سخت ترین مشکلات خود را پیدا کنند. سروو موتورهای صنعتی تحمل سخت تری دارند، وسایل پزشکی الزامات مواد سخت تری دارند و کاربردهای هوافضا دارای محیط های سخت تری هستند. اما لوازم الکترونیکی مصرفی - به‌ویژه گوشی‌های هوشمند، پوشیدنی‌ها و دستگاه‌های صوتی - محدودیت‌هایی را تحمیل می‌کنند که در هیچ یک از دسته‌های دیگر ظاهر نمی‌شوند: حساسیت حجمی شدید، ضریب شکل مقیاس میلی‌متری، و نقاط قیمت محصول نهایی که در آن کل بودجه آهنربایی بر حسب سنت در واحد اندازه‌گیری می‌شود.
این مقاله بر روی سه کاربرد خاص تمرکز دارد که در آنها تعیین مشخصات آهنربا و تصمیمات منبع یابی پیامدهای مستقیم و قابل اندازه گیری برای عملکرد محصول دارند: محرک های دوربین OIS در گوشی های هوشمند، محرک های تشدید خطی (LRA) در سیستم های بازخورد لمسی، و موتورهای سیم پیچ صدا در درایورهای گوشی TWS. هر کدام دارای محدودیت‌های غالب متفاوتی هستند و رویکرد صحیح برای یکی برای دیگران اشتباه است.
1. عملگرهای دوربین OIS: چرا N52 همیشه جوابگو نیست
تثبیت‌کننده اپتیکال تصویر در دوربین‌های گوشی‌های هوشمند از یک موتور سیم پیچ صوتی (VCM) برای جابجایی عنصر لنز یا حسگر تصویر به سمت جانبی استفاده می‌کند و لرزش دست را در هنگام عکس‌برداری جبران می‌کند. آهنرباهای محرک معمولاً چهار قطعه مجزا هستند که در اطراف بشکه لنز چیده شده اند - دو جفت متضاد که هر یک نیروی بازگرداننده را برای عنصر متحرک فراهم می کند. شکاف هوا بین آهنربا و سیم پیچ در اکثر طرح ها 0.3-0.5 میلی متر است. جرم متحرک در حال تثبیت برای OIS تغییر لنز 0.5 تا 2 گرم و برای OIS تغییر سنسور 2 تا 5 گرم است.
وسوسه این است که بالاترین درجه موجود (N52 یا N52H) را برای به حداکثر رساندن چگالی شار و در نتیجه نیروی محرک در شکاف هوای محدود مشخص کنید. این برای اکثر طرح‌های OIS به دلیل خاصی اشتباه است: عملکرد محرک OIS نه با نیروی اوج، بلکه به دلیل خطی بودن و پسماند در طول حرکت عملیاتی محدود می‌شود. یک آهنربای درجه بالاتر نیروی بیشتری تولید می کند، اما زمانی که وضوح سنسور موقعیت اثر هال با میدان لبه آهنربا در تعامل باشد، نیروی بازدارنده وابسته به موقعیت قوی تری نیز تولید می کند. برای کنترل‌کننده‌های OIS حلقه بسته، آنچه اهمیت دارد خطی بودن نیرو در مقابل جابجایی بین ± 100-200 میکرومتر است، نه اوج نیرو. N48 یا N50 با هندسه لبه کاملاً کنترل شده معمولاً از N52 در این متریک بهتر عمل می کند زیرا گرادیان پایین در نقطه عملیاتی خطی تر است.
تحمل ابعادی آهنرباهای OIS شدید است. یک بلوک آهنربایی OIS معمولی 3 میلی متر × 2 میلی متر × 1 میلی متر است. تحمل ضخامت ± 0.02mm (20μm) استاندارد است. هم ترازی زاویه ای جهت مغناطش باید در 1± درجه محور مشخص شده باشد، زیرا الگوهای سیم پیچ سیم پیچ OIS برای یک زاویه شار خاص طراحی شده اند و ناهماهنگی جانبی باعث ایجاد جفت بین محوری می شود که کیفیت تثبیت را کاهش می دهد. بازرسی ورودی باید شامل بررسی ابعاد و تأیید زاویه مغناطیسی باشد - بازرسی بصری به تنهایی رایج ترین حالت نقص را از دست می دهد.
2. محرک های تشدید خطی: بهینه سازی انبوه فنر که هیچ کس توضیح نمی دهد
محرک‌های لمسی LRA - که در هشدارهای لرزش گوشی‌های هوشمند، کنترل‌کننده‌های بازی و دستگاه‌های پوشیدنی استفاده می‌شوند - بر اساس اصولی متفاوت از محرک‌های OIS عمل می‌کنند. یک LRA یک جرم متحرک (مجموعه آهنربا یا یک هدف فرومغناطیسی، بسته به طراحی) را در برابر یک فنر در فرکانس تشدید سیستم جرم- فنر به حرکت در می آورد. حداکثر شدت ارتعاش خروجی دقیقاً در رزونانس رخ می دهد. رزونانس خاموش 5 هرتز بسته به ضریب Q تعلیق، خروجی را 30 تا 50 درصد کاهش می دهد.
نقش آهنربا در LRA این است که نیروی محرکه برای برهمکنش سیم پیچ و آهنربا را فراهم کند و همچنین بخشی از جرم متحرک باشد. برای یک ثابت فنر ثابت و فرکانس رزونانس هدف، افزایش اندازه و جرم آهنربا فرکانس تشدید را به سمت پایین تغییر می‌دهد (f=(1/2π) × √(k/m)). در قالب LRA 2.5 × 2.5 × 5 میلی‌متر - رایج در دستگاه‌های پوشیدنی - جرم مجموعه آهنربا معمولاً 0.3 تا 0.5 گرم است و فرکانس تشدید هدف 180 تا 230 هرتز برای پروفایل لمسی «thud» با فرکانس پایین یا 280 تا 320 هرتز برای نمایه‌های شیار ترک و دکمه‌های شیار «cli» است.
انتخاب درجه برای آهنرباهای LRA در درجه اول بر اساس چگالی نیرو است، نه عملکرد دما. آهنرباهای LRA در استفاده معمولی در دمای 20 تا 60 درجه کار می کنند و بیشتر عمر خود را در دمای محیط می گذرانند. N52 در اینجا واقعاً انتخاب صحیحی است - برنامه با حجم محدود و با چگالی نیرو محدود است، نه محدود به دما. محدودیت این است که N52 در ابعاد کوچک به NdFeB متخلخل با رزین یا دال نازک نیاز دارد، که هر دو ویژگی‌های منحنی مغناطیسی متفاوتی نسبت به NdFeB بلوکی متخلخل استاندارد دارند. NdFeB پیوندی دارای BHmax 8-12 MGOe در مقابل. 52 MGOe برای متخلخل است - ضریب کاهش 4 تا 6 در محصول انرژی. برای آهنرباهای LRA زیر 3 میلی‌متر در هر ابعادی، NdFeB پیوند خورده اغلب برای تولید با وجود جریمه محصول انرژی انتخاب می‌شود، زیرا NdFeB متخلخل را نمی‌توان به طور قابل اعتمادی در آن ابعاد بدون از دست دادن عملکرد قابل توجه تولید و مغناطیسی کرد.
3. درایورهای گوشی TWS: جایی که اعوجاج مگنت قابل شنیدن است
آرمیچر متعادل و هدفون درایور دینامیک هر دو به آهنربا متکی هستند، اما الزامات مشخصات آنقدر متفاوت است که اساساً از منظر منبع یابی، دسته بندی محصولات مجزا هستند.
درایورهای پویا از یک آهنربای حلقه‌ای شکل NdFeB (معمولاً ۵ تا ۱۰ میلی‌متر OD، ۲ تا ۴ میلی‌متر ID، ضخامت ۱ تا ۲ میلی‌متر) برای ایجاد یک میدان شار شعاعی در شکاف هوای استوانه‌ای که سیم‌پیچ صدا در آن قرار دارد، استفاده می‌کنند. سطح فشار صدای خروجی، پاسخ فرکانس و مشخصه های اعوجاج درایور همگی تابع نقطه عملیاتی BH آهنربا، یکنواختی میدان شکاف و ثبات مغناطیسی هستند. برای هدفون های مصرفی TWS در محدوده قیمت 20 تا 80 دلار، درجه N38-N42 در پوشش استاندارد Ni-Cu-Ni استاندارد صنعت است - مقرون به صرفه و برای محدوده دمای عملیاتی (حداکثر 60 درجه در گوش) مناسب است.
حالت شکست محدود کننده عملکرد برای هدفون های درایور پویا، مغناطیس زدایی مغناطیسی نیست (که اساساً در شرایط عملیاتی برای N38 یا بالاتر غیرممکن است) - این غیریکنواختی آهنربا است که باعث توزیع نامتقارن شار در شکاف هوا می شود. یک میدان شکاف نامتقارن، اعوجاج هارمونیک دوم را در خروجی درایور ایجاد می‌کند که به صورت یک کاراکتر "زمخت" یا "دانه‌دار" در پاسخ فرکانس پایین قابل شنیدن است. مشخصاتی که این را کنترل می کند یکنواختی شار در اطراف حلقه است که به عنوان تغییر Br در اطراف OD حلقه در ارتفاع ثابت اندازه گیری می شود. برای هدفون هایی که کمتر از 0.5٪ THD را در 100dB SPL هدف قرار می دهند، یکنواختی شار حلقه بهتر از ± 1.5٪ مورد نیاز است. حلقه‌های تولید استاندارد NdFeB معمولاً 2-3% را به دست می‌آورند. دستیابی به ± 1.5٪ نیاز به کنترل فرآیند بر روی فیکسچر مغناطیسی و بازرسی 100٪ اسکن شار در سطح حلقه دارد.
درایورهای آرمیچر متوازن از هندسه متفاوتی استفاده می کنند - یک آهنربای مستطیلی کوچک (معمولاً 3 میلی متر × 2 میلی متر × 1 میلی متر یا کوچکتر) به عنوان بخشی از یک مدار مغناطیسی که شامل یک آرمیچر دائمی است. آهنربا در یک درایور BA باید از لات به لات اجباری ثابت داشته باشد زیرا قطبش آرمیچر تحت تأثیر نقطه عملیاتی قرار می گیرد و اگر درجه آهنربا بین دسته های تولیدی متفاوت باشد، حساسیت راننده تغییر می کند. برای رانندگان BA، مشخص کردن حداقل Hcj (اجبار ذاتی) علاوه بر Br ضروری است - مشخصات استاندارد N35 دارای Hcj بیشتر یا مساوی 955 کیلو آمپر بر متر است، اما درخواست حداقل 1000 کیلو آمپر بر متر، سازگاری دسته به دسته را در درایور مونتاژ شده بهبود می بخشد.
4. ملاحظات منبع: چرا آهنرباهای لوازم الکترونیکی مصرفی برای خرید متفاوت هستند
سه کاربرد مهمتر از همه به آهنرباهایی نیاز دارند که از نظر فیزیکی کوچک، از نظر ابعاد دقیق و در حجم بالا تولید شوند. این وضعیت منبع یابی را ایجاد می کند که از چندین جهت مهم با خرید آهنربای صنعتی یا EV متفاوت است.
اولاً، اقتصاد واحد به جای خرید پروژه به پروژه، به سفارشات عمومی و تحویل Kanban نیاز دارد. یک آهنربای OIS گوشی هوشمند که در 100000 گوشی در ماه استفاده می شود، چهار آهنربا در هر گوشی یا 400000 قطعه در ماه است. با قیمت 0.05-0.15 دلار برای هر قطعه، این یک آیتم 20000-60000 دلاری در ماه است. آهنرباها باید در لات های منطبق برسند (Br ثابت در ± 2٪ در کل لات) برای جلوگیری از تغییر خط تولید. خرید از بازار نقدی یا موجودی ترکیبی قابل قبول نیست. قابلیت ردیابی تا دسته تولید برای قابل پیش بینی بودن بازده خط مورد نیاز است.
دوم، الزامات پوشش برای آهنرباهای الکترونیک مصرفی با صنعتی متفاوت است. NdFeB در یک ماژول تلفن هوشمند مهر و موم شده، چرخه های تراکم را در طول آزمایش دما (40- درجه تا +85 درجه به ازای مشخصات محیطی لوازم الکترونیکی مصرفی) در محیط های با رطوبت بالا مشاهده می کند. پوشش استاندارد Ni-Cu-Ni این نیاز را برای اکثر ماژول ها برآورده می کند. با این حال، آهنرباهای OIS در تلفن‌های ضدآب (IP67/IP68) از پوشش هم‌شکل پاریلن بر روی Ni-Cu-Ni بهره می‌برند، که مقاومت در برابر خوردگی را در سناریوی قرار گرفتن در معرض مستقیم آب بدون تأثیر بر تحمل ابعادی فراهم می‌کند.
HIMAGNET آهنرباهای NdFeB با فرمت کوچک را برای برنامه های کاربردی OIS، LRA و درایور گوشی در کلاس های N38 تا N52، از جمله هندسه حلقه، بلوک و قوس زیر 10 میلی متر در همه ابعاد تولید می کند. سنگ زنی با تحمل محکم تا 0.01 ± میلی متر و بازرسی اسکن شار 100% برای برنامه های درایور OIS و BA در دسترس است. برای بررسی و قیمت گذاری DFM با هندسه، درجه و حجم ماهانه خود با ما تماس بگیرید.
