Đường Cong B-H Nam Châm - Hướng Dẫn Đọc Hiểu Cho Kỹ Sư

Nhiều kỹ sư chọn nam châm theo thói quen "grade cao = tốt", rồi ngạc nhiên khi motor tụt mô-men sau vài tháng, hoặc thanh từ separator "yếu dần" dù vẫn còn mới. Nguyên nhân thường nằm ở việc không hiểu đường cong B-H - công cụ cho phép bạn dự đoán chính xác nam châm sẽ "làm việc" như thế nào trong điều kiện thực tế.

Trong công nghiệp nam châm vĩnh cửu, câu hỏi không phải "nam châm mạnh bao nhiêu" mà là "nam châm còn mạnh bao nhiêu tại điểm làm việc của máy, ở nhiệt độ vận hành và dưới các xung dòng". Đường cong B-H trả lời chính xác câu hỏi đó.

Tóm tắt nhanh: Bài viết này giúp kỹ sư hiểu và ứng dụng đường cong B-H trong thực tế.

Br (Remanence): Từ dư - tiềm năng tạo từ thông của vật liệu

Hc/Hcj: Lực kháng từ - khả năng chống khử từ

(BH)max: Tích năng lượng cực đại - mật độ năng lượng từ

Knee point: Điểm gãy - ngưỡng khử từ không hồi phục

Sản phẩm liên quan: Nam châm đất hiếm NdFeB

Vật Lý Cơ Bản: B-H Curve Là Gì?

Đường cong B-H biểu diễn mối quan hệ giữa mật độ từ cảm B và cường độ từ trường H

B và H Trong Ngữ Cảnh Nam Châm Vĩnh Cửu

Trước khi đi vào chi tiết, cần hiểu rõ hai đại lượng cơ bản. B (đơn vị Tesla hoặc Gauss) là mật độ từ thông trong vật liệu hoặc không gian - đây là thứ bạn thực sự cần để tạo lực hút, mô-men động cơ, hoặc trường bắt sắt trong separator. H (đơn vị A/m hoặc Oersted) là cường độ từ trường tác động lên vật liệu - có thể đến từ cuộn dây, khe hở không khí, hoặc chính hình dạng nam châm tạo ra (từ trường phản khử).

Với nam châm vĩnh cửu, phần bạn dùng nhiều nhất là đường khử từ ở góc phần tư thứ 2 (second quadrant demagnetization curve). Từ trạng thái đã từ hóa bão hòa, đường này cho biết khi gặp H ngược (âm), vật liệu còn giữ được B bao nhiêu - tức là từ thông hữu ích còn lại trong mạch từ của bạn.

Hysteresis Loop Hoạt Động Như Thế Nào?

Vòng trễ (hysteresis loop) biểu diễn hiện tượng: khi bạn tăng-giảm H, B không đi theo cùng một đường. Năng lượng bị tiêu tán trong quá trình này (tổn hao hysteresis) và vật liệu có "ký ức" từ hóa. Với nam châm vĩnh cửu, điều quan trọng là khả năng chống bị kéo lệch khỏi trạng thái từ hóa mong muốn khi gặp nhiệt độ cao, dòng khởi động lớn, hoặc từ trường ngược trong quá trình điều khiển.

Trong các dây chuyền ở Việt Nam và châu Á, nơi môi trường nhiệt ẩm cao và inverter thường được đẩy sát giới hạn để giảm kích thước, rủi ro khử từ là vấn đề phổ biến nếu không làm load-line analysis đúng cách.

Các Thông Số Quan Trọng Trên Đường Cong B-H

Vị trí và ý nghĩa của Br, Hc, Hcj, (BH)max trên đường cong khử từ

Br (Remanence) - Từ Dư

Br là mật độ từ cảm còn lại khi đưa H về 0 sau khi vật liệu được từ hóa bão hòa. Br càng cao thì "tiềm năng từ thông" của nam châm càng lớn, liên hệ trực tiếp tới khả năng tạo mật độ từ thông trong khe hở không khí nếu mạch từ được thiết kế tốt.

Dữ liệu thực từ catalog NdFeB thiêu kết (TDK NEOREC) cho thấy sự khác biệt giữa các grade:

NEOREC53B: Br khoảng 1450 mT (14.5 kG)
NEOREC50H: Br khoảng 1420 mT (14.2 kG)
NEOREC40UH: Br khoảng 1290 mT (12.9 kG)

Điểm quan trọng cho kỹ sư: Br cao không tự động "an toàn" hơn. Các grade Br cao thường đi kèm xu hướng giảm biên độ an toàn nhiệt và khử từ nếu bạn không chọn đúng lớp coercivity (H, SH, UH).

Hc (Coercivity) - Lực Kháng Từ Theo B

Trong datasheet, HcB (hoặc Hcb) là giá trị H ngược tại điểm B = 0 trên đường B-H. Thông số này hữu ích để so sánh nhanh giữa các vật liệu, nhưng không phải thước đo tốt nhất về khả năng chống khử từ vĩnh viễn trong nhiều trường hợp thiết kế có dòng xung và nhiệt cao.

Ví dụ: NEOREC53B có HcB khoảng 1120 kA/m (14.1 kOe).

Hcj/Hci (Intrinsic Coercivity) - Thông Số Then Chốt

Hcj (hay Hci) là giá trị H ngược tại điểm J = 0 trên đường intrinsic (J là từ độ phân cực). Đây là thông số "chống khử từ" quan trọng nhất trong thiết kế vì nó phản ánh khả năng vật liệu chống đảo miền từ, đặc biệt khi điểm làm việc tiến gần knee point.

So sánh Hcj giữa các grade NdFeB (dữ liệu NEOREC):

Grade	(BH)max	Br	Hcj tối thiểu
NEOREC53B	406 kJ/m³	1450 mT	≥ 1114 kA/m (14 kOe)
NEOREC50H	390 kJ/m³	1420 mT	≥ 1353 kA/m (17 kOe)
NEOREC40UH	310 kJ/m³	1290 mT	≥ 1990 kA/m (25 kOe)
NEOREC35UX	270 kJ/m³	1190 mT	≥ 2388 kA/m (30 kOe)

Quy tắc công nghiệp hay dùng: nếu ứng dụng có nhiệt cao, dòng đỉnh cao hoặc Pc thấp (nam châm mỏng, mạch hở), bạn ưu tiên Hcj cao hơn thay vì chỉ nhìn (BH)max.

(BH)max - Tích Năng Lượng Cực Đại

(BH)max là cực đại của tích B × H ở góc phần tư 2, biểu diễn khả năng cung cấp năng lượng từ trên một thể tích vật liệu. Trong thiết kế, (BH)max thường dùng để ước lượng "mức mạnh trên mỗi cm³" và so sánh các grade trong cùng họ vật liệu.

Dữ liệu thực từ NEOREC:

NEOREC53B: (BH)max khoảng 406 ± 16 kJ/m³ (51 ± 2 MGOe)
NEOREC50H: (BH)max khoảng 390 ± 16 kJ/m³ (49 ± 2 MGOe)
NEOREC40UH: (BH)max khoảng 310 ± 16 kJ/m³ (39 ± 2 MGOe)

Điểm thực tế: các grade UH/UX thường hy sinh (BH)max để lấy Hcj cao hơn, giúp chống khử từ ở nhiệt độ cao và Pc thấp.

Knee Point - Điểm Gãy Quan Trọng

Knee point là vùng đường khử từ bắt đầu rụng dốc mạnh - qua điểm này, vật liệu dễ đi vào khử từ không hồi phục (irreversible demagnetization). Tiêu chuẩn ASTM A977/A977M nêu rõ knee field là một phần đặc trưng quan trọng của vật liệu nam châm cứng.

Knee point phụ thuộc ba yếu tố chính:

Nhiệt độ: Tăng nhiệt làm knee dịch về hướng "xấu" hơn
Pc (Permeance Coefficient): Mạch từ càng hở, nam châm càng dễ bị kéo về knee
Xung dòng hoặc từ trường ngược: Đặc biệt trong motor có field-weakening

Cách Đọc Đường Cong B-H Trên Datasheet

Cách đọc và phân tích đường cong B-H từ datasheet nhà sản xuất

Normal Curve vs Intrinsic Curve

Nhiều datasheet cung cấp cả hai đường:

B-H (normal): Đường sử dụng B và H - cho thấy từ thông thực trong vật liệu
J-H (intrinsic): Đường sử dụng J (polarization) và H - để suy ra Hcj và nhìn rõ "intrinsic knee"

Nếu ứng dụng của bạn có nguy cơ khử từ (động cơ có field-weakening mạnh, máy phát short-circuit, cơ cấu gần cuộn dây xung), hãy đọc intrinsic curve để đánh giá biên an toàn tới vùng knee theo J. Đường intrinsic thường nằm "bên phải" đường normal vì J = B - μ₀H.

Ảnh Hưởng Nhiệt Độ - Đừng Chỉ Nhìn 20°C

Datasheet tốt thường vẽ đường khử từ theo nhiều nhiệt độ (20°C, 60°C, 100°C, 140°C...). Catalog NEOREC cung cấp các đường theo nhiệt độ đến 180°C trên đồ thị demagnetization.

Một bằng chứng quan trọng từ tài liệu NEOREC về hệ số nhiệt của NdFeB:

Hệ số nhiệt của Br: khoảng -0.11 đến -0.13%/°C
Hệ số nhiệt của Hcj: khoảng -0.55 đến -0.65%/°C

Điều này giải thích vì sao khi nhiệt tăng, không chỉ B giảm mà khả năng chống khử từ cũng giảm nhanh hơn nhiều. Ở 100°C, Hcj có thể giảm tới 40-50% so với giá trị ở 20°C.

Load Line và Hệ Số Pc

Trong nam châm vĩnh cửu, bạn luôn có một "đường tải" (load line) biểu diễn ràng buộc của mạch từ và hình học, thường gần tuyến tính trong góc phần tư 2. Giao điểm giữa load line và đường khử từ chính là điểm làm việc (Bd, Hd) - nơi nam châm thực sự vận hành.

NEOREC cung cấp đồ thị "irreversible demagnetization factor" theo nhiệt độ cho các giá trị Pc = 0.5, 1.0, 2.0 và cả đồ thị nhiệt độ gây 5% mất từ thông theo Hcj cho các Pc khác nhau. Dữ liệu này cực kỳ thực dụng: Pc thấp (mạch hở, nam châm mỏng) làm rủi ro mất từ thông tăng mạnh.

Quy trình thực tế khi có thiết kế sơ bộ:

Xác định Pc từ hình học và mạch từ hoặc dựng load line từ mô hình FEM
Lấy giao điểm ở nhiệt độ vận hành xấu nhất (ví dụ 120°C trong motor)
Đảm bảo điểm làm việc nằm trên knee với biên độ an toàn

Ứng Dụng Thực Tế Cho Kỹ Sư Việt Nam

Động Cơ PMSM/IPM

Phân tích điểm làm việc nam châm trong động cơ PMSM/IPM

Trong PMSM/IPM (động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu), nam châm làm việc trong mạch từ có saliency, chịu phản ứng phần ứng và đôi khi bị điều khiển field-weakening ở tốc độ cao.

Các tình huống nguy hiểm với B-H:

Dòng d-axis âm lớn (field weakening) tạo H ngược, đẩy điểm làm việc tiến gần knee
Nhiệt rotor tăng làm giảm Br và Hcj, khiến cùng load line nhưng giao điểm trượt xuống

Một ví dụ từ nghiên cứu thiết kế IPMSM 5 kW, tốc độ 2.4-4.8 krpm, mô-men 20 Nm (động cơ kéo minibus) cho thấy cách tiếp cận thiết kế-mô hình hóa-thử nghiệm bài bản là cần thiết khi dùng PM.

Gợi ý cho kỹ sư Việt Nam:

Với xe máy điện/scooter (nhiệt môi trường cao, làm mát hạn chế): ưu tiên grade H/SH/UH có Hcj cao
Với servo công nghiệp (yêu cầu đáp ứng nhanh, dòng đỉnh lớn): kiểm tra điểm làm việc ở "dòng đỉnh + nhiệt đỉnh", không chỉ ở định mức

Tham khảo máy tuyển từ băng tải để hiểu thêm về ứng dụng nam châm trong công nghiệp.

Máy Tách Từ (Magnetic Separator)

Máy tách từ dùng nam châm vĩnh cửu (thường NdFeB) tạo trường cao để bắt tạp kim loại. Nhiều thiết bị separator công bố cường độ trường ở trống/roller có thể lên tới 8000 Gauss cho các cấu hình nhiều cấp.

Kết nối B-H vào thiết kế separator:

Trường Gauss bề mặt mạnh phụ thuộc vào Br/(BH)max và cấu trúc mạch từ, nhưng độ bền chống tụt lực theo nhiệt và thời gian phụ thuộc mạnh vào Hcj và Pc
Nếu separator đặt gần nguồn nhiệt hoặc chịu rung/va đập, cần xét đường khử từ theo nhiệt độ, không chỉ trị số Gauss ở 20°C

Xem thêm lưới nam châm lọc sắt cho ứng dụng tách từ trong thực phẩm.

Đồ Gá và Mạch Từ Công Nghiệp

Nhiều nhà máy ở Việt Nam dùng nam châm trong đồ gá, jig, kẹp hoặc cụm hút nâng. Sai lầm thường gặp là chọn grade theo lực hút ban đầu mà không xét điều kiện khử từ: tiếp xúc với thép nóng, hàn gần đó, hoặc đặt gần cuộn coil gây xung ngược.

Đọc B-H đúng giúp trả lời ba câu hỏi then chốt:

Nếu bị "đập" bởi H ngược bao nhiêu thì mất từ không hồi phục?
Ở 80-120°C, điểm làm việc còn nằm xa knee không?
Có cần đổi sang SmCo nếu nhiệt cao kéo dài không?

Case Studies Với Số Liệu Thực

Case Study 1: Trade-off (BH)max vs Hcj Cho Rotor Nhiệt Cao

Giả sử bạn có thiết kế rotor trong môi trường nóng và Pc thấp-trung bình (mạch từ không "kín" như kỳ vọng), mục tiêu là giảm rủi ro khử từ hơn là tối đa hóa từ thông.

So sánh hai grade NdFeB thiêu kết từ NEOREC:

Grade "mạnh" theo năng lượng - NEOREC53B: (BH)max 406 kJ/m³, Br 1450 mT, Hcj ≥ 1114 kA/m
Grade "chịu khử từ" - NEOREC40UH: (BH)max 310 kJ/m³, Br 1290 mT, Hcj ≥ 1990 kA/m

Kết luận kỹ thuật: Nếu đang bị khử từ khi field-weakening/dòng đỉnh, đổi từ 53B sang 40UH có thể giảm từ thông danh nghĩa (Br thấp hơn khoảng 160 mT), nhưng tăng biên chống khử từ (Hcj tăng gần gấp đôi). Đây là kiểu trade-off rất thường gặp ở motor xe máy điện/servo châu Á: "mất chút torque constant" để đổi lấy độ bền và giảm warranty do khử từ.

Case Study 2: Separator 8000 Gauss Vẫn "Tụt Lực"

Nhiều separator công nghiệp công bố trường làm việc 8000 Gauss. Nhưng nếu cụm nam châm làm việc ở Pc thấp (khoảng hở lớn, cấu trúc không tối ưu) và nhiệt tăng, bạn có thể gặp mất từ không hồi phục, và Gauss sẽ giảm theo thời gian vận hành.

Dữ liệu NEOREC có đồ thị "irreversible demagnetization factor" theo nhiệt độ cho Pc = 0.5/1.0/2.0, cho thấy Pc càng thấp thì nguy cơ mất từ không hồi phục càng tăng ở cùng nhiệt độ. Bài học thiết kế: ngoài "Gauss đỉnh", hãy yêu cầu nhà cung cấp cung cấp đường khử từ theo nhiệt và đánh giá mất từ không hồi phục theo Pc.

Case Study 3: IPMSM 5 kW - Bài Học Thực Nghiệm

Trong một case study IPMSM lực kéo, động cơ 5 kW tốc độ 2.4-4.8 krpm đã được thiết kế-chế tạo-thử nghiệm với kết quả so sánh mô phỏng và thực nghiệm. Bài học cho doanh nghiệp sản xuất motor ở Việt Nam: ngoài geometry và điều khiển, vật liệu nam châm và cách đặt điểm làm việc trên đường khử từ quyết định tính lặp lại khi sản xuất hàng loạt.

Sai Lầm Phổ Biến Và Cách Tránh

Nhầm Br cao = tốt nhất: Br cao mà Hcj thấp có thể khiến nam châm "tụt lực sau vài lần quá tải", đặc biệt với Pc thấp hoặc nhiệt cao.

Chỉ đọc đường cong ở 20°C: Datasheet NEOREC cho thấy đường khử từ thay đổi theo nhiệt độ với phân tích mất từ không hồi phục theo Pc - 20°C thường không đại diện cho điều kiện xấu nhất.

Không phân biệt normal vs intrinsic: Đánh giá chống khử từ nên nhìn Hcj và intrinsic knee. ASTM A977/A977M mô tả phép đo cả demagnetization và recoil curves để đặc trưng vật liệu.

Lấy (BH)max làm tiêu chí duy nhất: (BH)max giúp tối ưu mật độ năng lượng, nhưng thiết kế an toàn cần kiểm knee và Hcj ở nhiệt vận hành.

Bỏ qua sai lệch đo: ASTM A977/A977M cảnh báo kết quả đo có thể khác nhau do hệ đo (hình học pole cap, khe hở, cảm biến H/B, phương pháp hiệu chuẩn).

Tiêu Chuẩn Ngành Cần Biết

ASTM A977/A977M là tiêu chuẩn thử nghiệm để xác định đặc tính từ của vật liệu nam châm cứng: bao gồm đường từ hóa ban đầu, đường khử từ, đường hồi phục (recoil) và các đại lượng như residual induction (Br), coercive field, knee field, energy product, recoil permeability.

Tiêu chuẩn này cũng nêu rõ chuẩn quốc tế tương ứng là IEC 60404-5, và lưu ý sai khác giữa hệ đo có thể làm kết quả không hoàn toàn giống nhau nếu hình học mạch đo/cảm biến khác.

Với nhà máy/nhà cung cấp ở Việt Nam, việc viện dẫn tiêu chuẩn giúp chốt rõ:

Đường cong đo ở điều kiện nào, theo hệ SI hay CGS
Thông số Br/Hc/Hcj/(BH)max lấy từ đường nào (normal hay intrinsic)
Báo cáo thử nghiệm có nêu phương pháp cảm biến và hiệu chuẩn không

Tổng Kết

Đường cong B-H là ngôn ngữ chung để biến "cảm giác mạnh/yếu" thành quyết định kỹ thuật có biên an toàn theo nhiệt và theo điều kiện khử từ. Nắm vững Br, Hc, Hcj, (BH)max và knee point giúp bạn chọn đúng grade, thiết kế đúng mạch từ, và tránh những sự cố khử từ tốn kém.

Ba bước hành động nên làm ngay trong mọi dự án chọn nam châm:

Yêu cầu datasheet có demagnetization curves theo nhiều nhiệt độ và rõ normal/intrinsic
Dựng load line/Pc để xác định điểm làm việc ở worst-case
Chọn grade theo Hcj/knee (không chỉ (BH)max) và viện dẫn tiêu chuẩn đo như ASTM A977/A977M khi làm spec với nhà cung cấp

Bước tiếp theo: Liên hệ Nam châm Hoàng Nam để được tư vấn lựa chọn grade và phân tích điểm làm việc cho ứng dụng cụ thể của bạn.

Bạn Cần Tư Vấn Phân Tích B-H Cho Ứng Dụng?

Nam châm Hoàng Nam - Chuyên gia nam châm công nghiệp với hơn 15 năm kinh nghiệm, hỗ trợ kỹ thuật từ thiết kế đến sản xuất.

Hotline: 0988 293 211
Email: [email protected]
Tư vấn kỹ thuật miễn phí - phân tích load line và điểm làm việc

Xem nam châm đất hiếm NdFeB Xem lưới nam châm lọc sắt Nhận báo giá ngay

Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ)

Tôi chỉ cần (BH)max cao nhất là được?

Không đủ. (BH)max cao không đảm bảo chống khử từ khi Pc thấp hoặc nhiệt cao. Hcj và vị trí knee point mới quyết định biên an toàn. Một grade (BH)max thấp hơn nhưng Hcj cao hơn có thể ổn định hơn trong ứng dụng khắc nghiệt.

Br cao hơn 5-10% có tăng lực hút tương ứng không?

Không tuyến tính. Lực hút và Gauss phụ thuộc vào mạch từ, khe hở không khí, mức bão hòa lõi thép và điểm làm việc. Br chỉ là "tiềm năng" của vật liệu - thực tế còn phụ thuộc nhiều yếu tố thiết kế khác.

Hc và Hcj khác gì, tôi cần quan tâm cái nào?

HcB là điểm B=0 trên đường B-H normal. Hcj/Hci là điểm J=0 trên đường J-H intrinsic. Hcj phản ánh khả năng chống khử từ tốt hơn cho ứng dụng có xung dòng và nhiệt cao. Khi đánh giá rủi ro khử từ, luôn ưu tiên nhìn Hcj.

Tại sao cùng grade N42 nhưng nhà A mạnh hơn nhà B?

ASTM A977/A977M chỉ ra kết quả đo có thể khác do hệ đo và hiệu chuẩn. Ngoài ra còn do dung sai vật liệu, chất lượng lớp phủ, quy trình thiêu kết và phân bố tính chất trong lô sản xuất. Yêu cầu datasheet cụ thể theo lô là cách kiểm soát tốt nhất.

Chọn H/SH/UH/UX theo tiêu chí nào?

Dùng nhiệt độ vận hành xấu nhất kết hợp với Pc/load line để kiểm tra knee và biên khử từ. Grade có hậu tố cao hơn (UH, UX) có Hcj cao hơn nhưng thường đánh đổi (BH)max thấp hơn. Chọn theo điều kiện thực tế, không phải theo "an toàn quá mức".

Có cách nào ước lượng rủi ro mất từ không hồi phục theo nhiệt?

Có. Một số datasheet như NEOREC cung cấp đồ thị "irreversible demagnetization factor" theo nhiệt độ cho các Pc khác nhau, và đồ thị nhiệt độ gây 5% mất từ thông theo Hcj. Đây là dữ liệu thực dụng nhất cho đánh giá rủi ro.

Tôi nên dùng đường cong ở nhiệt độ nào?

Ít nhất phải dùng nhiệt độ vận hành cao nhất của nam châm (không phải nhiệt môi trường). Với motor, đó là nhiệt rotor ở full load. Với separator gần nguồn nhiệt, cộng thêm biên dự phòng. Cả Br và Hcj đều suy giảm theo nhiệt.

Motor chạy field-weakening, kiểm tra B-H ra sao?

Dựng load line/điểm làm việc tại dòng d-axis âm lớn nhất và nhiệt cao nhất, rồi kiểm tra xem điểm làm việc còn nằm trên vùng tuyến tính trước knee. Tốt nhất là kiểm tra trên intrinsic curve (J-H) để thấy rõ biên an toàn.

Separator công bố 8000 Gauss, vậy dùng grade nào cũng được?

Không. Gauss công bố là ở điều kiện đo cụ thể (thường 20°C, mới). Nếu Pc thấp và nhiệt cao, grade Hcj thấp có thể tụt lực theo thời gian dù Gauss ban đầu cao. Cần đánh giá đường khử từ theo nhiệt và Pc thực tế.

Tiêu chuẩn nào để yêu cầu nhà cung cấp cung cấp dữ liệu B-H đáng tin?

Có thể viện dẫn ASTM A977/A977M (và IEC 60404-5 là chuẩn quốc tế liên quan) để thống nhất cách đo và báo cáo thông số. Yêu cầu rõ phương pháp đo, nhiệt độ đo, và cung cấp cả đường normal lẫn intrinsic nếu cần đánh giá khử từ.