КОНСТРУКЦИЯ ОСНАСТКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ПРИ РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

Полезная модель относится к магнитометрии, в частности к конструкции оснастки для измерения магнитной индукции свойств постоянных магнитов при рабочей температуре.
Известно устройство для измерения магнитного поля (патент RU 72788 U1, МПК G01R 33/05), содержащее первичный преобразователь магнитного поля, электронную систему обработки сигнала, индикатор сигнала, отличающееся тем, что первичный преобразователь магнитного поля помещен внутрь проводящего немагнитного цилиндра или кольца, при этом центр цилиндра или кольца совпадает с центром магниточувствительного элемента преобразователя магнитного поля, а ось симметрии цилиндра или кольца совпадает с направлением магниточувствительной оси первичного преобразователя магнитного поля.
Недостатком аналога является то, что при помощи такого устройства сложно проконтролировать свойства постоянного магнита с целью установления его пригодности к использованию в составе магнитоэлектрической машины.
Известно устройство для определения магнитных полей (патент RU 2019853 C1, МПК G01R 33/05) которое содержит блок регистрации визуальной информации, катушку Гельмгольца, магнитооптический датчик, представляющий собой тонкий плоский слой магнитной жидкости с микрокапельными агрегатами, ограниченный покровными стеклами. Напряженность магнитного поля измеряемого объекта определяют путем сравнения с напряженностью магнитного поля, в котором форма микрокапельных агрегатов меняется от слабо вытянутой до нитевидной.
Недостатком аналога является то, что при помощи такого устройства сложно проконтролировать свойства постоянного магнита с целью установления его пригодности к использованию в составе магнитоэлектрической машины.
Общеизвестна конструкция катушек (колец) Гельмгольца (описана, например, в Патенте RU 2491650 C1 «Установка для исследования электромагнитного поля электрических колец Гельмгольца»), которая состоит из, собственно, двух тороидальных катушек внутренним диаметром D из обмоточного провода, катушки намотаны на кольцевые каркасы. Обычно, для контроля потокосцепления постоянного магнита концы катушек Гельмгольца присоединяют к микровеберметру. Микровеберметр предназначен для измерения потокосцепления постоянного магнита с катушками Гельмгольца. Для повышения точности измерений число витков в катушках Гельмгольца выбирают так, чтобы измерения производились в последней трети шкалы микровеберметра. Расстояние от измеряемого магнита до рабочей зоны каждой катушки Гельмгольца должно быть более 3D. Методика контроля магнитного потока с помощью катушек Гельмгольца состоит в следующем. Вносят измеряемый магнит в рабочую зону между катушками Гельмгольца и сразу после успокоения микровеберметра производят отсчет показаний. Время перемещения магнита в рабочую зону катушки обычно не должно превышать 5 секунд.
Недостатком прототипа является то, что он позволяет измерить суммарный магнитный поток постоянного магнита, а не магнитную индукцию в ряде точек на его поверхности. Контроль магнитной индукции в характерных точках часто более важен, чем измерение интегрального магнитного потока.
Целью настоящей полезной модели является анализ магнитных свойств постоянных магнитов при рабочей температуре при их входном контроле по магнитной индукции на поверхности постоянного магнита.
Постоянные магниты применяются в индукторах магнитоэлектрических машин с целью создания потока возбуждения. Три следующих причины обусловили необходимость создания оснастки для измерения магнитных свойств постоянных магнитов при рабочей температуре:
1. Материал изоляции обмотки статора магнитоэлектрической машины может обладать меньшей рабочей температурой, по сравнению с постоянными магнитами ротора, поэтому помещение магнитоэлектрической машины в печь целиком нецелесообразно.
2. Магнитоэлектрические машины и их ротора обладают большими габаритными размерами и массой, что усложняет их размещение в печи.
3. Для своевременной дефектации желательно проводить входной контроль свойств постоянных магнитов (в том числе магнитных свойств при рабочей температуре) до наклеивания постоянных магнитов на ротор магнитоэлектрической машины.
Техническим результатом настоящей полезной модели является конструкция оснастки, позволяющая измерить аналог магнитной индукции в зазоре магнитоэлектрической машины при рабочей температуре - магнитную индукцию на поверхности постоянного магнита, помещенного на оснастку, при рабочей температуре.
Конструкция оснастки поясняется фигурами чертежей 1 и 2:
Фиг. 1. Поперечное сечение оснастки с тремя постоянными магнитами: R - радиус оснастки, равный радиусу ротора магнитоэлектрической машины у основания постоянных магнитов, направление намагничивания постоянных магнитов - радиальное (показана стрелками 6), полярность магнитов, помещенных на оснастке, чередуется,
Фиг. 2. Вариант конструкции оснастки в аксонометрии.
Оснастка служит для замыкания магнитного потока постоянных магнитов с целью имитации магнитной системы электрической машины. Это также способствует сохранению их магнитных свойств при нагреве. Оснастка используется для контроля индукции на поверхности магнитов при помощи щупа - прецизионного датчика Холла и присоединенного к нему тарированного вольтметра (тесламетра).
Поперечное сечение оснастки для измерения магнитной индукции постоянных магнитов при рабочей температуре представлено на фигуре 1. Конструкция оснастки для измерения магнитной индукции постоянных магнитов при рабочей температуре состоит из двух ферромагнитных магнитопроводов 1 и 2, и боковых ферромагнитных пластин 3, по которым замыкается магнитный поток при сборке оснастки с постоянными магнитами 4. Внутрь оснастки помещены три (или более трех) постоянных магнита 4, зазор между двумя ферромагнитными магнитопроводами 1 и 2 и постоянными магнитами 4 позволяет внести в него щуп тесламетра и провести измерение магнитной индукции в точке 5 в середине осевой длины магнита (под сердечником 2) на поверхности центрального постоянного магнита.
Размеры оснастки позволяют поместить ее в печь. В качестве печи может использоваться муфельная электропечь.
Механического скрепления сердечников 1 и 2 с боковыми пластинами 3 не требуется, т.к. целостность оснастки обеспечивается магнитными силами притяжения постоянных магнитов 4.
В качестве материала ферромагнитных магнитопроводов 1 и 2 и боковых ферромагнитных пластин 3 используется магнитомягкий материал, например, низкоуглеродистая сталь.
Измерения индукции проводятся при 20°C, затем при рабочей температуре постоянного магнита, например, 180°C. После этого измерения повторяются при 20°C. Охлаждение производится без использования специальных охладительных устройств.
В процессе контроля характеристик образцов магнитов оснастка с магнитами помещается в муфельную печь, где и происходит ее нагрев до необходимой температуры (например, рабочей температуры постоянного магнита) с последующим охлаждением. Далее производится измерение магнитной индукции в точках на поверхности центрального постоянного магнита (или близких к центральному постоянных магнитов), т.к. магнитное поле этого магнита (этих магнитов) наименьшем образом искажается боковыми пластинами оснастки. Измерение магнитной индукции производится с помощью тесламетра. В качестве щупа тесламетра используется тарированный датчик Холла.
При химическом составе постоянного магнита, соответствующем предъявляемым требованиям:
1) индукция на поверхности центрального (или одного из центральных) постоянного магнита при рабочей температуре должна соответствовать заявленным в технических условиях требованиям (при этом она будет меньше, чем при 20°C),
2) индукция на поверхности постоянного магнита при повторных измерениях при 20°C не должна уменьшится по сравнению с первоначальным значением более чем на 5%, т.е. практически вернуться к первоначальному значению.