МАГНИТНАЯ СИСТЕМА
MAGNETIC SYSTEM

Изобретение относится к области электротехники и электроники и предназначено для повышения напряженности магнитного поля и снижения электромагнитных помех при намагничивании и размагничивании, а также проведения магнитных измерений в процессе магнитного воздействия на объект.
Известна магнитная система намагничивающего устройства (см. патент РФ №2171983), состоящая из шарнирно соединенных между собой стержней, часть которых выполнена со скошенной с одной или двух сторон торцами под углом к продольной оси, причем, стержни имеют сквозные центральные отверстия и соединяются между собой гибкой подпружиненной тягой, пропущенной через отверстия, а контактируемые поверхности имеют форму круга, вписываемого в площадь сечения стержня, с центром в оси вращения стержней.
Известна также магнитная система (см. а.с. СССР №1007681), содержащая сердечник с магнитопроводом и ряд шарнирно соединенных секций, при этом оси шарниров выполнены гибкими. Недостатком данного устройства является ограниченность шарнирно соединенных секций для контроля изделий сложной пространственной ориентации и значительные электромагнитные помехи в процессе работы катушки с сердечником.
Наиболее близким к заявленному изобретению является магнитная система (см. а.с. СССР №777225) содержащая электромагниты и гибкий магнитопровод выполненный в виде стержня из гибкого магнитопроводящего материала, соединяющего сердечники электромагнитов, причем, первый электромагнит имеет разъем для подключения к блоку питания, а второй электромагнит подсоединен к первому последовательно, при этом гибкий магнитопровод выполнен в виде пучка стальных тросов.
Общим недостатком перечисленных известных устройств является невозможность их использования в точных магнитных измерительных системах из-за значительных электромагнитных помех в процессе работы магнитных систем, содержащих электромагниты с гибким магнитопроводом.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности, технологичности и точности магнитных измерений в процессе магнитного воздействия на объект.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, заключается в измерении магнитных взаимодействий внутри экранированной магнитной системы и создании экранированного концентратора магнитного поля.
Для решения поставленной задачи магнитная система, содержащая электромагнит и гибкий магнитопровод, выполненный в виде стержня из гибкого магнитопроводящего материала, отличается тем, что магнитная система снабжена концентратором магнитного поля, выполненным в виде законцовки магнитопровода в форме усеченного конуса, при этом, магнитопровод с законцовкой покрыт первым слоем электроизоляционного материала и снабжен соосными с ним изолированными друг от друга токопроводами, торцы которых перекрыты и контактируют с шайбой из токопроводящего материала, кроме того, поверхность внешнего токопровода и поверхность шайбы из токопроводящего материала покрыты вторым слоем электроизоляционного материала, контактирующего с первым слоем электроизоляционного материала центрального магнитопровода, причем, центральный магнитопровод, снабжен не менее одной измерительной обмоткой, размещенными внутри и/или вокруг соосно его оси.
Кроме того, законцовки магнитопровода выполнены из однородного магнитного материала с высокой магнитной индукцией насыщения.
Кроме того, законцовки магнитопровода выполнены в форме усеченной гиперболы или параболы вращения.
Кроме того, шайба из токопроводящего материала и законцовка магнитопровода выполнены с возможностью их охлаждения.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.
Признаки, указывающие, что «магнитная система снабжена концентратором магнитного поля, выполненным в виде законцовки магнитопровода в форме усеченного конуса», обеспечивают повышение напряженности магнитного поля в усеченной части конуса магнитной системы.
Признаки, указывающие, что «магнитопровод с законцовкой покрыт первым слоем электроизоляционного материала», обеспечивают электрическую изоляцию магнитопровода с законцовкой.
Признаки, указывающие, что магнитопровод с законцовкой «снабжен соосными с ним изолированными друг от друга токопроводами, торцы которых перекрыты и контактируют с шайбой из токопроводящего материала», обеспечивают экранирование магнитопровода с законцовкой токопроводами и снижение электромагнитных помех за счет обеспечения противоположных направлений токов в токопроводах в процессе магнитного воздействия на объект.
Признаки, указывающие, что «поверхность внешнего токопровода и поверхность шайбы из токопроводящего материала покрыты вторым слоем электроизоляционного материала, контактирующего с первым слоем электроизоляционного материала магнитопровода», обеспечивают электрическую изоляцию внешнего токопровода и поверхности шайбы из токопроводящего материала вторым слоем электроизоляционного материала за счет его контакта с первым слоем электроизоляционного материала магнитопровода.
Признаки, указывающие, что «магнитопровод, снабжен не менее одной измерительной обмоткой, размещенными внутри и/или вокруг центрального магнитопровода соосно его оси», обеспечивают измерение части и/или полного магнитного взаимодействия в процессе намагничивания и размагничивания внутри экранированной магнитной системы.
Признаки, указывающие, что «законцовки магнитопровода выполнены из магнитного материала с высокой магнитной индукцией насыщения», обеспечивают работу концентратора магнитного поля магнитной системы при высоких значениях напряженности магнитного поля.
Признаки, указывающие, что «законцовки магнитопровода выполнены в форме усеченной гиперболы или параболы вращения», обеспечивают снижение вихревых токов в токопроводах, генерируемых магнитным потоком магнитопровода, что снижает потери на вихревые токи.
Признаки, указывающие, что «шайба из токопроводящего материала и законцовка магнитопровода выполнены с возможностью их охлаждения», обеспечивают снижение температурной зависимости индукции насыщения законцовки магнитопровода.
На фиг. 1 показана продольный разрез системы через продольную ось магнитопровода; на фиг. 2 - вид В-В.
Здесь: Uизм1 и Uизм2 - напряжения измерительных обмоток; 1 - магнитопровод; 2 - первый изоляционный слой; 3 - внутренний токопровод; 4 - второй изоляционный слой; 5 - внешний токопровод; 6 - защитный слой; 7 - диэлектрическая накладка; 8 - токопроводящая шайба; 9 - законцовка магнитопровода; 10 - магнитный материал законцовки магнитопровода; 11 - рабочая поверхность концентратора магнитного поля; 12 и 13 - измерительные обмотки.
На чертеже показаны: (см. фиг. 1) магнитная система, содержащая центральнорасположенный магнитопровод 1, выполненный из гибкого магнитопроводящего материала, изолированный первым изоляционным слоем 2, и снабженный соосными с ним внутренним 3 и внешним 5 токопроводами, изолированными между собой вторым изоляционным слоем 4. Внешний токопровод 5 покрыт защитным слоем 6 с диэлектрической накладкой 7 на его концах для удобства работы. Токопроводящая шайба 8 выполнена из высокопроводящего материала и контактирует с торцами внутреннего 3 и внешнего 5 токопроводов, что Законцовка 9 магнитопровода выполнена в форме усеченного конуса и заполнена магнитным материалом 10 с высокой индукцией насыщения для обеспечения работы концентратора магнитного поля магнитной системы при высоких значениях напряженности магнитного поля. Площадь рабочей поверхности 11 концентратора магнитного поля выполнена значительно меньше поперечного сечения стержня 1, что обеспечивает на рабочей поверхности 11 напряженность магнитного потока, увеличенную на величину, пропорциональную отношению площадей поперечных центрального магнитопровода 1 и рабочей поверхности 11. Измерительные обмотки 12 и 13, размещены, соответственно, внутри и/или вокруг центрального магнитопровода 1 соосно его оси, напряжения на выходе которых равны Uизм1 и Uизм2.
Магнитная система с концентратором магнитного поля и измерительными обмотками, размещенными внутри и/или вокруг центрального магнитопровода, соосно его оси, работает следующим образом.
Магнитный поток, генерируемый источником магнитного поля (на схеме не показан), протекает по центральному магнитопроводу 1 и, далее, поступает в концентратор магнитного поля, выполненный в виде законцовки 9 центрального магнитопровода 1 в форме усеченного конуса, на выходе из которой плотность магнитного потока увеличивается пропорционально отношению площадей поперечных сечений центрального магнитопровода 1 и усеченной части конуса. Центральный магнитопровод 1 с законцовкой 9 покрыт первым слоем электроизоляционного материала 2, изолирующий соосный с центральным магнитопроводом 1, токопровод 3. Внутренний 3 и внешний 5 токопроводы, изолированные между собой вторым изоляционным слоем 4, торцы которых перекрыты и контактируют с шайбой 8 из токопроводящего материала, обеспечивают противоположные направления токов во внутреннем 3 и внешнем 5 токопроводах, питающих обмотки (на схеме не показаны) катушки электромагнита, и, как следствие, приводит к снижению электромагнитных помех, генерируемых внутренним 3 и внешним 5 токопроводами, и, кроме того, внутренний 3 и внешний 5 токопроводы экранируют магнитный поток в центральном магнитопроводе 1 и законцовку 9 центрального магнитопровода 1 в форме усеченного конуса. Снижение электромагнитных помех повышает эффективность работы концентратора магнитного поля. Размещение измерительных обмоток, внутри и/или вокруг центрального магнитопровода 1 соосно его оси позволяют проводить оценку особенностей магнитного взаимодействия, соответственно, части и всего магнитного потока магнитной системы с веществом при его намагничивании и размагничивании, а также, при наведении вихревых токов в объекте магнитного воздействия. Экранирование магнитного потока в центральном магнитопроводе 1 и в его законцовке 9 обеспечивают измерение в защищенном от воздействия внешних магнитных полей элементе магнитной системы, что повышает эффективность, технологичность и точность магнитных измерений в процессе магнитного воздействия на объект. Магнитный материал 10 законцовки 9 центрального магнитопровода 1, выполненный с высокой магнитной индукцией насыщения, обеспечивает работу концентратора магнитного поля магнитной системы при высоких значениях напряженности магнитного поля, а форма законцовки 9 центрального магнитопровода 1 в виде усеченной гиперболы или параболы вращения обеспечивает снижение вихревых токов во внутреннем 3 и внешнем 5 токопроводах протекающим магнитным потоком в центральном магнитопроводе 1 и в его законцовке 9, что снижает потери на вихревые токи. Охлаждение шайбы 8 из токопроводящего материала и законцовки 9 центрального магнитопровода 1 обеспечивает снижение температурной зависимости индукции насыщения законцовки 9 центрального магнитопровода 1, что позволяет расширить температурный диапазон работы концентратора магнитного поля измерительной системы и повысить напряженность магнитного поля, воздействующего на объект.
Таким образом, снабжение магнитной системы концентратором магнитного поля в виде законцовки магнитопровода в форме усеченного конуса и размещение внутри, экранированного токопроводами, гибкого магнитопровода измерительных обмоток повышает эффективность, технологичность и точность магнитных измерений в процессе магнитного воздействия на объект.
Предлагаемое устройство можно применять в области электротехники и электроники для повышения эффективности, технологичности и точности магнитных измерений в процессе магнитного воздействия на объект.