ИНДУКТОР ДЛЯ МНОГОПОЛЮСНОГО АКСИАЛЬНОГО НАМАГНИЧИВАНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ
INDUCTOR FOR THE ANNULAR PERMANENT MAGNETS MULTI-POLAR AXIAL MAGNETIZATION

Изобретение относится к области электротехники, а именно: к устройствам для намагничивания многополюсных постоянных магнитов кольцевой формы для дисковых роторов электрических машин [Нестерин В.А. Оборудование для импульсного намагничивания и контроля постоянных магнитов. М.: Энергоатомиздат, 1986. С. 21].
Известно устройство для намагничивания многополюсных редкоземельных постоянных магнитов, содержащее опорный элемент для размещения постоянного магнита, электропроводящие трубчатые проводники в виде катушки, смонтированные на опорном элементе по отношению к магниту таким образом, что при протекании по трубчатым проводникам электрического тока, создается магнитное поле, достаточное для намагничивания постоянного магнита по всему его объему; устройство импульсного тока для питания трубчатых проводников для создания намагничивающего поля, а также средство обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости через трубчатые проводники для ограничения накопления тепла в обмотке при протекании электрического тока [патент США US 5852393 А приоритет от 22. 12. 1998].
Недостатками известного устройства являются: 1) применение системы жидкостного охлаждения для прокачки охлаждающей жидкости через трубчатые электро-проводники, приводящее к усложнению конструкции и повышению требований к надежности намагничивающего устройства; 2) ограничение минимального размера наружного диаметра намагничиваемого магнита, связанное со сложностью размещения трубчатых проводников в пазах опорного элемента; 3) достаточно широкая зона перехода между полюсами на торцевых поверхностях намагниченного магнита, определяемая поперечным размером трубчатого проводника.
Известно также устройство для реверсивного намагничивания многополюсных кольцевых постоянных магнитов чередующейся полярности, содержащее индуктор с обмоткой для двухполюсного намагничивания и индуктор для многополюсного намагничивания с обмотками, соединенными между собой так, что на его намагничивающих полюсах образуется чередующаяся полярность магнитного поля, и источник импульсного тока, в котором площади поперечного сечения соседних намагничивающих полюсов индуктора для многополюсного намагничивания имеют соотношение 1:1,2, рабочие зазоры обоих индукторов соединены между собой прямым каналом с поперечным сечением, соответствующим размерам намагничиваемых многополюсных кольцевых постоянных магнитов чередующейся полярности и выполненным из неэлектропроводного и немагнитного материала, при этом намагничивающие обмотки обоих индукторов соединены последовательно и подключены к общему источнику импульсного тока, а полярность противолежащих полюсов индуктора для многополюсного намагничивания обратна полярности намагничивающих полюсов индуктора для двухполюсного намагничивания [патент РФ 2222843 приоритет 21.11.2001].
Недостатками известного устройства является: 1) необходимость намагничивания постоянного магнита за два раза с целью получения требуемой конфигурации полюсов, что приводит к усложнению конструкции и возможной необходимости изменения соотношения площади сечения соседних намагничивающих полюсов при изменениях размеров магнита (диаметр, высота) и материала (ЮНДК, феррит бария, РЗМ-Со или NdFeB); 2) высокая вероятность того, что при намагничивании в индукторе для многополюсного намагничивания не произойдет полное перемагничивание (до технического насыщения) всего объема магнита на участках, намагниченных в индукторе для двухполюсного намагничивания и имеющих встречную полярность, т.к. для перемагничивания ранее намагниченного магнита необходимо магнитное поле, в 2-3 раза превышающее величину магнитного поля, необходимого для намагничивания магнита «с нуля» до состояния технического насыщения.
По совокупности сходных существенных признаков наиболее близким к заявленному изобретению является индуктор для намагничивания постоянных магнитов, содержащий установленные в диэлектрическом блоке с зазором для размещения намагничиваемого магнита две токопроводящие пластины с высокой электропроводностью, каждая из которых своими токопроводящими участками образует замкнутый контур с выводами для подключения к импульсному источнику питания, токопроводящие участки центральной части пластин выполнены зигзагообразными, повторяющими своими наружными и внутренними участками форму полюсов на торцевых поверхностях намагничиваемого магнита, а радиальными (наклонными) участками - форму границы между полюсами [А. с.СССР 966759 приоритет 29.04.1981].
Недостатками известного устройства, выбранного в качестве прототипа заявленного изобретения, являются: 1) наружные вершины одной из зигзагообразных пластин расположены напротив внутренних вершин другой пластины, тем самым в обеих пластинах имеются образованные наклонными участками пластин контуры в виде секторов, у которых чередуется отсутствие внешних вершин, что приводит к неравномерности магнитного поля в области полюса постоянного магнита с его ослаблением на участках, находящихся напротив отсутствующей наружной вершины зигзагообразной пластины; 2) намагничивание до технического насыщения всего объема постоянного магнита требует увеличения тока индуктора, что приводит к его быстрому нагреву; 3) ограничение по размерам намагничиваемого магнита в сторону увеличения его наружного диаметра, связанное с невозможностью получения магнитного поля необходимой величины по всему объему магнита; 4) отсутствие системы охлаждения приводит к быстрому нагреву индуктора за счет электрических потерь и к его низкой производительности.
Перед заявленным изобретением была поставлена задача устранения указанных недостатков путем повышения величины магнитного поля в рабочей зоне индуктора и конструктивного обеспечения его принудительного воздушного охлаждения
Поставленная задача решается тем, что предложен индуктор для многополюсного аксиального намагничивания кольцевых постоянных магнитов, содержащий установленные в диэлектрическом блоке с зазором для размещения держателя с намагничиваемым магнитом две токопроводящие пластины с высокой электропроводностью, каждая из которых своими токопроводящими участками образует замкнутый контур с выводами для подключения к импульсному источнику питания. Токопроводящие участки центральной части пластин выполнены зигзагообразными, повторяющими своими наружными и внутренними участками форму полюсов на торцевых поверхностях намагничиваемого магнита, а радиальными участками - форму границы между полюсами.
Новым в предложенном устройстве является то, что токопроводящие пластины с высокой электропроводностью выполнены в виде пакета из четного числа пластин, соединенных электрически последовательно между собой с помощью электропроводящего контактного кольца, разделенных диэлектрическими тонкими прокладками, закрепленных между двумя диэлектрическими блоками болтовым соединением и подключенных к импульсному источнику питания через выводы от крайних пластин пакетов. Наружные токопроводящие участки пластин разделены между собой воздушными зазорами для принудительного отвода тепла от радиальных токопроводящих участков, расположенных в плоскости в осевом направлении.
Целесообразно, чтобы в заявленном индукторе наружные токопроводящие участки одной из смежных пластин были расположены напротив внутренних токопроводящих участков другой пластины и совпадали с наружным токопроводящим участком следующей за смежной пластины.
Целесообразно, чтобы в заявленном индукторе наружные зигзагообразные токопроводящие участки в пластинах имели развитые участки поверхности, не связанные в других местах электрически между собой иначе, как через радиальные токопроводящие участки пластин.
Целесообразно, чтобы в заявленном индукторе зигзагообразные токопроводящие участки в пластинах были расположены со смещением от оси симметрии пластины с образованием чередующихся выступающих участков пластин с воздушными промежутками между ними на боковых гранях индуктора.
Целесообразно, чтобы в заявленном индукторе пространство внутри токопроводящих участков пластин было заполнено вставками из диэлектрического материала.
Технический результат заявленного изобретения состоит в повышении величины концентрированного магнитного поля в рабочей зоне индуктора, что позволяет намагничивать до технического насыщения магниты с большим наружным диаметром, а также в повышении производительности и сроков службы индуктора за счет конструкции, обеспечивающей принудительное воздушное охлаждение и уменьшающей влияние нагрева индуктора в процессе намагничивания.
На фиг. 1 представлена пластина с высокой электропроводностью.
На фиг. 2 представлен общий вид намагничиваемого многополюсного кольцевого постоянного магнита.
На фиг. 3 представлен общий вид индуктора.
На фиг. 4 представлена зависимость изменения индукции на торцевой поверхности магнита в центре его полюсов от величины напряжения импульсного источника тока.
На фиг. 5 представлена картина магнитного поля намагниченного магнита на индикаторной пленке.
Предложенный индуктор для многополюсного аксиального намагничивания кольцевых постоянных магнитов содержит пластины 1 с высокой электропроводностью (см. фиг. 1), которые образуют зигзагообразный контур, повторяющий в центральной части своими радиальными участками 2 и внутренней частью наружных токопроводящих участков пластин 3 границу полюсов на торцевой поверхности 4 намагничиваемого многополюсного кольцевого постоянного магнита 5 (см. фиг. 2). Наружные токопроводящие участки пластин 3 имеют развитую поверхность 6 и разделены между собой воздушными зазорами 7. Развитая поверхность наружных токопроводящих участков пластин 6 обеспечивает отвод тепла от радиальных токопроводящих участков пластин 2 с последующим принудительным рассеиванием в окружающую среду. Пространство внутри токопроводящих участков пластин заполнено вставками 8 из диэлектрического материала, например, стеклотекстолита, предотвращающей смещение радиальных токопроводящих участков 2 под воздействием электродинамических усилий при протекании по ним импульсного тока. Индуктор (см. фиг. 3) собирается в пакет 9 из 2 (1+n) пластин 1, разделенных между собой тонкой диэлектрической прокладкой 10, и соединенных электрически последовательно через электропроводящее контактное кольцо 11. Крайние пластины индуктора имеют выводы 12 для присоединения к силовым выводам высоковольтного импульсного источника тока (на чертеже не показан). Пакет пластин 9 разделен на две части на расстояние, определяемое высотой намагничиваемого магнита 5. Обе части пластин электрически соединены между собой. Электрическое соединение выполнено так, что в радиальных токопроводящих участках пластин 2, расположенных в осевом направлении в одной плоскости и в радиусных токопроводящих участках, расположенных в осевом направлении в одном секторе 13, ток протекает в одном направлении. Пакет 9 пластин индуктора установлен между диэлектрическими блоками 14 и скреплен болтовым соединением 15, обеспечивающим прижатие пластин 1 и надежный электрический контакт. Индуктор работает следующим образом.
Кольцевой магнит 5 устанавливается в держатель 16 и перемещается в рабочую зону между двумя частями пакета 9 из токопроводящих пластин 1. При пропускании импульсного тока в рабочем зазоре индуктора создается в аксиальном направлении разнонаправленное магнитное поле с конфигурацией каждого полюса, соответствующей форме, определяемой наружными 3 и радиальными 2 токопроводящими участками пластин. Намагничиваемые части магнита 5 имеют на торцевых поверхностях 4 ту же форму полюсов, что и у пространства, ограниченного наружными 3 и радиальными 2 токопроводящими участками пластин, в котором и образуется концентрированное магнитное поле при протекании импульсного тока. При намагничивании постоянного магнита важным является достижение состояния технического насыщения материала магнита. Косвенный контроль этого проводится измерением магнитной индукции в заданной точке на поверхности магнита при изменении величины намагничивающего поля. На фиг. 4 показана зависимость изменения индукции на торцевой поверхности магнита в центре полюсов N и S от тока (величина магнитного поля в рабочей зоне индуктора пропорциональна величине заряда емкостного накопителя энергии импульсного источника тока). На фиг. 5 приведена картина магнитного поля намагниченного магнита на индикаторной пленке, отображающая форму его полюсов.