МНОГОПОЛЮСНАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения магнитных систем на постоянных магнитах.
Известна «Конструкция постоянных магнитов, используемых в электрических машинах» (заявка РСТ (WO) A1 91/07805, публ. от 30.05.91), в которой магнитная система имеет форму пустотелого цилиндра, образованного постоянными магнитами в виде сегментов с различным направлением намагниченности, при этом, по крайней мере, три соседних магнита образуют магнитную цепь, формирующую два магнитных полюса на внешней поверхности цилиндра.
Недостатки данной конструкции:
- наличие потоков рассеяния внутри полого цилиндра данной магнитной системы в местах соприкосновения трех соседних магнитов и их влияние на окружающие элементы устройства, в котором применена данная магнитная система;
- высокая трудоемкость изготовления постоянных магнитов и сборки их в цилиндр, т.к. магниты имеют сложную геометрическую форму в виде сегментов с большим количеством острых кромок, которые практически невозможно выполнить и сохранить при сборке без трещин и сколов из-за того, что материал постоянных магнитов склонен к образованию трещин.
Наиболее близкой к заявляемой многополюсной магнитной системе является «Многополюсная магнитная система» (RU №2393566, Н01F 7/02, опубл. 27.06.2010, Бюл. №18), выбранная в качестве прототипа, которая содержит полюсные постоянные магниты и намагниченные тангенциально межполюсные постоянные магниты, соединенные между собой в мозаичную структуру в виде кольцевого цилиндра с прилеганием магнитов разноименными магнитными полюсами. Магниты имеют сложную геометрическую форму, при этом полюсные постоянные магниты намагничены в осевом направлении и выполнены так, что дополняют межполюсные магниты до кольцевого цилиндра.
Недостатками данной магнитной системы являются:
- высокая трудоемкость изготовления постоянных магнитов и сборки их в цилиндр, т.к. магниты имеют сложную геометрическую форму с большим количеством острых кромок (особенно межполюсных магнитов), которые практически невозможно выполнить и сохранить при сборке без трещин и сколов из-за того, что материал постоянных магнитов склонен к образованию трещин. При этом возникает необходимость выполнения притупления острых кромок, например, в виде фасок (или скруглений), что дополнительно повышает трудоемкость, но не исключает полностью образование сколов и трещин (как при выполнении притупления, так и в процессе сборки магнитной системы);
- наличие магнитных потоков рассеяния: 1) между разноименными полюсами тангенциально намагниченных магнитов на торцевой поверхности кольцевого цилиндра, образованной поверхностями указанных магнитов; 2) от встречных магнитных полей между кромками одноименной полярности тангенциально намагниченных межполюсных магнитов; 3) от полюсов полюсных магнитов, обращенных в сторону торцевой поверхности кольцевого цилиндра, образованной поверхностями тангенциально намагниченных магнитов, при этом, чем больше величина упомянутых выше притуплений кромок межполюсных магнитов, тем больше площадь открытых поверхностей указанных полюсов и тем больше магнитные потоки рассеяния от них;
- необходимость исключения влияния магнитных потоков рассеяния на чувствительные к внешнему магнитному полю элементы устройства, в котором применена известная магнитная система, например, экранированием, что приводит к ухудшению массогабаритных характеристик устройства в целом, что актуально для миниатюрных устройств.
Технические результаты, достигаемые при использовании данного технического решения, заключаются в уменьшении магнитных потоков рассеяния, снижении трудоемкости изготовления и уменьшении массы магнитной системы.
Это достигается тем, что в многополюсной магнитной системе, содержащей объединенные в кольцевой цилиндр, намагниченные в осевом направлении полюсные постоянные магниты и межполюсные элементы, причем каждый межполюсный элемент выполнен в виде фигуры, ограниченной частью одной из торцевых поверхностей цилиндра в виде кольцевого сектора, угол которого выбран из соотношения α=360°/2Р, где Р - число пар полюсов, и двумя поверхностями, проходящими через ограничивающие кольцевой сектор радиусы и проекцию точки пересечения биссектрисы угла α и внешней дуги указанного сектора на противоположную торцевую поверхность кольцевого цилиндра, а полюсные постоянные магниты установлены с чередующейся полярностью и выполнены так, что дополняют межполюсные элементы до кольцевого цилиндра, новым является то, что межполюсные элементы выполнены из магнитомягкого материала.
Уменьшение магнитных потоков рассеяния заявленной магнитной системы обеспечивается за счет выполнения межполюсных элементов из магнитомягкого материала, т.к. они становятся магнитопроводами и пропускают через себя магнитный поток между соседними полюсными магнитами, при этом на торцевой поверхности кольцевого цилиндра, образованной межполюсными элементами, потоки рассеяния практически отсутствуют (обеспечивается отсутствием насыщения в данных деталях при выборе их материала и габаритных размеров).
Уменьшение магнитных потоков рассеяния приводит к уменьшению их влияния на чувствительные к внешнему магнитному полю элементы устройства, в котором применена заявленная магнитная система, что актуально для миниатюрных устройств.
Снижение трудоемкости изготовления многополюсной магнитной системы достигается за счет уменьшения трудоемкости изготовления межполюсных элементов выполненных из магнитомягкого материала, обладающего лучшими, по сравнению с постоянными магнитами, технологическими свойствами и не склонного к образованию трещин и сколов при механической обработке.
3
3
Уменьшение массы многополюсной магнитной системы достигается тем, что, при равенстве объемов, плотность межполюсных элементов из магнитомягкого материала, например, сплава 36КНМ ГОСТ 10994 с плотностью около 8 г/см, меньше плотности материала постоянных магнитов, например, сплава КС25 ГОСТ 21599 с плотностью около 8,5 г/см.
Кроме того, применение магнитомягкого материала для изготовления межполюсных элементов увеличивает выход годной продукции не только самих деталей, но и, как следствие, всей сборки заявляемой магнитной системы из-за отсутствия брака деталей по трещинам и сколам.
Т.к. стоимость деталей из магнитомягкого материала меньше стоимости изготовленных в размер намагниченных постоянных магнитов, то очевидно, что себестоимость заявленной магнитной системы также будет меньше.
На фиг.1 представлен внешний вид заявляемой многополюсной магнитной системы с двумя парами полюсов. Стрелками указаны направления намагниченности полюсных постоянных магнитов.
На фиг.2 представлена схема построения межполюсного элемента.
На фиг.3 представлен внешний вид межполюсного элемента.
На фиг.4 представлена магнитная система индукционного демпфера с заявляемой многополюсной магнитной системой с двумя парами полюсов, вид сбоку.
На фиг.5 представлена развертка наружной поверхности магнитной системы, используемой в индукционном демпфере.
На фиг.1 представлена многополюсная магнитная система в виде кольцевого цилиндра с двумя парами полюсов, которая содержит четыре полюсных постоянных магнита 1 и четыре межполюсных элемента 2 из магнитомягкого материала. Полюсные магниты 1 намагничены в осевом направлении и установлены с чередованием полярности (фиг.4). Магниты 1 дополняют элементы 2 до кольцевого цилиндра.
Для пояснения выполнения межполюсного элемента приведена схема его построения (фиг.2). В качестве примера рассмотрено построение межполюсного элемента в виде фигуры, ограниченной кольцевым сектором с углом α=360°/2Р (для двух пар полюсов Р=2, α=90°) и поверхностями в виде плоскостей, проходящих через радиусы R и R' указанного кольцевого сектора и проекцию точки А пересечения биссектрисы ОА угла а и внешней дуги кольцевого сектора на противоположную торцевую поверхность кольцевого цилиндра (точка А'). Плоскости отсекают от кольцевого сектора части объема кольцевого цилиндра, образуя межполюсный элемент (фиг.3).
Полюсные магниты 1 являются дополнением до кольцевого цилиндра фигуры, состоящей из четырех межполюсных элементов 2, составленных таким образом, что своей поверхностью, перпендикулярной направлению намагниченности магнитов 1, образуют торцевую поверхность кольцевого цилиндра. При этом кольцевой цилиндр будет иметь высоту, равную высоте полюсного магнита в направлении его намагниченности.
Работа заявляемой многополюсной магнитной системы показана на примере ее использования в индукционном демпфере дискового типа, где в рабочий зазор магнитной системы (фиг.4), состоящей из двух одинаковых мозаичных кольцевых цилиндров, помещен с возможностью вращения электропроводящий ротор 3, в котором при пересечении силовых линий индукции (фиг.5) индуцируются вихревые токи, магнитное поле которых, взаимодействуя с магнитным полем магнитов, создает тормозящий момент. Магниты 1 и межполюсные элементы 2 обеспечивают прохождение магнитного потока в направлении намагниченности магнитов 1 с минимальным рассеянием.
Для проверки эффективности предложенного решения были изготовлены образцы индукционных демпферов с заявляемой многополюсной магнитной системой и магнитной системой прототипа, каждая из которых состоит из двух мозаичных кольцевых цилиндров, имеющих одинаковые габариты.
В результате установлено, что: величина магнитной индукции потоков рассеяния с торцевой поверхности кольцевого цилиндра, образованной межполюсными элементами, уменьшилась не менее, чем в 7 раз, и, как следствие, уменьшилось влияние указанных потоков на окружающие устройства, чувствительные к внешнему магнитному полю; трудоемкость изготовления уменьшилась не менее, чем в 5 раз; масса магнитной системы уменьшилась на 2%; выход годной продукции увеличился практически с 20 до 100%.