Индуктор для намагничивания постоянных магнитов
INDUCTOR FOR MAGNETISING PERMANENT MAGNETS

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствам для намагничивания двухполюсных постоянных магнитов.
Для высокой эффективности использования материала двухполюсных постоянных магнитов они должны быть однородно намагничены во всем объеме. Сборные магнитные системы состоят из совокупности однородно намагниченных двухполюсных магнитов, направление намагниченности которых ориентировано под требуемым углом к некоторой фиксированной оси, ребру или грани [Многополюсный магнит: а.с. 662979 СССР, №2302336/24-07 / Рабинович Я.Д.; заявл. 23.12.75; опубл. 15.05.79, Бюл. 18. 2 с.]. Поэтому для намагничивания элементов сборных магнитных систем нужны индукторы, создающие однородное поле.
Двухполюсные постоянные магниты часто намагничивают в токопроводящих соленоидах с рабочей областью в виде цилиндра с образующей в виде окружности, прямоугольника и др. [2, с. 29]. Поле таких индукторов не является однородным во всем объеме рабочей области. Поэтому, для намагничивания магнитов объем рабочей области часто делают существенно большим, чем объем намагничиваемого магнита. Это приводит к необходимости увеличения мощности источника питания индуктора для создания поля необходимой величины.
Известен индуктор для термомагнитной обработки и намагничивания многополюсных роторных магнитов, состоящий из токопроводящих стержней, установленных параллельно оси индуктора на одинаковом расстоянии от нее [Индуктор для намагничивания и термомагнитной обработки многополюсных магнитов: а.с. 1791858 А1 СССР, №4671380/07 / Стадник И.П., Горская И.Ю.; заявл. 28.02.89; опубл. 30.01.93, Бюл. 4. 4 с.], выбранный за прототип.
Данный индуктор не обеспечивает однородного намагничивания двухполюсных магнитов, т.к. его поле в рабочей области существенно отличается от однородного.
Цель изобретения - повышение качества намагничивания постоянных магнитов.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в уменьшении отклонения ориентации намагниченности магнитов от требуемого направления.
Решение поставленной задачи достигается тем, что индуктор имеет два токопроводящих стержня, форма радиального сечения которых представляет собой полумесяцы, получающиеся после пересечения двух кругов одинакового радиуса и вычитания общей области. Рабочая область индуктора имеет в сечении форму общей части двух пересекающихся кругов.
На фиг. 1 показано радиальное сечение индуктора, где использованы следующие обозначения: 1 - токопроводящие стержни, 2 - рабочая область индуктора, заполненная немагнитным и неэлектропроводящим материалом для фиксации намагничиваемых образцов, 3 - намагничиваемый магнит.
В стержнях индуктора в момент его работы должны течь одинаковые по величине противоположно направленные токи. Наиболее простой способ обеспечения этого требования - последовательное соединение стержней через ближайшие торцы (с одной стороны индуктора). К свободным торцам стержней присоединяют источник питания. Ток в индукторе может быть, как постоянным, так и импульсным.
На фиг. 2 показан общий вид индуктора.
Индуктор изготавливают следующим образом. В цилиндрическом стержне из электропроводящего материала, например, меди, вырезают продольные углубления в виде части цилиндра, радиус которого равен радиусу стержня. Затем стержень разрезают на две одинаковые части перпендикулярно продольной оси. На острой продольной кромке стержней снимают фаску. В торцах стержней сверлят отверстия и нарезают резьбу. С помощью шины из электропроводящего материала стержни соединяют с одного конца так, чтобы между ними был воздушный зазор. Другие концы стержней присоединяют к источнику тока. Осевая длина индуктора должна быть больше осевого размера намагничиваемого магнита.
Индуктор работает следующим образом. В отверстие вставляют намагничиваемый образец. По стержням индуктора пропускают импульс тока, поле которого намагничивает образец. Требуемая величина и длительность импульса тока зависят от материала намагничиваемого образца (его коэрцитивной силы) и объема рабочей области. Обычно требуется длительность импульса порядка 10 мс [Нестерин В.А. Оборудование для импульсного намагничивания и контроля постоянных магнитов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 88 с.].
Намагниченный магнит извлекается из индуктора.
Для фиксации намагничиваемого образца в рабочей области целесообразно использовать вкладку, выполненную из немагнитного и неэлектропроводящего материала, например, текстолита (см. фиг. 1), с каналом, в который помещают намагничиваемый образец (каналов и образцов может быть больше одного).
В связи с тем, что стержни индуктора представляют собой сплошные проводники тока относительно большого размера, в импульсном режиме работы может наблюдаться ярко выраженное неравномерное распределение тока по сечению стержней (скин-эффект). Это приведет к тому, что распределение намагничивающего поля в рабочей области индуктора будет отклоняться от однородного. Для устранения этого эффекта и обеспечения качественного намагничивания магнитов, стержни заменяют жгутом, изготовленным из параллельно соединенных проводников одинакового диаметра.
В декартовой системе координат, ось абсцисс которой совпадает с осью симметрии сечения индуктора (фиг. 1), поле индуктора имеет только одну компоненту:
0
где μ - магнитная постоянная,
δ - плотность тока в стержнях индуктора,
Y - расстояние от оси (центра сечения) стержня до центра сечения рабочей области.
Погрешности изготовления и наличие воздушного промежутка между шинами приводит к небольшому искажению поля индуктора в рабочей области. Для расчета поля индуктора можно воспользоваться формулой Био-Савара-Лапласа:
0
где μ - магнитная постоянная,
S - суммарная площадь радиального сечения токопроводов индуктора,
- вектор плотности тока в стержнях индуктора (имеет только одну z - компоненту),
- радиус-вектор, проведенный из точки интегрирования Р в точку наблюдения поля Q.
Расчеты показывают, что поле индуктора, рассчитанное по формуле (2), отличается от идеального значения в сечении рабочей области, рассчитываемого по формуле (1), не более, чем на 0,05%. То есть, является практически однородным в рабочей области. Поле прототипа в сечении рабочей области отклоняется от однородного на 5,9%.
На фиг. 3а показана картина поля прототипа, а на фиг.3б - предлагаемого индуктора. Как видно на фиг. 3а, при приближении к токопроводам прототипа, его поле утрачивает однородность. Следовательно, для качественного намагничивания двухполюсных магнитов в индукторе-прототипе можно использовать только относительно небольшую рабочую область, удаленную от токопроводов. Кроме того, намагничиваемые образцы должны центрироваться в рабочей области индуктора для обеспечения симметричного (однородного) намагничивания.
Поле предлагаемого индуктора (см. фиг. 3б) сохраняет однородность во всей рабочей области. При равном суммарном токе в токопроводах прототипа и предлагаемого индуктора, поле в рабочей области последнего будет иметь большую величину, т.к. токопроводящие шины приближены к рабочей области. Для качественного намагничивания образцов в предлагаемом индукторе образцы можно не центрировать в рабочей области, т.к. поле однородно во всей области. Это свойство предлагаемого индуктора позволяет одновременно намагничивать несколько образцов (см. фиг. 1).
Так образом, предлагаемый индуктор позволяет более эффективно намагничивать двухполюсные постоянные магниты, чем прототип.