МАГНИТНАЯ СИСТЕМА
MAGNETIC SYSTEM

Изобретение относится к области электротехники и электроники и предназначено для повышения напряженности магнитного поля при одновременном снижении электромагнитных помех в процессе магнитного воздействия на объект.
Известны различные магнитные системы.
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.
Известен концентратор магнитного поля (см. патент РФ №2121181), включающий один или более каскадов, соосно расположенных с первым, причем, каждый каскад состоит из двух или более систем двухслойных пластин из парамагнетика или ферромагнетика и диамагнетика с частичным отсутствием диамагнетика, а системы двухслойных пластин расположены вокруг воображаемой оси так, что нормали к их поверхностям пересекают воображаемую ось, причем расстояние между крайними точками пересечения не превышает размера наименьшей пластины в направлении вдоль воображаемой оси, при этом, каждая система двухслойных пластин содержит пакет из одной или более параллельных двухслойных пластин, обращенных парамагнетиком или ферромагнетиком к воображаемой оси.
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 являются невозможность существенного повышения напряженности магнитного поля в рабочей зоне при одновременном снижении электромагнитных помех в процессе магнитного воздействия на объект.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение напряженности магнитного поля в рабочей зоне и снижение электромагнитных помех в процессе магнитного воздействия на объект.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, заключается в 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 магнитопровода. Кроме того, законцовки магнитопровода выполнены в форме усеченной гиперболы или параболы вращения. Кроме того, законцовки магнитопровода выполнены из однородного магнитного материала с высокой магнитной индукцией насыщения. 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 «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 «законцовки магнитопровода выполнены из однородного магнитного материала с высокой магнитной индукцией насыщения», обеспечивают работу концентратора магнитного поля магнитной системы при высоких значениях напряженности магнитного поля.
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 показан продольный разрез концентратора магнитного поля; на фиг. 2 показан разрез В-В концентратора магнитного поля.
Здесь: 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.
На чертежах показаны: (см. фиг. 1 и 2) магнитопровод, выполненный в виде стержня 1 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 обеспечивает противоположные направления токов во внутреннем 3 и внешнем 5 токопроводах. Законцовка магнитопровода 9 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 сечений стержня 1 и рабочей поверхности 11.
Магнитная система, выполненная в виде стержня из гибкого магнитопроводящего материала с концентратором магнитного поля, работает следующим образом.
Магнитный поток, генерируемый источником магнитного поля (на схеме не показан), протекает по стержню 1 гибкого магнитопровода и, далее, поступает в концентратор магнитного поля, выполненный в виде законцовки магнитопровода 9 в форме усеченного конуса, на выходе из конуса которой плотность магнитного потока увеличивается пропорционально отношению площадей поперечных сечений стержня 1 и рабочей поверхности 11 концентратора магнитного поля. Законцовка магнитопровода 9, выполненнная в форме усеченной гиперболы или параболы вращения обеспечивает снижение потерь на вихревые токи. Магнитный материал 10 с высокой магнитной индукцией насыщения и охлаждение законцовки магнитопровода 9 обеспечивают работу концентратора магнитного поля магнитной системы при высоких значениях напряженности магнитного поля. Токопроводящая шайба 8 обеспечивает противоположные направления токов во внутреннем 3 и внешнем 5 токопроводах, питающих обмотки (на схеме не показаны) электромагнита. Противоположные направления токов во внутреннем 3 и внешнем 5 токопроводах снижают электромагнитные помехи, генерируемые внутренним 3 и внешним 5 токопроводами и, кроме того, внутренний 3 и внешний 5 токопроводы экранируют магнитный поток в магнитопроводе магнитной системы от внешних воздействий. Для охлаждения токопроводящей шайбы 8 последняя может быть изготовлена из многоступенчатых параллельно или последовательно соединенных полупроводниковых р и n переходов, использующих эффект Пельтье.
Таким образом, выполнение магнитопровода в виде в виде стержня из гибкого магнитопроводящего материала с концентратором магнитного поля, выполненным в виде законцовки магнитопровода в форме усеченного конуса, и экранированной от внешних воздействий токопроводами с противоположными направлениями токов в них, позволяют создать экранированный концентратор магнитного поля для повышения напряженности магнитного поля в рабочей зоне и снижения электромагнитных помех в процессе магнитного воздействия на объект.
Предлагаемое устройство можно применять в области электротехники и электроники для повышения напряженности магнитного поля при одновременном снижении электромагнитных помех в процессе магнитного воздействия на объект.