Устройство для реверсивного намагничивания многополюсных магнитов

 

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам для намагничивания многополюсных магнитов и роторов электрических машин с постоянными магнитами. Устройство содержит два индуктора для двухполюсного и для многополюсного намагничивания и источник импульсного тока. Площадь поперечного сечения соседних полюсов многополюсного индуктора имеет соотношение 1:1,2. Рабочие зазоры индукторов соединены между собой прямым каналом с поперечным сечением, соответствующим размерам намагничиваемых магнитов. Намагничивающие обмотки индукторов соединены последовательно и подключены к общему источнику импульсного тока. Технический результат заключается в упрощении конструкции и удешевления процесса намагничивания. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к устройствам для намагничивания многополюсных магнитов и роторов электрических машин с постоянными магнитами торцового типа [1].

Известен индуктор для многополюсного намагничивания магнитов [2], содержащий два замкнутых контура, образованных зигзагообразными пластинами с высокой электропроводностью и закрепленных в диэлектрическом блоке одна относительно другой соосно с зазором для размещения намагничиваемого магнита, и выводы для подключения к источнику питания, отличающийся тем, что зигзагообразные пластины выполнены плоскими, а каждый контур образован двумя электрически соединенными пластинами, закрепленными на диэлектрической прокладке с двух ее сторон с угловым сдвигом, равным полюсному шагу, при этом выводы присоединены так, что токи в пластинах каждого контура направлены встречно. В упомянутом индукторе одна из пластин каждого контура разрезана и в ее разрез с помощью перемычек включена вторая пластина.

К недостаткам известного индуктора относятся следующие: в этом индукторе нельзя намагничивать металлические магниты, т. к. они электропроводны и, следовательно, будут замыкать пластины верхнего и нижнего контуров между собой, вследствие чего индуктор не будет работать. Кроме того, этот индуктор имеет серьезные ограничения по размерам намагничиваемых магнитов в сторону малых размеров, т.к. размеры контурных пластин примерно равны размерам намагничиваемых магнитов и для намагничивания малых или больших магнитов нужны примерно одинаковые токи, при намагничивании малых магнитов поперечное сечение токопроводящих пластин окажется недостаточным для пропускания необходимого для намагничивания тока. Большим недостатком указанного индуктора является недостаточный коэффициент использования намагниченных магнитов, т. к. площадь полюсов намагниченных в этом индукторе магнитов соизмерима с площадью нейтральных (ненамагниченных) зон. Это связано с тем, что намагничивающие контуры выполнены в виде пластин и полюса магнита образовываются в промежутках между зигзагообразными проводниками, а поскольку поперечное сечение проводников не может быть малым, то ширина этих проводников примерно должна быть равна ширине полюсов намагничиваемого магнита, что приводит к довольно широким нейтральным зонам, т.к. они расположены напротив намагничивающих проводников и примерно равны их ширине.

Известно также устройство для реверсивного намагничивания многополюсного постоянного магнита [3], являющееся прототипом предлагаемого устройства. Оно содержит последовательно соединенные источник питания, ограничительный элемент, зарядный коммутатор со схемой управления, конденсаторную батарею, образующие зарядную цепь, и последовательно соединенные с конденсаторной батареей разрядный коммутатор и многополюсный индуктор, образующий вместе с конденсаторной батареей колебательный контур, отличающийся тем, что с целью уменьшения переходной зоны между смежными полюсами, повышения эффективности устройства в него введены нуль-орган, последовательно соединенные второй разрядный коммутатор и многовитковая катушка, включенные параллельно конденсаторной батарее, а параллельно обмотке индуктора включен нуль-орган, выход которого соединен со вторым входом первого разрядного коммутатора, при этом второй вход второго разрядного коммутатора соединен со схемой управления, а многовитковая катушка и многополюсный индуктор связаны индуктивно. Устройство работает следующим образом. Намагниченный магнит помещают в многополюсный индуктор, установленный в многовитковой катушке. Заряженную конденсаторную батарею через первый разрядный коммутатор разряжают на многовитковую катушку. За счет большой напряженности поля, создаваемого многовитковой катушкой, магнитопровод индуктора насыщается и не оказывает существенного влияния на распределение магнитного поля внутри катушки. Магнит при этом намагничивается как двухполюсный в осевом направлении. Затем через разрядный коммутатор, управляемый нуль-органом, подключенным к обмотке индуктора, энергия конденсаторной батареи подключается к многополюсному индуктору с числом полюсов, равным числу полюсов магнита, намагниченными с одной ориентацией (т. е. половине пар полюсов намагниченного магнита). Поле в многополюсном индукторе имеет противоположное направление относительно первоначального двухполюсного намагничивания магнита. В результате участки магнита, находящиеся под полюсами многополюсного индуктора, перемагничиваются в противоположном направлении, а магнит в целом оказывается намагниченным в осевом направлении реверсивно.

Главным недостатком этого устройства является сложность и дороговизна процесса намагничивания. Это объясняется тем, что для обеспечения работы данного устройства необходимо иметь очень малые потери в разрядных цепях, что достигается, в частности, за счет применения сверхпроводящих обмоток. Известные на сегодняшний день сверхпроводники работоспособны только при криогенных температурах. Самые "теплые" сверхпроводники, в частности, работоспособны при температуре жидкого азота. Как известно, получение подобных температур технически сложно и требует больших энергетических затрат. Кроме того, ширина переходных зон (ненамагниченных) при перемагничивании в данном устройстве недостаточно мала, т.к. она образуется за счет полей рассеяния полюсов многополюсного индуктора, а нейтрализация действия этих полей в устройстве не предусмотрена.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в упрощении конструкции устройства для реверсивного намагничивания, удешевлении процесса намагничивания и уменьшении ширины нейтральных (ненамагниченных) зон между смежными полюсами реверсивно намагничиваемых многополюсных кольцевых магнитов.

Для решения поставленной задачи в устройство для реверсивного намагничивания многополюсных кольцевых постоянных магнитов чередующейся полярности, включают 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, причем 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.

На фиг. 1 показана схема устройства. Устройство содержит С-образный магнитопровод 1 индуктора для двухполюсного намагничивания, намагничивающие обмотки двухполюсного индуктора 2; два магнитопровода индуктора для многополюсного намагничивания 3 с намагничивающими обмотками 4, прямой канал 5 из неэлектропроводного и немагнитного материала, соединяющий рабочие зазоры обоих индукторов. Обмотки 2 и 4 соединены между собой последовательно и подключены к источнику импульсного тока 7. Причем обмотки 4 многополюсного индуктора соединены между собой так, чтобы при прохождении по ним тока на полюсах образовалась чередующаяся полярность магнитного поля. На втором магнитопроводе полярность противолежащих полюсов должна быть обратной первому магнитопроводу.

На фиг.2 показан пример выполнения многополюсного магнитопровода индуктора для намагничивания четырехполюсных магнитов. Паз 3 для укладки обмоток выполнен так, чтобы отношение площадей поперечного сечения "малых"-1 полюсов к площадям поперечного сечения "больших"-2 полюсов было 1:1,2.

Устройство работает следующим образом. Намагничиваемый магнит помещают в рабочий зазор 2-х полюсного индуктора. От источника 7 подают импульс тока в обмотки индукторов. При этом магнит 6 намагничивается как 2-х полюсный в осевом направлении. Затем намагниченный магнит 6 выталкивают другим магнитом в канал 5 (на фиг.1 направление выталкивания показано стрелкой), откуда он под действием собственных магнитных сил автоматически втягивается в рабочий зазор индуктора для многополюсного намагничивания, а выталкивающий магнит устанавливается в рабочем зазоре индуктора для 2-х полюсного намагничивания. Таким образом, в устройстве одновременно находятся два магнита. При подаче следующего импульса тока от источника 7 магнит в индукторе для многополюсного намагничивания перемагничивается на требуемое число полюсов, а в это же время очередной магнит в индукторе для 2-х полюсного намагничивания намагничивается как двухполюсный. Далее, намагниченный на требуемое число полюсов магнит, извлекают из рабочего зазора индуктора для многополюсного намагничивания и очередным магнитом выталкивают намагниченный в 2-х полюсном индукторе магнит в канал 5. Далее цикл повторяют.

Магнитное состояние магнитов после намагничивания в 2-х полюсном и многополюсном индукторах показано на примере 4-х полюсного кольцевого магнита (фиг.3а) и б) соответственно).

Таким образом, предлагаемое устройство значительно проще прототипа, так как для его работы не требуется ни криогенного оборудования, ни сложных электронных устройств (коммутатора, нуль-органа, устройства управления и т.д.). Для его работы подходит любой источник импульсного тока, обеспечивающий необходимые параметры намагничивающих импульсов. Отсюда очевидно, что процесс намагничивания с помощью предлагаемого устройства дешевле, чем в прототипе.

Кроме того, ширина нейтральных (ненамагниченных) зон при намагничивании в предлагаемом устройстве значительно меньше, чем в прототипе за счет соотношения площадей поперечных сечений "малых" и "больших" полюсов 1:1,2. Это соотношение установлено экспериментально. При отклонении этого соотношения в любую сторону нарушается симметрия и увеличивается ширина нейтральных зон. Это подтверждается примером на фиг.4. Здесь приведены картины магнитного поля 4-х полюсного магнита на индикаторной пленке после намагничивания одного и того же магнита в предлагаемом устройстве при различных отношениях поперечных сечений "малых" и "больших" полюсов. На фиг. 4(а) приведена картина поля магнита на индикаторной пленке при соотношении поперечных сечений полюсов 1: 1; на фиг. 4(б) - 1:1,1; на фиг.4(в) 1:1,2; на фиг.4(г) - 1:1,3 и на фиг.4(д) - 1:1,4.

Анализируя эти картины поля, можно сделать вывод, что на фиг 4(в) картина поля лучшая из всех, т.е. оптимальное соотношение площадей поперечных сечений "малых" и "больших" полюсов должно быть равно 1:1,2.

Использованная литература 1. В. А. Балагуров, Ф.Ф.Галтеев. Электрические генераторы с постоянными магнитами. М., Энергоатомиздат, 1988, с.33.

2. Авторское свидетельство СССР 1557592 А1, кл. Н 01 F 13/00, 1988.

3. Авторское свидетельство СССР 1712971 А1, кл. Н 01 F 13/00, 1990.

Формула изобретения

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, отличающееся тем, что 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4