Магнитный экран и способ его изготовления

Авторы патента:

G12B17/02 - от электрических и магнитных полей, например радиоволн

Владельцы патента RU 2627928:

Костылев Вадим Иванович (RU)

Группа изобретений относится к области радиоэлектроники и электротехники и может использоваться как для уменьшения излучения какого-либо устройства путем его экранирования, так и для уменьшения помех от внешнего магнитного поля на датчики. Магнитный экран состоит из скрепленных между собой деталей в виде рулонов магнитомягкой ленты, ось намотки которых перпендикулярна торцевым поверхностям, при этом внутренняя полость магнитного экрана образована плоскими участками рулонов и сдвинутыми в осевом направлении витками ленты. Технический результат – увеличение коэффициента экранирования и уменьшение потерь при работе в сильных переменных полях. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к областям радиоэлектроники и электротехники и может использоваться как для уменьшения излучения какого-либо устройства путем его экранирования, так и для уменьшения помех от внешнего магнитного поля на датчики, например, тока при помещении их в предлагаемый магнитный экран.

Известны магнитные экраны, например, для тороидальных датчиков тока [1], детали которых изготавливаются методом штамповки. Для этого из листового металла с высокой магнитной проницаемостью вырезается плоская заготовка, которая затем проходит вытяжку на мощных прессах с помощью специально изготовленных из высокопрочной стали пуансона и матрицы, задающих форму магнитного экрана. После такой операции магнитные свойства металла катастрофически падают, и для их восстановления, как правило, требуется термомагнитная обработка. Такой способ изготовления является дорогостоящим, а сами экраны, из-за неминуемого снижения магнитной проницаемости, даже при использовании пермаллоев не обладают высоким коэффициентом экранирования. Кроме того, при работе экранов из сплошных листовых материалов в переменных магнитных полях возникают вихревые токи, и они нагреваются.

Известны также магнитные экраны, описанные в патенте [2] и принятые за прототип, детали которых - основание, крышка, наружная стенка, а при необходимости и внутренняя стенка - представляют собой рулоны из магнитомягкой ленты, намотанные в соответствии с требующейся формой экрана. Скрепленные между собой детали образуют магнитный экран, конструкция которого упрочняется путем пропитки лаками или эпоксидными смолами либо сваркой.

Процесс изготовления описываемых экранов несложен, так как все детали экранов изготавливаются на намоточных станках, а потому в производстве они недороги. Использование лент из трансформаторной стали и особенно из аморфных или нанокристаллических сплавов, имеющих чрезвычайно высокую магнитную проницаемость, позволяет существенно повысить коэффициент экранирования. Этому же способствует многовитковость деталей экрана, работа которых подобна многостеночным экранам. Кроме того, ленточная, шихтованная в разрезе структура позволяет снизить вихревые токи и уменьшить потери в экране при работе его в переменных магнитных полях.

Тем не менее, рассматриваемые магнитные экраны обладают следующими недостатками. При стыковке деталей при сборке, учитывая их число, неизбежно получение как минимум двух немагнитных зазоров в экранах без внутренней стенки и четырех с внутренней стенкой. Наличие немагнитных зазоров ограничивает на практике величину достижимого коэффициента экранирования. Немагнитные зазоры к тому же существенно возрастают из-за коробления, если после намотки детали проходят термомагнитную обработку для увеличения магнитной проницаемости. Кроме того, при стыковке деталей экрана происходит короткое замыкание витков рулона стенок с витками основания и крышки, что приводит к возникновению короткозамкнутых контуров, по высоте равных стенке, и, как следствие, к дополнительным потерям и нагреву при работе в переменных магнитных полях.

Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются повышение коэффициента экранирования и снижение потерь и, следовательно, рабочей температуры при работе в сильных переменных магнитных полях, а также упрощение и удешевление технологии изготовления магнитных экранов.

Поставленные задачи в предлагаемом изобретении решаются за счет того, что магнитный экран выполняется состоящим из скрепленных между собой деталей в виде рулонов магнитомягкой ленты, ось намотки которых перпендикулярна торцевым поверхностям, при этом внутренняя полость магнитного экрана образована плоскими участками рулонов и витками ленты, сдвинутыми в осевом направлении. Способ изготовления такого магнитного экрана заключается в создании макета внутренней полости магнитного экрана в виде пуансона и матрицы, изготовлении заготовок из магнитомягкого материала, из которых затем с помощью пуансона и матрицы выдавливаются детали магнитного экрана. При этом заготовки изготавливаются в виде рулонов, намотанных из ленты магнитомягкого материала, ширина которой соответствует заданной толщине магнитного экрана на его плоских участках, причем формирование деталей производится за счет сдвига витков рулонов в осевом направлении. Намотку рулонов в областях, соответствующих резкому изменению рельефа внутренней полости магнитного экрана, например для формирования стенок, целесообразно производить магнитомягкой лентой большей ширины и с уменьшенным натяжением.

В предлагаемой конструкции магнитного экрана число деталей и соответственно число немагнитных зазоров уменьшается, что повышает коэффициент экранирования. Отсутствуют и короткозамкнутые контуры, поскольку каждая деталь соединяется с другой только одной стороной, что снижает потери при работе в сильных переменных полях. Технология при описанном способе изготовления значительно упрощается как из-за уменьшения числа деталей, так и из-за снижения требований к оборудованию. Заготовки деталей производятся на обычных намоточных станках. Никаких мощных прессов при формовке не требуется, поскольку делается это за счет сдвига витков рулонов, практически достаточно простого нажима рукой на пуансон. Пуансон и матрица могут быть выполнены даже из пластика, потому что силовой нагрузки они практически не испытывают.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами с двумя вариантами выполнения магнитного экрана, например, для тороидального сердечника датчика тока.

На фиг. 1 показан магнитный экран в сборе, составленный из двух одинаковых деталей в виде крышек, выполненных по предлагаемому способу изготовления.

На фиг. 2 представлен упрощенный вариант магнитного экрана, в котором нижняя крышка заменена рулоном ленты.

Фиг. 3…6 упрощенно иллюстрируют предлагаемый способ изготовления магнитного экрана: на фиг. 3 показан пуансон, на фиг. 4 - заготовка в виде рулона ленты, на фиг. 5 - матрица, на фиг. 6 - результат формирования детали магнитного экрана - крышка в разрезе.

Магнитный экран для тороидального датчика тока может представлять собой, например, соединение двух одинаковых деталей-крышек 1 и 2, как это показано на фиг. 1. Каждая из этих деталей представляет собой рулон ленты, и способ изготовления их описан ниже.

Одна из деталей может быть заменена, к примеру, рулоном ленты 3 (фиг. 2), но во всех случаях детали магнитного экрана имеют контакт с другой деталью только с одной стороны, что исключает возникновение короткозамкнутых контуров вдоль стенок крышек.

Для изготовления магнитного экрана создается макет его внутренней полости или ее части в виде пуансона (фиг. 3) и соответствующей ему матрицы (фиг. 5). Оснастка на чертежах показана упрощенно, без направляющих и других необходимых элементов. Закрепленный на пластине 4 формообразующий элемент пуансон 5 (фиг. 3) должен соответствовать внутренней полости магнитного экрана или его части. К материалу пуансона 5 высоких требований в части механической прочности и износостойкости не предъявляется, поскольку формирование деталей из заготовок производится сдвигом витков, и в простейшем случае это может быть и пластик, и дерево. То же относится и к матрице на фиг. 4.

Процесс изготовления заготовки 6 фиг. 4 заключается в наматывании магнитомягкой ленты вокруг оси ОО на оправку, не показанную на чертеже, на намоточном станке. Форма оправки и получаемый в результате рулон ленты должны соответствовать форме внутренней полости магнитного экрана. Показанный на фиг. 4 рулон в виде кольца соответствует магнитному экрану в виде тела вращения с отверстием в центре, как на фиг. 1. В принципе, таким способом могут быть выполнены магнитные экраны с отверстием в центре и без, в виде тел вращения и в виде параллелепипедов и т.д.

Ширина ленты при намотке рулона должна равняться толщине магнитного экрана на его плоских участках. В местах резкого изменения рельефа экрана, например для увеличения толщины круто падающих стенок, целесообразно в соответствующих местах рулона намотку вести магнитной лентой большей ширины. Кроме того, для облегчения сдвига витков ленты на этих участках формирования магнитного экрана рекомендуется вести намотку с меньшим натяжением.

Магнитомягкая лента для намотки рулонов может быть из трансформаторного железа либо из аморфных или нанокристаллических сплавов. Лента из аморфного сплава АМЕТ-84ЛХСР [3] позволяет получить без термообработки магнитную проницаемость материала магнитного экрана до 140000.

Процесс формирования деталей 1 и 2 магнитного экрана состоит во вдавливании вдоль осевой линии ОО пуансона 5 в заготовку 6, вложенную в матрицу 7, так, как показано на фиг. 6. Полученные детали 1 и 2 затем фиксируются пропиткой лаком, эпоксидными смолами или сваркой. Таким же образом скрепляется и весь магнитный экран после сборки.

Магнитные экраны, выполненные предложенным способом, могут иметь внутреннюю экранированную полость в виде тора, составленную из двух деталей (фиг. 1) либо из одной формованной детали и второй неформованной в виде рулона (фиг 2). В варианте по фиг. 2 крышка 1 может быть установлена не на рулон 2, а на шасси или корпус прибора. Внутренняя полость магнитных экранов может быть полностью замкнута и представлять собой конус или пирамиду, усеченные или нет, сферу, составленную из двух полушарий, цилиндр либо куб и т.д.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент WO 2012025859.

2. Патент RU 2546995.

3. www.amet.ru.

1. Магнитный экран, состоящий из скрепленных между собой деталей в виде рулонов магнитомягкой ленты, ось намотки которых перпендикулярна торцевым поверхностям, отличающийся тем, что внутренняя полость магнитного экрана образована плоскими участками рулонов и сдвинутыми в осевом направлении витками ленты.

2. Способ изготовления магнитного экрана, заключающийся в создании макета внутренней полости магнитного экрана в виде пуансона и матрицы, изготовлении заготовок из магнитомягкого материала, из которых затем с помощью пуансона и матрицы выдавливаются детали магнитного экрана, отличающийся тем, что заготовки изготовляются в виде рулонов, намотанных из ленты магнитомягкого материала, ширина которой соответствует заданной толщине магнитного экрана на его плоских участках, причем формирование деталей производится за счет сдвига витков рулона в осевом направлении.

3. Способ изготовления магнитного экрана по п. 2, отличающийся тем, что намотка рулонов в областях, соответствующих резкому изменению рельефа внутренней полости магнитного экрана, производится магнитомягкой лентой большей ширины.

4. Способ изготовления магнитного экрана по п. 2, отличающийся тем, что намотка рулонов в областях, соответствующих резкому изменению рельефа внутренней полости магнитного экрана, производится с уменьшенным натяжением.

Изобретение представляет собой устройство, компенсирующее негативное действие гипомагнитных условий на биологические объекты и системы, в частности на космонавта при длительных полетах вне магнитосферы Земли.

Облицовочный материал для антенных измерений в неприспособленном помещении // 2577796

Использование: для антенных измерений в неприспособленном помещении. Сущность изобретения заключается в том, что облицовочный материал, выполненный в виде конструкции на основе картона, покрытой углеродсодержащим составом, отличающийся тем, что он выполнен на основе рифленых картонных ячеек для укладки куриных яиц, а в качестве углеродсодержащего состава использована смесь мелкодисперсного углерода, получаемого СВЧ плазменным пиролизом метана, и цапонлака в пропорции от 1:8 до 1:12, при этом поверхностная плотность нанесенного углерода составляет от 30 до 50 г на квадратный метр.

Композиция для получения радиозащитного фенолформальдегидного пенопласта // 2576640

Изобретение относится к композиции для получения радиозащитного фенолформальдегидного пенопласта заливочного типа на основе резольных фенолформальдегидных смол холодного отверждения и может быть использовано в тех областях техники, где требуются облегченные негорючие теплоизоляционные радиозащитные материалы, устойчивые к длительным воздействиям высоких температур и агрессивных газовых сред, например авиация, космонавтика, судостроение, машиностроение, транспорт, гражданское и промышленное строительство.

Сборно-разборная экранированная камера с двойным экраном // 2573722

Изобретение относится к экранированию электромагнитных полей различного происхождения. Технический результат - разработка конструкции камеры с использованием стандартных столярных элементов, позволяющей производить ручную сборку или демонтаж, без ограничения минимальной площади и высоты помещения для камеры, а также без потери эффективности экранирования.

Магнитный и электромагнитный экран // 2572059

Изобретение относится к устройству для экранирования от магнитных полей промышленной частоты и электромагнитных полей радиочастотного диапазона и может применяться для обеспечения электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности биологических объектов в различных отраслях промышленности.

Способ уменьшения негативного влияния сотового телефона на человека // 2569726

Изобретение относится к медицине. Конкретно - к способу уменьшения негативного влияния сотового телефона на человека.

Система электромагнитного экранирования защищаемого помещения // 2569393

Изобретение относится к системам обеспечения информационной безопасности. Система электромагнитного экранирования защищаемого помещения с конструкторско-технологическими решениями, выбранными из перечня (а-e), определяемого архитектурными и/или технологическими особенностями данного помещения и включающего: a) узел ввода трубопровода, например трубопровода системы теплоснабжения, горячего и/или холодного водоснабжения, спринклерной системы пожаротушения; b) узел ввода вентиляционных коробов приточно-вытяжной системы вентиляции и кондиционирования воздуха; c) узел ввода электрических сетей, как слаботочных, так и сетей электроснабжения и заземления; d) светопрозрачные конструкции в оконных проемах ограждающих строительных конструкций; e) входные группы помещений в дверных проемах ограждающих строительных конструкций, предусматривает следующие средства экранирования: предельный волновод с возможностью использования диэлектрической вставки для узла ввода трубопровода (а); короб из полимерного материала для узла ввода воздуховода (b); экранирующая оплетка и предельные волноводы для узла ввода электрических сетей (с); электромагнитный экран, например, из тканой металлической сетки для светопрозрачной конструкции (d); дверное полотно, изготовленное с использованием экранирующего материала, например металлической тканой сетки или металлического листа для дверного проема (е).

Многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения // 2529494

Изобретение относится к средствам для защиты от электромагнитных полей электротехнических и электронных устройств и биологических объектов и может использоваться для создания электромагнитных экранов и безэховых камер.

Изделие для электромагнитного экранирования // 2490732

Изобретение относится к радиочастотной идентификации, а более конкретно к изделиям для защиты информации в радиочастотных идентификационных системах. .

Многослойный электромагнитный экран для защиты фотоэлектронных умножителей и способ его нанесения // 2474890

Изобретение относится к многослойным металлическим покрытиям, используемых в радиоэлектронной и приборостроительной технике, в частности, при создании экранов для защиты от воздействия внешних магнитного и электромагнитного полей.

Устройство для снижения опасности электромагнитных излучений // 2631523

Изобретение относится к устройству для снижения опасности электромагнитных излучений, и предназначено для использования в качестве средства защиты от электромагнитного излучения на производственных и коммунально-бытовых объектах, и может быть использовано в широком диапазоне частот, в том числе для защиты от влияния электрических и магнитных полей промышленной частоты и радиочастотного диапазона. Слоями расположены два проводника, каждый из которых выполнен в виде металлической пластины, слой диэлектрика и клеящий слой, размещенный вдоль поверхности одного из проводников. В качестве материала диэлектрика, слой которого жестко соединен с поверхностью одного из проводников, использована каучуковая резина. Клеящий слой размещен между поверхностями металлических пластин, одна из которых, со свободной поверхностью, выполнена из свинца и имеет равномерные включения из крошки графита и вольфрама. Волокна металлических пластин расположены под углом 90° друг к другу, причем волокна металлической пластины, одна из поверхностей которой соединена со слоем диэлектрика, расположены под углом 45° к слою диэлектрика. Технический результат - снижение уровня электромагнитного излучения в широком диапазоне частот, в том числе электрических и магнитных полей промышленной частоты и радиочастотного диапазона, при пониженной трудоемкости изготовления устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ получения магнитного и электромагнитного экрана // 2636269

Использование: для создания композиционных материалов на основе аморфных и нанокристаллических сплавов. Сущность изобретения заключается в том, что ленты укладывают между двух полимерных диэлектрических пленок, разогретых до температуры, достаточной для двухстороннего склеивания полимерной диэлектрической пленки с металлической лентой и подвергают совместному формованию, металлическую ленту подвергают предварительной термической обработке при температурах 300-380°С в течение 5-90 мин с целью создания состояния с положительной магнитострикцией насыщения за счет образования нанокристаллической структуры, при этом во время формования к ленте прикладывают растягивающее напряжение 1-100 МПа, а непосредственно после формования металлополимерный материал охлаждают от температуры формования до температуры на 10-20°С ниже комнатной, выдерживают 10-60 минут и после выдержки одновременно снимается внешнее растягивающее напряжение, приложенное к ленте, и производится нагрев материала до комнатной температуры. Технический результат заключается в повышении магнитной проницаемости материала и коэффициента экранирования. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Композиционный радиопоглощающий материал и способ его изготовления // 2644399

Изобретение относится к средствам для защиты от электромагнитных полей: электротехнических и электронных. Композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения, состоящий из полимерной основы с распределенными в ней частицами сплава системы Fe-Cu-Nb-Si-B, представляющий собой многослойную конструкцию, каждый слой которой выполнен из указанного состава, а содержание частиц сплава в каждом слое составляет 70-90 мас. % и ограничено определенным диапазоном размеров частиц из непрерывного ряда 1-200 мкм с увеличением размерности частиц в каждом последующем слое, в качестве первого слоя используется аморфная лента сплава системы Fe-Cu-Nb-Si-B. Способ изготовления композиционного материала, включающий наложение радиопоглощающих слоев, начиная с самого толстого слоя по мере уменьшения толщины слоев, первый слой укладывается из экранирующей аморфной ленты сплава системы Fe-Cu-Nb-Si-B, а последующие слои накладываются исходя из толщины каждого последующего слоя, рассчитываемой по формуле: , при этом заключительный (внешний) слой выполняется из связующего - диэлектрика без наполнителя. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

Многослойный электромагнитный экран // 2646439

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкции многослойного экрана для защиты от электромагнитных полей в широком диапазоне частот, и может быть использовано для обеспечения электромагнитной совместимости блоков в комплексах электронной аппаратуры. Многослойный электромагнитный экран содержит чередующиеся электропроводящие слои меди и магнитные слои из сплава никель-железа с оптимальным сочетанием количества и толщин магнитных и немагнитных слоев. Примером практической реализации конструкции предлагаемого экрана является экранирование привода сканирующего узла видеоспектрометра, выполненного при создании многоцелевого комплекса научной аппаратуры для космических исследований. Многослойные экраны с предложенными характеристиками обеспечивают эффективную электромагнитную защиту в низкочастотном диапазоне ЭМИ, что является техническим результатом изобретения. Как показывает практика, применение этих экранов позволяет осуществлять совместное функционирование узлов и блоков с недопустимым уровнем производимых ими электромагнитных помех, обеспечивает возможность создания аппаратуры из блоков с несовместимыми электродинамическими характеристиками. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.