Блок постоянных магнитов
Изобретение относится к постоянным магнитам и может быть использовано, например, в качестве элемента конструкции магнитной цепи электрических машин. Техническим результатом является увеличение напряженности магнитного поля со стороны рабочей грани блока. Блок постоянных магнитов содержит центральное тело из магнитомягкого материала, имеющее форму многогранника, включающего боковые грани и две грани, являющиеся основаниями, одно из которых является рабочей гранью. Боковые постоянные магниты из магнитотвердого материала примыкают к граням центрального тела так, что их магнитное поле направлено к центральному телу. Постоянный магнит из магнитотвердого материала примыкает к одному из оснований центрального тела, противоположному его рабочей грани, а его магнитное поле направлено в сторону рабочей грани центрального тела. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к постоянным магнитам и может быть использовано в различных отраслях, например в качестве элемента конструкции магнитной цепи электрических машин.
Из предшествующего уровня техники известны различные объединения постоянных магнитов в блоки для создания тягового усилия или магнитного поля в заданном рабочем зазоре. Например, известна магнитная система, содержащая два стержневых призматических постоянных магнита и перемычку из магнитомягкого материала в виде трехгранной призмы, вместе образующие фигуру V-образной формы [а.с. SU 693447, опубл. 30.10.1979]. Другая известная магнитная цепь содержит ярмо в форме призмы с примыкающими к одной ее грани тремя смежными призматическими постоянными магнитами различной намагниченности [заявка JP 2001-12544, опубл. 16.01.2001]. Известные конструкции не позволяют достичь достаточно высоких значений напряженности магнитного поля у одного из полюсов.
В качестве прототипа выбран блок постоянных магнитов, включающий центральный магнит в форме многогранника, имеющего центральную ось, проходящую через рабочую грань основания многогранника с отверстием, этот центральный магнит генерирует внешнее магнитное поле вдоль своей центральной оси; несколько боковых многогранных магнитов, которые примыкают своими гранями к граням центрального магнита, а их магнитное поле направлено по нормали к полю центрального магнита по направлению к нему; а также кольцевой магнит, соосный и примыкающий к центральному магниту со стороны одного из оснований так, чтобы генерировать магнитное поле в направлении, противоположном направлению магнитного поля первого магнита [патент US 6084498, опубл. 04.07.2000]. В частных случаях исполнения: центральный и боковые магниты выполнены в форме параллелепипедов с образованием крестообразной формы блока; блок содержит стальной корпус оболочку, выполняющий функцию экрана. Магнитное поле кольцевого магнита ослабляет суммарное магнитное поле со стороны рабочей грани центрального магнита, что сужает область использования блока, и позволяет использовать его только в узкоспециальных областях, в частности в противоугонных устройствах.
Решаемая техническая задача - увеличение напряженности магнитного поля со стороны одного полюса (рабочей грани) блока постоянных магнитов.
Предлагается блок постоянных магнитов, содержащий центральное тело из магнитного материала, имеющее форму многогранника, включающего боковые грани и две грани, являющиеся основаниями, одно из которых является рабочей гранью, боковые постоянные магниты, которые примыкают к граням центрального тела так, что их магнитное поле направлено к центральному телу, постоянный магнит, примыкающий к одному из оснований центрального тела, магнитное поле которого направлено в сторону его рабочей грани. Новым является то, что центральное тело выполнено из магнитомягкого материала, боковые постоянные магниты и постоянный магнит, примыкающий к основанию центрального тела, выполнены из магнитотвердого материала, а постоянный магнит, примыкающий к основанию, примыкает к основанию центрального тела, противоположному его рабочей грани. Т.о., центральное тело выполняет функцию магнитопровода, а напряженность магнитного поля со стороны рабочей грани возрастает за счет суперпозиции полей постоянных магнитов.
Боковые постоянные магниты лучше выполнить в форме многогранников, примыкающих своими гранями к граням центрального тела, например в форме параллелепипедов. Могут использоваться и любые другие призмы, лучше правильные. При этом лучше, когда размеры и форма грани бокового постоянного магнита, примыкающей к грани центрального тела, соответствуют размерам и форме этой грани центрального тела.
Постоянный магнит, примыкающий к основанию центрального тела, также лучше выполнять в форме многогранника, примыкающего одной своей гранью к основанию центрального тела, например в форме параллелепипеда. Может использоваться и любая другая призма, лучше правильная. При этом лучше, когда размеры и форма грани постоянного магнита, примыкающей к основанию центрального тела, соответствуют размерам и форме этой грани центрального тела.
Центральное тело может быть выполнено в форме призмы, в частности правильной, лучше в форме параллелепипеда.
Центральное тело может быть выполнено в форме усеченной пирамиды, рабочей гранью которой является нижнее (т.е. большее) основание.
Лучше, когда магнитное поле боковых постоянных магнитов по крайней мере не направлено против магнитного поля постоянного магнита, примыкающего к основанию центрального тела.
Центральное тело лучше выполнять из магнитомягкого материала с коэрцитивной силой менее 100 А/м и магнитной проницаемостью более 400. Таким требованиям соответствует, например, электролитическое или карбонильное железо, улучшенные марки электротехнической стали, пермаллои т.п.
Боковые постоянные магниты и постоянный магнит, примыкающий к основанию центрального тела, лучше выполнять из магнитотвердого материала с коэрцитивной силой более 1 кА/м и намагниченностью насыщения 3 МГсЭ и более. Таким требованиям соответствует, например, альнико, керамические магниты, редкоземельные магниты (Sm-Co), спеченные магниты (Nd-Fe-B) и т.п.
Блок может дополнительно содержать вокруг постоянных магнитов экранирующую оболочку, которая может быть выполнена из подходящей стали.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен в диметрии внешний вид блока магнитов по первому примеру с разрезом двумя центральными взаимоперпендикулярными вертикальными плоскостями. На фиг.2 представлен в разрезе внешний вид блока магнитов по второму примеру. Стрелками на чертежах показано направление намагниченности соответствующих элементов представленных блоков.
Изобретение поясняется на примерах.
Пример 1 (см. фиг.1).
Блок содержит центральный магнитопровод 1, четыре попарно одинаковых (по отношению к двум плоскостям симметрии) постоянных боковых магнита 2-4, верхний постоянный магнит 6. Все элементы 1-6 имеют форму параллелепипедов. Магнитопровод 1 выполнен из электротехнической стали, имеющей коэрцитивную силу 40-50 А/м и начальную магнитную проницаемость 450-460. Магниты 2-6 выполнены из альнико с коэрцитивной силой 1,2-1,4 кА/м и намагниченностью насыщения 8-9 МГсЭ. За счет суперпозиции магнитных полей магнитов 2-6 напряженность магнитного поля у рабочей грани (полюса) 7 значительно выше, чем при использовании одиночного постоянного магнита с размерами, как у магнитопровода 1.
Пример 2 (см. фиг.2).
Блок содержит центральный магнитопровод 8 в форме правильной усеченной пирамиды, четыре одинаковых постоянных боковых магнита 9, верхний постоянный магнит 10, а также вспомогательные магнитопроводы 11 между смежными боковыми гранями магнитов 9 и магнита 11, стальной экранирующий корпус 12. Магниты 9-10 имеют форму правильных призм. Рабочая грань 13 имеет форму квадрата. Магнитопровод 8 выполнен из низконикелиевого пермаллоя, имеющего коэрцитивную силу 10-15 А/м и начальную магнитную проницаемость 2000-2500. В качестве магнитов 9 и 10 использованы редкоземельные магниты (Sm-Co) с коэрцитивной силой 9,0-9,2 кА/м и намагниченностью насыщения 19-20 МГсЭ.
Вышеописанные блоки были успешно апробированы в качестве магнитов электрической машины постоянного тока по патенту RU 2077106 (опубл. 10.04.1997), при этом следует отметить, что при использование других известных технических решений выполнения постоянных магнитов не удавалось достичь эффективной работы этой электрической машины.
Приведенные примеры использованы только для целей иллюстрации возможности осуществления изобретения. Они не ограничивают объем правовой охраны, представленный в формуле изобретения, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие пути осуществления изобретения.
1. Блок постоянных магнитов, содержащий центральное тело из магнитного материала, имеющее форму многогранника, включающего боковые грани и две грани, являющиеся основаниями, одно из которых является рабочей гранью, боковые постоянные магниты, которые примыкают к граням центрального тела так, что их магнитное поле направлено к центральному телу, постоянный магнит, примыкающий к одному из оснований центрального тела, магнитное поле которого направлено в сторону его рабочей грани, отличающийся тем, что центральное тело выполнено из магнитомягкого материала, боковые постоянные магниты и постоянный магнит, примыкающий к основанию центрального тела, выполнены из магнитотвердого материала, а постоянный магнит, примыкающий к основанию, примыкает к основанию центрального тела, противоположному его рабочей грани.
2. Блок по п.1, отличающийся тем, что боковые постоянные магниты выполнены в форме многогранников, примыкающих своими гранями к граням центрального тела.
3. Блок по п.2, отличающийся тем, что боковые постоянные магниты выполнены в форме параллелепипедов.
4. Блок по п.2, отличающийся тем, что размеры и форма грани бокового постоянного магнита, примыкающей к грани центрального тела, соответствуют размерам и форме этой грани центрального тела.
5. Блок по п.1, отличающийся тем, что постоянный магнит, примыкающий к основанию центрального тела, выполнен в форме многогранника, примыкающего одной своей гранью к основанию центрального тела.
6. Блок по п.5, отличающийся тем, что постоянный магнит, примыкающий к основанию центрального тела, выполнен в форме параллелепипеда.
7. Блок по п.5, отличающийся тем, что размеры и форма грани постоянного магнита, примыкающей к основанию центрального тела, соответствуют размерам и форме этой грани центрального тела.
8. Блок по п.1, отличающийся тем, что центральное тело выполнено в форме призмы.
9. Блок по п.8, отличающийся тем, что центральное тело выполнено в форме параллелепипеда.
10. Блок по п.1, отличающийся тем, что центральное тело выполнено в форме усеченной пирамиды, рабочей гранью которой является нижнее основание.
11. Блок по п.1, отличающийся тем, что магнитное поле боковых постоянных магнитов по крайней мере не направлено против магнитного поля постоянного магнита, примыкающего к основанию центрального тела.
12. Блок по п.1, отличающийся тем, что центральное тело выполнено из магнитомягкого материала с коэрцитивной силой менее 100 А/м и магнитной проницаемостью более 400.
13. Блок по п.1, отличающийся тем, что боковые постоянные магниты и постоянный магнит, примыкающий к основанию центрального тела, выполнены из магнитотвердого материала с коэрцитивной силой более 1 кА/м и намагниченностью насыщения 3 МГсЭ и более.
14. Блок по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит вокруг постоянных магнитов экранирующую оболочку.
15. Блок по п.14, отличающийся тем, что экранирующая оболочка выполнена из стали.
