Способ и устройство идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности
Владельцы патента RU 2718641:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) (RU)
Изобретение относится к идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности из опытной партии, изготовленной из одинаковой марки сплава, форме и геометрии. Устройство для определения одинаковой намагниченности опытных образцов постоянных магнитов содержит основание, настольные электронные весы, светодиодный дисплей с сенсорными кнопками управления, стальную стойку, закрепленную в основании стенда, контейнер из немагнитного материала с плоским глухим дном и навинчивающейся сверху крышкой, имеющий вертикальную прорезь для визуализации зазора между взаимодействующими объектами, опытный образец постоянного магнита, магнитный отражатель для противодействия сближению с опытным образцом постоянного магнита, линейку из немагнитного материала, подставку с направляющей, обеспечивающей устойчивость контейнера и равномерное распределение силовой нагрузки на платформу весов, подвижный шток в виде стального сердечника, предназначенный для закрепления опытного образца постоянного магнита внутри контейнера и осевой центровки приложения внешнего усилия; регулировочный винт для изменения зазора между взаимодействующими объектами. В зависимости от формы и заявленных магнитных свойств опытного образца постоянного магнита выбирается магнитный отражатель, а также форма и размер немагнитного контейнера. Технический результат – идентификация постоянных магнитов по объемной намагниченности. 1 ил.
Изобретение относится к идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности из опытной партии, изготовленной из одинаковой марки сплава, форму и геометрию.
Постоянные магниты широко используются в различных электротехнических устройствах: генераторах, электродвигателях, электромагнитах, магнитных муфтах и др. Применение постоянных магнитов в конструкциях таких устройств не требует дополнительных источников питания на возбуждение магнитного потока, их работа характеризуется высокими энергосберегающими свойствами и связана с уменьшением расхода используемых активных материалов. Особое место в повышении эффективности электротехнических устройств занимает вопрос применения постоянных магнитов, изготовленных из высококоэрцитивных материалов, таких, например как сплав неодим-железо-бор (Nd-Fe-B). При этом технологические особенности изготовления высококоэрцитивных постоянных магнитов требуют решения проблемы их идентификации по объемной намагниченности в конкретном электротехническом устройстве. Пренебрежение этой процедурой ведет к риску использования постоянных магнитов с различной объемной намагниченностью в электротехническом устройстве, то есть к потере его мощности или отказам в работе. В предлагаемом изобретении рассматривается разработка стенда и методики идентификации постоянных магнитов с одинаковой объемной намагниченностью.
Высокий процент разброса магнитных характеристик постоянных магнитов, использующихся на этапе конструирования магнитных систем сложных электротехнических устройств, сопровождается повышенными рисками их неэффективной работы, несоответствию установленным при проектировании параметрам. Выявление идентичности постоянных магнитов по измеренным значениям магнитной индукции в характерных точках цифровым миллитесламетром не может быть достаточным основанием о их одинаковой объемной намагниченности из-за наличия высокого градиента изменения магнитной индукции на поверхности полюсов.
Известна установка («Научное приборостроение», 2009, том 19, №3, с. 57-61) в которой исследуемый магнетик помещается в два цилиндрических контейнера 10 диаметром 20 и высотой 45 мм, расположенных на расстоянии 3 мм друг от друга в магнитном поле, создаваемом магнитами. На боковой поверхности одного из контейнеров расположена катушка датчика ЯМР для измерения магнитной индукции В, а в щели между контейнерами катушка датчика ЯМР для измерения напряженности магнитного поля Н внутри магнетика. Катушка расположена в точке, где линии магнитной индукции нормальны поверхности магнетика, а катушка расположена в точке, где линии напряженности магнитного поля параллельны поверхности магнетика, поэтому, как следует, например, из учебника (С.Г. Калашников. «Электричество». М: Наука, 1985. 576 с.), измеряемые значения В и Н равны индукции и напряженности магнитного поля внутри образца. Для измерения В и Н применен метод нутации, описанный в монографии (А.И. Жерновой. «Измерение магнитных полей методом нутации». Л.: Энергия, 1979. 103 с.). Для этого через катушки по хлорвиниловой трубке протекает вода, предварительно поляризованная в магните, которая поступает в катушку датчика ЯМР, расположенного в магните, присоединенном к прибору для передачи сигнала, полярность которого меняется, когда частота, измеряемая частотомером, присоединенным к выходу прибора, совпадает частотой ЯМР в одной или другой катушке, присоединенной к генератору переключателем. Определение частоты ЯМР f2 или f3 в катушках, позволяет определять намагниченности образца по формуле:
M=(f2-f3)/β,
где β - гиромагнитное отношение протонов, равное в системе единиц СИ 53,4 Гц м/А.
Определив намагниченность M1, а затем повернув оба цилиндра вокруг их осей на 180 градусов, определив М2, находят намагниченность Зеемана
Мз=(М1+М2)/2
и намагниченность Нееля:
Мн=(М1-М2)/2.
Учитывая известные источники информации описанные выше авторы ставили перед собой задачу в проведении идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности, обладающих объемом более 4⋅10-5 м3 и коэрцитивной силой более 750 кА/м, из опытной партии, изготовленной из одинаковой марки сплава, учитывая форму, геометрию и объемную намагниченность опытных образцов постоянных магнитов по магнитной силе отталкивания их от магнитного отражателя на различных расстояниях между ними, к недостаткам описанных ранее устройств можно отнести именно невозможность решить поставленную нами задачу известными устройствами.
Данный технический результат достигается тем, что предложено устройство для определения одинаковой объемной намагниченности опытных образцов постоянных магнитов включает в себя основание 1, настольные электронные весы 2, светодиодный дисплей с сенсорными кнопками управления 3, стальную стойку, закрепленную в основании стенда 4, контейнер из немагнитного материала с плоским глухим дном и навинчивающейся сверху крышкой 5, имеющий вертикальную прорезь для визуализации зазора между взаимодействующими объектами, опытный образец постоянного магнита 6, магнитный отражатель для противодействия сближению с опытным образцом постоянного магнита 7, 8 - линейку из немагнитного материала, подставку с направляющей 9, обеспечивающей устойчивость контейнера и равномерное распределение силовой нагрузки на платформу весов, подвижный шток в виде стального сердечника 10, предназначенный для закрепления опытного образца постоянного магнита внутри контейнера и осевой центровки приложения внешнего усилия, регулировочный винт для изменения зазора между взаимодействующими объектами 11. В зависимости от формы и заявленных магнитных свойств опытного образца постоянного магнита 6 выбирается магнитный отражатель 7, а также форма и размер немагнитного контейнера.
Внешний вид устройства для идентификации опытных образцов постоянных магнитов, изготовленных из одинаковой марки сплава, формы и геометрии, по критерию одинаковой объемной намагниченности приведено на Фиг.
Изменение намагниченности постоянных магнитов с использованием предложенного устройство выполняется следующим образом.
На дно немагнитного контейнера 5 помещается постоянный магнит, служащий магнитным отражателем 7. С помощью магнитного захвата (стальной шайбы), расположенной на торце подвижного штока 10, выполняется фиксация опытного образца постоянного магнита 6 таким образом, чтобы магнитный отражатель и опытный образец были ориентированы относительно друг друга одноименными полюсами. Подвижный шток размещается внутри немагнитного контейнера с завинчивающейся крышкой сверху. Подвижный шток проходит через отверстие в крышке и обеспечивает осевую центровку контейнера с нагружаемым регулировочным винтом 11. Контейнер с магнитным отражателем и опытным образцом постоянного магнита размещается на подставке с направляющей 9 для распределения силовой нагрузки на большую площадь опоры. При подключении настольных электронных весов 2 к питающей сети подставка с контейнером устанавливается на платформе весов. Нажатием на сенсорную кнопку управления весов «Т» осуществляется компенсация массы контейнера с подставкой. Подставка с контейнером располагается под регулировочным винтом 11 таким образом, чтобы регулировочный винт входил в канавку на торцевой поверхности подвижного штока под прямым углом. Вращение регулировочного винта позволяет оказывать силовое воздействие на подвижный шток и регулировать расстояние между магнитным отражателем и опытным образцом постоянного магнита. Расстояние от опытного образца постоянного магнита и магнитным отражателем осуществляется немагнитной линейкой 8. Магнитная сила отталкивания между взаимодействующими объектами отображается на светодиодном дисплее 3.
Метод идентификации постоянных магнитов по одинаковой объемной намагниченности который можно отнести к заявляемому изобретению описан авторами изобретения в их работе (Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Омск, 17 мая 2018 года «Разработка стенда и методики идентификации постоянных магнитов. Актуальные вопросы энергетики», авторы: Татевосян А.А., Татевосян А.С. Издательство ОмГТУ, 2018. Стр. 287-293) и заключается в следующем.
Присваивают порядковый номер каждому опытному образцу магнита, имеющему одинаковую геометрию и марку сплава с однотипными образцами постоянных магнитов. Проводят внешний осмотр постоянных магнитов и записывают в контрольный журнал выявленные дефекты. Проводят измерение и записывают в журнале нормальной составляющей магнитной индукции у поверхности полюсов постоянных магнитов и в контрольных точках окружающего постоянный магнит пространства с использованием цифрового миллитесламетра, например исполнения ТПУ. Далее проводят испытание, которое предусматривает измерение магнитных сил отталкивания опытных образцов постоянных магнитов от магнитного отражателя на разработанном испытательном стенде при фиксированном расстоянии между ними и построение кривых зависимостей магнитной силы отталкивания от расстояния до опытного образца магнита в одних осях координат и сравнение построенных зависимостей между собой. Решение об одинаковой объемной намагниченности опытных образцов постоянных магнитов и их идентичности может быть принято в случае, когда построенные кривые на одном графике в пределах 10% погрешности эксперимента будут практически сливаться
Предложенное техническое решение позволяет осуществлять идентификацию постоянных магнитов по объемной намагниченности из опытной партии, изготовленной из одинаковой марки сплава, учитывает объемную намагниченность опытных образцов постоянных магнитов по магнитной силе отталкивания их от магнитного отражателя на различных расстояниях между ними, их форму и геометрию.
Устройство для определения одинаковой намагниченности опытных образцов постоянных магнитов включает в себя основание, настольные электронные весы, светодиодный дисплей с сенсорными кнопками управления, стальную стойку, закрепленную в основании стенда, контейнер из немагнитного материала с плоским глухим дном и навинчивающейся сверху крышкой, имеющий вертикальную прорезь для визуализации зазора между взаимодействующими объектами, опытный образец постоянного магнита, магнитный отражатель для противодействия сближению с опытным образцом постоянного магнита, линейку из немагнитного материала, подставку с направляющей, обеспечивающей устойчивость контейнера и равномерное распределение силовой нагрузки на платформу весов; подвижный шток в виде стального сердечника, предназначенный для закрепления опытного образца постоянного магнита внутри контейнера и осевой центровки приложения внешнего усилия, регулировочный винт для изменения зазора между взаимодействующими объектами, в зависимости от формы и заявленных магнитных свойств опытного образца постоянного магнита выбирается магнитный отражатель, а также форма и размер немагнитного контейнера.
