МАГНИТНЫЙ СЕРДЕЧНИК И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H01F3/06 H01F41/02 

Изобретение относится к магнитным элементам, используемым в устройствах автоматики, электроники и вычислительной техники, например бесконтактным переключателям, бесконтактным датчикам первичной информации в запирающих устройствах, счетчикам, кнопкам, для концевиков и т.д.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является магнитное устройство и способ его изготовления.

Указанное магнитное устройство, выполненное в виде однородной по химическому составу магнитной проволоки, имеющей внешнюю и сердцевидную части и обладающей возможностью намагничиваться во внешнем магнитном поле вдоль ее оси и находиться в состоянии совпадения, когда направления намагниченностей внешней и сердцевинной частей совпадают, и в обратном состоянии, когда они противоположны. Причем коэрцитивная сила внешней части больше коэрцитивной силы сердцевинной части. Коэрцитивная сила сердцевинной части такова, что в отсутствии внешнего магнитного поля сохраняется состояние совпадения, причем относительные свойства сердцевинной и внешней частей выбраны так, что переключение устройства из обратного состояния в состояние совпадения посредством перемагничивания сердцевинной части происходит быстрее, чем наоборот.

При перемагничивании устройства асимметрическим полем, имеющим напряженность Н-20 и Н+150 Э, вырабатывается асимметричный импульс. При использовании отрезка проволоки длиной 30 мм и воспринимающей катушки с 925 витками провода на нагрузке 1000 Ом один импульс составляет более 1,5 В и имеет длительность приблизительно 20 мкс при половинной амплитуде, другой - 125 мВ и 60 мкс. При перемагничивании устройства симметричным полем напряженностью Н+150 - -160 Э получаются двуполярные импульсы амплитудой 550 мВ и длительностью приблизительно 40 мкс при половинной амплитуде.

Недостатками известного устройства являются необходимость создания асимметрического и строго заданной напряженности магнитного поля для получения импульса большой амплитуды, причем только одного направления, а также маленькая амплитуда импульсов, возникающих в симметричном перемагничивающем поле, причем очень большой напряженности.

Недостатками способа изготовления магнитного устройства по прототипу является его многооперативность, а также длительный многовариантный процесс скручивания (несколько этапов, многоцикличность, различное натяжение).

Техническим результатом изобретения является создание скачкообразно перемагничивающегося сердечника с импульсными свойствами, обеспечивающими упрощение конструкции и схемотехнических решений изделий, а также упрощение технологии его изготовления.

На фиг.1, 2 представлен характер перемагничивания фаз материала проволоки, из которого выполнено устройство.

В табл.1 и 2 представлены результаты экспериментов, иллюстрирующие примеры конкретной реализации изобретения, и соотношение параметров, где D - диаметр проволоки, мм; Р - нагрузка, кг; ϕ - угол скрутки, об/мин; σ/σ_y- относительное напряжение упругости при растяжении.

В изобретении скачкообразно перемагничивающийся сердечник представляет собой отрезок проволоки однородного химического состава Fe-Co-V сплава длиной 8-30 мм, диаметром 0,2-0,4 мм. В результате специальной обработки у сердечников имеются слои в виде трех магнитных фаз с различными магнитными свойствами.

На фиг.1 показана типичная полная петля гистерезиса сердечника, получаемая в полях напряженностью 250 Э. На петле четко видны различия в характере перемагничивания этих фаз: 1-ая фаза (магнитомягкая) в сердцевине (1), 2-ая фаза для дополнительного (среднего) слоя (2) и 3-я фаза (магнитожесткая) - для внешнего слоя (3).

Форма петли гистерезиса сердечника свидетельствует о том, что величина коэрцитивной силы среднего слоя находится между величинами этой силы внутреннего и внешнего слоев сердечника.

Как видно из фиг.1, скачкообразное перемагничивание имеет фаза 2 материала - проволоки, образующая дополнительный (средний) слой элемента.

На фиг.2 показана частная петля гистерезиса, получаемая в полях, обеспечивающих скачкообразное перемагничивание фазы (2) дополнительного (среднего) слоя только в одну сторону.

В соответствии с этими особенностями петель гистерезиса предлагаемого сердечника, импульсы напряжения, возникающие в считывающей катушке, могут быть двухполярными при перемагничивании по петле фиг.1 в симметричном поле, или однополярным - при перемагничивании по петле фиг.2, также в симметричном поле.

П р и м е р. Сердечник из проволоки однородного железо-кобальт-ванадиевого сплава длиной 30 мм, диаметром 0,3 мм имеет скачкообразный характер двухполярного перемагничивания в симметричном переменном магнитном поле напряженностью 80 Э. Импульсы напряжения, возникающие в съемной катушке, надетой на него и имеющей 925 витков, на сопротивлении нагрузки 1 кОм имеют амплитуду 2 В, длительность 20 мкс на уровне половины амплитуды и не зависят от скорости изменения перемагничивающего поля. В симметричном переменном магнитном поле напряженностью 40 Э в тех же условиях возникают однополярные импульсы напряжения амплитудой 1,5-2,0 В, длительностью 20 мкс.

В изобретении скачкообразно перемагничивающийся сердечник изготавливают следующим образом:
Проволоку из железо-кобальт-ванадиевого сплава диаметром 0,2-0,4 мм скручивают в одну сторону на 1-1,5 оборота/мм при одновременном растяжении с усилием 10-20 кг/мм², не превышающим предела упругости материала проволоки (см. табл. 1, 2). При этом обеспечиваются упругое растяжение материала проволоки в дополнительном (среднем) слое и пластическая деформация внешнего слоя элемента.

Полученную заготовку разрезают на отрезки длиной 8-30 мм (сердечники) и в зависимости от требуемых свойств проводят (или не проводят) термо- или термомагнитный отжиг.

Режим изготовления сердечника.

Проволока железо-кобальт-ванадиевого сплава диаметром 0,3 мм подвергается растяжению с усилием 14 кг/мм² и одновременному скручиванию в одну сторону один оборот на 1 мм со скоростью 1 об/с.

Нагартованную таким образом проволоку разрезают на сердечники длиной 9 мм. Далее их укладывают на постоянный магнит и помещают в печь. Термомагнитную обработку проводят при 240^оС в течение 2 ч.

Использование: в электротехнике, для устройств автоматики, электроники и т. п. Сущность изобретения: сердечник состоит из отрезка проволоки, имеющего три слоя. Внутренний и внешний слои представляют собой соответственно магнитомягкую и магнитотвердую фазы, а дополнительный слой - фазу, величина коэрцитивной силы которой больше величины коэрцитивной силы магнитомягкой фазы, но меньше величины коэрцитивной силы магнитотвердой фазы. Соотношение свойств этих фаз таково, что в съемной катушке, нанесенной на такой сердечник, можно получать однополярные импульсы напряжения в симметричном перемагничивающем поле напряженностью 30-40 Э, или двухполярные импульсы напряжения повышенной амплитуды, если увеличить симметричное перемагничивающее поле до 50-80 Э. Особенностью способа изготовления такого сердечника является скручивание отрезка проволоки, находящегося над натяжением, усилие которого меньше предела упругости материала проволоки, только в одном направлении до появления на наружной поверхности проволоки признаков пластической деформации. 2 с.п.ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Магнитный сердечник, выполненный в виде отрезка проволоки из однородного по химическому составу магнитного материала и имеющий внутренний и внешний слои, представляющие собой соответственно магнитомягкую и магнитотвердую фазы материала проволоки, отличающийся тем, что между указанными слоями находится дополнительный слой в виде фазы, величина коэрцитивной силы которой больше величины коэрицитивной силы магнитомягкой фазы, но меньше величины коэрцитивной силы магнитотвердой фазы. 2. Способ изготовления магнитного сердечника, согласно которому в отрезке проволоки из однородного по химическому составу магнитного материала создают слои в виде его различных магнитных фаз путем скручивания отрезка, находящегося под натяжением, отличающийся тем, что натяжение осуществляют с усилием, меньшим предела упругости материала проволоки, а скручивание производят в одном направлении до появления на внешней поверхности проволоки признаков пластической деформации.