УПРАВЛЯЕМАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2004 года по МПК H01F21/08 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть применено в различных устройствах, в которых необходимо плавно регулировать рабочий магнитный поток, создаваемый магнитной системой, оснащенной электромагнитами.

Известны устройства для получения магнитных полей требуемой геометрии (А.с. №186565) и градиента неоднородности (А.с. №1757364), состоящие из магнитопроводов специальной конфигурации с размещенными на них обмотками.

Недостатками таких конструкций являются фиксированные значения неоднородностей и неизменяемая конфигурация магнитных полей в межполюсных зазорах полюсных наконечников магаитопроводов.

Прототипом предлагаемого изобретения является магнитная система, содержащая основной и дополнительные магнитопроводы соответственно с основной и дополнительными обмотками, причем основной и дополнительные магнитопроводы имеют совмещенные участки прохождения основного и дополнительных магнитных потоков (А.с. №936086). В качестве прототипа можно выбрать и патент RU №2044354.

Недостатком таких устройств является узкий диапазон значений неоднородностей магнитного поля и неизменяемая конфигурация магнитных полей в межполюсных зазорах полюсных наконечников магнитопроводов. Это обусловлено двумя основными факторами.

Во-первых, как видно и из чертежа (А.с. №936086), поперечные сечения полюсных наконечников 3 и 4 основного магнитопровода 1 в процессе управления магнитной системой остаются неизменными. В процессе управления дополнительные обмотки 9-12 не меняют так называемого “магнитного сечения” полюсных наконечников 3 и 4 основного магнитопровода 1. Поперечные геометрические сечения и “магнитные сечения” полюсных наконечников 3 и 4 основного магнитопровода 1 в процессе управления равны между собой. Это и обуславливает низкий градиент неоднородности магнитного поля в межполюсном зазоре магнитопровода 1.

Во-вторых, геометрия магнитного поля между полюсами 3 и 4 основного магнитопровода 2 остается в процессе управления неизменной. Нет возможности изменить геометрию магнитного поля, да к тому же и регулировать градиент напряженности магнитного поля. И все это связано с тем, что “магнитное сечение” межполюсных наконечников 3 и 4 в процессе управления магнитной системой остается постоянным и равным геометрическому сечению этих наконечников.

Целью предлагаемого изобретения является получение регулируемых магнитных полей требуемой геометрии и неоднородности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем основную обмотку, размещенную на основном магнитопроводе прямоугольного сечения, снабженном полюсными наконечниками, между которыми образован рабочий зазор, дополнительные обмотки, установленные на дополнительных сердечниках с зазорами, зазоры дополнительных сердечников установлены так, что охватывают один из полюсных наконечников основного магнитопровода по боковым поверхностям.

На Фиг.1 изображена конструктивная схема магнитной системы; на Фиг.2 сечение по А-А Фиг.1 для случая отсутствия управляющего напряжения в дополнительных обмотках 5 и 7; на Фиг.3 сечение по А-А Фиг.1 для случая наличия управляющего напряжения в дополнительной обмотке 5; на Фиг.4 сечение по А-А Фиг.1 для случая наличия управляющих напряжений в дополнительных обмотках 5 и 7.

Магнитная система состоит из основной электрообмотки 1, создающей основное магнитное поле H₀, расположенной на замкнутом магнитопроводе 2 из магнитомягкого материала. Полюсные наконечники 3 и 4 образуют межполюсный зазор, в котором и получается магнитное поле заданной геометрии и градиента напряженности.

Дополнительные обмотки 5 и 7 расположены на дополнительных магнитопроводах 6 и 8 соответственно. Дополнительные магнитопроводы 6 и 8 выполнены с зазорами таким образом, что охватывают один из полюсных наконечников (например, 4) основного магнитопровода 2 по боковым поверхностям (в нашем случае на Фиг.1 поверхностями охвата являются боковые поверхности полюсного наконечника 4, которые параллельны плоскости сечения А-А Фиг.1). Дополнительных магнитопроводов с дополнительными обмотками может быть сколько угодно, причем с охватом и боковых поверхностей полюсного наконечника 4, которые перпендикулярны секущей плоскости А-А Фиг.1. Эти дополнительные магнитопроводы для упрощения чертежей не показаны. Основное условие установки дополнительных магнитопроводов - это охват зазором каждого дополнительного магнитопровода части боковой поверхности полюсного наконечника 4.

Управляемая магнитная система работает следующим образом.

На управляющую обмотку 1 основного магнитопровода 2 подается напряжение и в межполюсном зазоре между полюсными наконечниками 3 и 4 образуется магнитное поле Н₀, геометрия и градиент напряженности которого определяются геометрическим сечением полюсных наконечников 3 и 4, величиной зазора между ними, магнитной проницаемостью материала основного магнитопровода 2, длиной основного магнитопровода 2, числом витков и силой тока основной обмотки 1. Напряжение на дополнительных обмотках 5 и 7 отсутствует (Фиг.1 и Фиг.2). “Магнитное сечение” и геометрическое сечение полюсных наконечников 3 и 4 при этом совпадают.

При подаче напряжения на дополнительную обмотку 5, размещенную на дополнительном магнитопроводе 6, возникает дополнительный магнитный поток Н_d1, который пронизывает охватываемую часть полюсного наконечника 4 основного магнитопровода 1 (Фиг.3). При этом происходит переориентация доменов в полюсном наконечнике 4 на участке, охватываемом зазором дополнительного сердечника 6, снижается их подвижность при воздействии на них основного магнитного потока Н₀, что приводит к снижению магнитной проницаемости, так как затрудняется процесс “вращения” доменов при перемагничивании полюсного наконечника 4 основным магнитным потоком Н₀. Указанный механизм взаимодействия основного магнитного потока и дополнительного ортогонального описан в “Способе концентрации магнитного потока в каком-либо месте поперечного сечения магнитопровода из ферромагнитного материала” по А.с. №1786520. Можно достичь таких условий подмагничивания полюсного наконечника 4, при которых при его выполнении из материала 24КСР магнитная проницаемость участка полюсного наконечника 4, охватываемого дополнительным магнитопроводом, снижается в 3 раза. Если же изготовить полюсной наконечник 4 из материала АМАГ-183, то можно снизить магнитную проницаемость в 35 раз (см. А.с. №1786520). Последнее означает, что при таком подмагничивании охватываемый участок магнитопровода полюсного наконечника 4 оказывается практически магнитонепроводящим, т.е. “магнитное сечение” полюсного наконечника 4 будет меньше его геометрического сечения. При этом (Фиг.3) геометрия магнитного поля между полюсами 3 и 4 будет отличаться (от случая Фиг.2), при этом будет иным и градиент неоднородности магнитного поля по любому поперечному сечению межполюсного зазора. Естественно, что при изменении величины дополнительного магнитного потока H_d1 будет меняться магнитная проницаемость охватываемой части полюсного наконечника 4 и, соответственно, “магнитное сечение” этого наконечника, а значит, и геометрия, и градиент неоднородности магнитного поля в межполюсном зазоре.

При подаче напряжения на дополнительные обмотки 5 и 7, размещенные соответственно на дополнительных магнитопроводах 6 и 8, возникают дополнительные магнитные потоки Н_d1 и Н_d2, которые пронизывают охватываемую часть полюсного наконечника 4 основного магнитопровода 1 (Фиг.4). За счет описанного выше механизма подмагничивания полюсного наконечника 4 основного магнитопровода 1 магнитная проницаемость последнего уменьшается и “магнитное сечение” его еще больше снижается. Геометрия основного магнитного потока Н_о в межполюсном зазоре еще больше искажается (Фиг.4) и увеличивается градиент неоднородности магнитного поля по любому поперечному сечению межполюсного зазора. И здесь возможны варианты, когда величины дополнительных магнитных полей могут быть различными, что приведет к совершенно различным геометрическим формам и к различным градиентам неоднородности основного магнитного поля в межполюсном зазоре. Если же учесть, что дополнительных сердечников может быть сколько угодно вплоть до полного охвата боковых поверхностей полюсного наконечника 4, то становится ясным, что геометрия и градиенты неоднородности магнитного поля Н₀ могут быть безгранично разнообразными. А если учесть к тому же, что и энергетическая мощность магнитного поля Н_0, определяемая мощностью источника питания обмотки 1, может быть безграничной, то и мощность вновь сконструированных полей в межполюсном зазоре практически неограничена.

Формула предлагаемого изобретения принципиально не включает охват дополнительными магнитопроводами полюсного наконечника 3 (хотя и это возможно), но даже того разнообразия, которое могут представить 6-10 дополнительных магнитопроводов, охватывающих наконечник 4, более чем достаточно для практических целей конструирования управляющих полей для, например, магнитожидкостных преобразователей.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных устройствах для плавного регулирования рабочего магнитного потока, создаваемого магнитной системой с электромагнитами. Управляемая магнитная система содержит основную обмотку, размещенную на основном магнитопроводе прямоугольного сечения с полюсными наконечниками, между которыми образован рабочий зазор. Дополнительные обмотки установлены на дополнительных сердечниках с зазорами, установленными так, что охватывают один из полюсных наконечников основного магнитопровода по боковым поверхностям. Технический результат заключается в получении регулируемых магнитных полей требуемой геометрии и неоднородности. 4 ил.

Управляемая магнитная система, содержащая основную обмотку, размещенную на основном магнитопроводе прямоугольного сечения, снабженном полюсными наконечниками, между которыми образован рабочий зазор, дополнительные обмотки, установленные на дополнительных сердечниках с зазорами, отличающаяся тем, что, с целью получения регулируемых магнитных полей требуемой геометрии и неоднородности, зазоры дополнительных сердечников установлены так, что охватывают один из полюсных наконечников основного магнитопровода по боковым поверхностям.