УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГО НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2005 года по МПК G01R33/383 

Изобретение относится к области устройств для намагничивания и размагничивания тел и может быть использовано для создания магнитных полей требуемой величины и направления в составных замкнутых магнитных цепях при магнитных измерениях и неразрушающем контроле качества изделий по магнитным свойствам вещества.

В настоящее время нашли применение приборы магнитного контроля физико-механических свойств материалов и изделий, в которых используются различные устройства для полного или локального намагничивания и перемагничивания испытуемых изделий или их участков [1]. Причем работа большинства современных приборов основана на измерении магнитных свойств тела [1-3]. Это обусловлено большой простотой измерения таких свойств. Однако существует принципиальное различие между магнитными свойствами тела и вещества ферромагнетиков не только с точки зрения магнитных измерений, но и с точки зрения структурной чувствительности этих свойств. Измерение свойств вещества позволяет избавиться от влияния формы и размеров контролируемых изделий на результаты контроля и получить более достоверные сведения о структуре и физико-механических свойствах контролируемых объектов. Это делает весьма актуальной задачу разработки малогабаритных автономных устройств намагничивания, обеспечивающих измерение магнитных свойств вещества испытуемых изделий.

Хорошо известны устройства, самыми распространенными из которых являются соленоиды и приставные магниты, использующие для намагничивания электрический ток [1-5]. Общим недостатком таких устройств является необходимость мощных источников электрической энергии, что делает невозможным их использование в портативных переносных системах. Использование соленоидов в измерительных системах ограничено также трудностями, связанными с неоднородным намагничиванием тел сложной формы и различием между внешним и внутренним магнитными полями ферромагнетиков конечных размеров, что затрудняет определение свойств вещества и получение достаточно больших магнитных полей в изделиях. Еще одним недостатком электрических намагничивающих устройств является их нагрев при работе и связанные с этим трудности стабилизации намагничивающих токов и компенсации дополнительной температурной погрешности измерительных преобразователей, расположенных вблизи намагничивающих обмоток.

Известны устройства неэлектрического намагничивания изделий, включающие неподвижные постоянные магниты различной конфигурации [6-8].

Общим недостатком указанных устройств является то, что с их помощью нельзя добиться плавного изменения величины и направления магнитного поля в составной замкнутой цепи "намагничивающее устройство - изделие" без изменения положения намагничивающего устройства относительно изделия, т.е. без разрыва магнитной цепи. Происходящее при разрыве цепи неконтролируемое перераспределение магнитных потоков в изделии приводит к неопределенности его магнитного состояния, что не позволяет использовать эти устройства в составе измерительных преобразователей при определении магнитных свойств веществ контролируемых изделий. Кроме того, при больших значениях магнитных потоков в составной цепи вследствие пондермоторного эффекта требуется приложение значительных усилий для разрыва цепи, а значительная величина остаточной намагниченности изделия требует принятия специальных мер для его размагничивания.

Известно устройство для намагничивания ферромагнитных изделий, представляющее собой фиксатор с поворотным магнитом, принцип действия которого основан на изменении силы тяги магнита путем шунтирования его рабочего потока [7]. Фиксатор состоит из ротора в форме диаметрально намагниченного цилиндра из магнитомягкого материала и полюсных наконечников, жестко связанных между собой и образующих статор фиксатора. В рабочем положении магнитный поток разветвляется на две части: одна притягивает фиксируемый объект, а другая притягивает статор фиксатора к неподвижной ферромагнитной опоре. Поворот ротора на небольшой угол приводит к шунтированию магнитного потока полюсными наконечниками ослаблению сил притяжения, а поворот на 90° - к короткому замыканию и включению фиксатора.

Основным недостатком известного устройства является то, что при любом положении ротора магнитный поток от изделия замыкается через имеющий высокое магнитное сопротивление материал ротора, что эквивалентно разрыву в магнитной цепи и приводит к неконтролируемому перераспределению и рассеянию магнитного потока от намагниченного изделия. Другим недостатком является сильная зависимость создаваемого устройством магнитного поля от угла поворота ротора. Кроме того, при наличии только одного ротора регулировка и установка точного значения поля затруднена из-за действия пондеромоторных сил, стремящихся установить ротор в положение минимального потока. Указанные недостатки не позволяют использовать известное устройство при измерениях магнитных свойств вещества ферромагнитных изделий.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для намагничивания ферромагнитных изделий, используемое в качестве магнитного фиксатора [8].

Устройство включает неподвижную часть, статор в виде П-образной конструкции, состоящей из двух постоянных магнитов, двух полюсов и магнитного шунта, и подвижную часть, ротор в виде цилиндра с восьмиугольным сечением, состоящего из постоянного магнита с обкладками из магнитомягкого материала. Это устройство используется для удержания ферромагнитного изделия путем создания в нем магнитного потока, замкнутого на полюса статора. В этом устройстве положение ротора имеет два состояния. В первом состоянии поле между полюсами отсутствует, что достигается подбором постоянного магнита ротора с такой магнитной массой, чтобы она равнялась сумме магнитных масс постоянных магнитов статора. Магнитные массы полюсных магнитов подбираются равными. Во втором состоянии магнитное поле максимально.

Однако с помощью этого устройства также невозможно осуществлять измерения магнитных свойств вещества ферромагнитных изделий ввиду невозможности получения посредством этого устройства плавно регулируемого магнитного поля.

В основу изобретения положена задача создания устройства для локального намагничивания ферромагнитных изделий, обеспечивающего возможность прецизионного управления величиной намагничивающего поля в изделии без разрыва магнитной цепи.

Поставленная задача решается тем, что устройство для локального намагничивания ферромагнитных изделий, включающее статор в виде двухполюсного П-образного магнита из магнитомягкого материала и цилиндрический ротор из магнитомягкого материала, снабжено дополнительным цилиндрическим ротором из магнитомягкого материала, в каждом роторе вдоль его оси выполнена прорезь, в которой укреплен постоянный магнит, в основании статора выполнено щелевое отверстие, делящее его на два параллельных плеча, в каждом из которых выполнено цилиндрическое отверстие под соответствующий ротор, установленный в нем с возможностью поворота вокруг своей оси. При этом:

- диаметр цилиндрического отверстия превышает толщину плеча;

- диаметры роторов могут быть выбраны различными;

- постоянные магниты для разных случаев намагничивания могут быть выбраны с различной остаточной индукцией магнитного поля.

Снабжение заявляемого устройства дополнительным ротором, аналогичным имеющемуся, наличие в прорези каждого ротора постоянного магнита и расположение роторов в отверстиях статора с возможностью поворота позволило за счет этого поворота изменять величину и направление намагничивающего поля в изделии и обеспечило возможность его использования при определении магнитных свойств вещества ферромагнитных изделий за счет получения в замкнутой магнитной цепи плавно регулируемого поля.

На чертеже представлена принципиальная схема заявляемого устройства.

Устройство для локального намагничивания ферромагнитных изделий включает статор 1 в виде двухполюсного П-образного магнита из магнитомягкого материала. В основании статора 1 выполнено щелевое отверстие 2, делящее его на два параллельных плеча 3. В каждом из плеч 3 выполнено цилиндрическое отверстие 4. Диаметр отверстия 4 несколько превышает толщину плеча 3. В каждое из отверстий 4 помещен цилиндрический ротор 5 из магнитомягкого материала, причем диаметры роторов 5 в точности равны диаметрам отверстий 4 и поверхности роторов 5 и отверстий 4 подогнаны друг к другу шлифовкой. В каждом из роторов 5 вдоль оси его основания выполнена прорезь 6, в которой укреплен плоский постоянный магнит 7. Находящиеся в прорезях 6 роторов 5 постоянные магниты 7 являются источниками магнитодвижущей силы, а магнитомягкие сегменты роторов 5 служат для замыкания магнитной цепи. Изменение величины и направления намагничивающего поля в изделии (на чертеже не показано) достигается путем вращения роторов 5 вокруг своих осей.

Диаметры роторов 5 могут быть выбраны различными, как и постоянные магниты 7, могут быть выбраны с различной остаточной индукцией магнитного поля. Ближайший к изделию ротор 5 имеет больший диаметр и он обеспечивает "грубую" регулировку намагничивающего поля. Второй ротор 5 является подстроечным и обеспечивает "точную" регулировку.

Устройство работает следующим образом:

Устройство устанавливают на поверхность рабочего изделия. В начальном положении (при α_i=0) магнитные потоки, создаваемые постоянными магнитами 7, практически полностью (если не считать некоторой части каждого из потоков, замыкающейся через противоположное плечо 3) складываются и замыкаются через находящийся между полюсами участок изделия, намагничивая его до состояния технического насыщения. При повороте какого-либо из роторов 5 на небольшой угол происходит замыкание магнитной цепи "устройство-изделие" через магнитомягкие сегменты ротора 5. Одновременно с этим происходит шунтирование части магнитного потока ротора 5 внутри плеча 3 и, соответственно, уменьшается намагничивающее изделие поле. При увеличении угла поворота увеличивается эффективная (поперечная к потоку) площадь магнитомягкой части ротора 5, что приводит к еще большему шунтированию магнитного потока и уменьшению магнитного сопротивления плеча 3. Таким образом, магнитная цепь "устройство-изделие" оказывается замкнутой при всех положениях роторов 5, кроме начального. Магнитный поток (намагничивающее поле) в изделии становится равным нулю при одновременном равенстве углов поворота роторов 5 величине π/₂. При дальнейшем увеличении угла поворота какого-либо из роторов 5 намагничивающее поле меняет знак и начинает возрастать по величине. Плавность регулировки намагничивающего поля обеспечивается тем, что поток одного из роторов 5 шунтируется магнитомягкими сегментами другого, а создаваемые потоки могут как складываться, так и вычитаться. Кроме того, диаметры роторов 5 - различны, а магниты 7 для разного назначения (например, для намагничивания массивных изделий) могут устанавливаться с различной остаточной индукцией магнитного поля. Ближайший к изделию ротор 5 имеет наибольшей диаметр и он обеспечивает "грубую" регулировку намагничивающего поля. Второй ротор обеспечивает "точную" регулировку.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет в замкнутой магнитной цепи без использования электрического тока получать плавно регулируемое магнитное поле. Это обеспечивает повышение информативности и достоверности магнитных испытаний за счет определения магнитных свойств вещества и позволяет расширить номенклатуру испытуемых изделий за счет определения новых параметров контроля. Использование двух роторов позволяет повысить точность установки поля также за счет уменьшения влияния пондеромоторного эффекта.

Список использованной литературы

1. Щербинин В.Е., Горкунов Э.С. Магнитный контроль качества металлов. -М.: Наука, 1993. - 250 с.

2. Чечерников В.И. Магнитные измерения. - М.: Изд-во МГУ, 1969. - 388 с.

3. Кифер И.И. Испытания ферромагнитных материалов. - М.: Госэнергоиздат, 1962 - 468 с.

4. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные свойства вещества. - М.: Мир, 1983. - 302 с.

5. Захаров В.А., Горкунов Э.С. Коэрцитиметры с приставными магнитными устройствами. - Дефектоскопия, 1995, №8, с.69-88.

6. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы. -М.: Высшая школа, 1986. - 352 с.

7. Альтман А.Б., Герберг А.Н., Гладышев П.А. и др. Постоянные магниты. Справочник. - М.: Энергия, 1980. - 488 с.

8. Магнитный фиксатор. - Патент США №4465993, 1983, H 01 F 7/20.

Изобретение относится к области намагничивания тел и может быть использовано при магнитных измерениях и неразрушающем контроле изделий по магнитным свойствам веществ. Устройство для локального намагничивания ферромагнитных изделий содержит статор в виде двухполюсного П-образного магнита из магнитомягкого материала и цилиндрический ротор из магнитомягкого материала. Устройство снабжено дополнительным цилиндрическим ротором из магнитомягкого материала. В каждом роторе вдоль оси выполнена прорезь, в которой укреплен постоянный магнит, в основании статора выполнено щелевое отверстие, делящее его на два параллельных плеча, в каждом из которых выполнено цилиндрическое отверстие под соответствующий ротор, установленный в нем с возможностью поворота вокруг своей оси. Устройство обеспечивает возможность прецизионного управления величиной намагничивающего поля в изделии без разрыва магнитной цепи. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для локального намагничивания ферромагнитных изделий, включающее статор в виде двухполюсного П-образного магнита из магнитомягкого материала и цилиндрический ротор из магнитомягкого материала, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным цилиндрическим ротором из магнитомягкого материала, в каждом роторе вдоль оси выполнена прорезь, в которой укреплен постоянный магнит, в основании статора выполнено щелевое отверстие, делящее его на два параллельных плеча, в каждом из которых выполнено цилиндрическое отверстие под соответствующий ротор, установленный в нем с возможностью поворота вокруг своей оси.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр цилиндрического отверстия превышает толщину плеча.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что диаметры роторов могут быть выбраны различными.4. Устройство по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что постоянные магниты могут быть выбраны с различной остаточной индукцией магнитного поля.