ИНДУКТОР ОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ Российский патент 2007 года по МПК H02K1/06 

Известны источники однородного магнитного поля, описанные в [К. Halbach, "Design of Permanent Multipole Magnets with Oriented Rare Earth Cobalt Material", Nuclear Instruments and Methods, 169, pp.1-10, 1980], особенность которых состоит в том, что в кольцевом постоянном магните сформируется четное число сегментов больше четырех. Направление намагничивания последовательно образованных сегментов по расточке кольцевого магнита определяется в соответствии с формулой

где k=0, 1, 2, 3, 4...N - порядковый номер сегмента. Благодаря определенному порядку направления намагничивания последовательно сформированных сегментов внутри индуктора формируется однородное магнитное поле. Величина индукции и качество однородного магнитного поля зависит от материала магнита, объема кольцевого постоянного магнита и количества сформированных сегментов по расточке кольцевого магнита.

В качестве прототипа индуктора выберем источник однородного магнитного поля, описанный в [В.Т. Merritt, R.F. Post, G.R. Dreifuerst, D.A. Bender. Halbach Array Motor/Generators - A Novel Generalized Electric machine. Halbach Festschrift Symposium Berkeley, CA. February 3. 1995. UCRL-JC-119050. Стр.13. Figure 1, 2]. Конструктивно индуктор представляет кольцевой постоянный магнит, в котором сформировано четное число сегментов, направление намагничивания которых выполнено в соответствие с (1). Достоинством прототипа является простая монолитная конструктивная схема, реализующая рассматриваемый принцип формирования однородного магнитного поля внутри замкнутой кольцевой магнитной системы. Недостатками прототипа являются низкий уровень технологичности и сложность формирования отдельных сегментов постоянных магнитов, обладающих равенством геометрических и магнитных характеристик, при различных направлениях намагничивания внутри кольцевого постоянного магнита. Кроме того, внешний диаметр индуктора ограничен технологическими возможностями изготовления монолитного постоянного магнита. Указанные недостатки увеличивают неоднородность магнитного поля внутри индуктора, повышают стоимость изготовления изделия и ограничивают возможности использования источников однородного магнитного поля в электромеханических устройствах.

Задачей изобретения является повышение технологичности и качества однородности магнитного поля индуктора, а также расширение применения источников однородного магнитного поля в электромеханических устройствах, обладающих линейными регулировочными характеристиками.

Поставленная задача в предлагаемом индукторе решена тем, что индуктор состоит из отдельных предварительно намагниченных и раскроенных цилиндрических постоянных магнитов из редкоземельных элементов, установленных в немагнитную обойму. При этом раскрой предварительно намагниченных цилиндров осуществляется по двум продольным плоскостям, угол между которыми определяется количеством сегментов постоянных магнитов в индукторе, а угол между плоскостью сечения и направлением намагничивания цилиндрического магнита зависит от места расположения данного магнитного сегмента по расточке индуктора.

Карта раскроя отдельных сегментов постоянных магнитов индуктора и немагнитной обоймы определяется количеством сегментов и геометрическими размерами исходных цилиндрических магнитов. Диаметр расточки обоймы - D_i ограничен значениями: d/4<πD_i/N<d/2, где d - диаметр исходного цилиндрического магнита. Изготовленные сегменты постоянных магнитов устанавливаются в обойму и фиксируются термостойким клеем. Необходимый внутренний диаметр индуктора обеспечивается расточкой внутреннего диаметра после сборки сегментов в обойме.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид собранного индуктора однородного магнитного поля, состоящего из восьми сегментов постоянных магнитов (1,......8) с указанием направления намагничивания каждого из них.

На фиг.2 приведены карты раскроя цилиндрических магнитов, у каждого магнита вдоль продольной оси срезаются две плоскости, угол между которыми составляет α=360/N. Для индуктора, состоящего из восьми сегментов, число вариантов базирования биссектрисы угла раскроя относительно направления намагничивания сегментов равно пяти.

Рассмотрим формирование однородного магнитного поля во внутреннем пространстве восьмисегментного индуктора. Цилиндрические постоянные магниты (1,...8) повергаются предварительному намагничиванию. Величина остаточного намагничивания зависит от марки постоянного магнита, в частности, для магнита неодим-железо-бор - составляет около 1 Тл. Раскрой магнитов осуществляется в соответствие с картой раскроя, приведенной на фиг.2. Величина индукции поля и равномерность однородности поля в основном определяется параметрами сегментов постоянных магнитов, устанавливаемых в позиции 1 и 5 (фиг.1) индуктора. Влияние параметров оставшихся сегментов (2, 3, 4 и 6, 7, 8) на характеристики однородности магнитного поля не существенно, что значительно снижает требования к отбору сегментов для комплектования индуктора.

Выполнение внутренней поверхности обоймы индуктора в виде «ромашки» позволяет лучше использовать объем цилиндрических постоянных магнитов и облегчает сборку индуктора, а также фиксацию отдельных сегментов постоянных магнитов в обойме.

На фиг.3 приведено вычисленное распределение индукции магнитного поля по расточке индуктора, т.е. непосредственно на внутренней поверхности индуктора. Периодические пики магнитной индукции соответствуют точкам соединения отдельных сегментов постоянных магнитов, имеющим разное направление намагничивание.

При увеличении количества сегментов постоянных магнитов в индукторе разность между значениями индукции в середине сегмента и на их краях на поверхности индуктора уменьшается.

На фиг.4 представлено диаметральное распределение индукции магнитного поля внутри индуктора. Сечение А-А (фиг.1) проведено через середину сегментов постоянных магнитов, а сечение Б-Б (фиг.1) - через плоскости «сшивки» двух соседних магнитов. Измеренное среднее значение индукции однородного магнитного поля в изготовленном индукторе составляет 0,62 Тл, а расчетное значение равно 0,65 Тл.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенный индуктор однородного магнитного поля имеет технологичную конструкцию, обеспечивающую необходимое качество однородности магнитного поля, что позволяет использовать его в разнообразных электромеханических устройствах, обладающих линейными регулировочными характеристиками.

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в электромеханических и электротехнических устройствах, для работы которых необходимо существование в воздушном зазоре однородного магнитного поля. Предлагаемая конструкция индуктора состоит из отдельных предварительно намагниченных и разрезанных цилиндрических постоянных магнитов, установленных в немагнитную обойму, раскрой предварительно намагниченных цилиндров осуществляется по двум продольным плоскостям, угол между которыми определяется количеством сегментов постоянных магнитов в индукторе, а угол между плоскостью сечения и направлением намагничивания цилиндрического магнита зависит от места расположения данного магнитного сегмента по расточке индуктора. При этом для получения однородного магнитного поля внутри индуктора необходимо, чтобы направление намагничивания каждого постоянного магнита в поперечном сечении индуктора определялось в соответствии с формулой α_k=(4π/N)k, где k=0, 1, 2, 3, 4,...N - порядковый номер магнита сегмента по расточке кольцевого индуктора. Технический результат - повышение технологичности и качества однородности магнитного поля. 4 ил.

Индуктор однородного магнитного поля, состоящий из кольцевого постоянного магнита, в котором сформированы отдельные намагниченные сегменты, создающие внутри кольцевого постоянного магнита однородное магнитное поле, отличающийся тем, что намагниченные сегменты выполнены из отдельных предварительно намагниченных и разрезанных цилиндрических постоянных магнитов, установленных в немагнитную обойму, при этом раскрой предварительно намагниченных цилиндрических постоянных магнитов осуществляется по двум продольным плоскостям сечения, угол α между которыми определяется количеством N намагниченных сегментов и равен α=360/N, а угол между одной из указанных плоскостей сечения и направлением намагничивания каждого из указанных сегментов зависит от места расположения данного намагниченного сегмента по расточке кольцевого постоянного магнита и определяется в соответствии с формулой α_k=(4π/N)k, где k=0, 1, 2, 3, 4,...N - порядковый номер намагниченного сегмента по расточке кольцевого постоянного магнита.