СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ПО ОБЪЕМНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ Российский патент 2021 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к способам 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 способ и устройство для идентификации опытных образцов постоянных магнитов с одинаковой объемной намагниченностью, включая ее соответствие нормальному закону распределения.

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.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ описанный в изобретении RU №2617723, опубл. 26.04.2017. Способ заключается в измерении нормальной составляющей магнитной индукции на поверхности полюсов постоянных магнитов и в контрольных точках окружающего постоянный магнит пространства с использованием цифрового миллитесламетра, например исполнения ТПУ. На заключительном этапе проведения испытаний предусматривается измерение магнитных сил отталкивания опытных образцов постоянных магнитов от магнитного отражателя на разработанном испытательном стенде при фиксированном расстоянии между ними, построение кривых зависимостей магнитной силы отталкивания от расстояния до опытного образца постоянного магнита в одних осях координат и сравнение построенных зависимостей между собой.

Недостатком способа является ограниченное применение для постоянных магнитов объемом (более м3) и высокой коэрцитивной силой (более 800 кА/м). В этом случае возникают значительное усилие взаимодействия при сближении опытного образца постоянного магнита и магнитного отражателя (более 500 Н), что ведет к невозможности проведения дальнейших испытаний по их сближению, вследствие перекоса из-за значительной деформации механической системы испытательного стенда и ее выходу из строя. Кроме этого, решение об идентичности постоянных магнитов по среднеквадратичному отклонению не позволяет определить к какому закону распределения относятся силы взаимодействия опытных образцов постоянных магнитов и магнитным отражателем. В этой связи определение плотности вероятности полученных статистических данных опытных образцов постоянных магнитов на соответствие нормальному закону распределения является принципиально важной задачей. В случае установления этого соответствия к опытным образцам постоянных магнитов можно применять хорошо изученные методы прогнозирования для нормального закона распределения.

Для решения об идентичности опытных образцов постоянных магнитов требуется инструмент, позволяющий определить закон распределения сил взаимодействия между опытными образцами постоянных магнитов с магнитным отражателем и сравнить его с нормальным законом распределения, используя в качестве такого инструмента критерий согласия Пирсона.

Предлагаемый способ идентификации постоянных магнитов на предварительном этапе заключается в следующем. Присвоение порядкового номера каждому опытному образцу магнита, имеющему одинаковую геометрию и марку сплава с однотипными образцами постоянных магнитов. Внешний осмотр постоянных магнитов и запись в контрольный журнал выявленных дефектов. Измерение и запись 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. Заключительный этап проведения испытаний предусматривает измерение магнитных сил отталкивания опытных образцов постоянных магнитов от магнитного отражателя на разработанном испытательном стенде при фиксированном расстоянии между ними, построение кривых зависимостей магнитной силы отталкивания от расстояния до опытного образца магнита в одних осях координат. По полученным экспериментальным зависимостям определяется среднеквадратичное отклонение для каждого опытного образца постоянного магнита.

Цель изобретения – разработка способа и устройства для идентификации постоянных магнитов с объемом превышающем и высокой коэрцитивной силой (более 800 кА/м).

Процедура проверки по критерию сводится к следующим этапам [http://russian-robotics.blogspot.com/2013/12/1-matlab.html]:

1. Выборку n разбивают на r интервалов: S₁, S₂, где r рассчитывают по эвристической формуле Старджесса для определения оптимального числа интервалов [Sturgess H.A. The choice of classic intervals // J. Am. Statist. Assoc. - march 1926. - 47 p.].

2. При этом целесообразно чтобы каждый интервал содержал не менее пяти значений из выборки среднеквадратичного отклонения. Допускается неравномерный выбор интервалов.

3. Определяют плотность вероятности попадания значений среднеквадратичных отклонений сил взаимодействия опытных образцов постоянных магнитов с магнитным отражателем в зависимости от расстояния между ними.

4. Определяют теоретические значения среднеквадратичных отклонений, распределение плотности вероятности которых соответствует нормальному закону и определяют .

5. Выдвигают гипотезу о соответствии нормальному закону распределения и устанавливают уровень значимости . Для этого определяют (критерий согласия Пирсона), который рассчитывают для теоретических и экспериментальных значений для опытного образца постоянного магнита.

6. Если , то распределение подчиняется нормальному закону и для постоянных магнитов можно применять методы обработки и прогнозирования.

Таким образом решение о соответствии нормальному закону распределения одинаковой объемной намагниченности опытных образцов постоянных магнитов и их идентичности может быть принято в случае, когда .

Способ идентификации постоянных магнитов на испытательном стенде косвенно учитывает объемную намагниченность опытных образцов постоянных магнитов по магнитной силе отталкивания их от магнитного отражателя на различных расстояниях между ними.

Для реализации способа предложено устройство для определения объемной намагниченности постоянных магнитов (Фиг.1).

Внешний вид макетного образца устройства для определения объемной намагниченности постоянных магнитов показан на Фиг.2.

На фиг. 3 представлены экспериментальные характеристики, полученные для постоянных магнитов, имеющих габаритные размеры 50х50х25 мм.

На фиг. 4 представлены гистограмма и график плотности вероятности, в соответствии с которым принято решение о возможности применения методов обработки и прогнозирования для представленной выборки опытных образцов постоянных магнитов.

Устройство для определения намагниченности постоянных магнитов в виде испытательного стенда включает в себя основание стенда 1, датчик силы 2, например, DYLF-102 200KG (на Фиг. 2 настольные электронные весы со светодиодным дисплеем с сенсорными кнопками управления 3), П-образная стальная ферма 4 для уменьшения радиальных сил, закрепленная в основании стенда, контейнер из немагнитного материала, внутри которого перемещается опытный образец постоянного магнита 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 - датчик перемещения, например, PTS-16-200 (на фиг 2. – линейка 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, устройство прессового типа имеющее регулировочный винт для изменения зазора между взаимодействующими объектами 11, устройство удержания 12 для закрепления опытного образца постоянного магнита. Устройство прессового типа представляет собой тихоходную механическую (гидравлическую или пневматическую), систему, предназначенную для приближения опытного образца постоянного магнита к магнитному отражателю (на фиг. 2 представлена механическая система), не допускающая изменения своей геометрии и не влияющая на точность измерения сил взаимодействия. Для этого конструкция указанного устройства прессового типа должна обладать прочностью и жесткостью.

В зависимости от формы и заявленных магнитных свойств опытного образца постоянного магнита 6 выбирается магнитный отражатель 7, а также форма и размер немагнитного контейнера.

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 устройства прессового типа. 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 датчиком перемещения 8 (на Фиг.2 немагнитной линейкой 8). Магнитная сила отталкивания между взаимодействующими объектами определяется по показаниям датчика силы 2, (на Фиг 2. отображается на светодиодном дисплее 3 электронных весов 2).

Разработанный способ идентификации постоянных магнитов и устройство в виде испытательного стенда учитывает объемную намагниченность опытных образцов постоянных магнитов по магнитной силе отталкивания их от магнитного отражателя на различных расстояниях между ними, а также определить соответствие экспериментальных данных нормальному закону распределения.

Изобретение относится к способам идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности из опытной партии, изготовленной из одинаковой марки сплава, форму и геометрию. Способ идентификации постоянных магнитов и устройство в виде испытательного стенда учитывает объемную намагниченность опытных образцов постоянных магнитов по магнитной силе отталкивания их от магнитного отражателя на различных расстояниях между ними, а также позволяет определить соответствие экспериментальных данных нормальному закону распределения. Технический результат – идентификация постоянных магнитов с объемом, превышающим 6·10^-5 м³ и высокой коэрцитивной силой (более 800 кА/м). 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ для идентификации постоянных магнитов, позволяющий установить соответствие результатов экспериментальных зависимостей усилия взаимодействия опытных образцов постоянных магнитов с магнитным отражателем от расстояния между ними нормальному закону распределения заключается в следующем, выборку n разбивают на r интервалов: S₁, S₂, где r рассчитывают по эвристической формуле Старджесса для определения оптимального числа интервалов , причем каждый интервал должен содержать не менее 5 значений из выборки среднеквадратичного отклонения, допускается неравномерной выбор интервалов, определяется плотность вероятности попадания значений среднеквадратичных отклонений для экспериментальных зависимостей усилия от расстояния для различных опытных образцов постоянных магнитов, определяются теоретические значения среднеквадратичных отклонений, распределение плотности вероятности которых соответствует нормальному закону и определяют , выдвигается гипотеза о соответствии нормальному закону распределения и устанавливают уровень значимости , для этого определяют , которое рассчитывают для теоретических и экспериментальных значений для опытного образца постоянного магнита, в том случае если , то распределение подчиняется нормальному закону, тогда для опытных образцов постоянных магнитов можно применять методы обработки и прогнозирования применяемые для закона нормального распределения, таким образом заключительное решение о соответствии нормальному закону распределения одинаковой объемной намагниченности опытных образцов постоянных магнитов и их идентичности принимается если случае, когда .

2. Устройство для определения намагниченности постоянных магнитов в виде стенда, включающее в себя следующие компоненты: основание стенда, датчик силы, П-образную стальную ферму для уменьшения радиальных сил, 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, устройство удержания опытного образца постоянного магнита, опытный образец постоянного магнита, магнитный отражатель для противодействия сближению с опытным образцом постоянного магнита, датчик перемещения, подставку с направляющей, обеспечивающей устойчивость контейнера и равномерное распределение силовой нагрузки на датчик силы; подвижный шток в виде стального сердечника, предназначенный для закрепления опытного образца постоянного магнита внутри контейнера и осевой центровки приложения внешнего усилия, регулировочный винт, входящий в состав устройства прессового типа для изменения зазора между взаимодействующими объектами, измерение расстояния между взаимодействующими объектами определяется датчиком перемещения, в зависимости от формы и заявленных магнитных свойств опытного образца постоянного магнита выбирается магнитный отражатель, а также форма и размер немагнитного контейнера.