Магнитная система с индукцией до 2.5 Тл в зазоре между полюсами диаметром 3 мм

С помощью постоянных магнитов можно достаточно просто создавать магнитные поля, индукция которых достигает 2 ... 2.5 Тл  и более [1, 5], особенно, если объем создаваемого поля невелик (не превышает несколько десятков кубических миллиметров). Такие поля могут пригодиться для проведения различных экспериментов, магнитных измерений и проверки датчиков магнитной индукции [7], а также для намагничивания малогабаритных постоянных магнитов [4] с коэрцитивной силой в сотни тысяч килоампер на метр, например, магнитопластов [3] на основе ферритов и редкоземельных металлов.  Возможная конструкция подобной системы приведена на рис. 1. Важным ее достоинством является отсутствие потребления энергии при генерации магнитного поля.

Рис. 1. Конструкция системы на постоянных магнитах с магнитной индукцией в зазоре до 2.5 Тл: 1 - цилиндрические постоянные магниты (состав - неодим-железо-бор, намагниченность - вдоль оси), 2 - ярмо (малоуглеродистая сталь), 3 - полюсные наконечники (малоуглеродистая сталь или пермендюр).

Система состоит из двух постоянных цилиндрических магнитов состава неодим-железо-бор (1), намагниченных вдоль оси в установке импульсного намагничивания [9]. Магниты установлены внутри П-образного стального ярма (2), служащего для замыкания магнитного потока. К основаниям магнитов приклеены конусообразные полюсные наконечники из стали (3), позволяющие осуществлять концентрацию магнитного потока. Диаметр меньшего основания конуса 3 мм.  Для изменения ширины зазора используются стальные прокладки между постоянным магнитом и ярмом. Внешний вид магнитной системы показан на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид магнитной системы (ширина рабочего зазора 2 мм).

Перед изготовлением магнитной системы был произведен расчет ее параметров методом конечных элементов [8] для постоянных магнитов состава неодим-железо-бор, обладающих следующими свойствами [6]: остаточная индукция 1.15 Тл, коэрцитивная сила по намагниченности 950 кА/м. Результаты представлены на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Распределение магнитного поля в магнитной системе (расчет методом конечных элементов).

Рис. 4. Аксиальная составляющая магнитной индукции в центре зазора шириной 2 мм (расчет).

Измерения индукции магнитного поля реальной системы проводились с помощью тесламетра [7] с датчиком Холла типа ПХЭ [2] толщиной менее 1 мм. Результаты измерений достаточно хорошо согласуются с данными расчетов.

Характеристики реализованной магнитной системы приведены ниже:

• диаметр полюсных наконечников по краям зазора 3 мм
• магнитный зазор регулируется от 0 до 6 мм подбором прокладок
• магнитная индукция в центре зазора шириной 1 мм 2.34 Тл
• магнитная индукция в центре зазора шириной 2 мм 1.83 Тл
• габаритные размеры: высота 110 мм, ширина 40 мм, глубина 80 мм
• масса не более 1.6 кг

Ссылки:

1. Гречишкин Р. М., Пастушенков Ю. Г., Супонев Н. П. Методы создания магнитных полей. Учебное пособие. - Калинин: КГУ, 1985. - 83 с.
2. Датчик Холла ПХЭ606118В для измерения величины магнитной индукции
3. Изготовление и применение магнитопластов (магнитоэластов)
4. Магнитные системы для намагничивания постоянных магнитов
5. Олденбург Р., Филипс В. Небольшой постоянный магнит на 2.6 Т. - Приборы для научных исследований, 1986, № 9, 12.
6. Постоянные магниты: Справочник / Альтман А. Б., Герберг А. Н., Гладышев П. А. и др.; Под ред. Ю. М. Пятина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980. - 488 с., ил.
7. Приборы для измерения магнитных полей
8. Сильвестер П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. - 229 с., ил.
9. Установки импульсного намагничивания и размагничивания постоянных магнитов

Словарь терминов:

• Коэрцитивная сила по намагниченности - напряженность размагничивающего поля, которое должно быть приложено к предварительно намагниченному образцу, чтобы его намагниченность стала равна нулю.
• Магнитная индукция - вектор, численно равный пределу отношения силы, действующей со стороны магнитного поля на элемент проводника с электрическим током, к произведению тока и длины элемента проводника, если длина этого элемента стремится к нулю, а элемент так расположен в поле, что этот предел имеет наибольшее значение, и направленный перпендикулярно к направлению элемента проводника и к направлению силы, действующей на этот элемент со стороны магнитного поля, причем из его конца вращение по кратчайшему расстоянию от направления силы к направлению тока в элементе проводника должно быть видно происходящим против часовой стрелки.
• Магнитная система - магнитная цепь.
• Магнитопласт - полимерный постоянный магнит, изготовленный на основе смеси магнитотвердого порошка и связующего полимера.
• Намагниченность – магнитный момент единицы объема.
• Неодим-железо-бор (англ. Ne-Fe-B) - магнитотвердый материал на основе соединения железа, неодима и бора состава Nd₂Fe₁₄B, Nd₃Fe₁₆B, Nd₄Fe₂₈B₃.
• Остаточная индукция - величина магнитной индукции, сохраняющейся в образце после уменьшения напряженности внешнего поля до нуля.
• Постоянный магнит - объект, создающий магнитное поле за счет собственных внутренних элементарных электрических токов, текущих без использования внешнего источника энергии в составляющем объект материале.

16.06.2009

Альтернативные источники энергии
Компьютеры и Интернет
Магнитные поля
Механотронные системы
Перспективные разработки
Электроника и технология

Главная страница