Широкое применение в ряде изделий электротехники и машиностроения постоянных магнитов (ПМ) привело к необходимости их намагничивания как в их составе, так и в отдельности непосредственно перед сборкой. Под намагничиванием понимается процесс, в результате которого под воздействием внешнего магнитного поля возрастает намагниченность магнитного материала [1], обусловленная переориентацией векторов намагниченности доменов в направлении приложенного поля; включает процессы смещения, вращения и парапроцесс. ПМ может быть намагничен на заводе-изготовителе, но зачастую предпочтительней поставлять магниты в не намагниченном состоянии и намагничивать их непосредственно перед установкой в изделии, либо в составе изделия или когда требуется специальный вид намагничивания ПМ. Отмечен [2] ряд причин предпочтительного намагничивания ПМ в месте сборки изделия:

- трудность или невозможность собрать требуемый продукт с намагниченными ПМ из-за его притяжения к стальным деталям или притяжения / отталкивания с другими ПМ;

- ПМ при транспортировке, перемещении могут повлиять или даже уничтожить предметы, находящиеся в близи, например, кредитные карты, часы, электронные приборы и т.д.;

- ПМ большого размера или находящиеся в упаковке могут привести к травмам у работника при притягивании их к металлическим поверхностям или между собой;

- ПМ могут влиять на навигационные приборы, особенно на самолетах, что требует законодательного регулирования доставки магнитов;

- намагниченные ПМ могут захватывать мусор, содержащий металлические включения в виде стружки, порошка и т.п. Этот мусор очень трудно удалить, для чего требуются определенные действия и приспособления;

- производителям изделия, в составе конструкции которого находится ПМ или целая конструктивная система ПМ, необходимо управление процессом намагничивания с целью получения, например, заданного изменения значения магнитной индукции в рабочем зазоре (электрическая машина, фокусирующая система), для настройки параметров изделия воздействуя на уровень намагниченности ПМ (электромагнитное реле);

- регулировка (калибровка) ПМ различных партий поставки или поступивших от разных производителей в случае отличия параметров (индукция на поверхности, усилия притяжения и т.п.) с целью соответствия заданным магнитным допускам;

- получение сложных видов намагничивания ПМ различных форм.

Для решения этих задач и предназначено намагничивающее оборудование, обеспечивающее получение в рабочих органах (соленоид, индукторная система) магнитного поля требуемого направления и достаточного по величине для намагничивания ПМ до технического насыщения. В промышленности применяется в основном два типа намагничивающего оборудования: электромагниты постоянного тока и импульсные намагничивающие установки.

 

Электромагниты, рис.1, применяют для намагничивания определенной группы ПМ с невысокой коэрцитивной силой HcJ (ЮНДК, феррит бария, феррит стронция) и не требующих сложного вида намагничивания. Зачастую электромагниты изготавливают под потребности предприятий, применяющих ПМ данного класса в своих изделиях.

Широкое применение для намагничивания ПМ, практически всего спектра их использования в изделиях промышленности в России и за рубежом, нашли установки импульсного намагничивания (УИН). Установки импульсного намагничивания накапливают энергию в конденсаторной батарее в течении определенного времени (от долей секунды до десятков секунд) в зависимости от напряжения заряда и величины емкости конденсаторной батареи накопителя энергии и отдают ее в процессе раз­ряда за короткий промежуток времени ≤ (10÷15)·10-3с. Поэтому для создания мощного импульса не требуется большого тока потребления, что позволяет использовать для питания установки однофазную сеть 220 В. К достоинствам импульсных установок надо от­нести возможность намагничивания современных высококоэрцитивных ПМ (NdFeB, Sm2Co17, SmCo5), приемлемые габариты (с учетом удельной энергоемкости) и относительную простоту уст­ройства.

 

Рис. 2 Принципиальная электрическая схема  импульсной намагничиваюшей установки: а) без импульсного трансформатора; б) с импульсным трансформатором

В основном УИН выполняются в двух вариантах: без импульсного трансформатора и с импульсным трансформатором. Такое разделение носит условный характер, т.к. применяемый источник импульсного тока, имеющий в своем составе зарядное устройство, высоковольтный выпрямитель, емкостной накопитель энергии, силовой коммутатор и систему управления, контроля и регистрации, един. На рис. 2 представлена принципиальная электрическая схема УИН в двух исполнениях. На рис. 3 [6] представлен «классический» конструктив источника импульсного тока намагничивающей установки. Импульсный трансформатор с устройством зажима индукторов  располагается внутри рабочего стола и присоединяется к силовым выводам установки. Однако, рабочие органы (индукторные системы), предназначенные для создания магнитного поля, у этих двух типов УИН имеют принципиальное отличие и не являются взаимозаменяемыми.

Рис. 3 Конструктив источника импульсного тока намагничивающей установки

На практике нашла применение конструкция импульсного трансформатора с одновитковой вторичной обмоткой сформованной из листовой меди и охватывающей ее многовитковой первичной обмоткой. В качестве рабочих идукторов в УИН с трансформатором применяются одновитковые системы c требуемой конфигурацией, рис. 4 [4].

Рис. 4 Образцы одновитковых индукторов (без диэлектрической фиксирующей обоймы)

 

Наиболее полно информация о УИН с импульсным трансформатором, одновитковых индукторных системах их анализе и расчетах приведена в [3].

УИН без импульсного трансформатора комплектуется многовитковыми индукторными системами и соленоидами различной конструкции и подключаемые непосредственно к силовым выводам установки. Линейка таких систем разнообразна и решает аналогичные задачи, что и одновитковые исполнения, по намагничиванию ПМ [3].
Основные формы и виды намагничивания ПМ представлены на рис. 5 [5].

 

Рис. 5 Основные формы ПМ и виды намагничивания

 

Схемное и аппаратное решения импульсных намагничивающих установок приняло в основном законченные черты и различаются в предлагаемых опциях по управлению, контролю процессов намагничивания и регистрации результатов испытаний ПМ. Вопросы индукторных систем остаются актуальными и в ряде случаев требуют серьёзной инженерной проработки. При проектировании индукторных систем следует соблюсти ряд условий:

- индукторные системы (ИС) в сочетании с УИН должны обеспечивать магнитное поле достаточной величины и в нужном направлении для насыщения ПМ;

- ПМ должен неподвижно удерживаться в оправке и не перемещается в процессе намагничивания и последующем извлечении из рабочей зоны ИС;

- обмотки ИС должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать механические нагрузки во время протекания импульсного тока. Это актуально для материала изоляции и применяемых компаундов;

- тепловая стойкость ИС. Повышение температуры обмоток во время импульса происходит достаточно быстро, чтобы большая часть тепла отводилась через даже тонкий слой электрической изоляции. Серия импульсов может привести к критическому нагреву обмотки ИС и разрушению изоляции. Необходимо обеспечить при необходимости принудительный отвод тепла и контроль температурного режима ИС;

- ИС должна быть безопасна при работе и не причинять вред оператору и находящемуся поблизости оборудованию.

Успех в проектировании, изготовлении и последующей эксплуатации намагничивающего оборудования обеспечивается квалификацией и многолетним опытом работы специалистов ООО «КБЭА» в этой области.

 

 

Литература: 

1. ГОСТ 19693-74 Материалы магнитные. Термины и определения;

2. Joseph J. Stupak Jr., Methods of Magnetizing Permanent Magnets, Oersted Technology Corp.,2000;

3. Нестерин В.А. Оборудование для импульсного намагничивания и контроля постоянных магнитов,-М.: Энергоатомиздат,1986.

4. Нестерин, В.А. Компоненты интеллектуальных мехатронных модулей/ В.А. Нестерин, Е.В. Волокитина.- Чебоксары, 2014.

5. http://kbea.ru

6. http://www.chuvsu.ru/~emtep/pm.html