Спосіб випробувань зразків магнітотвердих матеріалів

Спосіб випробувань зразків магнітотвердих матеріалів шляхом намагнічування зразка, замкнутого магнітопроводом, до технічного насичення і впливу імпульсним І постійним магнітними полями, який відрізняється тим, що на зразок впливають постійним, що дорівнює коерцитивній силі, або ФІКТИВНІЙ КОерЦИТИВНІЙ СИЛІ, ЩО ДОРІВНЮЄ Нсвф = CO ю о 10593 дять повторно, І після зняття поля, що розмагнічує, визначають потік Фі у повітряному зазорі імітатора, при цьому про придатність магніту судять по величинах магнітного потоку Фі і модуля різниці між потоками Фі і Ф і . Недоліками відомих способів випробувань магнгготвердих матеріалів є невизначеність у розмежуванні області їхнього застосування з метою виключення помилок і негативних наслідків, невизначеність границь магніту, при яких магнітні властивості зразка придатні до використання у виробі, неможливість оцінки впливу технологічного розкиду магнітного потоку в робочому зазорі на точності характеристики електромеханічних пристроїв, оскільки немагнітний зазор у виробі, де працює постійний магніт, найчастіше не збігається з немагнітним зазором, розрахованим по формулі 6 = 4л 10,-*L Hd/Bd (де ^ = 4 ї і Ю - магнітна постійна; L - довжина магніту в напрямку намагнічування; Bd - Індукція в точці максимального енергетичного добутку; Hd напруженість магнітного поля в точці максимального енергетичного добутку). Таким чином, зазначені способи не забезпечують ефективного контролю, оскільки випробування здійснюють в умовах, наближених до застосування у виробі, що пов'язано з відбраковуванням оброблених постійних магнітів. Найбільш близьким аналогом по технічній сутності і результату, що досягається, є спосіб випробувань зразків магнітотвердих матеріалів [авторське свідоцтво СРСР №974314, МКВ G01R33/12] шляхом впливу на зразок, замкнутий магнітопроводом, постійним і імпульсним магнітними полями, при цьому зразок розмагнічують постійним магнітним полем, потім вимірюють магнітну індукцію при впливі на зразок імпульсним магнітним полем у напрямку первинної намагніченості. Разом з тим, що вище згаданий спосіб забезпечує випробування зразків магнітотвердих матеріалів, спосіб має наступні недоліки. Спосіб не дає можливості судити про придатність магнітів для використання у виробі через велику похибку у визначенні залишкової індукції, а, отже, і кривої розмагнічування, оскільки спосіб передбачає контроль магнітів з високою коерцитивністю, у яких петля гістерезиса по індукції B=f(H) є деформованою петлею гістерезиса по намагніченості M-oJ і \ К р и в а розмагнічування в першому квадранті прямолінійна, глибоко заходить у другий квадрант І для деяких матеріалів перетинає вісь абсцис, а лінії повернення в цьому випадку збігаються з кривою розмагнічування. Відомий спосіб не забезпечує сортування магнітів по магнітних параметрах на групи до обробки зразків магнітотвердих матеріалів, тому що не дає можливості визначити точки максимального енергетичного добутку і перегину кривої розмагнічування, оскільки виріб звичайно проектується з метою оптимального використання постійного магніту по енергії, а перегин кривої розмагнічування визначає границі застосування магніта, при яких магнітні властивості зразка придатні для використання у виробі. Відомий спосіб не дозволяє вибрати оптимальний варіант використання магнітів по магнітних параметрах при проектуванні виробів з постійними магнітами, що визначається відношенням корисної енергії в робочому об'ємі системи до максимальної енергії постійних магнітів. В основу корисної моделі поставлено завдання удосконалення сортування зразків магнітотвердих матеріалів на групи з виключенням обробки зразків, що не відповідають магнітним параметрам, і подальшого використання груп зразків з оптимальним коефіцієнтом вигоди при проектуванні виробів з постійними магнітами. Поставлене завдання здійснюється тим, що в способі випробувань зразків магнітотвердих матеріалів шляхом намагнічування зразка, замкнутого магнітопроводом, до технічного насичення і впливу імпульсним і постійним магнітними полями, відповідно до корисної моделі, на зразок впливають постійним, що дорівнює коерцитивній силі, або фіктивній коерцитивній силі, що дорівнює HCB4)=4(BH)max/Bz, і імпульсним магнітним полем у напрямку первинної намагніченості, змінюють зовнішню магнітну провідність до значення індукції, що відповідає точці максимального енергетичного добутку, вимірюють зміну індукції при відключенні постійного магнітного поля і при відновленні первинної зовнішньої магнітної провідності, потім впливають на зразок імпульсним магнітним полем у напрямку первинної намагніченості і піддають впливу постійного магнітного поля, що розмагнічує, до значення Індукції, що відповідає точці максимального енергетичного добутку, відключають постійне магнітне поле, що розмагнічує, і вимірюють зміну індукції, потім операцію розмагнічування роблять повторно до значення індукції в точці зовнішньої магнітної провідності без магнітопровода, відключають постійне магнітне поле, що розмагнічує, і вимірюють зміну індукції, потім впливають імпульсним магнітним полем у напрямку первинної намагніченості, а висмикуванням зразка з магнітопровода вимірюють індукцію в точці зовнішньої магнітної провідності (малий магнітний опір зовнішнього кола). Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу і технічним результатом полягає в такому. Завдяки тому, що на зразок впливають постійним, що дорівнює коерцитивній силі, або фіктивній КОерцИТИВНІЙ СИЛІ, ЩО ДОрІВНЮЄ H C B c t 3 =4(BH)max/BZ, І імпульсним магнітним полем у напрямку первинної намагніченості, змінюють зовнішню магнітну провідність до значення індукції, що відповідає точці максимального енергетичного добутку, вимірюють зміну індукції при відключенні постійного магнітного поля і при відновленні первинної зовнішньої магнітної провідності, потім впливають на зразок імпульсним магнітним полем у напрямку первинної' намагніченості І піддають впливу постійного магнітного поля, що розмагнічує, до значення індукції, що відповідає точці максимального енергетичного добутку, відключають постійне магнітне поле, що розмагнічує, і вимірюють зміну індукції', потім операцію розмагнічування роблять повторно до значення індукції в точці зовнішньої магнітної провід 10593 ності без магнітопровода, відключають постійне магнітне поле, що розмагнічує, і вимірюють зміну Індукції, потім впливають імпульсним магнітним полем у напрямку первинної намагніченості, а висмикуванням зразка з магніто про вода вимірюють індукцію в точці зовнішньої магнітної провідності (малий магнітний опір зовнішнього кола), вирішується задача удосконалення сортування зразків магнітотвердих матеріалів на групи з виключенням обробки зразків, що не відповідають магнітним параметрам, і подальшого використання груп зразків з оптимальним коефіцієнтом вигоди при проектуванні виробів з постійними магнітами. На Фіг.1 представлена крива розмагнічування зразка магнітотвердого матеріалу. На Фіг.2 представлений пристрій, що реалізує запропонований спосіб. Принцип дії даного способу полягає в наступному. З появою магнітотвердих матеріалів з високими значеннями коерцитивної' сили і прямолінійними кривими розмагнічування, що глибоко заходять у другий квадрант, і, для деяких матеріалів, вони простираються за межі Нсв, їх можна розглядати як «магнітні батареї» з високою постійною МДС. Це припущення вірно, поки спільно діючі накладене і таке, що саморозмагнічується, поля не перевищують поле, що відповідає перегину кривої розмагнічування. Це означає, що добре при цьому працює простий метод аналізу кола, заснований на аналізі закону Ома. Завдяки зазначеним властивостям, вони можуть працювати при дуже малих значеннях магнітної провідності, можуть використовуватися у виробах з дуже малими розмірами в напрямку намагнічування і допускають попереднє намагнічування до зборки без істотного зниження магнітного потоку. Зазначені властивості магнітотвердих матеріалів з високою коерцитивною силою обумовлені тим, що петля гістерезиса по індукції B=f(H) є деформованою петлею гістерезиса по намагніченості ДЄ - магнітна постійна, що дорів1 4л-10 -7 • Причому, чим вище коерцитивна нює ч-" '" сила по намагніченості jH c , тим сильніше деформована петля гістерезиса по індукції щодо петлі гістерезиса по намагніченості, і істотно збільшується різниця між jH c і Н с в Внаслідок деформації, при переході від намагніченості до індукції' виникає умова І-іт(Нсв)інс^„=-^ (2) По Другим наслідком деформації петлі гістерезиса є виникнення умови ^JL (3) 4м-о Дійсно, при jHc=™ крива B=f(H) у межах другого квадранта не відрізняється від прямої, що проходить через точки Вг і Н св . Отже, * 2 H d ^ 2 В 2 (4) Крім того, при лінійному зв'язку між індукцією І напруженістю магнітного поля, ліні'і магнітного повернення збігаються з основною кривою розмагнічування, а, з огляду на те, що точка максимального енергетичного добутку знаходиться на лінійній ділянці, то коефіцієнт магнітного повернення є постійною величиною Вс| Вг = const (5) Hd Hd Нсв Нижня гранична крива розмагнічування у вигляді прямої з параметрами Вг, Нсв, (ВН)тах, обговореними ДСТ на магнітотверді матеріали, проходить через точки Вг і Нсв і характеризується нижньою межею максимального енергетичного добутку, у той же час, гранична по максимальному енергетичному добутку крива розмагнічування пройде через зазначену точку Вг і точку, що відповідає граничній коерцитивній силі, що дорівнює Bz По ' Інше сімейство кривих розмагнічування буде знаходитися між граничними кривими розмагнічування у вигляді прямих чи прямих з пере* гинами, що знаходяться нижче кривої з точкою максимального енергетичного добутку для даної залишкової індукції В і граничної коерцитивної сили, що дорівнює и . ', і вище кривої розмагнічування з лінійним зв'язком між Індукцією І напруженістю магнітного поля і такою, що проходить через точки Вг і Нсв. По відомим Bd і (BdHd) max визначають напруженість у точці максимального енергетичного добутку, оскільки основна крива розмагнічування в другому квадранті може мати перегин. При цьому (BdHd)max Hd = 0,5Bz Індукція зразка, намагніченого до насичення і замкнутого магнітопроводом, визначається зовнішньою магнітною провідністю і буде знаходитися в точці Р на кривій розмагнічування. Оскільки точка Р і точка максимального енергетичного добутку знаходяться на лінійній ділянці кривої' розмагнічування, напруженість магнітного поля в точці Р визначають по рівнянню прямої у відрізках Вр , Нр =1 (7) Bz Нсв (Bz-Bp) Звідки г Bz Bd Якщо П - 777 < П - 7j—•. то крива розмагнічування має перегин при зазначеній коерцитивній силі і залишковій індукції, і для розрахунку Вр вводять фіктивну коерцитивну силу, що буде дорів 10593 нювати Ф „ ' де д 2 = — . По обчисленій напруженості в точці Вр і магнітній проникності Bd повернення, що дорівнює їй = — визначають залишкову індукцію (Вг) згідно виразу Ми Нр (8) Крім того, залишкову індукцію визначають шляхом виміру індукції при впливі постійного, що дорівнює коерцитивній силі, і імпульсного магнітного поля у напрямку первинної намагніченості і зміні зовнішньої магнітної провідності до значення індукції, що відповідає точці максимального енергетичного добутку. Оскільки сімейство кривих розмагнічування, обмежених верхньою, що відповідає граничній коерцитивній силі для матеріалу, і нижньою, з лінійним зв'язком між індукцією і напруженістю магнітного поля, проходить через точку залишкової індукції (Вг), а проникність повернення при зазначеному зв'язку між індукцією і напруженістю є постійною величиною, то залишкова індукція дорівнює Вг = ц 2 Нсв. Таким чином, задавши постійне магнітне поле, що дорівнює коерцитивній силі, у напрямку первинної намагніченості, впливом імпульсного магнітного поля в тому ж напрямку виводять намагніченість зразка на граничний цикл гістерезиса, при цьому зміна індукції, викликана зміною зовнішньої магнітної провідності до значення, що відповідає точці максимального енергетичного добутку, при відключенні постійного магнітного поля буде відповідати індукції і напруженості магнітного поля, що дорівнює Вг/2 і Нсв/2. Відновленням первинної зовнішньої магнітної провідності визначають індукцію в точці Р. Надалі точку Р приймають у якості контрольної. Проникність повернення для обмірюваних Bd І Hd визначають по відношенню \iz =Bd/Hd = B 2 121 Нсв/2. По проникності повернення і різниці Індукції при відключенні постійного магнітного поля і відновленні первинної зовнішньої провідності визначають напруженість магнітного поля в точці Р При впливі імпульсного магнітного поля в напрямку первинної намагніченості індукція відповідає точці Р, а при впливі постійного магнітного поля, що розмагнічує, вимірюють зміну індукції від значення її в точці Р до значення її в точці максимального енергетичного добутку, що дорівнює Вг/2, оскільки точка, що відповідає (Bd-Hd)max, знаходиться на лінійній ділянці кривої розмагнічування, то зміна індукції' не повинна відрізнятися від обмірюваної для точки Р при відновленні зовнішньої магнітної провідності. По обмірюваних змінах індукції визначають лінійність кривої розмагнічування до точки (ВН)тах і проникність повернення, що порівнюють із проникністю для лінійного зв'язку між індукцією і напруженістю магнітного поля. Вплив постійного поля, що розмагнічує, до значення індукції в точці зовнішньої магнітної провід 8 ності без магнітопровода і вимір зміни індукції дають можливість визначити граничні точки застосування зразків. Потім впливають на зразок постійним полем, що розмагнічує, до значення, при якому індукція зразка дорівнює нулю, вимірюють зміну напруженості й індукції магнітного поля, виключають поле, що розмагнічує, і вимірюють зміну індукції, а впливом імпульсного поля в напрямку первинної намагніченості і висмикуванням зразка з магнітопровода визначають індукцію в точці Р. По розрахункових і обмірюваних параметрах зразка визначають приналежність зразка до відповідної групи. Пристрій для реалізації способу випробувань зразків магнітотвердих матеріалів містить електромагніт з магнітопроводом з електротехнічної сталі, один з полюсних наконечників якого може переміщатися уздовж осі за допомогою штурвала 1 (Фіг.2). Електромагніт має чотири обмотки, що намагнічують, дві з яких 2 приєднані до регульованого джерела постійного струму 3 , а дві 4 - до джерела імпульсного намагнічування 5. Випробуваний зразок намагнічується імпульсом струму батареї конденсаторів. За допомогою веберметра 6 І вимірювальної обмотки 7 вимірюють магнітну індукцію випробуваного зразка 8. Контроль напруженості магнітного поля роблять за допомогою перетворювача 9 вимірювачем напруженості магнітного поля 10. Випробування зразка роблять у наступній послідовності. Випробуваний зразок намагнічують до технічного насичення, задають постійне, що дорівнює коерцитивній силі, або фіктивній коерцитивній силі, що дорівнює НСВф=4(ВН)тах/Вг, і імпульсне магнітне поле в напрямку первинної намагніченості, зменшують зовнішню магнітну провідність до значення індукції в точці максимального енергетичного добутку і вимірюють зміну індукції при відключенні постійного магнітного поля І при відновленні первинної зовнішньо/ магнітної провідності. По обмірюваних змінах індукції визначають залишкову індукцію Bz і індукцію мінімального магнітного опору точки Р. Потім впливають на зразок імпульсним магнітним полем у напрямку первинної намагніченості і піддають впливу постійного поля, що розмагнічує, до значення індукції, що відповідає точці максимального енергетичного добутку, відключають постійне поле, що розмагнічує, і вимірюють зміну Індукції і напруженості магнітного поля, по яких визначають проникність повернення і лінійність кривої розмагнічування до точки, що відповідає (ВН)тах. ПОТІМ зразок піддають впливу постійного поля, що розмагнічує, до значення індукції в точці зовнішньої магнітної провідності без магнітопровода, знімають постійне поле, що розмагнічує, і вимірюють зміну індукції. Потім збільшують напруженість постійного поля, що розмагнічує, до значення, при якому індукція зразка дорівнює нулю, вимірюють при цьому зміну індукції і напруженості магнітного поля, знімають постійне поле, що розмагнічує, І вимірюють зміну індукції. Потім впливають імпульсним магнітним полем у напрямку первинної намагніченості, а висмикуванням зразка з магнітопровода визначають індукцію в точці Р. По 10 10593 обмірюваних Bz, Нсв і проникностям повернення визначають придатність зразка у виробі. Таким чином, запропонований спосіб випробувань зразків магнітотвердих матеріалів дозволяє істотно підвищити якість контролю магнітних властивостей зразків, розсортувати їх на групи по магнітних властивостях, визначити залежність макси мального значення індукції від величини повітряного зазору і дії магнітного поля, що розмагнічує, забезпечити виготовлення виробів з максимумом корисної' енергії в робочому об'ємі при незмінному об'ємі матеріалу постійних магнітів, а також забезпечити надійну і якісну роботу магнітів у виробі. Фіг. 1 m rz ґ • Комп'ютерна верстка Д Шевєрун 2 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освґги І науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Киї'в, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601