Глава 6. Магнитные цепи с постоянными магнитами

6.1. Общие сведения

Постоянный магнит представляет собой кусок стали или какого-либо другого твердого сплава, который, будучи намагниченным, устойчиво сохраняет запасенную часть магнитной энергии. Назначение магнита – служить источником магнитного поля, не изменяющимся под влиянием каких-либо внешних факторов. Постоянные магниты применяются в разнообразных устройствах иприборах: реле, электроизмерительных приборах, электрических машинах и др.

Различают следующие основные группы сплавов для постоянных магнитов:

1. мартенситовые стали – углеродистые, волфрамовые, хромистые, кобальтовые;

2. сплавы на основе стали-никеля-алюминия с добавлением в некоторых случаях кобальта, силиция: ални (Fe, Al, Ni), алниси (Fe, Al, Ni, Si) магнико (Fe, Ni, Al, Co);

3. с плавы на основе серебра, меди, кобальта.

Величинами, характеризующими постоянный магнит, являются остаточная индукция Br и коэрцитивная сила H_c (рис.56). Для определения магнитных характеристик готовых магнитов пользуются кривыми размагничивания (рис.57), представляющими собой зависимость B=f(-H). Кривая снимается для кольца, которое сначала намагничивается до индукции насыщения, а затем

Рис.56 размагничивается до B=0.

Магнитный поток в воздушном зазоре. Для использования энергии магнита необходимо изготовить его с воздушным зазором (рис.56,б). Составляющая МДС, затрачиваемая постоянным магнитом на проведение потока в воздушном зазоре, называется свободной МДС. Наличие воздушного зазора δ снижает индукцию в магните от B_r до B (рис.57) аналогично тому, как если бы по катушке, надетой на кольцо (рис.56,а), пропустили размагничивающий ток, создающий размагничивающий ток, создающий напряженность H. Это соображение положено в основу приведенного ниже способа вычисления потока в воздушном зазоре магнита.

При отсутствии зазора вся МДС расходуется на проведение потока через магнит:

(Iw)=H_cl_м B=Br,

где l_м - длина магнита.

При наличии воздушного зазора часть МДС (Iw)_δ будет расходоваться на проведение на проведение потока через зазор:

(Iw)=(Iw)_м + (Iw)_δ . (143)

Допустим, мы создали такую размагничивающую напряженность магнитного поля H, что

Hl_м=(Iw)_δ

И индукция при этом равна B.

При отсутствии рассеяния поток в магните равен потоку в воздушном зазоре

BS_м=(Iw)_δG_δ (144)

где S_м – площадь сечения магнита;

G_δ=μ₀S_δ/δ – магнитная проводимость воздушного зазора;

μ_o – магнитная проницаемость воздуха.

Из рис.57 следует, что

. (145)

Таким образом, зная данные о материале магнита (в виде кривой размагничивания), размеры магнита l_м, S_м и размеры зазора δ и S_δ, можно по (145) вычислить поток в зазоре. Для

Рис.57 этого следует провести на диаграмме (рис.57) прямую Ob под углом α. Отрезок bc определяет индукцию В магнита. Отсюда поток в воздушном зазоре будет

. (146)

При определении tgα учитываются масштабы оси ординат и абсцисс:

, (147)

где p=n/m – отношение масштабов осей B и H.

С учетом рассеяния поток Ф_δ определяется следующим образом. Проводят прямую Ob под углом α, где tgα определяется по (147). Полученное значение В характеризует индукцию в среднем сечении магнита. Поток в среднем сечении магнита

(148)

Поток в воздушном зазоре

, (149)

где σ – коэффициент рассеяния.

Индукция в рабочем зазоре

. (150)

Прямые магниты. Выражение (150) дает решение задачи для магнитов замкнутой формы, где проводимости воздушных зазоров могут быть вычислены с достаточной для практических целей точностью. Для прямых магнитов задача вычисления проводимостей потока рассеяния весьма трудна. Поток вычисляется с помощью опытных зависимостей, связывающих напряженность поля магнита с размерами магнита.