Глава 3. ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ

§ 3.1. Назначение, способы намагничивания, стабильность характеристик

Постоянный магнит – намагниченное тело из магнитотвердого материала, служащее источником постоянного магнитного поля. Постоянный магнит является частью магнитных систем электротехнических изделий. Работа устройств с постоянными магнитами, как правило, основана на преобразовании энергии:

–механической в механическую (сепараторы, магнитные муфты и т. п.);

–механической в электромагнитную (электрогенераторы, громкоговорители и т. п.);

–электромагнитной в механическую (электродвигатели, динамики, магнитоэлектрические системы и т. п.);

–механической во внутреннюю (тормозные устройства и т. п.). К постоянным магнитам предъявляются следующие требования:

–высокая удельная магнитная энергия;

–минимальные габариты при заданной напряженности поля;

–сохранение работоспособности в широком диапазоне рабочих температур;

–устойчивость к воздействию внешних магнитных полей;

–технологичность;

–низкая стоимость исходного сырья;

–стабильность магнитных параметров во времени. Разнообразие задач, решаемых при помощи постоянных магнитов,

вызывает необходимость создания множества форм их исполнения. Форма и направление намагниченности постоянных магнитов

выбираются в соответствии с их назначением. Промышленно выпускаются постоянные магниты, имеющие форму тел вращения или их частей (шары, цилиндры, кольца), параллелепипедов различных размеров или специальную конфигурацию, обусловленную предъявляемыми к ним техническими требованиями. На рис. 3.1 приведены примеры форм промышленно выпускаемых постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с защитным покрытием*.

* Защитное покрытие при производстве постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов применяется с целью защиты их от коррозии.

79

Кроме постоянных магнитов, имеющих формы, показанные на рис. 3.1, промышленно выпускаются магниты из магнитотвердых металлических сплавов и ферритов в виде стержней круглого и прямоугольного сечения, а также трубчатые, С-образные, подковообразные, в виде пластин прямоугольной формы и др.

Рис. 3.1. Промышленно выпускаемые постоянные магниты различной формы:

а– диск; б – кольцо; в – параллелепипед; г – цилиндр;

д– шар; е – сектор полого цилиндра

Магнитные параметры постоянных магнитов определяются не только их формой или материалом, из которого они изготовлены, но

инаправлением намагничивания. Заготовки намагничивают, используя постоянные магниты, электромагниты постоянного тока или намагничивающие катушки, через которые пропускаются импульсы тока. Выбор способа намагничивания зависит от материала

иформы постоянного магнита.

Постоянными магнитами намагничивают малогабаритные заготовки из материалов с относительно небольшими значениями коэрцитивной силы. Такой способ намагничивания применяется относительно редко, в связи с невозможностью создания поля с напряженностью, достаточной для намагничивания современных магнитотвердых материалов.

Электромагнитами постоянного тока обычно намагничивают параллелепипеды и цилиндры, которые устанавливаются между полюсами электромагнита. Процесс состоит в кратковременном воздействии на заготовку магнитного поля, создаваемого импульсами

80

тока длительностью порядка 10–6…10–3 с. Недостатками такого способа являются большие массогабаритные показатели электромагнитов, высокая потребляемая мощность, а также невозможность намагничивания заготовок сложной формы и материалов с высокой коэрцитивной силой.

Принцип работы установок импульсного намагничивания заключается в длительном накоплении энергии в конденсаторе и его разрядке за короткий промежуток времени. Импульсные намагничивающие установки работают от электрической сети со стандартными параметрами (220 В, 50 Гц), они малогабаритны и просты в эксплуатации. Рабочая ячейка установки импульсного намагничивания с расположенной внутри намагничиваемой кольцевой заготовкой для ее радиального намагничивания схематически изображена на рис. 3.2. Пропускание импульсов тока I1 и I2 через катушки 1 и 2 приводит к радиальному намагничиванию кольца. В зависимости от направления токов I1 и I2 можно задать направление вектора В от центра к периферии (для случая, показанного на рис. 3.2) или наоборот (если I1 пропускать от Н1 к K1, а I2 – от K2 к Н2).

Различные материалы намагничиваются до насыщения при различной напряженности внешнего магнитного поля (табл. 3.1).

Рис. 3.2. Рабочая ячейка установки импульсного намагничивания с расположенным внутри кольцом для радиального намагничивания

81

Таблица 3.1

Значения напряженности внешнего магнитного поля при намагничивании различных материалов

Магнитные свойства постоянных магнитов могут изменяться под действием времени и внешних факторов, к которым относятся:

–температура;

–магнитные поля;

–механические нагрузки;

–радиация и др.

Изменение магнитных свойств характеризуется нестабильностью постоянного магнита, которая может быть структурной или магнитной.

Структурная нестабильность связана с изменениями кристаллической структуры, фазовыми превращениями, уменьшением внутренних напряжений и т. п. В этом случае исходные магнитные свойства могут быть получены восстановлением структуры (например, термообработкой материала).

Магнитная нестабильность обусловлена изменением магнитной структуры вещества магнита, которая стремится к термодинамическому равновесию с течением времени и под влиянием внешних воздействий. Магнитная нестабильность может быть:

–обратимой (возвращение к исходным условиям восстанавливает исходные магнитные свойства);

–необратимой (возращение исходных свойств может быть достигнуто только путем повторного намагничивания).

Изменения магнитных характеристик (индукции, коэрцитивной силы и др.) под действием температуры оценивают соответствующими коэффициентами. Например, температурный коэффи-

82