CS213709B1 - Anizotropous permanent magnets - Google Patents

Description

Vynález řeší anizotropní permanentní magnety s magnetickou strukturou, která zvyšuje hodnotu magnetické indukce dodávané do vzduchové mezery nebo jiných částí magnetického obvodu.

Ve velkém počtu aplikací je hlavním úkolem permanentního magnetu produkovat co nejvyšší magnetickou Indukci v magnetickém obvodu· V dosavadní praxi se pro tento účel využívají stávající anizotropní permanentní magnety, které vykazují ve srovnání s Izotropními magnety ze stejného materiálu podstatně výhodnější průběh křivky pře magnet ování. Dosud vyráběné anizotropní magnety jsou charakterizovány tím, že elementární oblasti, tj. práškové částioe, krystalky a podobně, jsou orientovány v tělese magnetu svými osami snadného magnetování souběžně ve směru, v němž je permanentní magnet magnetován· Tato anizotropní magnetická struktura umožňuje dosáhnout pro daný materiál maximální hodnoty remanence a součinu (BH) a tomu odpovídající zvýšené hodnoty magnetické indukce v pracovním bodě· К dosažení uvedené struktury se používá orientování práškových částic magnetickým polem, krystalizace s usměrněným teplotním gradientem, tepelné zpracování v magnetickém poli, protlačování, válcování a další postupy· Současná technologická úroveň výroby permanentních magnetů umožňuje vyrábět magnety s téměř dokonale provedenou orientací uvedeného typu a není možnost touto oestou hodnoty magnetické indukce dále významněji zvyšovat· Tato skutečnost brání žádoucímu zvýšení parametrů značného počtu rozličných zařízení využívajících stávající permanentní magnety·

Uvedené nedostatky odstraňují podstatnou měrou anizotropní permanentní magnety podle předmětného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že magnet je opatřen nehomogenní magnetickou strukturou, jejíž orientace je v okolí funkčního povrchu alespoň jednoho pólu sbíhavá, přímočará neb křivočará a s plynulými, popřípadě stupňovitými směrovými změnami·

Anizotropní struktura je vytvořena orientováním os snadného magnetování elementárních oblastí magnetu do potřebných směrů· Orientace optimalizuje průběh magnetické indukce vně magnetu v okolí pólu, na rozdíl od dosud používanýoh permanentních magnetů, které jsou v podstatě orientovány za účelem dosažení optimálního průběhu magnetické indukce uvnitř tělesa magnetu· Orientace magnetů podle předmětného vynálezu koncentruje magnetický tok v oblasti povrchu jednoho nebo více pólů do menšího průřezu, než je průřez magnetu a v tomto zmenšeném průřezu je dodávána zvýšená magnet loká indukoe do vnějšího prázdného nebo zaplněného prostoru· Sbíhavá struktura zvyšuje magnetickou indukci dále tím, že zmenšuje neužitečný rozptylový tok·

Zvýšená magnetická indukoe může být dodávána například do užitečné pracovní části vzduchové mezery, do pólového nástavce nebo jiné části magnetického obvodu. Aby byly dosaženy výše uvedené zvýšené hodnoty magnetické indukoe na povrchu zmenšené plochy pólu, je struktura magnetů podle vynálezu v blízkosti povrchu pólu sbíhavá i ve srovnání se směry normál к povrchu pólu na rozdíl od radiálně orientovaných toroidů a segmentů, kde orientace směřuje po směrech normál к celé ploše pólu.

Anizotropní magnety podle předmětného vynálezu mají proti stávajícím řadu výhod. Z nioh podstatné je zejména zvýšení maximálních hodnot magnetické indukce dosahovaných ve vzduchové mezeře bez použití pólových nástavců ve srovnání se stávajícími magnety· Perma213 709 nentní ' mtnnty podle vynáLezu prodtdcují také vyšší mann-ickou indukci na větší vzdáLenoati , od povrchu magnrtu. Vyšší mann-ickou indukci dodáratí ^: do vzduchové mezery a da.ších částí mann-ického obvodu ' rovněž prostřednictvím pólových ' nástavců z měkkého železa, permnuduru nebo z jiného vhodného mttriiáLu·

Uvedené výhody lze prakticky uplatnit ve značném počtu aplikací· Zvýšení mann-ické indukce ve vzduchové mzeře zlepšuje parametry generátorů, motorů a pohonů s permanentními mnney, mann-ických spojek, ložisek, separátorů, příchytek, relé, snímačů, mikrovlnných součástek, elektr (akustických tóničů, mšřioíoh přístrojů a dtLších zařízení· Zlepšené parame-try zařízení zde znianmnntí napříkLad vyšší účinnost, výkon, točivý momenn, přitažlivé nebo odpudivé silové účinky, oitlivost, přesnost a snížení spotřeby energie· DtLším význačným přínosem jsou rozLičné mož^eti mniaturiztc- mann-ického obvodu' nebo zvětšení vzduchové mezery ve srovnání . s aplikacemi dosud užívaných manetů při zachování stejných hodnot mann-ické indukce, oož v mnoha případech znamená snížení mteriálžvých nákladů, de-ši životnost a konstrukci a výrobu· V některých aplikacích mohou například samotné manuty' podLe vynáLezu se zvýšenou indukcí ve vzduchové mezeře nahradit stávatící ' monety s pólovým, nástavci z měkkého železa nebo pnrmendiuru· Řeše! bez pólových nástavců přináší kromě miniaturizace zlepšení dynam.clkých v mann-ických obvodech s pohyblivým pracovním bodem·

Anizotropní pnrmannnní mamty podLe předmětného vynáLezu mohou být s výhodou vyrábě,ny z většiny dosud známých druhů mann-icky tvrdých raatniiálů· Nový a vyšší účinek na, těchto raanntech je dosahován zejména při použití mttriáLů s vyššími hodnotami ' kooeritivitb a dáLe mann-ické anizotropin elementárních o^atsí, tj· například mann-eOrybS<alžvé tnizotropie, a to z toho důvodu, že při soustřeďován! mann-ických indukčních čar je třeba překonávat odpučdLvé síly a odmann-oratí účinky· Příkladem jsou maeriáLy na bázi vzácných zemin, ferity, mLatniáLy Anico s vysokou koeeritivitož¢ PtCo, №hBi a dtší· Je-li k magnetu podLe vynáLezu připojen vhodný pólový nástavec nebo , jiná mann-ická součást , mann-ického obvodu, můžn být úspěšně' využíván i mann-icky tvrdý mat-r-áL s nižšími hodnotami kooeritivity a elementární mann-ické anizotropin· Aiizotropní orientovanou strukturu manetů nebo jejich čás±:í podLe vynáLezu je možno vytvořit s využitM obdobných e-chežlžgických postupů orientace -Ι-μο^^ι!^ oblastí jako při výrobě stávatících αeizžtržpnížh mann-tů·

V případě manetů podLe předmětného vynálezu zhotovených z feritů baňatého nebo teronenatéhž se man^n-ická indukce ve vzduchové mezeře zvyšuje natolik, že mohou v některých aplikacích nahradit cenově mnohem méně dostupné mannty na bázi vzácných zemin· V případě manetů na bázi vzácných znrtln, napříkLtd SmCo^, se získat! zvýšené hodnoty mann-ické indukce ve vzduchové meeře, které nejsou žádnými dosud používaným. pnrrntientním. mamty bez pólových nástavců dosahovány. Výrobou manetů podle vynálezu se tak dosahuje efektivnějšího využtí výchozích mteriálů pro permtlenení mannty.

NejvýhozdinjSí ' řešení ^izotropní struktury pnrmanntního mannrtu podle vynálezu závisejí pro j-dnooiivé apLiktcn na konfiguraci ' mann-ického obvodu a vzduohové meze-ry, na požadavcích na hodnotu a prostorové rozložení mann-ické indukce v- vzduohové mezeře a dalších částech mαneniokéhž obvodu, na tvaru, rozměrech a mann-ických vlastnostech mOtelá213 709 lu permanentního nmannetu·

Příklady provedení jsou schemrticky znázorněny . ea přiložených výkresech, kde na ' obr. 1 a2 a 3, 4 až 8 jsou anizotropní permanntní mnuty potd.e předmětného vynáLezu různých typů v řezech s vyznačeném ' orientace.

Příklad 1

PermaLnnnní magnet podLe vynálezu ve tvaru hranolu je opatřen anizotropní strukturou, která um>žňuje dosáhnout zvýšená hodnoty manntická indukce ve vnějším prostoru v blízkosti povrchu manutu. Obr. 1 a 2 znázorňují orientace, které zvyšují mogntiokou inducci v oblasti středu plochy pólu S přjžLétaiaíc ke vzduohové mezeře (obr. 1) nebo podél osy, která prochází v táto ploše středem (obr. 2). Orientace je znázorněna šipkami, zvolený směr směřuje k pólu S. Obr. 1a, 2a znázorňuje anizotropní strukturu v řezu rovnoběžně s osou monetu smějící k pólu, obr. 1b a 2b z pohledu kolmo k ploše pólu. Jak ukazuje výsledek provedeného měřřní, uvedená orientace umržňuje dosá^out podstata^ zvýšení man^icm indukce ve srovnání s dosud užívaným. amzotropním permanentním, miannty. Na krychlovém monetu ze strsetnatého feritu byla mřena složka мαn^nt^ioká indukce kolmo k ploše Hejlovou sondou přiloženou těsně ke středu plochy. Zatímoo na stávajícím anizotropním. monetu orientovaném homogenně (obr. 3) byla zjištěna indukce 0,15 T, na magnetu podle předmětného vynálezu ze stejného matriílu a orientovaného po&e obr. 2 byla naměřena manneická indukce 0,32 T.

Příklad 2

Arizotropní permamnnní manuty podLe předmětného vynáLezu mhou být orientovány tak, aby bylo dosaženo madimání zvýše! manneické indukce, avšak na poměrně malém prostoru v blízpovrchu manntu. Tato orientace je znázorněna na obr. 4. Orientace, která je znázorněna na obr. 5 je nappooi tomu volena pro potřeby relativně menšího zvýšení indukce, avšak ' na větší ploše a rovněž do vé-tSí vzdй.entsti od povrchu vně manntu.

Příklad 3 _z

Směrové změny sbíhavé ooieettse ^izotropních permιtltntníoh magnetů ' podle vynálezu mohou probíhat' jak plyrnue, tak i stupnovvtě. Stupňovitě provedenou sbíhavou orientaci, vzniklou seskupením tří směrů, ukazuje obr. 6.

Příklad 4

Přθdc01ázθeíoí příklady ukazuuí přímočaré sbíhavé orientace, anizotropní peomtnnnn! monety podLe vynáLezu však mhou být s výhodou opatřeny rovněž keivočtrou orient^í.'Jako příklad je obr. 7 znázorněna orientace po vypouklých křivkách.

Příklad 5 „ ^izotropní permanentní mannety podle vynálezu mohou být opatřeny sbíhavou orientací v okolí jednoho, ale také dvou nebo více pólů. Příklad křivočaré dvoupólové struktury je · uveden na obr. 8.

213 709

Uvedené příklady ilustrují záhadní princip, zdaleka však neivrstihují nejrůznější prostorové konfigurace anizotropních struktur magnetů podLe vynálezu, které vedou ke zvýšení hodnoty mgneeické indukce dodávané magnetem. Aiizotropní permainntní monety se sbíhavou orientací mohou být nejrůzieěsích tvarů, které jsou používány, jak jednoduchých, tak například hranoly, válce, jehlany, kužely, prstence, tyče, mLgrnty ve tvarech U, C, E tak i složitých a nepravidelných s otvory, zářezy a výstupky· Anizotropní sbíhavá struktura _ misie být vytvořena v okolií jednoho, dvou nebo více pólů, v části, v oddělených oblastech nebo v celém objemu mapntu, může být přímočará nebo . křivočará, spojitá nebo stupňovitá a mlže být provedena ve dvou nebo třech rozměrech· Aiizotropní struktura magnetů podle vynálezu může být v tělese ms^r^ei:u vytvořena v kterémooi směru magneovsáií, kde je podLe požadavku aplikace třeba zvýšit hodnotu dodávané magneické. indukce.

Claims (1)

1. Aiizotropní peima^n^i^i^j^zí magnety s mameickou strukturou spočívající v orientaci os snadného msnetovώeí elementárních oblaatí magntu, vyznačené tím, že tato orientace je v jkojí . funkčního povrchu alespoň jednoho pólu sbíhavá, přímočará nebo křivočará a s ρίγη ulými, popřípadě stupňovitým, směrovým. změnám.·