CS273594B1

CS273594B1 - Magnetic circuit for electric equipment

Info

Publication number: CS273594B1
Application number: CS313488A
Authority: CS
Inventors: Stanislav Prof Ing Drsc Drapal; Jan Ing Kratochvil; Vladimir Rndr Mejzlik; Jiri Ing Dohnal
Original assignee: Stanislav Prof Ing Drsc Drapal; Kratochvil Jan; Vladimir Rndr Mejzlik; Dohnal Jiri
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1991-03-12
Also published as: CS313488A1

Abstract

The solution concerns a magnetic circuit of an electric device equipped with yoke from magnetically soft material, mainly formed by a bundle of plates made of electrotechnic steel and/or nickel-iron alloy, which is in magnetically conducting contact with field permanent magnets, for example of magnetic circuit of a stator of a small high speed electric machine of rotating homopolar type. The purpose of the solution is to reach optimisation of magnetic conditions in magnetic circuits of static and rotatory electrical devices with concurrent lowering of purchase costs in comparison with known solutions, which is achieved in the way that permanent magnets (2) in the magnetic circuits of the electrical devices are made of alloy, mainly workable and machineable, containing from 55 to 74 percent by weight of iron, from 20 to 34 percent by weight of chromium and from 6 to 15 percent by weight of cobalt, where in case of the need of adjustment of magnetic conditions in the magnetic circuit of the electrical device the alloy of the permanent magnets (2) contains from 0.05 to 6 percent by weight of titan and/or from 0.05 to 6 percent by weight of copper and/or from 0.05 to 6 percent by weight of molybdenum.<IMAGE>

Description

Vynález se týká magnetického obvodu elektrického zařízení, opatřeného jhem z magneticky měkkého materiálu, zejména tvořeným svazkem plechů z elektrotechnické oceli a/nebo slitiny nikl-železo, které je v magneticky vodivém styku s budicími permanentními magnety, například magnetického obvodu statoru malého vysokootáčkového elektrického stroje točivého homopolárního typu.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a magnetic circuit of an electrical device provided with a yoke of a magnetically soft material, in particular a bundle of electrical steel and / or nickel-iron alloy sheets in magnetically conductive contact with excitation permanent magnets. homopolar type.

Pro stávající elektrická zařízení, bez ohledu na to, zda statická nebo rotační, jejichž magnetický obvod je opatřován permanentními magnety pro vyvozování budicího magnetického toku, se v současné všestranné průmyslové aplikaci převážně uplatňují feritové permanentní magnety, nebo permanentní magnety typu Alnico, popřípadě i permanentní magnety na bázi kovů vzácných zemin. Při použití feritových permanentních magnetů lze v magnetickém obvodu elektrického 'zařízení většinou dosáhnout jen určité omezené hodnoty budicího magnetického toku s ohledem na nízkou remanentní indukci tohoto materiálu, která dosahuje hodnot cca 0,35 T. Používání permanentních magnetů typu Alnico je do značné míry limitováno vysokým obsahem zastoupení kobaltu v rozsahu 22 až 45 jeho procent hmotnostních v tomto materiálu, jako poměrně náročného až deficitního prvku, přičemž navíc tento materiál není vhodný pro výrobu malých magnetů vzhledem ke špatným mechanickým a technologickým vlastnostem. Materiály permanentních magnetů na bázi kovů vzácných zemin lze pro jejich současné značně vysoké pořizovací náklady aplikovat pouze u zvlášt exponovaných elektrických zařízení, přičemž kromě toho jsou tyto materiály křehké, netvařitelné a obtížně obrobitelné.For existing electrical equipment, whether static or rotary, whose magnetic circuit is provided with permanent magnets for generating excitation magnetic flux, ferrite permanent magnets or Alnico permanent magnets and possibly permanent magnets are mainly used in the current versatile industrial application. based on rare earth metals. When ferrite permanent magnets are used, only a limited excitation magnetic flux can be achieved in the magnetic circuit of an electrical device due to the low remanent induction of this material, which is about 0.35 T. The use of Alnico permanent magnets is largely limited by high it has a cobalt content in the range of 22 to 45% by weight in this material as a relatively demanding to deficient element, and this material is not suitable for producing small magnets due to poor mechanical and technological properties. Rare earth permanent magnet materials can only be applied to particularly exposed electrical equipment due to their very high acquisition cost at the same time, and in addition they are brittle, unformable and difficult to machine.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u magnetického obvodu elektrického zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že permanentní magnety jsou tvořeny slitinou, zejména tvářitelnou a obrobitelnou, obsahující 55 až 74 hmotnostnich procent železa, 20 až 34 hmotnostních procent chrómu a 6 až 15 hmotnostních procent kobaltu.The aforementioned drawbacks are eliminated in the magnetic circuit of the electrical device according to the invention, which is characterized in that the permanent magnets consist of an alloy, especially formable and machinable, containing 55 to 74 weight percent iron, 20 to 34 weight percent chromium and 6 to 15 weight percent. percent cobalt.

Další podstata vynálezu pak spočívá v tom, že ve slitině permanentních magnetů je obsaženo 0,05 až 6 hmotnostních procent titanu a/nebo 0,05 až S hmotnostních procent mědi a/nebo 0,05 až 6 hmotnostních procent molybdenu.A further object of the invention is that 0.05 to 6 weight percent titanium and / or 0.05 to 6 weight percent copper and / or 0.05 to 6 weight percent molybdenum are contained in the permanent magnet alloy.

Řešením magnetického obvodu elektrického zařízení s permanentními magnety podle vynálezu se především docílí znatelného snížení pořizovacích nákladů s přihlédnutím na významné úspory deficitního kobaltu v porovnání s magnetickými obvody elektrických zařízení, opatřenými budicími permanentními magnety typu Alnico. Navíc se přednosti magnetického obvodu elektrického zařízení s výhodnými budicími permanentními magnety podle vynálezu příznivě projeví i při vlastní výrobě elektrických zařízení, bez ohledu na to, zda se konkrétně jedná o statická, nebo rotační elektrická zařízení, s uplatněným vysokým výrobním taktem, kde tyto permanentní magnety svou tvařitelností a snadnou obrobitelností vlastní technologický proces značně usnadňují a s přihlédnutím na jednoduchou tvarovou uzpůsobitelnost těchto permanentních magnetů pro daný magnetický obvod elektrických zařízení zvyšují jejich celkovou technicko-ekonomickou efektivnost. Tyto hlavní přednosti se zřetelně projeví při hromadné výrobě elektrických zařízení s malými rozměry jejich magnetických obvodů, opatřených budicími permanentními magnety, tak i s malými celkovými zastavovacími rozměry.In particular, the solution of the magnetic circuit of the permanent magnet electrical device according to the invention achieves a noticeable reduction in the cost of production taking into account significant savings of deficient cobalt compared to the magnetic circuits of the electrical devices provided with Alnico excitation permanent magnets. Moreover, the advantages of the magnetic circuit of an electrical device with the preferred excitation permanent magnets according to the invention will also be beneficial in the actual production of the electrical devices, regardless of whether they are static or rotating electrical devices, with a high production cycle. their formability and easy machinability make their technological process considerably easier and, with respect to the simple shape adaptability of these permanent magnets for a given magnetic circuit of electrical devices, increase their overall technical-economic efficiency. These main advantages are evident in the mass production of electrical devices with small dimensions of their magnetic circuits equipped with excitation permanent magnets, as well as small overall stopping dimensions.

Na výkresu jsou znázorněny příklady provedení magnetického obvodu elektrického zařízení podle vynálezu, vyznačené v osovém příčném řezu, přičemž na obr. 1 je schematicky znázorněno možné uspořádání magnetického obvodu statického elektrického zařízení, například zde opatřeného dvěma budicími permanentními magnety, na obr. 2 je schematicky znázorněno jiné možné vytvoření magnetického obvodu statického elektrického zařízení, opatřeného zde jedním budicím permanentním magnetem, na obr. 3 je schematicky znázorněno jiné možné provedení magnetického obvodu statického elektrického zařízení, opatřeného v tomto případě dvěma budicími permanentními magnety, obr. 4 schematicky ukazuje další možnou variantu vytvoření magnetického obvodu, a to u rotačního elektrického zařízení, provedeného zde jako magnetického obvodu statoru, například opatřeného dvěma budicími permanentními magnety, na obr. 5 je schematicky principiálně analogické uspořádání magnetického obvodu rotačního elektrického zařízení podle obr. 4, provedeného rovněž jako magnetického obvodu1 shows a schematic illustration of a possible arrangement of a magnetic circuit of a static electrical device, for example provided with two excitation permanent magnets, FIG. 2 shows a schematic illustration of a magnetic circuit of an electric device according to the invention; another possible embodiment of the magnetic circuit of a static electric device provided here with one excitation permanent magnet, FIG. 3 schematically shows another possible embodiment of the magnetic circuit of a static electric device provided in this case with two excitation permanent magnets, FIG. 4 schematically shows another possible variant of a magnetic circuit, in the case of a rotating electrical device made here as a stator magnetic circuit, for example provided with two excitation permanent magnets, in FIG. schematically in principle an analogous arrangement of the magnetic circuit of the rotary electrical device according to FIG

CS 273594 Bl jeho statoru, opatřeného v daném případě jedním budicím permanentním magnetem, a obr, 6 schematicky znázorňuje jedno z možných konkrétních uspořádání magnetického obvodu rotačního elektrického zařízení, provedeného zde ve tvaru magnetického obvodu statoru malého vysokootáčkového elektrického stroje toči.vého homopolárního typu, opatřeného protilehle uspořádanými budicími permanentními magnety mezi dvěma protilehlými segmentovámi svazky plechů.CS 273594 B1 of its stator, provided in this case with one permanent magnet excitation, and FIG. 6 schematically illustrates one possible embodiment of the magnetic circuit of a rotary electrical device, here in the form of the magnetic circuit of the stator of a small high speed rotary homopolar type opposing excitation permanent magnets between two opposing segmental stacks of sheets.

Magnetický obvod elektrického zařízení je opatřen jhem 2 z magneticky měkkého materiálu, který může být například tvořen svazkem plechů z elektrotechnické oceli a/nebo slitiny nikl-železo. Toto jho 2 Ó^{e v} přímém magneticky vodivém styku s budicími permanentními magnety 2, které jsou výhodně tvořeny slitinou, mající zejména tvařitelné a obrobitelné vlastnosti, která obsahuje 55 až 74 procent hmotnostních železa, 20 až 34 procent hmotnostních chrómu a 6 až 15 procent hmotnostních kobaltu. V určitých specifických případech je ve slitině permanentních magnetů 2 dále obsaženo 0,05 až 6 procent hmotnostních titanu a/nebo 0,05 až 6 procent hmotnostních mědi a/nebo 0,05 až 6 procent hmotnostních molybdenu. Změnou procentuálního hmotnostního zastoupení obsaženého železa, ohromu a kobaltu v uvedených uvažovaných rozmezích a případně přiměřenou změnou procentuálního hmotnostního zastoupení přídavně obsaženého titanu a/nebo mědi a/nebo molybdenu v uvedených uvažovaných rozmezích lze u předmětných permanentních magnetů 2 prakticky optimálně měnit požadované hodnoty remanentní indukce, koercitivní síly i energetického součinu pro docílení co nejvýhodnějších magnetických poměrů v daném konkrétním uspořádání magnetického obvodu elektrického zařízení podle vynálezu. Tím, 'že materiál permanentních magnetů 2 je svou skladbou obsažených kovových prvků dobře tvařitelný za tepla i za studená, je možné tyto permanentní magnety 2 snadno potřebně předem upravovat v celé škále vhodných vnějších tvarů tak, aby byly co nejsnáze použitelné v příslušném konkrétním provedení magnetického obvodu uvažovaného elektrického zařízení podle vynálezu, přičemž navíc.mechanické a technologické vlastnosti materiálu permanentních magnetů 2 umožňují provést jejich jednoduché finální obrobení na běžných technologických zařízeních před jejich závěrečným tepelným zpracováním, čímž se prakticky zcela odstraní dříve nutná potřeba dodatečného opracovávání dosud užívaných permanentních magnetů v sestaveném stavu magnetického obvodu daného elektrického zařízení.The magnetic circuit of the electrical device is provided with a yoke 2 of a magnetically soft material, which may, for example, be a bundle of electrical steel and / or nickel-iron alloy sheets. The yoke 2 ^EV magnetically conductive contact with the driving permanent magnets 2, which are preferably formed from an alloy having particularly to form and machinable properties which comprises from 55 to 74 percent iron, 20 to 34 percent by weight of chromium and 6-15 weight percent cobalt, . In certain specific cases, 0.05 to 6 percent by weight of titanium and / or 0.05 to 6 percent by weight of copper and / or 0.05 to 6 percent by weight of molybdenum are further contained in the permanent magnet alloy 2. By varying the percent by weight of the iron, the tremor and the cobalt contained within the ranges considered and, if appropriate, by varying the percent by weight of the additionally present titanium and / or copper and / or molybdenum in the intended ranges, the desired values of remanent induction coercive force and energy product to obtain the most advantageous magnetic conditions in a given magnetic circuit arrangement of the electrical device of the invention. Because the material of the permanent magnets 2 is well thermoformable and cold-formed by the composition of the metallic elements contained therein, these permanent magnets 2 can be readily pre-treated in a variety of suitable external shapes to be as easy to use in a particular magnetic design as possible. The mechanical and technological properties of the permanent magnet material 2 make it possible to carry out their simple final machining on conventional technological equipment before their final heat treatment, thus virtually eliminating the previously necessary need for post-processing of the permanent magnets used in the assembled assembly. the state of the magnetic circuit of the electrical device.

Claims

1. A magnetic circuit of an electrical device provided with a yoke of a magnetically soft material, in particular consisting of a bundle of electrical steel and / or nickel-iron alloy sheets in magnetically conductive contact with excitation permanent magnets, for example 2. The process of claim 1, characterized in that the permanent magnets (2) consist of an alloy, in particular formable and machinable, containing 55 to 74 weight percent iron, 20 to 34 weight percent chromium and 6 to 15 weight percent cobalt.

Magnetic circuit according to claim 1, characterized in that 0.05 to 6 percent by weight of titanium and / or 0.05 to 6 percent by weight of copper and / or 0.05 to 6 percent are contained in the permanent magnet alloy (2). % molybdenum.