CZ304444B6 - Způsob vytváření lineárních protilehlých sestav permanentních magnetů a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu vytváření lineárních protilehlých sestav ze zmagnetovaných permanentních magnetů (1 až 3; 4 až 6) nebo z bloků z takových magnetů pro generování silných magnetických polí i velkého objemu v mezeře mezi takovými sestavami, při kterém se jednotlivé permanentní magnety (1 až 3; 4 až 6) alespoň dvou sestav nuceně zasouvají v předem stanoveném sledu a s předem stanovenou vzájemnou polaritou do nemagnetického dutého nekruhového tubusu (9) s otevřenými konci. Nejprve do odděleného samostatného spodního tubusu se vloží střední magnet (1) se směrem pólování kolmým k podélné ose vytvářené sestavy a ustaví se alespoň zhruba do požadované polohy, načež se k němu současně z obou stran přitlačuje vždy alespoň jeden boční magnet (2, 3) pólovaný rovnoběžně s podélnou osou sestavy tak, že boční magnety (2, 3) spodní sestavy jsou přivrácené k příslušnému střednímu magnetu (1) stejným pólem. Po dosednutí magnetů k sobě zůstává spodní sestava ve staženém stavu, načež se obdobně jako spodní sestava složí v odděleném samostatném horním tubusu horní sestava (4, 5, 6) s tím, že boční magnety jsou přivrácené ke střednímu magnetu (4) opačným pólem, než v případě spodní sestavy. Načež celá složená horní sestava v horním tubusu s předem nastavenou maximální mezerou mezi tubusy pomocí stavěcích šroubů (18) je ustavena proti spodní sestavě tak, aby osy souměrnosti středních magnetů (1, 4) procházející jejich póly byly identické, přičemž střední magnety (1, 4) protilehlých sestav se k sobě přivrátí svými opačnými póly. Zařízení k provádění tohoto způsobu je zhotovené z nemagnetického materiálu a zahrnuje alespoň dva duté nekruhové

Description

Způsob vytváření lineárních protilehlých sestav permanentních magnetů a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Předložený vynález se týká způsobu vytváření lineárních protilehlých sestav, složených z jednotlivých permanentních magnetů z materiálu s vysokou hodnotou maximálního energetického součinu nebo z velkých magnetických bloků z takovýchto magnetů, pro vytváření silných magnetických polí ve vzduchové mezeře mezi těmito sestavami a zařízení k provádění tohoto způsobu, který umožňuje také plynulé nastavení vzdálenosti mezi sestavami.

Dosavadní stav techniky

Je obecně známo, že cílené skládání zmagnetovaných permanentních magnetů pro vytváření větších magnetických bloků je díky působícím přitažlivým resp. odpuzujícím silám obtížné. Obvykle se k tomu používají přípravky zhotovené z vhodného nemagnetického materiálu, jako je např. nemagnetická ocel nebo dřevo.

Jeden takový přípravek pro vytváření magnetických bloků ze zmagnetovaných permanentních magnetů je známý z CS patentu 298699. U tohoto přípravku, jehož základ tvoří dutý profilový tubus, jsou přitažlivé magnetické síly, které by mohly sestavované magnety velmi poškodit, eliminovány náplní hydraulické kapaliny, která se z prostoru mezi přibližujícími se magnety regulovaně odpouští, takže k jejich dosedání dochází řízené a plynule a možná poškození na styčných plochách i samotného tělesa magnetu jsou eliminována.

Zcela opačná situace nastává například při sestavování tzv. Halbachových sestav, válcových a lineárních, vytvářejících silné jednostranné magnetické pole, kdy jsou jednotlivé magnety výsledné sestavy od sebe odpuzovány. Při skládání sestavy je tak nutno působení těchto odpuzujících sil překonat. K tomuto účelu dosud žádné zařízení, komplexně řešící problematiku vytváření lineárních protilehlých sestav magnetů nebylo navrženo, nebo není známo.

Sestavu permanentních magnetů ve tvaru válce umožňující zvýšení magnetického pole popsal poprvé v roce 1980 Halbach (K. Halbach: Design of permanent multipole magnets with oriented rare earth cobalt materiál, Nucl. Instrum. Methods, vol. 169, issue 1, 1980, pp.1-10). Halbachova sestava vytváří jednostranný magnetický tok, přičemž na jedné straně sestavy dochází ke zvýšení magnetického pole, zatímco na druhé straně se pole ruší. Byla uplatněna např. v magnetických systémech točivých strojů osazených permanentními magnety, využívajících vícepólové magnetizované rotory (Z. Q. Zhu, D. Howe: Halbach permanent magnet machines and applications - A review, IEE Proč. - Electr. Power Appl., vol. 148, no.4, 2001, pp.299-308). Různými návrhy a optimalizací sestav pro generování vysokých magnetických polí, vycházejícími z Halbachova válce, se zabývali zejména Bloch a spol. (F. Bloch, O. Cugat, G. Meunier, J. C. Toussaint: Innovating approaches to the generation of intense magnetic fields - Design and optimalization of a 4 Tesla permanent magnet, IEEE Trans. Magn., vol. 34, issue 5, 1998, pp.2465-2468.), porovnáváním účinnosti vybraných typů sestav při vytváření homogenních polí pro diagnostická zařízení založená na magnetické rezonanci pak Li a Devine (C. Li, M. Devine: Efficienty of permanent magnet assemblies for MRI device, IEEE Trans. Magn., vol. 31, issue 10, 2005, pp.3835-3737). Další práce byly zaměřeny na navrhování Halbachovy sestavy užitím numerických optimalizačních metod (J. Choi, J. Yoo: Design of a Halbach magnet array based on optimization techniques, IEEE Trans. Magn., vol. 44, issue 10, 2008, pp.2361-2366), na algoritmus pro zlepšení diference magnetické indukce mezi oblastmi s vysokým a nízkým magnetickým polem ve vzduchové mezeře a na návrh dvoudimenzionálního souosého Halbachova válce (R. Bjork, C. R. H. Bahl, A. Smith, N. Piyds: Improving magnet designs with high and low field regions, IEEE Trans. Magn., vol. 47, issue 6, 2011, pp. 1687-1692).

- 1 CZ 304444 B6

Řada prací byla věnována teoretickým návrhům sestav permanentních magnetů pro zařízení magnetické rezonance. Všechny byly založeny na počítačové simulaci. V některých případech byl předložen i jednoduchý reálný prototyp sestavy (D. Sakellariou, C. Hugon, A. Guiga, G. Aubert, S. Cazaux, P. Hardy: Permanent magnet assembly producing a strong tilted homogeneous magnetic field - towards magie angle field spinning NMr and MRI, Magnetic Resonance in Chemistry, vol. 48, issue 12, 2010, pp.903-908. Z. Wang, W. H. Yang, X. B. Zhang, L. L. Hu, H. X. Wang: A design of 1,5 T permanent magnet for MR molecular imaging, IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 20, issue 3, 2010, pp.777-780). Další práce předkládají matematické analytické vztahy pro studium magnetických polí v zařízeních s magnetickou rezonancí (R. Ravaud, G. Lemarquand: Magnetic field in MRI yokeless device - analytical approach, Progress in Electromagnetic Research, pier 94, 2009, pp.327-341), nebo popisují vlastnosti různých magnetických konfigurací pro magnetickou rezonanci (A. PodoPskii: Development of permanent magnet assembly for MRI devices, IEEE Trans. Magn., vol. 34, issuel, 1998, pp.248-252).

V roce 2008 popsal Marble magnetizační model vedoucí k nejsilnějšímu možnému magnetickému poli ve vzdáleném bodě a uvedl matematické výrazy usnadňující optimalizaci rozměrů magnetu pro nejúčinnější generování silného magnetického pole (A. E. Marble: Strong, stray static magnetic fields, IEEE Trans. Magn., vol. 44, issue 5, 2008, pp.576-580). Uvedl rovněž prakticky použitelná uspořádání magnetů v řadě (tedy uspořádání lineární, nikoliv ve tvaru válce) přibližující se ideálnímu magnetizačnímu modelu a počítačovou simulací odvodil závislosti magnetické indukce na vzdálenostech od povrchu magnetů lineární sestavy. Uvedená práce neobsahuje a neuvažuje možnost dvou lineárních protilehlých sestav, které by generovaly silné magnetické pole.

Ať už se jednalo o válcové či lineární sestavy, návrhy Halbachových sestav byly vytvořeny a jejich vlastnosti popisovány především počítačovou simulací. Prakticky byly sestaveny Halbachovy magnetizované rotory a několik uvedených prototypů válcové sestavy, ale není dosud známa realizace takovýchto lineárních sestav magnetů v protilehlém uspořádání přesto, že evidentně je tak možno generovat silné magnetické pole pro různé aplikace. Důvodem je, že při vlastním sestavování je nutné zvládnout značné magnetické síly, kterými magnety působí na sebe vzájemně, zejména pak magnety ze sintrovaného materiálu neodym-železo-bór (NdFeB) vyznačující se vysokým maximálním energetickým součinem (BH)_max. Magnety NdFeB mají v současné době špičkové technické parametry, jsou dostupné a pro daný účel, tedy vytváření silného magnetického pole, nejvhodnější. Při skládání ovšem působí jak na sebe vzájemně, tak na okolní feromagnetické předměty již zmíněnými značnými silami, takže je třeba použít sofistikované a přitom jednoduché montážní zařízení, aby samostatné i protilehlé sestavy bylo možno realizovat bezpečným způsobem.

Zveřejněné patentové dokumenty EP 1 619 667 A2; US 5,565,747; US 2012/0019235 Al; US 2011/0090033 Al; US 8,009,001 B1 obsahují různé varianty samostatných i protilehlých sestav permanentních magnetů s vysokým maximálním energetickým součinem, neuvádějí však zařízení, které by tyto sestavy umožnilo vytvořit.

Sestavy permanentních magnetů jsou v těchto patentových dokumentech zobrazovány ve zmagnetovaném stavu, představují tedy v podstatě vždy určitou cílovou konfiguraci magnetů, jejímž sestavením je možno vytvořit ve vymezovaném prostoru silné magnetické pole. Nejsou zde však uvedeny technické prostředky ani způsob, jak překonat v průběhu sestavování značné vzájemné magnetické síly mezi magnety, což je nezbytnou podmínkou pro vytvoření těchto sestav a jejich udržení ve složeném stavu.

Určitý příspěvek k naznačené potřebě konkrétního technického řešení představuje část výše zmíněné Evropské patentové přihlášky EP 1 619 667 A2, kde je na obr. 9 znázorněno zařízení pro centrální nastavování šířky vzduchové mezery mezi protilehlými sestavami. Nikde však zde není ani naznačeno, jak lze tyto sestavy vytvořit, resp. udržet ve složeném stavu. Konkrétnější, i když opět pouze částečné řešení uvádí International Application No. PCT/EA2011/000005, Publ. No.

-2CZ 304444 B6

WO 2011/116778, kde popisovaný a zobrazený magnetický modul je vytvořený složením většího počtu magnetických desek se stejným směrem magnetizace a uzavřených ve staženém stavu v tenkostěnné skříni z nevodivého nemagnetického materiálu. Ani v tomto případě však není uveden způsob vytvoření sestavy, uvádí se pouze její udržení ve složeném stavu.

Cílem předloženého vynálezu je tedy navrhnout způsob vytváření lineárních protilehlých sestav permanentních magnetů a jednoduché, bezpečné, technologicky nenáročné a plně funkční zařízení pro realizaci tohoto způsobu takové, aby složení různých typů lineárních protilehlých sestav zmagnetovaných permanentních NdFeB nebo jiných magnetů s vysokou hodnotou (BH)_max umožnilo vytvořit mezi těmito sestavami silné magnetické pole bez nároků na spotřebu elektrické energie.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky popsaného stavu techniky odstraňuje a vytčený cíl řeší způsob vytváření lineárních protilehlých sestav ze zmagnetovaných permanentních magnetů z materiálu s vysokou hodnotou maximálního energetického součinu (BH)_max nebo z velkých magnetických bloků z takových magnetů pro generování silných magnetických polí v mezeře mezi takovými sestavami respektive silných magnetických polí ve velkém objemu, při kterém se jednotlivé permanentní magnety alespoň dvou protilehlých sestav nucené zasouvají v předem stanoveném sledu a s předem stanovenou vzájemnou polaritou do nemagnetického tubusu nekruhového příčného průřezu s otevřenými konci, protilehlé sestavy se vůči sobě vyrovnají v axiálním směru a nastaví se požadovaná velikost, případně tvar mezery mezi sestavami, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že do odděleného samostatného spodního tubusu se nejprve vloží střední magnet se směrem polování kolmým podélné ose tubusu, ustaví se alespoň zhruba do požadované polohy, načež se k němu současně z obou stran přitlačuje vždy alespoň jeden boční magnet polovaný rovnoběžně s podélnou osou tubusu tak, že boční magnety spodní sestavy jsou přivrácené ke střednímu magnetu stejným pólem, po dosednutí magnetů k sobě zůstává spodní sestava ve staženém stavu, načež se obdobně jako spodní sestava složí v odděleném samostatném horním tubusu horní sestava stím, že boční magnety jsou přivrácené k jejímu střednímu magnetu opačným pólem, než v případě spodní sestavy, načež celá složená horní sestava v horním tubusu s předem nastavenou maximální mezerou mezi tubusy je pak ustavena proti spodní sestavě tak, aby osy souměrnosti středních magnetů procházející jejich póly byly identické, přičemž střední magnety protilehlých sestav se k sobě přivrátí svými opačnými póly.

Podstata zařízení k provádění výše popsaného způsobu, tedy zařízení na vytváření lineárních protilehlých sestav zmagnetovaných permanentních magnetů pro vytváření velmi silných magnetických polí a/nebo z velkých magnetických bloků z takových magnetů pro silná magnetické pole ve velkém objemu, které je zhotovené z nemagnetického materiálu a zahrnuje alespoň dva duté profilové tubusy s otevřenými konci, jejichž vnitřní nekruhový profil odpovídá s vůlí vnějšímu obrysu příčného řezu vkládaných magnetů, a je vybavené stavěcím ústrojím mezery mezi tubusy, které využívá závitové tyče, spočívá podle vynálezu v tom, že oba tubusy, každý s několikanásobně větší délkou, než je délka konečné složené sestavy magnetů, mají na každém svém otevřeném konci dvě pevně připojené protilehlé upínací patky opatřené vždy montážní plochou pro zachycení spojovacího elementu na připevnění příčníku tlačného ústrojí magnetů, které zahrnuje axiálně posuvnou tlačnou tyč magnetů podepřenou příčníkem a zasahující ve smontovaném stavu zařízení do vnitřního prostoru tubusu, přičemž vždy ke spodnímu tubusu jsou na obou jeho koncích spojovacími elementy připojeny přes upínací patky vodicí profily, mezi kterými je veden protilehlý druhý tubus při nastavování mezery mezi oběma tubusy.

Účelné je, aby upínací patky byly na každém tubusu uspořádané vždy na týchž protilehlých stranách tubusu přivrácených k vodicím profilům a alespoň jedna stěna každého tubusu měla ve střední oblasti kontrolní otvor polohy magnetů.

-3 CZ 304444 B6

Podle vynálezu je výhodné, má-li zařízení v příčníkách vytvořený středový vodicí otvor koaxiální s tubusem pro průchod axiálně posuvné tlačné tyče magnetů, jejíž vnitřní konec určený pro styk s magnety je osazený opěrnou deskou, zatímco její druhý vnější konec je opatřený pohybovým mechanismem axiálního pohybu.

Další výhodné provedení tohoto zařízení spočívá podle vynálezu v tom, že stavěči ústrojí mezery mezi tubusy jsou tvořená vždy dvojicí paralelních stavěčích šroubů uložených v závitových otvorech uspořádaných na obou koncích příčníku stavitelného tubusu ajejich čela se ve smontovaném stavu zařízení opírají o příčník druhého tubusu připevněného k vodicím profilům.

Objasnění výkresů

Vynález je dále vysvětlen na příkladu jednoho z možných provedení, a to pomocí připojených výkresů a následného podrobného popisu tohoto příkladu provedení. Na obr. 1 je znázorněn nárys zařízení podle tohoto vynálezu s částečnými řezy, na obr. 2 pak půdorys tohoto zařízení. Pro názornost je dále připojen obr. 3 s fotografií zobrazující toto zařízení tak, aby bylo snáze zřejmé jeho provedení ve všech třech rozměrech.

Příklad uskutečnění vynálezu

Zařízení znázorněné na obrázcích 1, 2 a 3 umožňuje vytváření různých provedení dvou lineárních protilehlých sestav permanentních magnetů. Tyto protilehlé sestavy mohou být složené zjednotlivých magnetů nebo z velkých magnetických bloků složených z jednotlivých magnetů, mohou být rozměrově shodné nebo rozdílné, tvarově shodné nebo rozdílné, se shodným nebo rozdílným polováním magnetů, vždy však takovým, aby se při skládání v tubusech 9 popisovaného zařízení magnety odpuzovaly, sestavy mohou být jednoduché nebo složitějšího provedení a mohou to být také jejich kombinace. Při splnění podmínky vzájemného přitahování obou složených sestav, tedy při opačné polaritě jejich vzájemně přiléhajících ploch, toto zařízení rovněž umožňuje nastavení vzdálenosti mezi protilehlými sestavami magnetů (šířku vzduchové mezery) v Širokém rozmezí posuvem horní sestavy vzhledem k pevné spodní sestavě. Pro dosažení silného magnetického pole v této vzduchové mezeře je vhodné užít permanentní NdFeB magnety s vysokou hodnotou maximálního energetického součinu (BH)_max.

Pro další popis vytváření sestav byly zvoleny jako příklad dvě rozměrově shodné protilehlé lineární Halbachovy sestavy, tedy sestavy s jednostranným magnetickým tokem. Jak je naznačeno na obr. 1 v částečných středních řezech, spodní sestava je složena ze tří magnetů I, 2 a 3, horní sestava pak z magnetů 4, 5 a 6. Střední úzké magnety I a 4 jsou polovány kolmo k podélné ose sestavy, boční magnety 2, 3 a 5, 6 pak rovnoběžně s podélnou osou sestavy. Aby bylo možno dosáhnout vysoké hodnoty magnetického pole ve vzduchové mezeře v bodu A uprostřed mezi sestavami, musí být tyto sestavy vždy složeny tak, aby jednostranná silná magnetická pole obou sestav působila právě v prostoru vzduchové mezery mezi nimi, tedy například s polaritou jednotlivých magnetů u spodní i horní sestavy naznačenou na obrázku 1 (N severní pól, S jižní pól). Uvedenou podmínku působení silných jednostranných magnetických polí obou sestav v prostoru mezi nimi je však možno splnit i v případě opačné polarity u všech magnetů spodní i horní sestavy, oproti polaritě uvedené u týchž magnetů na obr. 1.

Všechny díly popisovaného zařízení jsou z nemagnetického materiálu, především z nerezové nemagnetické oceli. Základem jsou dva protilehlé, rozměrově i tvarově shodné tubusy 9, což jsou duté čtvercové, příp. obdélníkové profily, každý, jak je zřejmé z obr. 1, s několikanásobně větší délkou, než je délka konečné složené sestavy magnetů.

Tubusy jsou opatřeny na obou koncích dvěma přivařenými upínacími patkami W. Každá patka 10 je vytvořena z dutého zaslepeného případně plného čtvercového profilu a opatřena průchozím

-4CZ 304444 B6 otvorem pro spojovací šroub 16. U každého z obou tubusů 9 jsou všechny čtyři upínací patky 10 připojeny ktubusu 9 podle obr. 1 tak, aby nepřevyšovaly vnější stěnu tubusu 9 přiléhající po sestavení zařízení k tubusu 9 protilehlému. Při maximálním přiblížení obou sestav magnetů I, 2, 3 a 4, 5, 6 k sobě tak zůstává mezi nimi pouze vzdálenost rovná dvojnásobku tloušťky stěny tubusu 9.

K upínacím patkám 10 na obou koncích spodního tubusu 9 jsou pomocí spojovacích šroubů 16 a příslušných matic připojeny spodní příčníky 11, vytvořené opět z dutého zaslepeného příp. plného čtvercového profilu, se středním průchozím otvorem a dovnitř vloženou přivařenou válcovou nebo šestihrannou pevnou matici 13, nebo v případě plného profilu se střední průchozí dírou se závitem, pro tlačný šroub 8. Na obou koncích každého spodního příčníku 11 jsou dosedací plochy pro svislé stavěči šrouby 18. Ke každé patce 10 je pomocí téhož spojovacího šroubu 16 a matice připojen z druhé strany patky 10 přes vymezovací pouzdro 17 také svislý vodicí profil 15, představovaný v tomto případě svislým úhelníkem, s eventuálním otvorem pro šroub v horní části pro případné spojení všech čtyř úhelníků spojkami, které nejsou na obr. 1 a 2 znázorněn. Všechny čtyři vodicí profily Γ5 umožňují vedení horní části zařízení, tedy kompletního horního tubusu se složenou horní sestavou magnetů 4, 5, 6, při jeho posuvu k pevné spodní části zařízení, tedy ke kompletnímu spodnímu tubusu 9 se složenou spodní sestavou magnetů 1,2, 3.

Tlačné šrouby 8, zašroubované v pevných maticích 13 osazených ve spodních příčnících LI na obou koncích spodního tubusu 9, působí na magnety 2 a 3 spodní sestavy přes opěrné desky 7, které umožňují rozložení síly od tlačného šroubu 8 na celou plochu magnetu a zabraňují tak, jeho poškození. Pro zakončení tlačných šroubů 8 může být s výhodou v každé opěrné desce 7 vytvořeno neznázoměné zahloubení, umožňující ustavení konce dlouhého tlačného šroubu 8 v průběhu stahování ve středu opěrné desky 7.

Horní část zařízení je obdobou spodní části. Provedení horního tubusu 9 s patkami 10, tlačných šroubů 8, opěrných desek 7 a spojovacích šroubů 16 s maticemi je shodný s týmiž díly užitými u spodní části přípravku, rozdílné je ale provedení horních příčníků 12. V každém z obou těchto horních příčníků 12 jsou na jeho koncích navíc dva průchozí otvory, jejichž osy jsou kolmé k ose středové pevné matice 13, s vloženými přivařenými válcovými nebo šestihrannými maticemi 14 pro stavěči šrouby 18. V případě užití plného profilu namísto dutého jsou v něm vytvořeny průchozí díry se závitem. Vzdálenost případně rozteč matic 14 nebo děr se závitem v horním příčníku 12 je zvolena tak, aby po zašroubování se konce stavěčích šroubů 18 opřely o dosedací plochy na spodním příčníku LL

Před zahájením vlastního vytváření protilehlých sestav je nutno celé sestavené zařízení kompletně demontovat na jednotlivé díly. V rámci přípravy je velmi vhodné ověřit ještě před zmagnetováním magnetů jejich průchodnost tubusy 9 a vymezit případné velké vůle mezi vnitřními stěnami tubusu 9 a magnety 1 až 6. Pro dosažení maximální magnetické indukce mezi protilehlými sestavami je vhodné provést toto vymezení pouze u vnitřních stěn tubusu 9, nepřiléhajících k protilehlé sestavě magnetů. Lze je provést např. pomocí neznázoměných distančních pásů z nemagnetického materiálu, např. sklotextilu, nerezového plechu, vhodné tloušťky, vložených před zahájením skládání sestav mezi vnitřní stěny tubusu 9 a magnety 1 až 3; 4 až 6 tak, aby magnety 1 až 6 bylo možno posouvat v celé délce tubusu lehce suvně bez znatelných vůlí.

Po zmagnetování všech magnetů i až 6 v dostatečně silném magnetickém poli je pak možno zahájit skládání spodní sestavy vložením magnetu i do spodního tubusu 9 a ustavení jeho polohy ve středu tubusu 9. Při vkládání jak tohoto, tak všech dalších magnetů 2 až 6 je nezbytné respektovat jejich polaritu podle obr. 1, v případě magnetu 1 tedy tak, aby jeho polarita N byla u stěny spodního tubusu 9 přiléhající k budoucí protilehlé sestavě. Pro vizuální kontrolu polohy tohoto a dalších magnetů i až 6 v tubusu 9 a přesné ustavení polohy celé sestavy ve středu mohou být tělesa obou tubusů 9 s výhodou opatřena několika otvory, zřejmými na obr. 3. Střední oválný otvor a příčný zářez v tubusu 9 umožňuje vložení měřicí sondy teslametru při měření magnetické indukce. Následuje vložení magnetu 2 a opěrné desky 7 do tubusu 9 zleva na jeho konec tak, aby

-5CZ 304444 B6 bylo možno pevně připojit pomocí dvou spojovacích šroubů 16 a příslušných matic jak levý spodní příčník 11, tak i přes vymezovací pouzdra také svislé vodicí profily 15 k upínacím patkám 10. Obdobně následuje vložení magnetu 3 a opěrné desky 7 do spodního tubusu 9 zprava a pevné připojení pravého spodního příčníku U a svislých vodicích profilů 15 k upínacím patkám 10.

V dalším kroku následuje vložení tlačných šroubů 8 do pevných matic 13 v obou spodních příčnících 11 a jejich současné utahování - šroubování v směru pohybu hodinových ručiček. Po dosednutí konců tlačných šroubů 8 na opěrné desky 7 dochází pak dalším pohybem tlačných šroubů 8 k posouvání magnetů 2 a 3 až k jejich dosednutí z obou stran na střední magnet L Případným povolením jednoho tlačného šroubu 8 a utažením druhého je možno posunout celou sestavu magnetů v požadovaném směru a umožnit tak její přesné umístění ve středu spodního tubusu 9, kdy svislá osa středního magnetu i prochází tímto středem.

Oddělen od zkompletované spodní části zařízení, ale zcela obdobně jak pak možno sestavit v horním tubusu 9 s užitím horních příčníků 12 horní sestavu magnetů 4, 5 a 6. Dalším krokem je pak vložení čtyř stavěčích šroubů 18 shora podle obr. 1 do matic 14 v těchto horních příčnících a jejich úplné zašroubování v plné délce do matic 14.

Celá takto složená horní část zařízení s předem nastavenou maximální vzdáleností mezi sestavami je pak vložena v souladu s obr. 1 mezi svislé vodicí profily 15 spodní části a přisouvána k ní až do dosednutí konců stavěčích šroubů 18 na spodní příčníky 11. Dále je pak možno pro zvýšení tuhosti a přesnosti vedení spojit pomocí šroubů všechny vodicí profily 15 vjejich horní části vodorovnými spojkami, jak je zřejmé na obr. 3. Při konkrétní realizaci dále uvedených protilehlých sestav magnetů malých rozměrů se však ukázalo, že v tomto případě toto propojení není nutné, v případě větších protilehlých sestav však může jeho význam narůstat. Při dalším postupu pak povolováním stavěčích šroubů 18 dochází k přibližování horní sestavy magnetů k pevné spodní sestavě, resp. ke zmenšování šířky vzduchové mezery, k nárůstu magnetické indukce v bodu A ve středu mezi sestavami a k nárůstu vzájemné přitažlivé síly.

Je zřejmé, že síly potřebné ke stažení magnetů 1 až 3 a 4 až 6 v tubusech 9 mohou být vyvozeny i jinak než uvedeným mechanickým způsobem pomocí šroubů, například pomocí hydraulického nebo pneumatického zařízení. Rovněž nastavování vzdálenosti mezi sestavami je možno řešit různým způsobem - vedle již uvedeného se čtyřmi stavěcími šrouby 18 lze užít například mechanismus s jiným počtem těchto šroubů nebo s centrálním nastavováním vzdálenosti, případně užít již zmíněného hydraulického nebo pneumatického zařízení aj. Také připojení spodních a horních příčníků 11 a 12 k patkám 10 na tubusech 9 je možno provést i jinak, než šrouby, například pomocí otočných svislých čepů, umožňujících při vhodném řešení příčníků a patek po vyjmutí jednoho čepu odklonění celého příčníku i s tlačným mechanismem jeho otáčením kolem druhého čepu. Po vložení magnetů do tubusu by byl kompletní příčník otočen zpět a druhý čep znovu osazen do příslušných pouzder v patce a příčníku.

Další možná úprava zařízení, výhodná například v průmyslové praxi, by spočívala v jednoduchém zablokování celé sestavy magnetů po jejím vytvoření v tubusu například pomocí vodorovných čepů, procházejících napříč tubusem z každé strany sestavy. Toto zablokování sestavy ve staženém stavu by umožnilo uvolnění a odebrání stahovacích mechanismů z obou stran tubusu a jejich užití při vytvoření další sestavy magnetů. Obdobně by bylo možno blokovat obě protilehlé sestavy v požadované vzdálenosti mezi sebou, tedy s pevně nastavenou vzduchovou mezerou, například pomocí šroubů a vymezovacích pouzder. Mechanismus pro nastavování vzdálenosti by pak bylo možno odebrat a opakovaně užít u dalších protilehlých sestav. Případnou demontáž takto zablokovaných protilehlých sestav magnetů nebo magnetických bloků by samozřejmě bylo možno provést opačným postupem po opětovném připojení příslušných montážních zařízení výhradně u výrobce.

Užitím zařízení k provádění způsobu vytváření lineárních protilehlých sestav permanentních magnetů je možno při volbě vhodného typu těchto sestav vytvořit v závislosti na jejich rozmě-6CZ 304444 B6 rech, na materiálu magnetů a na šířce vzduchové mezery mezi sestavami velmi silná magnetická pole, převyšující hodnotu remanentní magnetizace použitých magnetů. V konkrétním realizovaném případě dvou protilehlých Halbachových sestav s rozměry 0,05 x 0,05 x 0,1 m, složených z NdFeB magnetů s maximálním energetickým součinem (BH)_max rovným 348 kJ/m³ o celkové hmotnosti magnetů pouze 3,75 kg, byly ve středu vzduchové mezery šířky do 5 mm dosaženy hodnoty magnetické indukce více než 2 T (tesla).

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný pro vytváření silných magnetických polí bez spotřeby elektrické energie například v zařízeních pro magnetickou separaci nerostných surovin, v magnetických filtrech při čištění různých suspenzí například při výrobě keramiky a porcelánu, v potravinářském průmyslu aj., dále v zařízeních pro magnetickou rezonanci ve zdravotnictví, v přístrojové technice a velmi pravděpodobně i v dalších oblastech. Pro jeho uplatnění v jakémkoli průmyslovém zařízení je však základní podmínkou možnost vytvoření silného magnetického pole v dostatečně velkém objemu a šířce vzduchové mezery, nezbytnými pro splnění požadované funkce a parametrů daného zařízení. Reálnou cestou ke splnění této podmínky je užití velkých magnetických bloků, vytvořených ze silných NdFeB magnetů podle čs. patentů 298698 nebo s výhodou 298699, kde při sestavování nedochází k částečné demagnetizaci magnetů. Tyto velké magnetické bloky by bylo možno osazovat v protilehlých sestavách obdobným způsobem podle tohoto vynálezu jako stávající jednotlivé samostatné magnety, samozřejmě v obdobném rozměrově odpovídajícím zařízení pro jejich sestavování. Užití těchto velkých magnetických bloků by tak umožnilo ve srovnání s předchozí popsanou realizací malých protilehlých sestav tvorbu silných magnetických polí v podstatě větším objemu a s větší šířkou vzduchové mezery.

Perspektivní možnosti dalšího zvětšení objemu vzduchové mezery mezi protilehlými sestavami velkých magnetických bloků by mohlo být souběžné uložení dvou nebo více protilehlých sestav magnetů těsně vedle sebe. V tomto případě by spodní část uvedeného zařízení pro vytváření lineárních protilehlých sestav permanentních magnetů neobsahovala pouze jeden tubus, ale byla by tvořena dvěma nebo více souběžně uloženými pevně spojenými tubusy, obdobně pak horní protilehlá část zařízení. Rovněž obdobně by probíhalo jak vytváření jednotlivých sestav z magnetických bloků (nejprve postupně v tubusech spodní části zařízení, následně v horní části), tak i nastavování šířky vzduchové mezery mezi oběma částmi.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob vytváření lineárních protilehlých sestav ze zmagnetovaných permanentních magnetů z materiálu s vysokou hodnotou maximálního energetického součinu (BH)_mav nebo z velkých magnetických bloků z takových magnetů pro generování silných magnetických polí v mezeře mezi takovými sestavami respektive silných magnetických polí velkého objemu, při kterém se jednotlivé permanentní magnety alespoň dvou protilehlých sestav nucené zasouvají v předem stanoveném sledu a s předem stanovenou vzájemnou polaritou do nemagnetického tubusu (9) nekruhového příčného průřezu s otevřenými konci, protilehlé sestavy se vůči sobě vyrovnají v axiálním směru a nastaví se požadovaná velikost, případně tvar mezery mezi sestavami, vyznačující se tím, že do odděleného samostatného spodního tubusu (9) se nejprve vloží střední magnet (1) se směrem polování kolmým k podélné ose tubusu (9), ustaví se alespoň zhruba do požadované polohy, načež se k němu, s výhodou současně, z obou jeho stran přitlačuje vždy alespoň jeden boční magnet (2, 3) polovaný rovnoběžně s podélnou osou tubusu (9) tak, že boční magnety (2, 3) spodní sestavy jsou přivrácené k příslušnému střednímu magnetu (1) stejným pólem, po dosednutí magnetů k sobě zůstává spodní sestava ve staženém stavu, načež se

   -7CZ 304444 B6 obdobně jako spodní sestava složí v odděleném samostatném horním tubusu horní sestava (4, 5, 6) s tím, že boční magnety jsou přivrácené ke střednímu magnetu (4) opačným pólem, než v případě spodní sestavy, načež se celá složená horní sestava v horním tubusu s předem nastavenou maximální mezerou mezi tubusy ustaví mezi vodicí profily (15) proti spodní sestavě tak, aby osy souměrnosti středních magnetů (1,4) procházející jejich póly byly identické, přičemž střední magnety (1,4) protilehlých sestav se k sobě přivrátí svými opačnými póly.
2. 2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, tedy na vytváření lineárních protilehlých sestav zmagnetovaných permanentních magnetů pro vytváření velmi silných magnetických polí a/nebo z velkých magnetických bloků z takových magnetů pro silná magnetické pole ve velkém objemu, které je zhotovené z nemagnetického materiálu a zahrnuje alespoň dva duté profilové tubusy (9) s otevřenými konci, kde vnitřní nekruhový profil tubusu (9) odpovídá s vůlí vnějšímu obrysu průřezu vkládaných magnetů (1 až 3, 4 až 6), a je vybavené stavěcím ústrojím mezery mezi tubusy (9) využívajícím závitové tyče, vyznačující se tím, že tubusy (9) s několikanásobně větší délkou, než je délka složené sestavy magnetů, mají na každém svém otevřeném konci dvě pevně připojené vnější protilehlé upínací patky (10) opatřené vždy montážní plochou pro zachycení spojovacího elementu (16) na připevnění příčníku (11, 12) tlačného ústrojí magnetů (1 až 3, 4 až 6), k němuž náleží axiálně posuvná tlačná tyč (8) magnetů podepřená příčníkem (11, 12), která v pracovním stavu zařízení zasahuje do vnitřního prostoru tubusu (9), přičemž vždy ke spodnímu tubusu jsou na obou jeho koncích spojovacími elementy (16) připojeny přes upínací patky (10) vodicí profily (15), mezi kterými je vedený protilehlý druhý tubus (9) při nastavování mezery mezi oběma tubusy.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že upínací patky (10) jsou na každém konci tubusu (9) uspořádané vždy na týchž protilehlých stranách tubusu (9) přivrácených k vodicím profilům (15) a alespoň jedna stěna tubusu (9) je ve střední oblasti opatřená alespoň jedním kontrolním otvorem polohy magnetů (1 až 3, 4 až 6).
4. 4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že v příčníkách (11, 12) je vždy vytvořený středový vodicí otvor koaxiální s tubusem (9) pro průchod tlačné tyče (8) magnetů, jejíž vnitřní konec určený pro styk s magnety (2, 3, 5, 6) dosedá na opěrnou desku (7), zatímco její druhý vnější konec je opatřený pohybovým mechanismem axiálního pohybu, s výhodou závitem našroubovaným do závitového vodícího otvoru v příčníku (11, 12), a záběrovou tvarovou plochou pro momentový nástroj.
5. 5. Zařízení podle některého z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že stavěči ústrojí mezery mezi tubusy (9) jsou tvořená vždy dvěma paralelními stavěcími šrouby (18), které jsou uložené v závitových otvorech uspořádaných na obou koncích příčníku (12) stavitelného tubusu a jejichž čela se ve smontovaném stavu zařízení opírají o příčníky (11) druhého tubusu (9) připevněného k vodicím profilům (15).
6. 6. Zařízení podle některého z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že v tubusech (9) jsou na vzájemně nepřiléhajících vnitřních stěnách uspořádané vyjímatelné vymezovací podložky vůle magnetů (1, 2, 3, 4, 5, 6).