PT97346A - Dispositivo de magnetizacao multipolar - Google Patents

Description

Descrição referente à patente de invenção de VAOUUMSCHMELZE GMBH, alemã, industrial e comercial, com sede em D-6450 Hanau 1, República Federal A-lemã, (inventores; Rolf Wagner, Thomas Schilling, Bernd Schleede, Reiner Dinter e Joa-chim von Gerlach, residentes na República Federal Alemã), para “DISPOSITIVO......DE......MAGNETIZAÇÃO.....MULTIPOLAR".

DESCRICAO A presente invenção refere-se a um dispositivo de magnetização multipolar para a magnetização com polaridades opostas de zonas vizinhas de uma peça magnetizãvel, no qual a peça a magnetizar é colocada entre condutores eléctricos assentes com a forma de meandros em ranhuras em cada placa de suporte e é magnetizada por um impulso de corrente que atravessa os condutores.

Está descrito um dispositivo de magnetização deste género na patente EP 0174 966. Aqui, coloca-se uma fita do material a magnetizar entre duas placas de suporte de material permeável que contém condutores de corrente em ranhuras para a condução da corrente de magnetização. Os condutores da corrente estão dispostos com a configuração de meandros, de modo que, quando da magnetização da peça que se situa entre os mesmos, zonas vizinhas ficam sujeitas a uma magnetização em sentidos diferentes. As duas placas de suporte com os condutores eléctricos estão montadas móveis uma em relação à outra e possuem superfí-

cies polares planas que se encostam às zonas a magnetizar através de folhas de separação interpostas, de material isolante. 0 objecto da presente invenção consiste em proporcionar um dispositivo de magnetização multipolar, no qual as zonas vizinhas a magnetizar com polaridades opostas se aproximam tão estreitamente que o íman multipolar magnetizado se comporta aproximadamente como um sistema magnético constituído por dois imanes individuais magnetizados em sentidos contrários, fixados um ao outro.

Os imanes multipolares magnetizados constituídos desta maneira ou sem um espaço intermédio, são necessários por exemplo para os motores passo-a-passo e para os actuadores de posicionamento. As peças magnetizáveis são na maioria das vezes então constituídas por materiais magnéticos com metais das terras raras, por exemplo ligas de CoSm ou de NdFeB, que possuem uma força coerciva muito elevada e portanto necessitam também de um campo magnético muito elevado para a magnetização.

Para estabelecer tais campos intensos durante um curto intervalo de tempo, pelo menos, são necessárias secções de cobre muito grandes, que possam suportar correntes de impulsos correspondentemente elevadas, de mais de 30 KA. 0 aquecimento que então resulta nos condutores eléctricos devido à sua resistência não permite passar para secções demasiado pequenas, sem que se verifique um encurtamento substancial da duração dos impulsos ou se garanta um arrefecimento eficiente que actue num curto intervalo de tempo.

Para a solução do problema que é o objecto da presente invenção, utilizam-se as características descritas na parte de caracterização da patente principal e das patentes secundárias.

Devido à utilização de material não permiável, po-diminuir-se consideravelmente a indutividade do circuito da corrente de magnetização, de modo que podem realizar-se impulsos de corrente muito curtos com uma energia total muito pequena, com intensidades de corrente elevadas. Isso cria as condições para , uma secção transversal dos condutores eléctricos relativamente - 2 - \

pequena, nas pontes que cruzam a peça a magnetizar, as quais para isso se encostam ainda directamente à superfície exterior da peça a magnetizar - no máximo com interposição de uma fina camada isolante e eventualmente chapas de compensação.

Um outro pressuposto para a realização de um secção transversal relativamente pequena - portanto uma densidade de corrente elevada - nesta zona dos condensadores eléctri-cos é a montagem móvel destas peças condutoras nas ranhuras que as conduzem e a introdução da peça a magnetizar num suporte, de modo que as pontes sobre as quais se exerce um esforço muito e~ levado devido às forças de atracção eléctricas no instante da passagem da corrente se encostem directamente ao suporte ou se apoiem nos imanes.

Todas estas características garatem, em conjunto, uma zona de transição muito estreita entre zonas vizinhas a magnetizar com polaridades opostas, de modo que o íman multi-polar magnetizado tenha aproximadamente as mesmas características que os imanes individuais associados com direcções de magnetização opostas. A seguir descrevem-se exemplos de realização, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam;

As fig. 1 e 2, cortes de um dispositivo de magnetização, dado como exemplo, pelas linhas de corte (11-11) e (I-I); A fig. 3, a magnetização de um íman magnetizado com o novo dispositivo de magnetização, em comparação com um sistema magnético constituído por imanes individuais; A fig. 4, como forma de realização preferida da presente invenção, o apoio de uma ponte .ou segmento (7) e a sua ligação com os condutores (5).

No exemplo de realização segundo as fig. 1 e 2, a peça a magnetizar (1) encontra-se entre duas placas de suporte (2) e (3) que, de preferência, são feitas de um material não magnético com pequena permeabilidade para a limitação da in-dutividade do circuito eléctrico.

As placas de suporte (2) e (3) apresentam ra- - 3 -

ί “I -1-.. nhuras ou cavas (4) com a forma de meandros, nas quais se colocam os condutores eléctricos (4) e (5). As cavas (4) e os condutores eléctricos (5) e (6) nelas colocados estão portanto dispostos em meandros, de modo que na zona da peça a magnetizar (1) resultam, de acordo com a direcçao de magnetização desejada, campos magnéticos dirigidos em sentidos contrários.

Os condutores eléctricos (5) e (6) apresentam uma secção transversal relativamente grande, nas linhas de alimentação, diminuindo substancialmente nos segmentos (7) e (8). Os segmentos (7) e (8) são então as partes dos condutores e-léctricos (5) e (6) que cruzam a peça (l) a magnetizar, sendo portanto decisivas para as dimensões da zona de transição entre zonas magnetizadas em sentidos contrários. Pelo menos os segmentos (7) e (8) são colocados móveis nas cavas (4). Por meio das correntes que passam mutuamente paralelas através dos segmentos (7) e (8), estes atraiem-se mutuamente e são portanto apertados contra a peça a magnetizar ou contra a superfície exterior de um suporte (9) no qual se encontra a peça a magnetizar.

Consegue-se deste modo que os segmentos (7) e (8) possam ter uma secção transversal muito pequena, independente das solicitações mecânicas. Consegue-se além disso que os segmentos (7) e (8) se encontrem o mais perto possível da peça (1) a magnetizar durante a magnetização, visto que eles são apertados com uma grande força contra esta peça. A pequena secção transversal destes segmentos em ligação com as linhas de força magnéticas que se apertam entre os segmentos, em especial no caso do material sem permeabilidade e que concentram o fluxo, produz uma zona de transição muito estreita entre as zonas magnéticas em sentidos contrários da peça (1) a magnetizar.

Os terminais de ligação (10) e (11) que se encontram nas extremidades dos condutores eléctricos (5) e (6), sao ligados electricamente a uma fonte de impulsos de tensão que, de uma maneira conhecida, pode ser constituída por um ou vários condensadores que devem ser descarregados. Para a ligação do impulso de corrente pode utilizai—se vantajosamente um tiris-tor de comutação de potência. Devido à ausência de material de - 4 -

elevada permeabilidade no circuito de corrente com os condutores (5) e (6), este possui uma auto-indução relativamente pequena, de modo que pode realizar-se uma subida rápida da corrente e uma queda também rápida da corrente - portanto um impulso de corrente curto. Isso diminui a energia que se liberta durante o fenómeno da magnetização, que conduz ao aquecimento principalmente dos segmentos (7) e (8), de modo que podem desse modo escolher-se para os segmentos (7) e (8) secções transversais relativamente pequenas em comparação com dispositivos com placas de suporte altamente permeáveis. A secção transversal substancialmente maior dos condutores eléctricos (5) e (6) fora da zona dos segmentos (7) e (8) garante além disso uma dissipação rápida do calor gerado nos segmentos (7) e (8) durante um fenómeno de magnetização. Adicionalmen-te, podem naturalmente prevei—se ainda outros dispositivos de refrigeração, nervuras de refrigeração, condutores com arrefecimento por passagem de um fluido, ou similares.

Podem ligar-se os condutores eléctricos (5) e (ó) em paralelo com os segmentos (7) e (8). Isso tem a vantagem de poder mesmo prescindir-se da interposição de um isolamento entre os segmentos (7) e (8) e a peça a magnetizar (1) ou o suporte (9). Mas é também sem mais nada possível ligar em série estes condutores eléctricos (5) e (6) colocados dos dois lados da peça a magnetizar (1) e prever um isolamento fino e mecanicamente resistente entre a peça (1) a magnetizar e os segmentos (7) e (8) ou os condutores eléctricos (5) e ¢6). Para isso é particularmente vantajoso que o suporte (9) para a peça (1) a magnetizar seja fechado na superfície voltada para as placas de suporte (2) e (3) por uma fina camada isolante que forme a tampa e o fundo do suporte (9). Neste caso, os segmentos (7) e (8) propriamente ditos não têm de ser isolados, podendo verificar-se uma eventual danificação da superfície isolante do suporte (9) por substituição quando se muda a peça (1) a magnetizar.

Para conseguir obter uma zona intermédia estreita entre duas zonas magnetizadas com polaridades opostas é , vantajoso escolher a dimensão dos segmentos (7) e (8) perpendi- - 5 y\ ) y,

V

Y cularmente à superfície exterior da peça a magnetizar (1) maior do que a dimensão paralela a esta superfície; mas a relação nac deve exceder substancialmente o valor 1:3 para conseguir que c centro de gravidade da corrente que passa nos segmentos se situe bem na peça a magnetizar (1).

Evidentemente, é também possível colocar num suporte (9) várias peças a magnetizar para assim conseguir um maior rendimento dos imanes magnetizados com o dispositivo de magnetização»

Os condutores eléctricos (5) e (6) são usual mente feitos de um cobre bom condutor, mas podem também ser fei tos de prata, para melhorar a condutibilidade e portanto para u ma maior diminuição da secção transversal dos segmentos (7) e (8)»

Além disso, para a obtenção de uma zona de transição o mais estreita possível em ligação com um bom arrete™ cimento dos segmentos (7) e (8) entre as operações de magnetização, é vantajoso fazer a secção transversal dos segmentos (7) e (8) mais pequena do que metade da secção transversal das restantes partes dos condutores eléctricos (5) e (6).

Para o apoio móvel dos condutores eléctricos (5) e (6) nas cavas (4) podem prever-se diversas medidas conhecidas, Uma medida deste género particularmente simples consiste em fixar as extremidades dos condutores (5) e (6) nas cavas (4) de modo que a mobilidade dos segmentos (7) e (8) resulta da flexão apropriada das partes dos condutores (5) e (6) afastadas dos pontos de fixação.

Na fig. 3 está representado no eixo dos x o comprimento dos imanes multipolares magnetizados e no eixo dos y a intensidade de campo, em gauss, medida nos imanes. Vê-se a curva (Kl) da magnetização que resulta quando dois imanes magne tizados individuais se fixam directamente um no outro, tendo sentidos de magnetização opostos um ao outro. A curva (K2) mostra a magnetização medida dos imanes magnetizados quando o dispositivo de magnetização ilus trado nas fig. 1 e 2 magnetiza um íman, utilizando-se então uma - 6 - secção transversal dos segmentos (7) e (8) de 1,5 x 3 mm2.

Do andamento destas curvas vê-se claramente que, com o dispositivo segundo a presente invenção, com a secção transversal dos segmentos (7) e (8) apropriadamente pequena, se consegue uma aproximação muito boa do caso ideal dos imanes magnetizados individualmente e depois associados. A fig. 4 mostra um exemplo de realização particularmente vantajoso para a ligação do segmento (7) com os condutores (5), que permite uma secção transversal particularmente pequena para o segmento (7).

Uma secção transversal particularmente pequena do segmento (7) condiciona, em cada operação de magnetização, um aquecimento a temperaturas elevadas, de modo que o segmento, devido aos gradientes de temperatura do material, dilata-se e, quando do arrefecimento, contrai-se de novo. Para que aqui se garanta a estabilidade do dispositivo de magnetização, o segmento (7) é introduzido, nas suas extremidades, em aberturas do condutor (5). Nestas aberturas previram-se contactos eléctricos (12) que se encostam no segmento (7) sob a acção da força de uma mola.

Para poderem transmitir-se através dos contactos eléctricos (12) as correntes elevadas necessárias para a magnetização, prevê-se uma pluralidade desses contactos, que a-presentam uma força elástica relativamente elevada. Com esta medida permite-se que o segmento (7) se dilate quando aumentar a temperatura pela passagem da corrente. Mas quando o segmento (7), depois de terminar a passagem da corrente, atingir uma temperatura muito elevada, por exemplo na vizinhança do ponto de fusão do material, então devido ao atrito relativamente grande entre os contactos eléctricos (12) e o segmento (7) este segmento (7), devido à moleza do material à temperatura elevada, alon-ga-se, de modo que já não regressa à sua forma primitiva.

Por este motivo, colocam-se nas faces de topo do segmento (7) molas de pressão (13) que se apoiam numa caixa (14). Estas molas de pressão (13) são dimensionadas de modo tal que se produz mais ou menos a força necessária para vencer o a- - 7 -

Claims (1)

1. trito de aderência entre os contactos eléctricos (12) e o segmento (7). Consegue-se desse modo que o segmento (7), por um lado, quando do aquecimento, se dilate contra a força das molas (13) e contra a acção da força de atrito e, por outro lado, se possa contrair de novo depois do impulso de corrente, isento de forças de tracção.

   Neste caso pode também pensar-se em dimensionar as molas (13) de modo tal que o segmento (7) esteja sempre sob a acção de uma ligeira força de compressão, de modo que não tenham de aparecer em nenhum instante forças de tracção. Esta forma de realização representada na fig. 4 como exemplo para o segmento (7) com os condutores (5) permite além disso fixar os condutores (5) e (6) rigidamente sem que por isso se prejudique a mobilidade do segmento (7) quer na direcção longitudinal quer na direcção transversal.

   A vantagem particular de um íman magnetizado multipolar em comparação com dois (ou mais) imanes magnetizados individualmente e associados consiste essencialmente no facto de que apenas é necessário utilizar metade - ou correspondentemente menos, no caso de mais de duas zonas - dos imanes para a formação de um motor linear ou de outros equipamentos, trabalhar um menor número de imanes individuais (erosão, aplicação de camadas, rectificação, etc.), e que não são necessários trabalhos de associação de imanes individuais, ou pelo menos há uma redução desses trabalhos. B.......1......1.......V......I......N......D.......I.......C.......A......Ç.......Õ E S - li - Processo para magnetizar com vários polos uma peça magnetizável, no qual a peça magnetizável é colocada entre - 8 - ί condutores eléctricos (5,6) dispostos em meandros, em cavas (4) de cada uma de duas placas de suporte (2,3), e é magnetizada por um impulso de corrente que atravessa os condutores, caracteriza-do por as secções dos produtores eléctricos, que cruzam a peça magnetizável (1) e que portanto definem os limites das zonas adjacentes da peça magnetizável magnetizadas de maneira diferente, serem formadas como segmentos (7,8) com uma secção menor relativamente às partes restantes dos condutores eléctricos (5 e 6) e assentarem de maneira móvel nas cavas (4) das placas de suporte (2,3), de modo que, durante a operação de magnetização, se apoiam no suporte (9) e na peça (1) a magnetizar. - 2â - Processo de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por ser utilizado para a magnetização de materiais magnéticos altamente coercitivos, em especial materiais magnéticos com terras raras, por exemplo CoSm ou NdFeB. - 3ã - Processo de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por se utilizarem impulsos de corrente com um máximo de mais de 30 KA, para gerar um campo de mais de 20 KA/cm. - 4i - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os condutores em meandros (5 e 6) serem atravessados pela corrente de magnetização em paralelo, de modo que os segmentos (7,8) se apoiam nas zonas da peça (1) a magnetizar directamente nesta, sem qualquer camada intermédia isolante. - 9 -

   \ J 5ã - Processo de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por a corrente de magnetização atravessar sucessivamente os condutores em meandros (5 e 6) e por se interpor entre a peça (1) a magnetizar e os condutores (5 e 6) um isolamento que pode ser carregado mecânica e termicamente. - 6ã - Processo de acordo com a reivindicação 1, ca-ractizado por se utilizar, para a magnetização de várias peças (1) magnetizáveis um suporte comum (9). - 7ã - Processo de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por os segmentos (7,8) apresentarem uma secção transversal substancialmente rectangular e se apoiarem na peça (1) a magnetizar com a sua face menor. - 8ã - Processo de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por se garantir a deformação elástica dos condutores eléctricos (5,6) entre os pontos de fixação. ~ 9ã - Processo de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por os segmentos (7,8) se apoiarem em cavas dos condutores (5,6) e estarem ligados elasticamente com estes através de contactos eléctricos (12). - 10 - - íoa - Processo de acordo com a reividicação 1, ca-racterizado por se preverem além disso nas faces de topo dos segmentos (7,8) molas (13) que impedem uma dilatação longitudinal residual dos segmentos (7,8), depois das operações de magnetização . A requerente reivindica a prioridade do pedido de patente alemao apresentado em 14 de Abril de 1990, sob o NQ P 40 12 129,1, Lisboa, 12 de Abril de 1991

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