Магнитоэлектрическая система униполярного типа
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в различных областях промышленности для построения скоростного узла, узла тахометра, датчиков бесконтактного типа, например, в автомобильной промышленности. Предлагаемая полезная модель направлена на решение следующих задач: - увеличение магнитного потока постоянного магнита и стабильности характеристик электромагнитной системы униполярного типа; - снижение зависимости работы магнитной системы от температурного коэффициента; - универсальное применение конструкции магнитной системы униполярного типа. Поставленные задачи решаются тем, что в магнитоэлектрической системе униполярного типа, содержащей магнит, заключенный между двумя магнитопроводами, верхний из которых имеет прорезь, катушку с намоткой, спиральную пружинку-волосок, ось с показывающей стрелкой, прорезь верхнего магнитопровода выполнена с возможностью изменения площади, а постоянный магнит изготовлен из материала с высокой магнитной энергией, например, из магнитопласта на основе неодим-железо-бор. Таким образом, реализация предлагаемой полезной модели решает все поставленные авторами задачи.
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в различных областях промышленности для построения скоростного узла, узла тахометра, датчиков бесконтактного типа, например, в автомобильной промышленности.
Известны магнитоуправляемые системы, уровень выходного напряжения которых зависит от величины магнитной энергии постоянного магнита и от знака его полярности. Такие системы относятся к униполярному типу, для них важно направление поля в рабочем зазоре. Если в магнитной системе используется концентратор из магнитомягкого материала, то выбор его формы может существенно влиять на закон распределения рабочего магнитного поля вдоль полюсной дуги. Поэтому систему с одинаковым успехом применяют для различных приборов. (Справочник «Постоянные магниты» под редакцией Ю.М.Пятина, М. 1980; «Микромагнитоэлектроника, том 1, под редакцией Бараночникова М.Л., М.2001).
Известен тахометр электронный производства ОАО «Завод «Автоприбор», ТУ 37.453.098-94, в котором используется магнитная система униполярного типа.
Намагниченный аксиально постоянный магнит из феррита стронция помещен между магнитопроводящими пластинами. Верхняя из них имеет прорезь. Рабочим является полюс, также расположенный сверху. Магнит в системе неподвижен. На верхний магнитопровод, имеющий форму полукольца, надета катушка с определенной обмоткой, свободно перемещающаяся по магнитопроводу. Постоянный магнит создает в зазоре, в котором перемещается катушка, магнитный поток. Взаимодействие магнитного поля постоянного магнита с полем, образуемым током, протекающим по измерительной катушке, создает момент сил и приводит к
повороту подвижной системы измерительного механизма тахометра на угол. Угол, на который поворачивается показывающая стрелка, по шкале тахометра, зависит от угла поворота катушки по верхнему магнитопроводу, а угол поворота катушки, в свою очередь, пропорционален величине тока и создаваемому моменту сил. Перемещение катушки с обмоткой ограничено спиральной пружинкой-волоском, закручивающейся при движении катушки и создающей противодействующий момент.
Данная система имеет следующие недостатки:
- при использовании спеченного ферритового магнита наблюдается плохая воспроизводимость от партии к партии магнитных характеристик, в результате чего перемещение показывающей стрелки прибора происходит на различный угол. Для обеспечения плавности хода стрелки необходим подбор резисторов или витков катушки, что увеличивает общее время регулировки тахометра;
- ферритовый магнит имеет высокий температурный коэффициент намагниченности - минус 0,002 1/К и при работе тахометра в требуемом диапазоне температур ±50°С заметно изменяется угол размаха показывающей стрелки, поэтому в приборе применяется дополнительная подстройка;
- показывающая стрелка имеет разное исходное положение из-за меняющихся характеристик магнита, так как пружинка-волосок, связанная с показывающей стрелкой, рассчитывается из усредненного значения характеристик электромагнитной системы;
- конструкция верхнего магнитопровода позволяет использовать магнитную систему только в конкретном приборе (электронном тахометре, ТУ 37.453.098-94).
Предлагаемая полезная модель направлена на решение следующих задач:
- увеличение магнитного потока постоянного магнита и стабильности характеристик электромагнитной системы униполярного типа;
- снижение зависимости работы магнитной системы от температурного коэффициента;
- универсальное применение конструкции магнитной системы униполярного типа.
Поставленные задачи решаются тем, что в магнитоэлектрической системе униполярного типа, содержащей магнит, заключенный между двумя магнитопроводами, верхний из которых имеет прорезь, катушку с намоткой, спиральную пружинку-волосок, ось с показывающей стрелкой, прорезь верхнего магнитопровода выполнена с возможностью изменения площади, а постоянный магнит изготовлен из материала с высокой магнитной энергией, например, из магнитопласта на основе неодим-железо-бор.
Таким образом, в магнитной системе используется постоянный магнит из материала с высокой (по крайней мере в 2 раза выше исходного магнита) магнитной энергией-магнитопласт на основе неодим-железо-бор. Так как момент сил, приводящий к повороту подвижной системы зависит от взаимодействия магнитного потока постоянного магнита с электромагнитным полем катушки, то, применив магнит с высокой энергией, увеличим момент сил всей системы. Увеличение момента сил пропорционально потоку постоянного магнита (Мм.с~Фп.м) Повышение максимальной энергии постоянных магнитов позволяет увеличить магнитный поток в рабочем зазоре и уменьшить число витков подвижной катушки. Кроме того, усиление магнитной системы обеспечивает плавность хода показывающей стрелки прибора в требуемом диапазоне угла, исключая затирание системы по причине слабых магнитных характеристик постоянного магнита.
Магнитопласты на основе неодим-железо-бор, полученные без применения высокотемпературного спекания, отличаются хорошей воспроизводимостью магнитных характеристик, поэтому магнитная система прибора стабильна и легче настраивается.
Выбранный материал имеет низкий температурный коэффициент намагниченности - минус 0,001 1/К, что повышает стабильность в температурном диапазоне.
Изменяя ширину или конфигурацию прорези в верхнем магнитопроводе легко изменить поток магнитной энергии постоянного магнита и, соответственно, создаваемый момент сил. Таким образом, используя одну и ту же магнитную систему с меняющейся площадью прорези в верхнем магнитопроводе, возможно применение такой системы в электроизмерительных приборах непосредственной оценки, приборах для измерения неэлектрических величин электрическими методами, компасах и различных автоматических измерительных приборах, где необходимо отклонение стрелки на разный угол.
Предлагаемая полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - Магнитная система униполярного типа
Фиг.2 - Конструкция верхнего магнитопровода
Магнитная система униполярного типа содержит постоянный магнит (1), нижний магнитопровод (2), верхний магнитопровод (3), катушку с обмоткой (4), показывающую стрелку прибора (5), ось (6), шкалу прибора (7) и спиральную пружинку-волосок (8).
Магнитоэлектрическая система униполярного типа работает следующим образом:
постоянный магнит 1 заключен между нижним 2 и верхним 3 магнитопроводом, причем верхний магнитопровод имеет прорезь и является направляющей катушки с обмоткой 4, выполненной в форме полукольца.
Силовые линии поля верхнего полюса (магнитный поток) постоянного магнита проходят через прорезь верхнего магнитопровода взаимодействуют с электромагнитным полем, создаваемым током, протекающим по измерительной катушке. В результате взаимодействия возникает момент сил, приводящий к повороту подвижной системы. Показывающая стрелка 5, связанная через ось 6 с катушкой, отклоняется в сторону движения катушки
на заданный угол по шкале прибора 7. В первоначальное положение (нулевую отметку) стрелка возвращается за счет противодействующего момента спиральной пружинки-волоска 8.
Таким образом, реализация предлагаемой полезной модели решает все поставленные авторами задачи.
1. Магнитоэлектрическая система униполярного типа, содержащая магнит, заключенный между двумя магнитопроводами, верхний из которых имеет прорезь, катушку с намоткой, спиральную пружинку-волосок, ось с показывающей стрелкой, отличающаяся тем, что постоянный магнит изготовлен из материала с высокой магнитной энергией, например из магнитопласта на основе неодим-железо-бор.
2. Магнитоэлектрическая система униполярного типа по п.1, отличающаяся тем, что прорезь верхнего магнитопровода выполнена с возможностью изменения площади.
