уменьшения размагничивающего фактора ЦМД и увеличения магнитного потока с его поверхности для надежного считывания выбирают равной диаметру ЦМД.

§ 4.4. Системы с постоянными магнитами

Создание магнитотвердых материалов с высокими свойствами обусловило применение постоянных магнитов в разнообразных приборах и устройствах во многих областях техники. Это, например: измерительные приборы - магнитоэлектрические амперметры, вольтметры, омметры, веберметры, светолучевые осциллографы, магнетометры и др.; электрические машины с постоянными магнитами - синхронные генераторы, двигатели постоянного тока, а также синхронные и гистерезисные, магнето; радиоприемные устройства, акустические аппараты и устройства техники связи - репродукторы, телефоны, микрофоны, адаптеры, звукозаписывающие головки и др.; электровакуумные и ферритовые устройства СВЧ - лампы бегущей волны, гетеродинные лампы обратной волны, циклотроны, вентили и др.; регулирующие устройства -поляризованные реле, регуляторы напряжения, температуры, давления, ограничители, переключатели тока и пр.; промышленные устройства - магнитные плиты, магнитные сепараторы, магнитные муфты и пр.; бытовые приборы и устройства - магнитные замки и фиксаторы, игрушки, магнитные ручные инструменты и др.

В общем случае магнитная система представляет собой сложную магнитную цепь, в которой к постоянному магниту могут быть подключены магнитопроводы, полюсные наконечники, магнитные шунты, термошунты, выпрямители поля, магнитные экраны, крепежные детали и другие элементы.

Параметры магнитной системы в значительной степени определяют параметры всего устройства в целом. Так, для электровакуумных приборов СВЧ масса магнитной системы составляет 60-90% от общей массы прибора, а стоимость - 20-50% стоимости прибора. Разработка сложной магнитной системы занимает 30-40% общего объема разработки,устройства 12.8].

Следовательно, проектирование магнитных систем с постоянными магнитами является важной инженерно-экономической задачей.

Проектирование магнитной системы с постоянным магнитом в большинстве случаев сводится к выбору материала, размеров магнита и конфигурации магнитной системы, обеспечивающих получение заданного значения магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре при наилучшегспользовании свойств материала.

Степень использования свойств материала можно оценить с помощью коэффициента использования материала а, который представляет собой отношение магнитной энергии в воздушном зазоре к максимально возможной энергии магнита данного объема *: •

* Максимально возможная энергия сответствует идеализированному случаю работы всего объема магнита в точке (ВЯ)тах.

где Bp, Яр -соответственно магнитная индукция и напряженность поля в рабочем воздушном зазоре; Ур -объем рабочего зазора; Vm - объем магнита.

Коэффициенту а можно придать и другой физический смысл. Перепишем формулу (4.10) в следующем виде:

где Bd и Яв - индукция и напряженность поля магнита, работающего в точке (ВЯ)тах; /м и /р - длины; Sm и Sp- площади поперечного сечения соответственно магнита и рабочего воздушного зазора.

Так как Яг>/м=Яр/р, то

в=Фр/Фм. ;(4.11)

т. е. а можно представить как отношение магнитного потока в рабочем зазоре к магнитному потоку магнита, работающего в точке

<ВЯ)тах.

Формулы (4.10) и (4.1il) показывают, что коэффициент использования материала характеризует потери энергии (или магнитного потока) на пути от магнитной нейтрали до рабочего зазора. Очевидно, что а всегда меньше единицы; для систем высокого качества <т=0,20,6.

Потери энергии магнита обусловлены рассеянием магнитного потока, падением м.д. с. по длине магнитопровода и поперечным энамагничиванием. При этом считаем, что рабочей является точка (ВЯ)тах и намагничивание произведено до предельных характеристик. «Недомагничивание» может быть больше суммы всех других потерь.

Потери от рассеяния магнитного потока объясняются тем, что магнитное сопротивление воздуха не равно бесконечности. Точный расчет проводимостей рассеяния является сложной задачей. Обычно для этой цели пользуются эмпирическими формулами и вспомогательными графиками, что увеличивает погрешность расчета.

Утечки имеются не только по длине магнитопровода, но и по длине магнита, а это значит, что его состояние на кривой размагничивания представляется не одной точкой, а целым участком. Наибольшим поток будет в нейтрали, а наименьшим - на концах магнита.

Изменение индукции приводит к изменению м.д.с. на единицу длины магнита и, следовательно, к тому, что на участках с одинаковой магнитной проводимостью потери потока будут различны. Это учитывается путем применения в расчетах метода последовательного суммирования [4.7]. Метод заключается в том, что подсчет утечек от нейтрали к концам ведется последовательно на маленьких участках, для которых В и Я с некоторым приближением можно

считать постоянными. Недостатком метода последовательного суммирования является его большая трудоемкость.

Потери М.Д.с. в магнитопроводе. В большинстве случаев по конструктивным соображениям в магнитной системе используют магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала. Сечение магнитопровода должно быть выбрано так, чтобы материал магнитопровода не был насыщен. При этом магнитное сопротивление и потери М.Д.с. на рассматриваемых участках настолько незначительны, что ими в расчете можно пренебречь, считая, что участки цепи, заполненные магнитомягким материалом, являются короткозамкну-тыми.

В случае же конструкций с относительно большой длиной магнитопровода или с большим насыщением отдельных участков последнего, а также при наличии стыков потери м.д. с. можно учесть раст четным путем (см., например, [4.8]).

Потери на поперечное намагничивание. Явление поперечного намагничивания заключается в том, что у магнита, первоначально намагниченного в определенном направлении, конфигурация линий поля изменяется так, что возникает составляющая, перпендикулярная основному направлению.

Поперечная составляющая является причиной уменьшения полезной энергии. Расчетные данные плохо сходятся с действительными прежде всего из-за трудностей количественного учета явления поперечного намагничивания, который обычно производят путем введения в расчетные формулы эмпирических коэффициентов.

Простейшим методом расчета систем с постоянными магнитами является-диетой отношений [4.7]. Он позволяет определить положение-рабочей точки на кривой размагничивания, на кривой возврата (после магнитной стабилизации), с учетом магнитного сопротивления магнитопровода, при намагничивании без арматуры с последующей сборкой.

Метод отношений обычно используют для предварительных расчетов индукции в рабочем воздушном зазоре, которые далее могут быть уточнены, например, путем применения метода последовательного суммирования. Наиб/злее трудоемкой частью расчета при этом является определение проводимостей утечек. Эту задачу в ряде случаев можно упростить, используя в расчете систем понятие коэффициента размагничивания (см. § 11.4).

Широкое распространение получили системы с постоянными магнитами, в которых поле в рабочем зазоре является неоднородным и должно отвечать определенному закону распределения. Упомянутые методы не позволяют рассчитывать такие системы. Для решения подобных задач используют методы теории поля (анализ магнитостатических полей), которые могут быть реализованы путем, моделирования и средствами вычислительной техники.