Поперечный магнит

 

Использование: в аппаратуре для создания магнитных полей. Сущность изобретения: соединитель представляет я собой обмотку постоянной толщины 2, намотанную на каркас 1 так, что поле, создаваемое обмоткой, перпендикулярно оси каркаса. Каркас выполнен желобообразным, причем размеры поперечного сечения обмотки постоянной толщины определяются соответствующими соотношениями . При использовании изобретения эффект заключается в получении максимальной величины поля при заданной площади поперечного сечения обмотки, повышении однородности поля в рабочей зоне и устранении значительного превышения величины поля в теле обмотки над полем в рабочей зоне магнита, 1 з.п. ф-лы, 1 ил. о S

QQ03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ, РЕСПУБЛИН. (g1)g Н 01 F 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (г! ) 4821834/07 (22) 26.03.90 (46) 23.06.92. Бюл. и 23 (71) Брянский институт транспортного машиностроения (72) П.Ф. Гайданский, Н.O.Êoëìàêoâà,.

В.Н. Иилбв и В.И. Недедько (53) 621.318.433(088.8) (56) Монтгомери. (1олучение сильных магнитных полей спомощью соленоидов.И.: Иир, 1971, с. 207. (54) ПОПЕРЕЧНЫЙ МАГНИТ (57) Использование: в аппаратуре для создания магнитных полей. Сущность изобретения: соединитель представляет

ÄÄSUÄÄ 1742869 А 1

2 собои обмотку постояннои толщины 2, намотанную на каркас 1 так, что поле, создаваемое обмоткой, перпендикулярно оси каркаса. Каркас выполнен желобообразным, причем размеры поперечного сечения оЬмотки постоянной толщины определяются соответствующими соотноше мями. !1ри использовании изоЬретения эффект заключается в получении макси- . мальной величины поля при заданной . площади поперечного сечения обмотки, повышении однородности поля в рабочей зоне и устранении значительного превышения величины поля в теле обмотки над полем в рабочей зоне магнита.

1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1742869 4 ние относится к техничес- продольного соленоида, где виток являИзобретение отно е а именно к аппаратуре для ется круговым, с осью, параллельной кой физике, а именн к я е лообсоэдания магнитных нитных полей. обраэующеи цилиндра. Такая с д

В эксперименталь ой ьной физике и тех- разная катушка при пропускании через

5 нике необходимы ма

6 ы магнитные системы

1 нее электрического тока с определен" позволяющие измерять непрерывные уг- ной зависимостью плотности тока обра" ловые зависимости ра сти зличных характе- зует однородное магнитное поле, напристик материалов лов в магнитном поле, равленное перпендикулярно оси цилиндОс ествить это в полости обычного -. 1О ра, ущес соленоида затрудни . тельно или невозмож" Основным недостатком катушки являно для оЬразцов до б з ов достаточно больших ется то, что для получения высокоодбмот" размеров ввиду о мал ro внутреннего нородного магнитного поля через о мотдиаметра а соленоида. Увеличение диа- ки магнита необходимо пропускать эле" метра не всегда во да озможно так как 15 ктрический. ток с определенной завиприводит к падению н апряженности маг- симостью плотности тока, что является нитного поля соленоида. н ида Кроме того сложной технической задачей, особенно

1 соленоиды, дающие о днородное поле: при создании магнитов для больших зна1 характеризуются я малым отношением диа- чений напряженности магнитного поля метра d к длине 1 (d/1). Уже для Ю и импульсных магнитов. Использование

d/1 1/3 однородность поля хуже åå в конфигурации, подобной седлообраэ"

Я. Поэтому большая часть задач по ной катушке, тока с постоянной по всеизмерению угл гловых,зависимостей реша- му сечению обмотки плотностью привоется с йомощью. Устройств, называемых дит к значительному па дению степени системой катушек Гельмгольца. Это две 25 однородности магнитного поля в рабоплоские катушки, по которым пропуска- чей зоне, Кроме того, изменение чисется электрический ток так, чтобы ла витков от слоя к слою затрудняет результирующее поле в области между, изготовление магнитов для сильных покатушками ыло рав б ло равно сумме полей соз- лей в которых обмотки достигают зна- .

Ф Ф даваемых каждой катушкой. В эту цент ЗО чительной толщины, ральную о ласть и б т помещаются исследуе- Цель изобретения - получение маке обаэ ы. симальной величины поля при заданном

Основным недостатком системы ка- значении площади поперечного се чения тушек 1 Гельмгольца является то, что обмотки, а значит, величине полного максимальное значе е значение магнитного поля . тока и повышение однородности поля в достигается не в цен ра ентральной области 35 рабочей зоне путем подбора onTHMapb системы. Кроме того, поле цен р поле центральной ной конфигурации поперечного сечения оЬмотки магнита. облас™ недостаточно одноРодно. лЯ указанная цель достигается тем, испольэУе. "ых пРИ м гн" „,, что при постоянной толщине обмотки агнитных измерениях систем отклонение величины поля в ра- 40 м х . у половин желобообразной формы, располо™„„ „ ш „ - женных с зазором между ними. в х кат шек внутренним радиусом 6 мм внеш 3 дл мм внешним 35 мм, длиной асположенных на расстоянии

6 мм, расположен ых р

12 мм одна от другой, на расстоянии

3 мм от центра системы вдоль осей ли- (k-1) их нии отклонение величины поля от поля

У1 в центре состаляет 2,34. .. НаиЬолее близким по технической -. причем при заданных площади s сечения сущности к изобретению является седло- обмотки, площади Q и размере.r рабо- .обраэная катушка, создающая однородное чей зоны основные размеры обмотки магнитное поле,. которая состоит из r толщина D и полуширина поперечного . каркаса в виде цилиндра и двух обмо- сечения t связаны зависимостью ток, расположенных на поверхности цилиндра так, что их оси перпендикулярны образующей цилиндра. Основная часть 55 витка обмотки представляет собой два ; остальные размеры ограничены соотнопрямолинейных проводника, параллель- шениями ные образующей. цилиндра., в отличие от 0,35r < d (0,50 ..

1742669

0,5r Z . О,бг;

0,4г w» d 0,7r, где 1 - полуширина зазора, - полудлина центрального прямолинейного участка;

0(- длина криволинейного участка; ак-.численные коэффициенты; а,=(О, 70+0, 10)г; а =(0,07+

+001)г; а = 01r; а

= -О, 16r; а =(0,050,04)ã.

Численный эксперймент, в.котором исследовались разнообразные конфигурации сечения поперечного магнита, имеющего форму сектора, различной формы сегментов, прямоугольника, прямоугольника с разными по форме выступами, показал, что выбор каркаса желобообразным является оптимальным.

Такая конфигурация каркаса позволяет подобрать необходимые соотношения размеров обмотки одновременно при = этом реализуется наиболее простой вариант технологии изготовления попе" речного магнита.

Величина магнитного поля в центре магнита при заданных величинах S u

Q сильно зависит от соотношения между размерами D u

Наилучшее соотношение между 0 и

t найдено.с помощью оптимизационной, процедуры из условия максимальной величины поля при заданной площади сечения обмотки .

Величина зазора d также должна быть оптимальной. Ири малом зазоре . возрастает превышение величины магнитного поля в точках перехода рабочей зоны в зону зазора над полем в центральной точке и увеличивается крутизна криволинейного участка. При . большом зазоре падает величина поля в рабочей зоне и сильно ухудшается однородность поля в рабочей зоне.

Величины d, Е, М, и коэффициенты а. в формуле для функции f(x), представленной в виде стандартного разло-. жения в ряд по косинусам, йайдены с помощью оптимизационной процедуры из . условия, минимума функционала, являющегося характеристикой степени одно-.. родности магнитного поля (дисперсия) где Н(х,у) — магнитное поле в рабочей зоне магнита в точке.с координатами (х,y};

Б — площадь в рабочей зоне, где магнитное поле должно быть мак" симально однородно.

Прямолинейные участки проводников должны иметь длину 1, превышающуЮ размер r рабочей зоны не менее чем в 7-10 раэ, дальнейшее увеличение дли1ф ны 1 несущественно для однородности поля в центральной области, магнита.

Конфигурация проводников на концах прямолинейных участков выбирается иэ соображений обеспечения доступа в pa1g бочую зону соленоида и минимальной деформации проводников.

Стандартные электродинамические расчеты показали, что отклонение реального витка от плоскости, в которой

29 лежат прямолинейные участки, практически не сказывается на однородности распределения магнитного поля в рабочей зоне.В конечном счете однородность определяется площадью витка, gg слабо зависящей от небольших отклонений реального витка в пространстве.

Превышение велимины поля во внутренних точках обмотки относительно поля в рабочей зоне магнита составляет не более Ч-63, что. существенно увеличивает эффективность использования мощности электрического тока в случае изготовления магнита из сверхпроводящего материала по сравнению со сверхпроводящей системой Гельмгольца .

Получение однородного магнитного поля в большей части внутреннего объема магнита особенно важно для измере" ния угловых зависимостей при низких температурах, когда размеры магнита ограничены в связи с необходимостью помещать его в дьюары с жидким азотом или гелием. В то же время для современных исследований магнитных мате43 риалов требуются измерения на. образ цах достаточно больших размеров (порядка миллиметров и десятков миллиметров).

Сопоставительный анализ с известной катушкой, что предлагаемый магнит отличается видом поверхности, задающей конфигурацию каркаса, на который наматывается обмотка, состоящая з слоев с постоянным числом витков, также использованием электрического

5$ тока постоянной плотности. 1

На чертеже показан магнит, сечение перпендикулярное образующей цилиндрической поверхности каркаса.

2869

f(x)=r {0,70+0, /

2 3нх

+ 0,1 сов --- — 0,16cos — ——

t (О 05+0 04)cos

4пх

Э

t ) 174

Поперечный магнит состоит из каркаса 1 желобообразной формы и обмотки

2. Прямолинейные участки витков укладываются вдоль образующей, При пропускании электрического тока по обмотке 2 во внутреннем объе" .ме ка рка са 1 созда ется ма г ни т ное и о-: ле однородное на большей части плоf щади рабочей зоны в ее центральнои . области . При любом нап ра влении тока

I в обмотке магнитное поле Н в центре магнита направлено перпендикулярно образующей цили ндрической поверхнос" ти.

Пример. Рассмотрим магнитную систему, имеющую следующие размеры, мм: размер рабочей зоны «=6; длина прямолинейных участков 1=70; толщина обмотки D=18,8; полуширина поперечного сечения обмотки t=12,3; полуширина зазора 6=3; полудлина центрального прямолинейного участка Е =3,, длина криволинейного участка с =3,3; коэффициенты s формуле для f(х): а = 4,502; а = 0,425; а = 0,600; а = -О, 955; ы =-0, 656. о

8 центре магнита величина магнитного поля Нд в эрстедах определяется соотношением Но = К °, где К =

= 104,9 Э мм /А„ j - плотность тока, А/мм . 8 радиусе 3 мм в центре магнита дисперсия величины поля не превышает 2,6 10

Создание поперечного магнита предлагаемой конФигурации с относительно большой рабочей зоной, в которой образуется высокооднородное магнитное поле, позволяет повысить точность магнитных измерений, существенно упростить определение угловых зависимостей различных величин, так как исследуемый оЬразец может быть помещен в рабочей зоне с поворотным устройст-! вом, позволяющим плавно менять ориентацию оЬразца относительно магнитного поля магнита. Это особенно важно для исследования ориентационных зависимостей многих физических величин:намагниченности, изотерм магнитострикции, дифференциальной восприимчивости, теп1О лоемкости и т.д., для построения фазовых диаграмм и является решающим фактором в случае существования аиома" лий величин в узком диапазоне углов.

Кроме того, в случае изготовления маг15 нита из сверхпроводящего материала существенно увеличивается эффектив-. ность использования мощности электри" ческого тока по сравнению со сверх" проводящей системой Гельмгольца. Кон2О фигурация каркаса магнита достаточно ехнологичиа, так как не содержит выступов или пазов, а также крутых переходных линий, усложняющих намотку магнита .

25 формула изобретения

1. Поперечный магнит, содержащий каркас и расположенную на нем обмотЗо ку, выполненную из витков проводников, оси витков перпендикулярны образующим каркаса, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения значения магнитного поля и повышения однородности, каркас выполнен

З5 из двух одинаковых половин желобообразной формы, расположенных с зазором между ними, а обмотка выполнена с пос" тоянной толщиной.

2. Магнит по и. 1, о т л и ч а ю" о шийся тем, что криволинейный участок желобообразного .каркаса определяется функцией

10)+(0,07+0,01)сов — + где r - расстояние от центра магнита до каркаса;

t - полуширина поперечного сечения обмотки; х - текущая координата;

Ф " константа = 3, 141 Я26... „ размеры поперечного сечения обмотки определяются соотношениями

D 4Г

О З5 ЫО 50r ф . Я У У ф

0,5х Z < О,ár;

0,4г ю(а О, 7 ; где D - толщина оЬмотки; 742869

Составитель Н. Колмакова

Техред Л.Олийнык Корректор И ° Самборская

Редактор B. Петраш

Заказ 2288 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета о изобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101

d - полуширина зазора;

Z. - полудлина центрального прямолинейного участка; б

Ы," длина криволинейного участками

S - площадь сечения обмотки; - площадь рабочей эоны.

Поперечный магнит Поперечный магнит Поперечный магнит Поперечный магнит Поперечный магнит 

 

Похожие патенты:

Соленоид // 1705888
Изобретение относится к технической физике, а именно к аппаратуре для создания магнитного поля высокой однородности

Изобретение относится к области электрорадиотехники

Изобретение относится к электрическим катушкам трансформаторов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в катушках индуктивности Целью изобретения является повышение добротности Устройство содержит каркас с несколькими расположенными на некотором расстоянии друг от друга щечками и обмотку 3 из провода, выполненную в виде спиралей, расположенных соосно Каждая щечка выполнена в виде лепестков 5

Изобретение относится к радиоэлектронике

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах электрических аппаратов

Изобретение относится к электроаппаратостроению, в частности к катушкам индуктивности

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в силовых трансформаторах

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в мощных электроиндукционных устройствах с воздушным охлаждением

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в магнитных фокусирующих системах ускорителей заряженных частиц, в соленоидах, предназначенных для генерации сильных магнитных полей, когда предъявляются повышенные требования к азимутальной симметрии аксиального магнитного поля

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в мощных силовых трансформаторах для вторичных источников питания

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологии изготовления клееных конструкций, и может быть использовано при изготовлении электромагнитов бетатронов

Изобретение относится к электротехнике, к технике сильных магнитных полей и может быть использовано для создания как статических, так и импульсных магнитных полей

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение при изготовлении катушек трансформаторов и реакторов

Изобретение относится к электроаппаратостроению

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в измерительных механизмах индукционных счетчиков электрической энергии

Изобретение относится к элементам электрического оборудования, а именно к изготовлению катушек индуктивности для высоковольтного электрооборудования, силовых низковольтных трансформаторов, трансформаторов распределительных сетей. Катушку изготавливают путем намотки на оправку проводника. Перед намоткой проводника на нем формируют изоляционное покрытие. Намотку проводника на оправку осуществляют последовательным наматыванием витков в заданном количестве, получая из них заданное количество рядов. Используют проводник, который приплюснут со стороны поверхности оправки. Намотку первого ряда осуществляют под заданным углом намотки α, а при переходе к последующему ряду витков производят деформацию проводника в двух плоскостях. В плоскости, перпендикулярной оси намотки, проводник подгибают в направлении от намотанного ряда. В плоскости, параллельной оси намотки, проводник подгибают на величину удвоенного угла намотки. Обеспечивается повышение сопротивляемости электрическому пробою. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил., 6 пр.

Поперечный магнит

Наверх