Устройство для создания однородного переменного магнитного поля

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания однородного переменного магнитного поля. Технический результат состоит в снижении мощности питающего источника для получения заданного уровня магнитного поля в рабочем пространстве устройства. Устройство содержит верхнюю и нижнюю катушки Гельмгольца и снабжено шихтованным магнитопроводом, выполненным с двумя цилиндрическими полостями с верхним и нижним торцевыми полюсами, в которых установлены катушки Гельмгольца. К последовательно включенным катушкам Гельмгольца подключен конденсатор и питание образованного последовательного контура осуществляется током резонансной частоты образованного колебательного контура. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к технике электромагнитов, создающих переменные во времени магнитные поля среднего и высокого уровнней величин, большой радиальной и аксиальной протяженности и высокой однородности. Такие электромагниты используются в эксперементальной физике и могут быть применены при создании авторезонансных ускорителей.

Известен бетатрон, см. Ананьев Л.М., Воробьев А.А., Горбунов В.И “Бетатрон и его применение”, Томск, 1962, стр. II-19. В бетатроне ускорение электронов осуществляется вихревым электромагнитным полем межполюсного пространства. Сам электромагнит шихтованный и собирается из листов тонкой электрической стали. Обычно это пакет яремного типа, традиционно для типовых трансформаторов. Обмотки бетатрона располагают на полюсах магнитопровода. Это аналог предлагаемого изобретения.

Прототипом предлагаемого изобретения являются катушки Гельмгольца, которые содержат две соосные идентичные катушки, размещенные на расстоянии радиуса этих катушек. Недостатком прототипа является то, что большая часть магнитного поля создаваемого катушками, распределена вокруг катушек, т.е. вне рабочего пространства, которое локализовано между катушек и ближе их оси.

Вторым прототипом предлагаемого изобретения является соленоид Ишкова 2364000, который состоит из прямоугольной обмотки, которая окружена монолитным магнитопроводом броневого типа. Недостатком этого прототипа является монолитность внешнего магнитопровода, которая не позволяет работать ему в режиме возбуждения постоянным током.

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства, создающего однородное переменное магнитное поле большой радиальной и осевой протяженности и эффективно преобразующего энергию переменного электрического тока в переменное магнитное поле.

Сущность предлагаемого изобретения сводится к применению шихтования магнитопровода, которое позволяет питать катушки переменным током, а подключение к катушкам конденсатора позволяет использовать еще и явление резонанса, которое снижает мощность питающего источника для достижения того же уровня магнитного поля в рабочем пространстве катушек.

В качестве примера предлагаемое изобретение показано на чертежах.

Фиг.1 - диаметральное сечение устройства.

Фиг.2 - вид сверху, верхняя часть магнитопровода снята.

Фиг.3. - форма пластин, составляющих магнитопровод.

Фиг.4. - электрическая схема устройства.

Устройство состоит из катушек 1 и магнитопровода 2. Катушки изготовлены из медного изолированного провода посредством плотной равномерной намотки на шаблон. Катушка верхняя размещена над нижней на расстоянии среднего радиуса R между медианных плоскостей катушек 3.

Магнитопровод 2 шихтованный и состоит из секторов 5, каждый их которых собирается на клею из пластин тонкой электрической стали 6 в форме прямоугольных уголков одинаковой высоты и разного радиального размера r для каждого сектора 5. Внутри каждого уголка есть прямоугольный вырез для катушки 1. Такая радиальная вариабельность обеспечивает необходимое заполнение сектора сталью.

В целом магнитопровод состоит из двух идентичных цилиндрических полостей 8. Плоскость полюса 4 совпадает с медианной плоскостью катушек 3.

Действует устройство следующим образом.

При протекании электрического тока по катушкам в магнитопроводе возникает магнитный поток, линии магнитного поля B которого проходят из верхнего полюса 4 к нижнему по нормали к плоскостям полюсов 4. Для катушек без магнитопровода уровень магнитной индукции В в медианной плоскости радиального возрастает. Применение магнитопровода указанной формы перераспределяет поток линий магнитного поля катушек, повышая однородность магнитного поля в рабочем пространстве между полюсами магнитопровода 4. В центральной приосевой части толщина торцовой части магнитопровода больше, чем на периферии, а в целом сечение магнитопровода равновелико по всей длине магнитного поля.

Применение внешнего магнитопровода сокращает длину магнитных линий, соответственно снижается внешнее магнитное сопротивление, что приводит к увеличению уровня магнитного поля в рабочем пространстве устройства.

Шихтованность магнитопровода позволяет применять переменный ток для питания катушек, а применение конденсатора, подключенного параллельно последовательно включенным катушкам, позволяет использовать явление резонанса токов в образованном колебательном контуре. При резонансе снижается потребляемая мощность питающего источника для достижения заданного уровня магнитного поля в рабочем пространстве устройства.

Современные катушки Гельмгольца и их усовершенствованные варианты представлены в книге Штамбергер Г.А. “Устройство для создания слабых постоянных магнитных полей” Новосибирск. 1972. изд Наука, сиб. отделение.

1. Устройство для создания однородного переменного магнитного поля, содержащее верхнюю и нижнюю катушки Гельмгольца, отличающееся тем, что оно снабжено шихтованным магнитопроводом, выполненным с двумя цилиндрическими полостями с верхним и нижним торцевыми полюсами, в которых установлены катушки Гельмгольца/

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к последовательно включенным катушкам Гельмгольца подключен конденсатор, и питание образованного последовательного контура осуществляется током резонансной частоты образованного колебательного контура.