Соленоид для получения сильных импульсных магнитных полей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<тт987688

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 311280 (21) 3226908/24-07 ($)) + Ял 3

H F 7/18 с присоединениеАА заявки М—

Государственный кттинтет

СССР ло делам изабретеннй и Открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 070183, Бюллетень М. 1

ДЗ) УДК 621. 318.. 433(088, 8) Дата опубликования описания 070183

Л.Л. Федосов н Э.H. Карагйзор,. - "---,. тт

\ P

Х . центральное конструкторское бюро ГлавэяергоремонТф

Е (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СОЛЕНОИД ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛЬНЫХ

ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Изобретение относится к электротехнике и технической физике и может быть использовано в области физиче.ского эксперимента, где необходимы импульсные магнитные поля большой напряженности.

Известна конструкция соленоида для получения сильных импульсных магнитных полей, содержащая обмотку, выполненную в виде металлических дисков с радиальными разрезами, электрически: соединенных последовательно друг с другом кромками дисков, и с изоляционными прокладками между ними P1).

Недостатком этой конструкции является ограниченная возможность получения импульсных магнитных полей большой величины, а также ее пони женная надежность, обусловленная пределами прочности межвитковой изо-. ляции соленоидов, разрушающейся вследствие динамических усилий, возникающих между витками обмотки .

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является конструкция соленоида для получения сильных импульсных магнитных полей, содержащая слоевую обмотку, изоляцию меж- . ду проводниками обмотки, токоподводы и силовой бандаж из диэлектриГ23Недостатками ее являются повышенная стоимость изготовления, обусловленная необходимостью использования при каждом повторном включении новых деталей взамен разрушившихся, еп пониженные эксплуатационные данные, связанные с необходимостью проведения дополнительных подготовительных работ, и пониженная надежность, связанная с частичным разрушением соленоида в процессе эксперимента.

Цель изобретения - снижение стоимости изготовления, улучшение условий эксплуатации и повышение надежности.

Указанная цель достигается тем,, что в соленоиде для получения сильных импульсных магнитных полей, содержащЕм споевую обмотку, изоляцию между проводниками обмотки, токоподводы и.силовой бандаж из.диэлектрика, обмотка по наружному периметру снабжена изолирующими втулками, гибкими соединительныеж проводниками и направляющими штифтами с возвратными элементами, например пружинатве, и элементами фиксации

987688

На фиг. 1 схематически изображен соленоид (;без токоподвода к проводникам внутреннего слоя), общий вид, разрез; на фиг. 2 - размещение проводников сегментов слоев в статическом (складском,) состоянии; на фиг. 3 - размещение проводников сегментов слоев в рабочем состоянии; на фиг. 4 - вариант выполнения соленоида (токоподводы к проводникам сегментов внутреннего слоя не показаны, вид сбоку; на фиг. 5 - две проекции варианта выполнения соленоида с токоподводами; на фиг. бпоперечное сечение соленоида по варианту исполнения внутреннего токоподвода.

Соленоид для получения сильных импульсных магнитных полей содержит

6S послецних, причем;слои обмотки выполнены в виде сегментов, размещенных, начиная с второго слоя, считая от наружного, один против другого в радиальном направлении, изоляция между вторым, считая от наружного, и последующими слоями выполнена так же в виде сегментов и во всех сегментах и бандаже выполнены отверстий, в которых в радиальном направлении соленоида размещены штифты, одни концы которых жестко соединены с сегментами последнего внутреннего слоя, а на других размещены возвратные элементы с элементами фиксации, в отверстиях сегментов проводника . с наружного по предпоследний слой, между штифтами и сегментами размещены изолирующие втулки, а все прилегающие один к другому сегменты проводников соседних слоев, в том числе и сегменты внутреннего слоя с токоподвойами, соединены между собой последовательно посредством гибких соединительных проводников, причем сегменты слоев соленоида вместе с изоляцией, считая с второго, и штиф- >5 ты выполнены с возможностью радиального перемещения к оси симметрии соленоида силовой бандаж выполнен в виде отдельных колец, между которыми размещены токоподводы,, жестко соеди- 30 ненные с сегментами наружного слоя обмотки каждый токоподвод к провод. никам сегментов выполнен в виде кольца из проводящего материала с ра, диальным разрезом, жестко закреплен- 35 ного, например, на силовом бандаже и размещенного на торце соленоида, соосно с ниму токоподвод к проводни кам сегментов внутреннего слоя выполнен в виде беличьей клетки со стержнями, размещенными параллельно оси соленоида, причем кольца выполнены с радиальным разрезом, жестко закреплены, например, иа силовом бандаже и размещены соосно по обе 45 стороны соленоида. слоевую обмотку, изоляцию 1 между проводниками обмотки, токоподводы 2 и силовой бандаж 3 из диэлектрика, обмотка по наружному периметру снабжена изолирующими втулками 4,гибкими соединительными проводниками 5 и ° направляющими штифтами б с возврат« ными элементами 7, например пружинами, и элементами 8 фиксации последних, причем слои обмотки выполнены в виде сегментов 9, ргрмещенных начиная с второго .слоя, считая от наружного, один против другого в радиальном направлении, изоляция 1 между вторым, считая от наружного, и последующими слоями выполнена также в виде сегментов и во всех сегментах и бандаже 3 выполнены отверстия, в которых в радиальном направлении соленоида размещены штифты б, одни концы которых жестко соединены с сегментами последнего внутреннего слоя, а на других размещены возвратные элемен ты 7 с элементами 8 фиксации, в отверстиях сегментов проводника.с наружного по предпоследний слой, между штифтами 6 и сегментами размещены изолирующие втулки 4, а все прилегающие один к другому сегменты проводников соседних слоев, в том числе и сегменты внутреннего слоя с токоподводами 2, соединены между собой последовательно посредством гибких соединительных проводников 5, причем сегменты слоев соленоида вместе с изоляцией, считая с второго, и штифты б выполнены с возможностью радиального перемещения к оси симметрии соленоида; силовой бандаж 3 выполнен в виде отдельных колец, между которыми размещены токоподводы 2, жестко соединенные с сегментами наружного слоя обмотки (фиг.4); токоподвод 2 к проводникам сегментов выполнен в виде кольца (фиг.5) из проводящего материала с радиальным разрезом, жестко закрепленного, например, на силовом бандаже 3 и размещенного на торце соленоида, соосно с ним; токоподвод 2 к проводникам сегментов внутреннего слоя выполнен (фиг. 6) в виде беличьей клетки со стержнями, размещенными параллельно оси соленоида, причем кольца выполнены с радиальным разрезом, жестко закреплены, например, на силовом бандаже 3 и размещены соосно по обе стороны соленоида.

Предлагаемая конструкция соленоида для получения сильных импульс-. ных магнитных полей работает следующим образом.

Соленоид посредством токоподводов 2 может быть подключен к источнику тока, в качестве которого мо» гут быть использованы батареи конденсаторов (по. прототипу).

987688

На Фиг. 2 изображен участок соленоида, в котором сегменты 9 размещены один рядом с другим, поскольку последние подтягиваются возвратными элементами 7. При разряде батареи конденсаторов на соленоид в слоях последнего (на фиг. 3 показаны стрелкамк) протекает ток, причем в двух рядом лежащих смежных слоях направление тока противоположное, в результате чего слои стремятся оттолкнуться один от другого. Эти уси° лия отталкивания согласно второму закону Ньютона. действуют в равной степени как к центру соленоида, так и к его наружной поверхности. По наружной поверхности, по всему периметру. наружного слоя обмотки выполнен силовой бандаж, воспринимающий эти усилия, а противоположно направленные усилия воздействуют на сегменты слоев обмотки, сдвигая их к центру в радиальном направлении.

Токопроводящие гибкие соединительные проводники 5 являются переходной электрической связью между сегмента. вж 9 слоев обмотки, причем эти про-,. ,водники целесообразно выполнять .(для сохранения наибольшего их еечения ) по всей аксиальной длине сей ментов, припаивая их, например, к смежным кромкам сегментов двух соседних слоев обмотки. Кроме того, длину этих проводников также необходимо выбирать с тем расчетом (Фиг. 2 и 3), чтобы не происходило их защемление при возврате сегментов в исходное (фиг. 2) положение соседними сегментация, расположенными рядом.

Количество слоев проводника соленоида выбирается из следующих соображенийг конструктивных — необхо- . димостью создания заданного рабочего объема внутри соленоида при известности сечения проводников в Функции тока и внешних габаритов соленоида соответственно технологических — необходимостью сборки многослойной конструкции соленоида, для которой необходнма тщательная сборica (.ïàéêà) и подгонка всех элементову расчетных — обусловленных вре менем срабатывания соленоида.

В этом случае основным фактором работоспособности соленоида является его постоянная времени.

Физически концентрация магнитного поля в рабочем объеме соленоида, заключенном между сегментами внутрен- . него слоя обмотки, происходит следующ м образом.

Магнитный поток в рабочем объеме нарастает с какой-то задержкой, обусловленной ЭДС самоиндукции соленоида, которая зависит от числа витков и направления тока в витках. Соответственно в двухслойном соленоиде, где направление тока в слоях противоположное,. ЭДС самоиндукции стремится к нулИ. Соответственно и рост магнитного потока в центре соленоида происходит почти мгновенно, одна. ко его:относительная величина невелика, поскольку -данная конструкция приближается в бифилярной. И лишь при удалении проводников один от () другого за счет сил отталкивания будет происходить увеличение последнего в рабочем объеме. Вместе с тем при движении сегментов внутреннего слоя обмотки к центру соленоида при15 заданной величине тока в них сечение рабочего объема сужается, благодаря, чему возрастает напряженность магнитного поля в этом объеме. Кроме того, некоторое приращение магнитно»

2О го поля происходит и за счет удаления один от другого двух бифилярных слоев.

В трехслойном соленоиде начальная величина магнитного поля несколько больше, чем в двухслойном, поскольку направление тока в первом и третьем слоях одинаковое, что созда ет воэможность магнитному потоку за" махаться в пространстве вокруг соленоида через рабочий объем. Одна4 ко наличие среднего (четногоу слоя с противоположным направлением тока дает некоторое уменьшение величины магнитного потока or двух крайних слоев. При срабатывании соленоида

35 прои,о,т „т же пр,,цесс,новен наго сужения сечения рабочего объ-. .ема, обусланливающий увеличение на пряженности магнитного поля.

4О Все изложенное выше для двухи трехслойной конструкции соленоидов распространяется и на конструкции соленоидов с четным и нечетным коли-, чеством слоев соответственно, т.е. 5 многослойных.

Эффективность работы соленоида определяется требованием. непременного наличия тока в слоях до окончания срабатывания соленоида, которое определяется, в свою очередь,-мас сой движущихся частей обмотки, т.е. их инерцией. Это время ориентировочно составляет 0,02-0,05. с.

При выполнении конструкции наибо-" лее целесообразны варианты, указанные на фиг. 4 (по наружному токо- . подводу) и фиг, б (по внутреннему) .

Такое сочетание определит. стррго параллельное и взаимно встречное направление токов во всех ветвях соленоида. Вариант выполнения на фиг. 5 предопределяет направление тока в наружном и внутреннем слоях (,для трехслойной конструкции и кон струкции с нечетным числом слоев

65..под углом к направлению тока в чет98768В ных слоях, что снижает эффективность его работы.

Число сегментов слоев определяется из конструктивных соображений, а число сегментов наружного слоя— из удобства подсоединения токоподводящих шин к токоподводам соленоида и их взаимному присоединению.

Наилучшим вариантом исполнения с точки зрения перераспределения тока в сечении проводников наружного слоя является вариант с числом сегментов наружного слоя, равным числу сегментов последующих слоев.

Разрез в кольцах токоподводов выполнен для исключения образования короткозамкнутого витка на пути маг- нитного потока соленоида.

Изолирующие втулки могут быть выполнены из материала с низким коэффициентом трения, например фторопласта.

Формула изобретения

1. Соленоид для получения сильных импульсных магнитных полей, содержащий слоевую обмотку, изоляцию между проводниками обмотки, токоподводы и силовой бандаж иэ диэлектрика, отличающийся тем, что, с целью снижения себестоимости изготовления, улучшения условий эксплуатации и повышения надежности, обмотка по наружному периметру снабжена изолирующими втулками, гибкими соединительными проводниками и направляющими штифтами с возвратными элементами, например пружинами,-и элементами фиксации последних, причем слои обмотки выполнены в виде сегментов, размещенных, начиная с второго слоя,,считая от наружного, один против другого в радиальном направлении, изоляция между вторым, считая от наружного, и последующими слоями выполнена также в виде сегментов и во всех сегментах и бандаже выполнены отверстия, в которых в радиальном направлении соленоида размещейы штифты, одни концы которых жестко соединены с сегментами по1 следнего внутреннего слоя, а на других размещены возвратные элементы с элементами фиксации, в отверстиях сегментов проводника с наружного по предпоследний. слой, между штифтами и сегментами размещены изолирующие втулки, а все прилегающие один к другому сегменты проводников сосед10 них слоев и сегменты внутреннего слоя с токоподводами соединены между собой последовательно посредством гибких соединительных проводников, причем сегменты слоев соленоида вмес15 те с изоляцией, считая с второго, и штифты,выполнены а воэможностью радиального перемещения к оси симметI рии соленоида

2. Соленоид по п. 1, о т л и—

20 ч а ю шийся тем, что силовой бандаж выполнен в виде отдельных колец, между которыми размещены токоподводы, жестко соединенные с сегментик наружного слоя обмотки.

3. Соленоид по п. 1, о т л и— ч а ю щ,и и с я тем, что каждый токоподвод к проводникам сегментов выпОлнен в виде кольца из ° проводящего материала с радиальным разрезом, жестко закрепленного, например, на силовом бандаже и размещенного на торце соленоида, соосно с ним.

4. Соленоид по пп, 1 и 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что токоподвод к проводникам сегментов внутЗ5 реннего слоя выполнен в виде беличьей клетки со стержнями, размещенными параллельно оси соленоида, причем кольца выполнены с радиальным разрезом, жестко .закреплены, например, на си40 ловом бандаже и размещены соосно по обе стороны соленоида.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Карасик В.P. Физика и техника

45 сильных магнитных полей. N., "Наука", 1964, с. 134-135.

2. Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. И, "Мир", 1972 с. 262. фиг. 9-24.

987688

Составитель И. Якимец

Редактор А. Ворович Текред А. Бабинец Еорректор С.. 83erc

Заказ 10315/40 Тирах 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного кожтета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раукская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4