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.