Способ изготовления сверхпроводящего соленоида

(19) 4 Н 01 Г 41/06 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Е ИЗОБРЕТ ИДЕТЕЛЬСТВУ КОМ А юл. У 28конструкторско- бюро Донецкого фио института АН УкГавриш, А.Я. Лаптиеннко и Ю.В. Правда8.44 (088.8)кое свидетельство, Сл. Н 01 Р 27/28, 19ядерная физика. Выпермякова В.В. и др. о, СР 6,(21) 3299905/24(54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕРХ. ПРОВОДЯЩЕГО СОЛЕНОИДА, включающий получение непрерывной обмотки с корректирующим пазом и переходными участками намоткой провода на каркас, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения магнитных характеристик и повышения надежности за счет исключения замыкания витков, на переходном участке обмотки с одного диаметра корректирующе.го паза на другой по его торцу спирально укладывают слой вспомогательного провода от внутреннего диаметра паза к наружному, диаметром., равным диаметру провода обмотки, с последующим его замещением от наружного витка проводом обмотки.9403 3 45 50 55 1 103Изобретение относится к областиэлектротехники и может быть использовано для получения высокооднород-ных магнитных полей с помощью сверхпроводящих. соленоидов с непрерывнойэлектрической обмоткой.Известен способ изготовленияэлектрических катушек, основанныйна намотке проводников на оправку,при этом намотку производят прикатыванием проводника к неподвижнойоправке последовательно виток навиток.Способ обеспечивает намотку спирали в направлении от внутреннегок наружному диаметру, но не обеспечивает спиральной намотки в, обратном направлении,Известен также способ изготовления сверхпроводящего соленоида,наиболее близкий к настоящему,включающий два случая:а) если высота паза равна четному числу слоев, то вначале заполняютобмоткой часть каркаса до уровняпаза, затем наматывают слой по наружной поверхности паза, причем провод с помощью спиральной канавки,проделанной в пазе, опускают на каркас, после чего наматывают остальную часть соленоида;б) если высота паза равна нечет"ному числу слоев, то часть сверхпроводника с основной катушки сматываютна дополнительную катушку. Затеизакрепляют соосно каркас и основнуюкатушку, как единое целое, на намоточном станке, укладывают провод вразрез внутреннего паза и, вращаякаркас соленоида и основную катушку,наматывают часть соленоида до уровняпаза проводом с дополнительной катушки, конец выводят наружу; дальнейшую намотку осуществляют проводом с основной катушки,Указанный способ имеет недостатки: в первом случае спиральный переход длиной в 0,5-1 витка, выполненный в теле паза, вносит асимметрию в обмотку, что сказывается на однородности магнитного поля. Кроме того, пересечение переходного участка с витками. обмотки создает опасность замыкания витков в этом месте и выхода соленоида из строя;во втором случае провод, пропущенный через прорезь в пазе, располага 5 1 О 15 20 25 30 35 40 ется вблизи рабочего объема соленоида и направлен под прямым углом к остальным виткам обмотки, что сильно сказывается на однородности магнитного поля, создавая дополнительную радиальную составляющую вектора магнитного поля.Как в первом, так и во втором случае в переходных местах провод меняет направление намотки и сильно деформирован, что пожет привести к повреждению сверхпроводящих жил (обрыву или появлению трещин) или электрической изоляции и, соответственно к снижению критических параметров.Цель изобретения - улучшение магнитных характеристик и повышение надежности за счет исключения замыкания витковЭто достигается тем, что в способе изготовления сверхпроводящего соленоида, включающем получение непрерывной обмотки с корректирующим пазом и переходными участками намоткой провода на каркас, на переходном участке обмотки с одного диаметра корректирующего паза на другой по его торцу спирально укладывают слой вспомогательного провода от внутреннего диаметра паза к наружному, диаметром равным диаметру провода об" мотки, с последующим его замещением от наружного витка проводом обмотки.На фиг.1 (а,б) представлен соленаид с внутренним и наружным корректирующими пазами, разрез, на фиг,2- схема устройства, реализующего спиральную укладку сверхпроводящего провода по торцу корректирующего паза; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2, на фиг,4 (а,б,в) " последовательность выполнения спиральной укладки сверхпроводящего провода. Соленоид содержит каркас 1 с элементом коррекции - внутренним или наружным корректирующим пазом 2, На каркасе 1 размещена обмотка соленоида, условно разбитая на три части 3-5 в соответствии с последова тельностью ее намотки.Первая часть 3 обмотки (фиг.1,а) это послойно уложенный в обмотку сверхпроводник на высоту корректирующего паза 2, включая один слой по всей наружной поверхности указанного паза, Вторая часть 4 обмотки - это спирально уложенный сверхпроводник по торцу паза 2 в направлении от на3 10394 ружного диаметра паза к внутреннему. Третья часть 5 обмотки - это послойно уложенный в обмотку сверхпроводящий провод, заполняющий пространство между пазом 2 и каркасом 1 и далее, до получения требуемого диаметра обмотки соленоида.Для выполнения перехода в виде спирально уложенного по торцу корректирующего паза 2 сверхпроводящего 10провода используют дополнительноеустройство, представляющее собойкольцо 6 с секторообраэным вырезом7. Кольцо 6 располагается от торцапаза 2 на расстоянии, равном диаметру укладываемого провода, и фиксируется неподвижными элементами, в данном случае кольцами 8, стянутыми между собой шпильками 9.Способ намотки сверхпроводящего20соленоида с корректирующим внутренним пазом осуществляют следующим образом.Вращая каркас 1 в определеннуюсторону, наматывают сверхпроводящий 25провод, заполняя пространство междукаркасом 1 и пазом 2. При достижениивысоты обмотки, равной высоте паза 2,наматывают еще один слой провода,покрывая им всю наружную поверхность Зопаза, При выходе наматываемого сверх" проводящего провода на торец корректирующего паза дальнейшую намотку сверхпроводящего провода прекращают, Сверхпроводннк вместе с подающей катушкой фиксируют, В результате полу 35 чается первая часть 3 обмотки соленоида до начала перехода сверхпроводящего провода с наружного диаметра на внутренний.40Для выполнения второй части 4 обмотки на внутреннем диаметре паза закрепляют начало вспомогательного провода, диаметр которого берут рав- ным диаметру наматываемого сверхпро водника, и на каркас 1 устанавливают устройство фиг.2), с помощью которого осуществляют спиральный спуск по торцу паза 2. Для этого на каркас 1 устанавливают кольцо 6, прижимаю щее начало вспомогательного провода 10 к торцу паза 2Плотную фиксацию положения кольца 6 обеспечивают кольцами 8. Вспомогательный провод пропускают через секторообразный вырез 55 7 кольца 6, которое начинают вращать в сторону, противоположную первоначальной намотке сверхпроводника 03(фиг.4,а). В результате обеспечивается плотноупакованная спиральная намотка вспомогательного провода 1 О на торце паза 2 в направлении от его внутреннего диаметра к наружному. После этого освобождают ранее зафиксированный сверхпроводник вместе с подающей катушкой и заводят его в секторообраэный вырез 7 кольца 6, где находится и конец вспомогательного провода. Вращая кольцо 6 в сторону, противоположную вращению при намотке вспомогательного провода 10, т.е, в сторону вращения каркаса при намотке части 3 соленоида, замещают вспомогательный провод 10 на торце паза сверхпроводником 11 (фиг.4, б,в) в направлении от наружного диаметра паза к внутреннему, образуя часть 4 обмотки, При этом наматываемый сверх- проводник необходимо смазывать клеящим веществом, в частности клеем или эпоксидной смолой. Уложив последний виток спирали по торцу паза, устройство убирают и производят обычным способом домотку оставшейся части соленоида, т.е, части 5. Таким образом осуществляют намотку соленоида, выполненного с внутренним корректирующим пазом. Способ намотки сверхпроводящего соленоида с корректирующим наружным . пазом осуществляется следующим образом Вращая каркас 1 в определенную сторону, наматывают сверхпроводящий провод, заполняя пространство между каркасом 1 и пазом 2 до уровня, на один слой меньше внутреннего диаметра паза и далее, по одну сторону от паза, до наружного диаметра соленоида с зазором между торцом паза и обмоткой, равным диаметру сверхпроводника (фиг.1,6). Таким. образом получается часть 3 обмотки соленоида. При этом укаэанные зазоры между пазом и частью 3 обмотки оставляются с целью сохранения симметрии соленоида при последующем выполнении спирального спуска части 4 и части 5 обмотки. Намотку спирального спуска части 4 осуществляют в той же последовательности, как и в случае соленоида с внутренним корректирующим пазом, с той лишь разницей,что фактическая намотка спирального .спуска выполняется не по торцу паза 2, а по. торцу обмотки 3предварительно (в процессе намотки) зафиксированной1039403 б Техред И.Попо дактор Л. Письм орректор Е. охма Заказ 41 Тираж 643 ВНИИПИ Государств по делам изобр 113035, Москва, ЖПодписноенного комитета СССРтений и открытийРаушская наб., д. 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная послойной промазкой эпоксидной смолой. После выполнения части 4 обычным способом доматывают часть 5 обмотки соленоида.Таким образом, применение описанного способа изготовления сверхпро" водящих соленоидов с корректирующим внутренним и наружным пазами исключает прямолинейные участки сверхпроводящего провода, искажающие однородность магнитного поля.Кроме того, применение спирального перехода уменьшает вероятность замыкания части обмотки накоротко, таккак в этом случае механический контакт между витками осуществляется повсей их длине, а не в отдельных точках. Кроме того, применение способа.позволяет изготавливать обмотки слож О ных форм, например, когда соленоидимеет паэ в сечении не прямоугольный, а трапециевидный или овальный, а также в случае выполнения апертурных или. секционированных соленоидов.