Круглый соленоид

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и) 541205 Союа Советских Социалистических Республик8866 0 осударстеаииый комитет авета Министров СССР по лолам изобретений 3) УДК 538.244.2(71) Заявитель 4) КРУГЛЫЙ СОЛЕНОИД отя жени люй и п 0 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании соленоидов различного целевого назначения, предназначенных, например, для формирования ,магнитных полей с высокой степенью одно)родности.Известные конструкции круглых соленоидов для получения полей с наибольшей протяженностью однородного поля вдоль оси содержат обмотку, осевое сечение которой можно представить в виде одной или нескольких прямоугольных частей с одинаковыми или различными плотностями токов 1.Однако в этих конструкциях в канале соленоида вблизи торцов соленоида всегда остаются достаточно протяженные области, где требуемая степень однородности поля нару ,шается.Известна также конструкция круглого соленоида, предназначенного для получения однородного поля наибольшей протяженности вдоль оси соленоида, содержащая основную обмотку прямоугольного осевого сечения с поперечными кольцевыми пазами и две дополнительные концевые обмотки 21.Конструкция такого типа является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.Недостатком этой конструкции соленоида является наличие в канале соленоида у торцов достаточно пр ых об не.однородным полем.Цель изобретения - повышение однородности магнитного поля внутри канала соле.5 ноида вблизи торцов.Это достигается тем, что в предлагаемомсоленоиде в обмотках у торцов выполнены две наклонные кольцевые щели, медианные по.верхности которых являются конусами с вер шинами, обращенными вне соленоида и расположенными на оси соленоида на расстоянии б от торцов, лежащем в пределах 0(б(гвн где г,п - внутренний радиус обмотки соленоида, а образующие этих конусов составля ют с осью соленоида угол а, лежащий в пределах 40(а(75. В наклонных щелях могут быть размещены добавочные обмотки, вк ченные встречно-последовательно основно дополнительным обмоткам соленоида.На фиг. 1 изображен круглый соленоид,продольный разрез; на фиг. 2 - графики нормированных распределений радиальных составляющих полей на боковой поверхности рабочей области, создаваемых отдельными об мотками; на фиг. 3 - графики нормированных распределений радиальных составляющих полей на боковой поверхности рабочей области для различных случаев совместного действия обмоток; на фиг. 4 - графики нор- ЗО мированных распределений осевых составля5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3ющих полей на боковой поверхности рабочей области для различных случаев совместного действия обмоток.Круглый соленоид состоит из основной обмотки 1 прямоугольного осевого сечения с внутренним радиусом г, и двух дополнительных концевых обмоток, каждая из которых включает в себя две последовательно соединенные части - ближайшую к торцу 2 и другую 3. Основная обмотка имеет поперечные кольцевые пазы 4 и 5. В обмотках соленоида вблизи торцов выполнены две наклонные кольцевые щели 6, Расстояние 6 от вершин конусов, являющихся медианными поверхностями наклонных щелей, до торцов соленоида не превосходит внутреннего радиуса обмотки, а угол наклона образующих этих конусов, обращенных вершинами вне соленоида, составляет с осью соленоида угол а, лежащий в пределах 40(а(75.К полю круглого соленоида предъявляется требование, чтобы оно было однородно в рабочей области 7 с ХН,(г,г)/Н,(0,0) (в, где КН,(, г) =Н,(г, г) - Н,(0,0). Здесь и далее Н,(, г) - радиальная составляющая напряженности магнитого поля; Н,(г, г) - осевая составляющая напряженности магнитного поля в точке с координатами г, г, Начало системы координат совпадает с центром соленоида, ось г направлена по оси соленоида, а г - расстояние от оси соленоида до рассматриваемой точки.Графики на фиг, 2 - 4 иллюстрируют влияние отдельных частей обмоток, пазов и щелей на структуру поля на боковой поверхности рабочей области. В области, ограниченной этой поверхностью, при приближении к оси соленоида однородность поля улучшается.При включении тока в основную обмотку 1 без кольцевых пазов и щелей в канале соленоида создается магнитное поле, радиальная составляющая которого изображается кривой 8 на фиг, 2 и кривой 9 на фиг, 3, а осевая составляющая - кривой 10 на фиг. 4, В этом случае требуемое однородное поле локализовано в центральной части канала соленоида.При включении тока, кроме основной обмотки 1, еще и в ближайших к торцам частях 2 дополнительных обмоток происходит расширение области с требуемой однородностью поля. Кривая 11 на фиг. 2 показывает взятое с обратным знаком распределение радиальной составляющей поля, создаваемого частями 2 дополнительных обмоток. Кривая 12 на фиг.3 показывает распределение радиальной составляющей суммарного поля основной обмотки 1 и части 2 дополнительной обмотки, а кривая 13 на фиг. 4 показывает распределение осевой составляющей суммарного поля в этом случае.Если рассмотреть работу соленоида с основной обмоткой с поперечными кольцевыми пазами 4, 5 и наклонными щелями 6 и включить ток как в основную обмотку 1, так и в 4обе части 2, 3 дополнительных обмоток, то область поля с требуемой однородностью существенно приблизится к торцам соленоида.Кривая 14 на фиг. 2 показывает взятое с обратным знаком распределение радиальной составляющей поля, создаваемого в этом случае обеими частями 2, 3 дополнительных обмоток, пазами 4, 5 и наклонными щелями 6. Кривая 15 на фиг. 3 показывает распределение радиальной составляющей суммарного поля, создаваемого током во всех обмотках 1, 2, 3 с пазами 4, 5 и щелями 6, а кривая 16 на фиг. 4 - распределение осевой составляющей суммарного поля,Из графиков на фиг. 2 и 3 видно, что введение наклонных щелей позволяет существенно уменьшить краевую область, в которой раньше не удавалось добиться компенсации радиальных составляющих, Вследствие этого, как видно из графиков на фиг. 4, уменьшается и протяженность краевых областей, где нарушается требуемая степень однородности поля,Таким образом, применение наклонных щелей позволяет либо при фиксированной длине соленоида увеличить протяженность области с заданной однородностью поля, либо при фиксированной протяженности области однородного поля уменьшить общую длину соленоида. Формула изобрете ния1. Круглый соленоид, содержащий основную обмотку прямоугольного осевого сечения с поперечными кольцевыми пазами и две дополнительные концевые обмотки, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения однородности магнитного поля внутри канала соленоида вблизи торцов, в обмотках у торцов выполнены две наклонные кольцевые щели, медианные поверхности которых являются конусами с вершинами, обращенными вне соленоида и расположенными на оси соленоида на расстоянии б от торцов, лежащем в пределах 0(6(гвн, Где Рвд - внутренний радиус обмотки соленоида, а образующие этих конусов составляют с осью соленоида угол а, лежащий в пределах 40(а(75,2. Круглый соленоид по п. 1, отличающийсяся тем, что в наклонных щелях размещены добавочные обмотки, включенные встречно-последовательно основной и дополнительным обмоткам соленоида.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.1. Монтгомери Д, Б. Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов, М 1971, с. 274 - 293.2. Та 1 аЫго Казцуа, ЯЬоу 1 ОцсЬ 1 апй Аппп- сЬ 1 М 1 поЕ Согпрц 1 аЫопа 1 Эез 1 дп о 1 Зо 1 епоЫ беоте 1 гу 1 ог Ногподепеоцз Оп-АхЬ Е 1 е 1 д.,)арапеззе 1 оцгпа 1 о 1 Арр 11 ед Р 11 уз 1 сз, чо 1. 12, Уо 10, 1973, с. 1572 - 1576.