Поперечный магнит

СОНИ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН (19)Э174286 1 Г 5/02 У Саид ТОРСК портно Колмако е сильны сидов." ЯЪ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Брянский институт трмашиностроения(57) Использование: в аппаратуре длясоздания магнитных полей. Суц(ностьизобретения: соединитель представляет 2собой обмотку постоянной толщины 2, намотанную на каркас 1 так, что поле, создаваемое обмоткой, перпендикулярно оси каркаса. Каркас выполнен желоЬообразным, причем размеры поперечного сецения оЬмотки постоянной толщины определяются соответствующими соотношемями, 1 ри использовании изоЬретения эффект заклюцается 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.3172869ние относится к техничес"продольного соленоида, где виток являИзобретение отное а именно к аппаратуре для ется круговым, с осью, параллельнойкой физике, а именнк я е лообсоэдания магнитныхнитных полей, обрэзующеи цилиндра. Такая с дВ эксперименталь ойьной физике и тех- разная катушка при пропускании через5нике неоЬходимы ма6 ы магнитные системы1 нее электрического тока с определен"позволяющие измерять непрерывные уг- ной зависимостью плотности тока обра"ловые зависимости расти зличных характе- зует однородное магнитное поле, напристик материаловлов в магнитном поле, равленное перпендикулярно оси цилиндОс ествить это в полости обычного - 1 О ра,ущессоленоида затрудни .тельно или невозмож" Основным недостатком катушки явля"но для оЬразцов доЬ з ов достаточно больших ется то, что для получения высокоодбмот"размеров ввиду омал го внутреннего нородного магнитного поля через о мот"диаметра а соленоида. Увеличение диа- ки магнита необходимо пропускать эле"метра не всегда вода озможно так как 15 ктрический. ток с определенной завиприводит к падению н апряженности маг- симостью плотности тока, что являетсянитного поля соленоида.н ида Кроме того сложной технической задачей, особенно1соленоиды, дающие о днородное поле при создании магнитов для больших зна 1характеризуютсяя малым отношением диа- чений напряженности магнитного поляметра й к длине 1 (й/1). Уже для Ю и импульсных магнитов. Использованиед/11/3 однородность поля хуже чем в конфигурации, подобной седлообраз"53, Поэтому большая часть задач по ной катушке, тока с постоянной по всеизмерению углгловых,зависимостей реша" му сечению обмотки плотностью привоется с йомощью. Устройств, называемых дит к значительному падению степенисистемой катушек Гельмгольца. Это две 25 однородности магнитного поля в рабоплоские катушки, по которым пРопуска- чей зоне. Кроме того, изменение чисется электрический ток так, чтобыла витков от слоя к слою затрудняетрезультирующее поле в области между, изготовление магнитов для сильных покатушками ыло равб ло равно сумме полей соз- лей в которых обмотки достигают зна- .Ф Фдаваемых каждой катушкой. В эту цент ЗО чительнойтолщины,ральную о ласть иб т помещаются исследуе ель изобретения - получение маке обаэ ы. симальной величины поля при заданномОсновным недостатком системы ка- значении площади поперечного се чениятушек 1 Гельмгольца является то, что обмотки, а значит, величине полногомаксимальное значее значение магнитного поля . тока и повышение однородности поля вдостигается не в цен раентральной области З 5 рабочей зоне путем подбора оптимальсистемы. Кроме того, поле цен рполе центральной ной конФигурации поперечного сеченияоЬмотки магнита.области недостаточно однородно йля указанная цель достигается тем,используемых при магии ых что при постоянной толщине обмоткиагнитных измеренияхсистем отклонение величины поля в ра-дполовин желобообразной формы, располоНапример, для д ух у у женных с зазором между ними.в х кат шек внутренниммм асположенрКриволинейный участок каркаса обмм внешним. 35 мм, длинойасположенных на расстоянииразует кривую, описываемую функцией12 мм одна от другой, на расстоянии3 мм от центра системы вдоль осей ли- (1 с) и хнии отклонение величины поля от поляКв центре состаляет 2,3 б.НаиЬолее близким по технической . причем при заданных площади Б сечениясущности к изобретению является седло" обмотки, площади Ч и размере г рабо-.обраэная катушка, создающая однородное чей зоны основные размеры обмоткимагнитное поле,. которая состоит изтолщина Э и полуширина поперечного. каркаса в виде цилиндра и двух обмо- сечениясвязаны зависимостьюток, расположенных на поверхности цилиндра так, что их оси перпендикулярны образующей цилиндра. Основная часть 55витка обмотки представляет собой два , остальные размеры ограничены соотнопрямолинейных проводника, параллель- шенияминые образующей. цилиндра, в отличие от1742669 0,5 гЕ . О,бг;0,Дг где й - полуширина зазора,Е - полудлина центрального прямолинейного участка;О( - длина криволинейного участка;а-.численные коэффициенты;а,=(0, 70+0, 10)г; а =(0,07+= -О, 16 г; а =(0,05"0,04)г.Численный эксперймент, в.которомисследовались разнообразные конфигурации сечения поперечного магнита,имеющего форму сектора, различнойформы сегментов, прямоугольника, прямоугольника с разными по Форме выступами, показал, что выбор каркаса желобообразным является оптимальным.Такая конфигурация каркаса позволяетподобрать необходимые соотношенияразмеров обмотки одновременна приэтом реализуется наиболее простой вариант технологии изготовления попе"речного магнита.Величина магнитного поля в центремагнита при заданных величинах В иЯ сильно зависит от соотношения междуразмерами В иНаилучшее соотношение между 0 ий найдено.с помощью оптимизационной,процедуры из условия максимальной ве"личины поля при заданной площади сечения обмотки .Величина зазора й также должнабыть оптимальной. Ири малом зазоре.возрастает превышение величины маг"нитного поля в точках перехода рабочей зоны в зону зазора над полем в.центральной точке и увеличиваетсякрутизна криволинейного участка. При,большом зазоре падает величина поляв рабочей зоне и сильно ухудшаетсяоднородность поля в рабочей зоне. Величины й, Е, М, и коэффициенты а в Формуле для функции й(х), представленной в виде стандартного разло",жения в ряд по косинусам, йайдены с помощью оптимизационной процедуры из . условия, минимума Функционала, являюще" гася характеристикой степени одно" родности магнитного поля (дисперсия) Р ав5 о где Н(х,у) - магнитное поле в рабочейзоне магнита в точке.с координатами (х,у);Б - площадь в рабочей зоне,где магнитное поле должно быть мак"симально однородно.Прямолинейные участки проводниковдолжны иметь длину 1, превышающуЮразмер г рабочей зоны не менее чемв 7-10 раз, дальнейшее увеличение дли 1 р ны 1 несущественно для однородностиполя в центральной области, магнита.Конфигурация проводников на концахпрямолинейных участков выбирается изсоображений обеспечения доступа в ра бочую зону соленоида и минимальной деформации проводников.Стандартные электродинамическиерасчеты показали, что отклонение ре"ального витка от плоскости, в которой 3) лежат прямолинейные участки, практи"чески не сказывается на однородностираспределения магнитного поля в рабочей зоне.В конечном счете однородность определяется площадью витка, р 5 слабо зависящей от небольших отклонений реального витка в пространстве,Превышение велимины поля во внутренних точках обмотки относительнополя в рабочей зоне магнита составляетне более Ч"6, что существенно увеличивает эффективность использованиямощности электрического токав случаеизготовления магнита из сверхпроводящего материала по сравнению со сверхпроводящей системой Гельмгольца,Получение однородного магнитногополя в большей части внутреннего объема магнита особенно важно для измере"ния угловых зависимостей при низкихтемпературах, когда размеры магнитаограничены в связи с необходимостьюпомещать его в дьюары с жидким азотомили гелием. В то же время для современных исследований магнитных материалов требуются измерения на.образ 5 цах достаточно больших Размеров (порядка миллиметров и десятков миллиметров).Сопоставительный анализ с известной катушкой, что предлагаемый магнит отличается видом поверхности, за"дающей конфигурацию каркаса, на который наматывается обмотка, состоящаяз слоев с постоянным числом витков,также использованием электрического 5 тока постоянной плотности. 1На чертеже показан магнит, сечениеперпендикулярное образующей цилиндрической поверхности каркаса.(О 05+0 04)соз4 хЭ 0,5Е0,6 г; 0,4 Й О( 4 О, 7 г; 174Поперечный магнит состоит из каркаса 1 желобообразной формы и обмотки2, Прямолинейные участки витков укладываются вдоль образующей,При пропускании электрическоготока по обмотке 2 во внутреннем объе".ме каркаса 1 создается магнитное по-:ле однородное на большей части плоУччщади рабочей зоны в ее центральнои. области . При любом нап ра влении тока1 в обмотке магнитное поле Н в центремагнита направлено перпендикулярнообразующей цили ндрической поверхнос"ти.Пример. Рассмотрим магнитную систему, имеющую следующие размеры, мм:размер рабочей зоны =Ь; длина прямолинейных участков 1=70; толщина обмотки П=18,8; полуширина поперечного сечения обмотки с=12,3; полуширина зазора Й=З; полудлина центрального прямолинейного участка Е =3,5,длина криволинейного участка Ы =3,3;коэффициенты в формуле для й(х):а= 4,502; а= 0,425; а = 0,600;а = -0,955; ы 5=-0,Ь 56о ф8 центре магнита величина магнитного поля Нд в эрстедах определяется соотношением Но = К, где К == 10 М,9 Эмм/А; 1 " плотность тока,А/мм. В радиусе 3 мм в центре магнита дисперсия величины поля не превышает 2,6 1 ОСоздание поперечного магнита предлагаемой конфигурации с относительнобольшой рабочей зоной, в которой образуется высокооднородное магнитноеполе, позволяет повысить точностьмагнитных измерений, существенно упростить определение угловых зависимостей различных величин, так как исследуемый оЬразец может быть помещенгде г - расстояние от центра магнитадо каркаса;г - полуширина поперечного сечения обмотки;х - текущая координата;Ф " константа = 3,1415926 размеры поперечного сечения обмотки определяются соотношениями в рабочей зоне с поворотным устройством, позволя ющим плавно менят ь ориентацию оЬразца относительно магнитногополя магнита, Это особенно важно дляисследования ориентационных зависимостей многих физических величин:намагниченности, изотерм магнитострикции,дифференциальной восприимчивости, теп О лоемкости и т,д для построения Фазовых диаграмм и является решающим фактором в случае существования анома"лий величин в узком диапазоне углов.Кроме того, в случае изготовления маг" 15 нита из сверхпроводящего материаласущественно увеличивается эффектив-.ность использования мощности электри"ческого тока по сравнению со сверх"проводящей системой Гельмгольца. Кон Фигурация каркаса магнита достаточноехнологична, так как не содержит выступов или пазов, а также крутых переходных линий, усложняющих намоткумагнита.25формула изобретения 1, Поперечный магнит, содержащийкаркас и расположенную на нем обмот- ЗО ку, выполненную из витков проводников, оси витков перпендикулярны образующим каркаса, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения значения магнитного поля и повышения однородности, каркас выполнен 35 из двух одинаковых половин желобообразной формы, расположенных с зазороммежду ними, а обмотка выполнена с пос"тоянной толщиной.2. Магнит по и. 1, о т л и ч а ю" 4 О щ и й с я тем, что криволинейный участок желобообразного .каркаса определяется функцией10)+(0,07+0,01)сов в + В 4 ГО 35дбО 50 гэ йй где П - толщина оЬмотки;742869 Составитель Н, КолмаковаТехредЛ.Олийнык Корректор И. Самборская Редактор 8, Петраш Заказ 2288 Тираж . ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР113035, Москва, Ж,.Раушская наб., д. 4(5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 й - полуширина зазора;2 - полудлина центрального прямолинейного участка; 10Ы, " длина криволинейного у част ка 1Б - площадь сечения обмотки;- площадь рабочей эоны.