Магнитокумулятивный преобразователь энергии

(5)5 Н 02 Й 11/ОО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) МАГНИТОКУМУЛЯТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ(57) Изобэтение относится к устройствам импульсной техники и может быть использовано е экспериментальной и технической физике для создания мощных импульсов тока, Цель изобретения - сокращение времени ввода генерируемой электромагнитной энергии в потребитель при одновременном снижении массы преобразователя, Устройство состоит из одновиткового пассивного соленоида 1 с разрезом диаметрально зазору, образованному концами соленоида, циЯ 2 1369653 А 1 линдрической активной оболочки 5 с разрезом с зарядом ВВ 7 и капсюль-детонатором 8, Торцы заряда 1 прикрыты инертными изоляционными каскадами 9, Выход к потребителю энергии 10 через ключ 11 замыкания присоединен к концам разреза соленоида 1. Устройство для создания начального магнитного потока выполнено постоянными магнитами 12 с магнитопроводом 13, Между соленоидом 1 и магнитопроводом 13 проложена изоляция 16. Часть магнитотвердого материала постоянных магнитов 12 может быть заменена магнитомягким материалом в форме соосных цилиндров. Устройство для создания начального магнитного потока может быть выполнено в виде магнитопровода 13 с катушкой начального возбуждения, Новым в устройстве является то, что магнитопровод 13 охвачен катушкой 17 конечного намагничения, концы которой и параллельно им потребитель энергии через ключ замыкания подключены к концам разряда соленоида. 2 з.п.ф-лы, 7 ил, 1369653Изобретение относится к устройствам импульсной техники, способным генерировать большие короткоимпульсные токи в потребителях электромагнитной энергии, может быть применено в экспериментальной и технической физике быстропротекающих процессов.Целью изобретения является сокращение времени ввода генерируемой электромагнитной энергии в потребитель при одновременном снижении массы преобразователя.На фиг.1 изображен преобразователь энергии с начальным магнитным потоком от постоянных магнитов, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1; на фиг.З - разрез Б - Б на фиг.1; на фиг,4 а - постоянный магнит, в котором часть магнитотвердого материала заменена магнитомягким материалом, поперечный разрез; на фиг.4 б - разрез В-В на фиг.4 а; на фиг.5 - преобразователь энергии с начальным магнитным потоком от катушки начального намагничения (от электромагнита), продольный разрез; на фиг.б - разрез Г - Г на фиг,5: на фиг.7 - разрез Д-Д на фиг.5,Преобразователь состоит из проводящего контура сжатия, выхода к потребителю л устройства для создания начального магнитного потока.Проодщий контур саи (см,фиг.1,2 и 5,6) обьединяет в себе одновитковый пассивны й соленоид 1 с разрезом 2 диаметрально зазору 3, образованному концами соленоида, с контактными пластинами 4; ц:1 пиндрическую активную оболочку 5 с разрезом 6, с зарядом ВВ 7, с капсюль-детонатором 8, вынесенным за пределы заряда ВВ 7, а детонация от капсюля 8 к заряду ВВ 7 передается детонационным шнуром, Торцы заряда ВВ 7 прикрыты инертными изоляционными насадками 9. препятствующими разлету продуктов ВВ в сторону от торцов заряда,Выход к потребителю энергии 10 через быстродействующий ключ 11 замыкания присоединен к концам разреза 2 одновиткового соленоида 2.Устройство для создания начального магнитного потока (фиг.1) выполнено постоянными магнитами 12, внутренние разнополюсные торцы которых примыкают к торцам одновиткового пассивного соленоида 1, а внешние замкнуты магнитопроводом 13, выполненным иэ магнитомягкого материала. Часть магнитотвердого материала постоянных магнитов 12 (фиг,З) может быть заменена магнитомягким материалом (см.фиг.4). Магниты 12 набираются в этом случае относительно оси активной оболочки чередующимися соосными цилиндрами свнутренним цилиндром из магнитотвердогоматериала, а наружные части магнитов - срадиусами г, удовлетворяющими соотноше 5 ниямВ- у г й+ у,где Й - внутренний радиус пассивного соленоида;у - эксцентриситет осей пассивного10 соленоида и активной оболочки,набираются частями цилиндрических обечаек 14, причем цилиндры разрезаны по образующим для увеличения скорости и степениоднородности намагничивания материалов,образующих магнит. Для дополнительногоувеличения скорости намагничения частицилиндрических обечаек, кроме наружной,могут быть выполнены с разрезами по образующим. Разрезы цилиндров и частей ци 20 линдрических обечаек по образующиммогут быть выполнены в одной плоскостиили в разных плоскостях, Между боковымиповерхностями цилиндров и частей обечаеки в местах их разрезов 15 проложена изоляция 16. Изоляция 16 проложена также между внешней поверхностью одновитковогопассивного соленоида 1 и внутренней поверхностью магнитопровода 13 (фиг,2). Намагничивание цилиндров и частей30 цилиндрических обечаек 14 из магнитомягкого и магнитотвердого материалов достигается катушкой 17 конечногонамагничения, концы которой подключенык концам разреза 2 одновиткового пассивного соленоида.Кроме того, в преобразователе устройство для создания начального магнитногопотока может быть выполнено в виде магнитопровода 13 с намотанными на него катуш 40 ками начального 18 и конечного 17намагничивания (фиг,5). Концы катушки начального намагничения 18 через ключ 19подключены к источнику 20 электрическоготока, а концы катушки 17 конечного намаг 45 ничения подключены к концам разреза 2одновиткового соленоида 1.Торцы активной оболочки 5 преобразователя электрически изолированы от торцовпостоянных магнитов 12 (фиг.1) и магнитопровода 13 (фиг.5) изоляционным материалом (например, ферритом) 21 в течениевремени работы преобразователя.Выполнение в преобразователе магнитопровода, охваченного катушкой 17 конеч 55 ного намагничения, концы которой ипараллельно им потребитель энергии 10 через ключ 11 замыкания подключены к концам разреза 2 одновиткового соленоида 1,приводит к сокращению времени ввода ге 1369653нерируемой электромагнитной энергии в потребитель при одновременном снижении массы преобразователя.Преобразователь с начальным магнитным потоком от постоянных магнитовработает следующим образом. После подрыва капсюля-детонатора 8 детонация заряда ВВ 7 выходит к оболочке 5, Оболочка 5 начинает деформироваться под действием продуктов ВВ (момент времени начала работы преобразователя) и захватывает магнитный поток постоянных магнитов 12.По закону электромагнитной индукции в катушке 17 конечного намагничения генерируется электрический ток, К моменту времени работы преобразователя т = 1т(где тф - момент времени окончания работы преобразователя) при соответствующем выборе параметров катушки 17 конечного намагничения (числа ее витков) генерируемый в ней ток составит значение 1 ф, а цилиндры и части цилиндрических обечаек 14 из магнитотвердого и магнитомягкого материалов и магнитопровод 13 намагничиваются до своего предельного состояния, что приводит к увеличению магнитного потока, охватываемого контуром сжатия, Далее производится замыкание ключа 11, в результате чего выход к потребителю энергии 10 подключается к концам разреза 2 одновиткового соленоида 1(начала ввода генерируемой электромагнитной энергии в потребитель), Так как импеданс потребителя энергии намного меньше импеданса катушки 17 конечного намагничения, то большая часть генерируемого тока с момента времени т = т и до конца работы преобразователя т = тбудет отводиться к потребителю энергии 10.Преобразователь с начальным магнитным потоком от электромагнита с некоторыми различиями работает аналогичным образом. От источника 20 электрического тока через катушку 18 начального намагничения осуществляется начальное намагничение магнитомягкого материала магнитопровода 13, причем соответствующим выбором параметров катушки 18(число слоев, витков в каждом ее слое) и величины начального электрического токао от источника 20 можно обеспечить начальное намагничивание магнитопровода 13 до существенно меньшего значения, чем предельное насыщение для материала магнитопровода, Далее производится подрыв капсюля-детонатора 8, в результате чего детонация заряда ВВ 1 подходит к цилиндрической активной оболочке 5. С приходом детонации к оболочке 5 начинается деформация проводящего контура сжатия под5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 действием продуктов ВВ (момент времениначала работы преобразоват ля), а в катушке 17 конечного намагничения генерируетсяэлектрический ток по закону электромагнитной индукции. К моменту времени работыпреобразователя 1 = тфспри соответствующем выборе параметров катушки 11 конечного намагничения (числа ее витков)генерируемый в ней ток составит значениеь 1 О, а материал магнитопровода 13 намагничивается до своего предельного состояния, Далее производится замыканиеключа 11, в результате чего выход к потребителю энергии 10 подключается к концамразреза 2 одновиткового соленоида 1 (начало ввода генерируемой электромагнитнойэнергии в потребитель).Так как импеданс потребителя энергиинамного меньше импеданса катушки 17 конечного намагничения, то большая часть генерируемого тока с момента времени т т идо конца работы преобразователя т = 1 будет отводиться к потребителю энергии 10.Торцы активной оболочки 5 преобразователей обоих исполнений электрическиизолированы от торцов постоянных магнитов 12 (фиг,1) и магнитопровода 13 (фиг.5)изоляционным материалом (ферритом) 21 втечение времени работы преобразователя.Первое исполнение устройства для создания начального магнитного потока полностью исключает необходимость иметьисточник начального электрического тока.что важно для ряда применений.Кроме того. оба устройства для создания начального магнитного потока вместе скатушкой конечного намагничения обеспечивают как дальнейшее сокращение времениввода генерируемой электромагнитной энергии в потребитель, так и уменьшение габаритно-весовых характеристик преобразователябез ущерба для его выходных (энергетических) параметров,Импеданс катушки конечного намагничения превышает импеданс потребителя неменее, чем в 10 раз. Для уменьшения импеданса катушка может быть выполнена параллельным соединением катушек,охватывающих магнитопровод. Как предельный случай - параллельным соединением отдельных витков.Для дальнейшего снижения массогабаритных характеристик преобразователя засчет уменьшения массы устройства, создающего начальный магнитный поток, в преобразователе одновитковый пассивныйсоленоид и цилиндрическая активная оболочка, расположенные в одной плоскости,могут быть размещены послойно над соответствующими соленоидами и оболочками, 1369653расположенными в других плоскостях, последовательно соединены между собой и с выходом на потребитель и связаны общим магнитным потокосцеплением. Для уменьшения индуктивности катушки конечного 5 намагничения последняя может быть выполнена параллельным соединением катушек каждого контура сжатия,Формула изобретения1.Магнитокумулятивный преобраэова тель энергии взрыва химического ВВ в электромагнитную энергию, содержащий проводящий контур сжатия, объединяющий в себе одновитковый пассивный соленоид, разрезанный по образующей диаметрально 15 его концам, с присоединенными к внутренней поверхности соленоида со стороны его концов контактными пластинами, эксцентрично расположенную в полости одновиткового соленоида по отношению к контактным 20 пластинам цилиндрическую активную оболочку, заполненную ВВ с капсюль-детонатором на оси, разрезанную по образующей и концами разреза электрически замкнутую с концами пассивного соленоида. потреби тель электромагнитной энергии и устройство начального магнитного потока с магнитопроводом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения времени ввода генерируемой электромагнитной энергии в 30 потребитель при одновременном снижении массы преобразователя, в нем магнитопровод охвачен катушкой конечного намагничивания; концы которой и параллельно им потребитель энергии через ключ замыкания 35 подключены к концам разреза одновиткового соленоида,2,Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что устройство начального магнитного потока выполнено в виде постоянных магнитов, внутренние раэнополюсные Торцы которых примыкают к торцам пассивного соленоида, а внешние замкнуты магнитопроводом, причем постоянные магниты выполнены относительно оси активной оболочки набором чередующихся соосных цилиндров иэ магнитомягкого и магнитотвердого материалов с внутренним цилиндром из магнитотвердого материала, а наружные части магнитов с радиусами г, удовлетворяющими соотношениямЯ-(г(Я+ у,где й - внутренний радиус пассивного соленоида:у - зксцентриситет осей пассивного соленоида и активной оболочки,выполнены в форме частей цилиндрических обечаек, причем цилиндры разрезаны пообразующим, а боковые поверхности цилиндров, частей обечаек и места разрезов цилиндров разделены изоляционными прослойками,З,Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что устройство начального магнитного потока выполнено в виде магнитопровода с катушкой начального намагничивания, подключенной к источнику начального электрического тока, причем торцы магнитопровода примкнуты к торцам одновиткоеого пассивного соленоида.