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Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem zur Erzeugung von zu einer Symmetrieebene überwiegend parallel, auf paramagnetische und auf ferromagnetisch-paramagnetische Körper anadynamisch wirkenden Kräften, wobei das Magnetfeld überwiegend senkrecht zur Symmetrieebene liegt und ohne Verwendung von formenden Eisenkernen überwiegend bzw. ausschliesslich durch Anordnung, Querschnittsform und Stromfluss der Erregerspulen ausgebildet wird und die Erregerspulen insgesamt aus vier gestreckten, im Vergleich zu den an den Spulenenden befindlichen Wickelköpfen langen, zueinander und zur Symmetneebene parallelen Leiterblöcken bestehen.
Magnetische Kraftfelder, die in ihrer Wirkungsrichtung über einen beachtlichen Bereich konstant sind oder abnehmen, sind seit langem bekannt. Ihre Vorteile liegen in der Möglichkeit, stabile Gleichgewichte zwischen magnetischen Kräften und andersartigen Gegenkräften wie z. B. der Schwerkraft auf magnetisierbare Körper sicherzustellen. Dies wird z. B. in der Magnetscheidung genutzt. Ein ebenes anadynamisches Kraftfeld, das auf einen paramagnetischen Körper in x-Richtung wirkt, ist In Anlehnung an die US-PS 2, 056, 426 durch
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gekennzeichnet, wenn B den Betrag der örtlichen magnetischen Flussdichte bedeutet. Werden derartige Felder wie derzeit üblich mittels Eisenpolkonfogurationen hervorgerufen, sind sie In ihrer Höhe, aber auch In Ihrer Ausdehnung wegen auftretender Eisensättigung stark beschränkt.
Eisenpollose Spulen -besonders wenn sie supraleitend ausgeführt werdenermöglichen demgegenüber höhere und grossvolumige Kraftfelder. Dabei können ferromagnetische Strukturen zur Flussrückführung und Schirmung sowie zur Verminderung des Erregeraufwandes dienen, sie sind aber im Bereich des gewünschten Kraftfeldraumes nicht feldformend. Vielmehr wird der Verlauf des Magnetfeldes durch Form und Lage der Erregerspulen bestimmt. Dies wird beispielsweise in der AT-PS 379525 beansprucht. In dieser werden allerdings keine Angaben bezüglich Lage der Erregerspulen zwecks Sicherstellung eines spezifischen Kraftfeldverlaufes gemacht.
Erfindungsgemäss lässt sich nun ein anadynamischer Kraftfeldverlauf dadurch erzielen. dass die Stromschwerpunkte der zueinander parallelen Leiterblöcke die Eckpunkte eines in einer senkrecht zu denkenden Schnittebene liegenden Trapezes, das den nutzbaren anadynamischen Kraftbereich umfasst, bilden. Daraus resultiert eine einfache und letztlich kostengünstige Ausführung des Magnetsystems, insbesondere wenn es supraleitend ausgeführt werden soll.
Fig. 1 zeigt ein aus langgestreckten Teilspulen bestehendes erfindungsgemässes Spulensystem im Ausschnitt. Der nutzbare Kraftfeldraum liegt z. B. beidseitig der Symmetrieebene (1), nahe der das Kraftfeld auf einen oder mehrere paramagnetische bzw. ferromagnetisch-paramagnetische Körper (2) wirkt. Die an sich gewünschte Wirkungsrichtung -nämlich parallel zur x-Achse, wird durch ausserhalb der Symmetneebene stets zwangsläufig auftretende, mässige zusätzliche Kraftkomponenten in y-Richtung verzerrt ; das zulässige Ausmass der Verzerrung bestimmt die Ausdehnung des nutzbaren Kraftfeldraumes in y-Richtung.
Das langgestreckte Spulensystem umfasst jedenfalls den nutzbaren Kraftfeldraum -wie in der AT-PS 379525 ausgeführt- zumindest teilweise und wird in Form von vier Leiterblöcken (3) realisiert.
Selbstverständlich muss ein insgesamt geschlossener Stromkreis im Spulensystem gesichert sein, d. h. es muss die Summe aller Einzelströme Null ergeben. An den Spulenenden sind entsprechende Wickelköpfe vorzusehen. Diese müssen so ausgebildet sein, dass keine störenden zusätzlichen Magnetfelder entstehen Dies lässt sich z. B. durch Aufbiegen der Wickelköpfe derart erreichen, dass die Störfelder ihrer Grösse nach beschrankt bleiben, und der kraftwirksame gestreckte Teil der Spulen genügend lang gehalten wird. Nur dieser gestreckte Teil ist in Fig. 1 ersichtlich und betnfft den Erfindungsgegestand.
Die Magnetfeldvektoren In der Symmetrieebene des Kraftfeldraumes stehen normal zur Kraftwirkungsrichtung, also parallel zur yAchse, da die Individuellen Leiterblöcke (3) symmetrisch zur Symmetrieebene (1) liegen und überdies zu Ihr symmetnsche Ströme führen. Die gegenseitigen Abstände der Stromschwerpunkte (4), (5), (6), (7) sind
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strom In allen vier Einzelblöcken (3) gleiche Grösse besitzt. Die Amperewindungszahl bestimmt das Kraftniveau.
Fig. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch ein erfindungsgemässes Spulensystem mit den vier Stromschwerpunkten (4, 5, 6. 7). die in den Eckpunkten eines gedachten Trapezes, In dessen Inneren sich der nutzbare Kraftfeldraum befindet, liegen. Die Stromnchtung in den den auf einer Parallelseite weiter von der Symmetneebene (1) entfernt liegenden Stromschwerpunkten (4) und (5) entsprechenden Leiterblöcken
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(3) ist derjenigen in den den auf der anderen Parallelseite näher zur Symmetrieebene (1) gelegenen Stromschwerpunkten (6) und (7) entsprechenden Leiterblöcken (3) entgegengesetzt.
Die Kraftrichtung ist dabei stets in Richtung des ansteigenden Magnetfeldes -also zu den näher zur Symmetrieebene (1) gelegenen Stromschwerpunkten (6), (7) hin-zu sehen, sofern paramagnetische und ferromagnetischparamagnetischer Körper (2) betrachtet werden. Derartige Körper (2) sehen also eine Kraft zur Schmalseite des gedachten Trapezes hin.
Ein besonders gleichmässig anadynamischer, linear in einem weiten Bereich in Richtung der wirkenden Kraft mässig abfallender Kraftfeldverlauf auf paramagnetische Körper (2) mit vergleichsweise kleinen störenden Kraftkomponenten in y-Richtung ausserhalb der Symmetriebene (1) ist erfindungsgemäss erzielbar, wenn ein Abstandverhältnis zwischen den auf konvergierenden Seiten liegenden Stromschwerpunkten (4) und (6) bzw. (5) und (7) In x-Richtung, d. h. parallel zur Symmetrieebene (1), sowie zwischen den auf Parallelseiten liegenden Stromschwerpunkten (4) und (5), (6) und (7) in y-Richtung, d. h. orthogonal zur Symmetrieebene (1), von 1. 9 : 1, 65 : 1 bis hinunter zu 1, 8 : 1, 5 : 1 eingehalten wird.
Eine weitere Feineinstellung des Kraftfeldverlaufes lasst sich durch geeignete Wahl der Querschnittsform der einzelnen Leiterblöcke (3) erzwingen. Allenfalls können Einzelblöcke unterteilt werden. Die beanspruchte Einhaltung der gegenseitigen Stromschwerpunktsabstände ist aber in jedem Fall zwingend. Dies gilt auch bel Verwendung von nicht kraftfeldformenden ferromagnetischen Flussrückschlussstrukturen ausserhalb des Spulensystems.
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The invention relates to a magnet system for the generation of forces acting predominantly parallel to a plane of symmetry, to forces acting paramagnetically and to ferromagnetic-paramagnetic bodies, the magnetic field being predominantly perpendicular to the plane of symmetry and without the use of forming iron cores predominantly or exclusively by arrangement, cross-sectional shape and current flow the excitation coils is formed and the excitation coils consist of a total of four elongated conductor blocks which are long compared to the winding heads located at the coil ends and parallel to one another and to the plane of the symmetry.
Magnetic force fields that are constant or decrease in their direction of action over a considerable range have long been known. Your advantages lie in the possibility of establishing stable equilibria between magnetic forces and other types of counterforces such. B. ensure gravity on magnetizable bodies. This is e.g. B. used in magnetic separation. A flat anadynamic force field, which acts on a paramagnetic body in the x direction, is based on US Pat. No. 2,056,426
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characterized when B means the amount of local magnetic flux density. If such fields are caused by iron pole configurations as is currently the case, they are severely limited in their height, but also in their extent, due to the occurrence of iron saturation.
Iron-pole-less coils - especially if they are made superconducting, on the other hand, allow higher and large-volume force fields. Ferromagnetic structures can be used for flux feedback and shielding as well as for reducing the excitation effort, but they are not field-shaping in the area of the desired force field space. Rather, the shape of the magnetic field is determined by the shape and position of the excitation coils. This is claimed for example in AT-PS 379525. In this, however, no information is given regarding the position of the excitation coils in order to ensure a specific force field profile.
According to the invention, an anadynamic force field profile can now be achieved. that the current centers of gravity of the mutually parallel conductor blocks form the corner points of a trapezoid lying in a section plane that is to be considered perpendicular and that includes the usable anadynamic force range. This results in a simple and ultimately inexpensive design of the magnet system, especially if it is to be made superconducting.
1 shows a section of an inventive coil system consisting of elongated partial coils. The usable force field is z. B. on both sides of the plane of symmetry (1), near which the force field acts on one or more paramagnetic or ferromagnetic-paramagnetic body (2). The desired direction of action - namely parallel to the x-axis - is distorted in the y-direction by moderate additional force components that always occur outside the symmetry plane; the permissible extent of the distortion determines the extent of the usable force field space in the y direction.
The elongated coil system at least partially covers the usable force field space - as stated in AT-PS 379525 - and is realized in the form of four conductor blocks (3).
Of course, an overall closed circuit in the coil system must be secured, i. H. the sum of all individual flows must be zero. Appropriate end windings must be provided on the coil ends. These must be designed so that no disruptive additional magnetic fields arise. B. by bending the winding heads so that the interference fields remain limited in size, and the force-effective stretched part of the coils is kept long enough. Only this stretched part can be seen in FIG. 1 and relates to the subject matter of the invention.
The magnetic field vectors in the plane of symmetry of the force field space are normal to the direction of the force action, i.e. parallel to the y-axis, since the individual conductor blocks (3) lie symmetrically to the plane of symmetry (1) and also lead to symmetrical currents. The mutual distances between the current focal points (4), (5), (6), (7) are
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current In all four individual blocks (3) has the same size. The number of ampere turns determines the level of force.
Fig. 2 shows a vertical section through an inventive coil system with the four current centers (4, 5, 6. 7). which lie in the corner points of an imaginary trapezoid, inside which there is the usable force field space. The current direction in the conductor blocks (4) and (5) corresponding to the current centers of gravity located on a parallel side further from the symbol level (1)
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(3) is opposite to that in the conductor blocks (3) corresponding to the current centers of gravity (6) and (7) located closer to the symmetry plane (1) on the other parallel side.
The direction of force must always be seen in the direction of the increasing magnetic field, i.e. towards the current centers of gravity (6), (7) closer to the plane of symmetry (1), provided that paramagnetic and ferromagnetic-paramagnetic bodies (2) are considered. Such bodies (2) thus see a force towards the narrow side of the imaginary trapezoid.
A particularly uniformly anadynamic, linearly decreasing force field course on paramagnetic bodies (2) in a wide range in the direction of the acting force with comparatively small disturbing force components in the y-direction outside the plane of symmetry (1) can be achieved according to the invention if there is a distance ratio between the converging ones Lateral current centers of gravity (4) and (6) or (5) and (7) in the x direction, i. H. parallel to the plane of symmetry (1), and between the current centers of gravity (4) and (5), (6) and (7) in the y direction, which lie on parallel sides, H. orthogonal to the plane of symmetry (1), from 1. 9: 1, 65: 1 down to 1, 8: 1, 5: 1.
A further fine adjustment of the force field course can be enforced by a suitable choice of the cross-sectional shape of the individual conductor blocks (3). At most, individual blocks can be divided. The claimed compliance with the mutual current center of gravity is mandatory in any case. This also applies to the use of ferromagnetic flux return structures outside the coil system that do not form the force field.