CN109121280A - 一种开关磁铁的换向装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关磁铁的换向装置，包括电源端和负载端，所述的电源端包括电源正极和电源负极，所述负载端包括第一负载电极和第二负载电极，负载接在第一负载电极和第二负载电极之间；所述的电源正极分别通过一条线路与第一负载电极和第二负载电极连接，且两条线路上均设有控制电路通断的开关；所述的电源负极分别通过一条线路与第一负载电极和第二负载电极连接，且两条线路上均设有控制电路通断的开关。本发明可以通过开关来控制电源正负极与两个负载电极之间的通断，实现两个负载电极上的正负极快速转换，使开关磁铁磁场的方向发生转变，从而调整粒子束流的运动方向和轨迹。

Description

一种开关磁铁的换向装置

技术领域

本发明涉及回旋加速器领域，更具体地说，它涉及一种开关磁铁的换向装置，用于对回旋加速器引出的粒子束流的运动方向和轨迹进行调整。

背景技术

回旋加速器是一种利用磁场和电场的共同作用于带电粒子的仪器，磁场使带电粒子作回旋运动，在回旋运动中经高频电场反复加速从而形成高速粒子束流。回旋加速器在核医学、航天军工和核物理基础研究等领域有广泛的应用。

以某种紧凑型质子回旋加速器为例，回旋加速器通过加速H-离子，并采用碳剥离器双向引出质子束流，质子束流通过管道系统被输送到各个实验终端。根据各个实验终端对质子束流的不同要求，需要设计质子束流管道系统。

从回旋加速器引出的质子束，需要经过一个开关磁铁的换向后被运输到公共的束流管道中。一般来说，质子在经过一个最大偏转角为45度的开关磁铁后被分配到各种束流管道中，如准单能中子源质子束流管道、白光中子源质子束流管道、生物医学效应研究、单粒子效应研究公用质子束流管道等。开关磁铁的作用就是通过施加磁场作用力将做回旋运动中的质子束引出到相应的管道中。

由于各种束流管道的布置位置不同，质子束流从回旋加速器引出后需要调整运动方向和轨迹以进入不同的束流管道。调整质子束流的运动方向可以通过改变开关磁铁所产生的磁场方向来实现，磁场方向变换，磁场力方向也变换，质子束受到的力方向也改变，从而质子束的运动轨迹改变。

开关磁铁的磁场方向与通入电源的正负极有关，改变电源的正负极接入就可转换开关磁铁的磁场方向。因此如何快速方便的转换电源正负极以实现开关磁铁磁场方向的变换是急需要解决的问题。

公告号为CN202076656U的中国专利，公开了一种电源极性可互换的换向装置，可对电源正负极进行快速换向，它包括第一导电端子、第二导电端子，所述的第一、第二导电端子之间设置有第一换向导电片和第二换向导电片，在所述的第一、第二换向导电片上分别连接有连接体，在所述连接体上连接有可使第一、第二换向导电片作相反方向运动的动力装置。当第一导电端子、第二导电端子为负载连接端时，第一换向导电片、第二换向导电片为电源端；当第一导电端子、第二导电端子为电源端时，第一换向导电片、第二换向导电片为负载连接端。

对比文件虽然可以实现电源端和负载端电极极性的互换，但它是通过动力装置驱动换向导电片移动来实现，换向时需要一定的时间。而质子束流是超高速的运动的，改变质子束流的方向时对于磁场的换向必须瞬时完成，从而有效的改变质子束流的方向，对比文件显然不能做到这点。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种开关磁铁的换向装置，可以快速方便的转换开关磁铁所产生磁场的方向，从而调整粒子束流的运动方向和轨迹。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种开关磁铁的换向装置，包括电源端和负载端，电源端与负载端之间通过线路连接，所述的电源端包括电源正极和电源负极，所述负载端包括第一负载电极和第二负载电极，负载接在第一负载电极和第二负载电极之间；所述的电源正极分别通过一条线路与第一负载电极和第二负载电极连接，且两条线路上均设有控制电路通断的开关；所述的电源负极分别通过一条线路与第一负载电极和第二负载电极连接，且两条线路上均设有控制电路通断的开关。

通过上述技术方案，可以通过开关来控制电源正负极与两个负载电极之间的通断，从而实现两个负载电极上的正负极转换；负载即为开关磁铁，开关磁铁接入两个负载电极之间；通过两个负载电极的正负极转换，可以实现开关磁铁产生磁场的方向转变。通过控制开关的通断可以即时改变磁场的方向，从而调整粒子束流的运动方向和轨迹。

开关控制线路通断可实现以下两种方案：

第一种方案是导通电源正极与第一负载电极连接线路上的开关，导通电源负极与第二负载电极连接线路上的开关，关断电源正极与第二负载电极连接线路上的开关，关断电源负极与第一负载电极连接线路上的开关，此时第一负载电极连接电源正极，第二负载电极连接电源负极。

第二种方案是导通电源正极与第二负载电极连接线路上的开关，导通电源负极与第一负载电极连接线路上的开关，关断电源正极与第一负载电极连接线路上的开关，关断电源负极与第二负载电极连接线路上的开关，此时第二负载电极连接电源正极，第一负载电极连接电源负极。

两种方案中，两个负载电极的正负极刚好相反，开关在两种方案之间切换即可实现开关磁铁磁场方向的转换。控制开关通断非常方便，可以迅速转换磁场的方向，从而即时有效的改变质子束流的方向。

优选的，所述的开关为直流接触器。

通过上述技术方案，通过直流电控制直流接触器，使得控制线路通断更加精准，而且直流接触器使用寿命长，可频繁启停来改变磁场方向，不易损坏。

优选的，所述连接电源正极与第一负载电极线路上的开关为第一直流接触器，连接电源负极与第二负载电极线路上的开关为第二直流接触器，第一直流接触器和第二直流接触器同步工作；所述连接电源正极与第二负载电极线路上的开关为第三直流接触器，连接电源负极与第一负载电极线路上的开关为第四直流接触器，第三直流接触器和第四直流接触器同步工作。

通过上述技术方案，当第一直流接触器和第二直流接触器同步导通时，第三直流接触器和第四直流接触器同步关断，即第一负载电极连接电源正极，第二负载电极连接电源负极；当第一直流接触器和第二直流接触器同步关断时，第三直流接触器和第四直流接触器同步导通，即第一负载电极连接电源负极，第二负载电极连接电源正极；把四个直流接触器分成两组，通过对两组直流接触器的供电控制，来实现电源正负极的切换，控制更加方便，磁场方向转换效果更好。

优选的，所述四个直流接触器通过第一辅助电源供电，第一直流接触器和第二直流接触器通过第一线路与第一辅助电源连接，第三直流接触器和第四直流接触器通过第二线路与第一辅助电源连接；所述的第一辅助电源与第一线路和第二线路之间设置有切换开关，切换开关用于将第一辅助电源与第一线路或第二线路连通。

通过上述技术方案，切换开关可以在导通一组直流接触器的同时关断另一组，通过切换可以实现负载上正负极的互换，从而能够简单有效地改变磁场方向。

优选的，所述的切换开关为第五直流接触器，第五直流接触器的常开触点与第一线路连接，常闭触点与第二线路连接，动触点与第一辅助电源连接，第五直流接触器的线圈通过第二辅助电源供电。

通过上述技术方案，第五直流接触器的线圈通电时，动触点与常开触点闭合、与常闭触点断开，第一辅助电源与第一线路导通，为第一直流接触器和第二直流接触器供电；第五直流接触器的线圈断电时，动触点与常开触点断开、与常闭触点闭合，第一辅助电源与第二线路导通，为第三直流接触器和第四直流接触器供电。第五直流接触器可以实现第一线路和第二线路的快速供电切换，从而切换负载两端电源的正负极。

优选的，所述的第五直流接触器与第二辅助电源之间的线路上设置有转换开关，转换开关的一端通过第三线路与第五直流接触器的线圈连接，转换开关的另一端连接第二辅助电源或接地。

通过上述技术方案，转换开关用于控制第五直流接触器的启停，转换开关与第二辅助电源连接时，第五直流接触器的线圈是得电，常开触点闭合，常闭触点断开；转换开关接地时，第五直流接触器的线圈是失电，常开触点断开，常闭触点闭合。

优选的，所述的第三线路上设置有本地遥控开关，本地遥控开关通过遥控信号控制第三线路的通断。

通过上述技术方案，可以通过遥控信号远程控制第五直流接触器的启停，把转换开关与第二辅助电源连接，遥控信号控制本地遥控开关连通第三线路时，第五直流接触器的线圈是得电；遥控信号控制本地遥控开关断开第三线路时，第五直流接触器的线圈是失电。遥控信号通过遥控终端控制发送，可以实现远程控制整个装置，更加方便，无需工作人员守着开关进行操作。

优选的，所述的第一辅助电源和第二辅助电源为直流电，由交流电通过交直流转换电路输出形成。

通过上述技术方案，通过稳定的市电转直流，对于各个直流接触器的供电更加稳定。

优选的，所述的交直流转换电路上设置有控制交直流通断的阻断开关。

通过上述技术方案，阻断开关用于控制整个装置的启停，在设备长时间关闭时可以切断电源，以保证安全。

综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明针对质子回旋加速器中引出的质子束流，通过一个换向电路可以快速互换开关磁铁的正负极，从而迅速有效地改变磁场方向并调整质子束流轨迹，使质子束流调整方向进入不同的束流管道。

附图说明

图1为实施例1的整体电路图。

图2为实施例2的整体电路图。

图3为实施例3中对第五直流接触器的控制电路图。

图4为实施例3的整体电路图。

图5为实施例4的交直流转换电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例 1：

如图1所示，一种开关磁铁的换向装置，包括电源端和负载端，电源端与负载端之间通过线路连接；所述的电源端包括电源正极IN+和电源负极IN-，所述负载端包括第一负载电极OUT1和第二负载电极OUT2，负载接在第一负载电极OUT1和第二负载电极OUT2之间；所述的电源正极IN+分别通过一条线路与第一负载电极OUT1和第二负载电极OUT2连接，所述的电源负极IN-分别通过一条线路与第一负载电极OUT1和第二负载电极OUT2连接。

电源正极IN+与第一负载电极OUT1连接的线路上设有第一直流接触器KM1，第一直流接触器KM1的常开触点连接在线路上，线圈连接一个24V的第一直流辅助电源U11。线圈通电时，第一直流接触器KM1的常开触点闭合，电源正极IN+与第一负载电极OUT1的线路接通；线圈断电时，第一直流接触器KM1的常开触点断开，电源正极IN+与第一负载电极OUT1的线路断开。

电源负极IN-与第二负载电极OUT2连接的线路上设有第二直流接触器KM2，第二直流接触器KM2的常开触点连接在线路上，线圈连接一个24V的第一直流辅助电源U11。线圈通电时，第二直流接触器KM2的常开触点闭合，电源负极IN-与第二负载电极OUT2的线路接通；线圈断电时，第二直流接触器KM2的常开触点断开，电源负极IN-与第二负载电极OUT2的线路断开。

第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2通过第一线路1连接同一个第一直流辅助电源U11，通电时，第一负载电极OUT1连接电源正极IN+，第二负载电极OUT2连接电源负极IN-。

电源正极IN+与第二负载电极OUT2连接的线路上设有第三直流接触器KM3，第三直流接触器KM3的常开触点连接在线路上，线圈连接一个24V的第二直流辅助电源U12。线圈通电时，第三直流接触器KM3的常开触点闭合，电源正极IN+与第二负载电极OUT2的线路接通；线圈断电时，第三直流接触器KM3的常开触点断开，电源正极IN+与第二负载电极OUT2的线路断开。

电源负极IN-与第一负载电极OUT1连接的线路上设有第四直流接触器KM4，第四直流接触器KM4的常开触点连接在线路上，线圈连接一个24V的第二直流辅助电源U12。线圈通电时，第四直流接触器KM4的常开触点闭合，电源负极IN-与第一负载电极OUT1的线路接通；线圈断电时，第四直流接触器KM4的常开触点断开，电源负极IN-与第一负载电极OUT1的线路断开。

第三直流接触器KM3和第四直流接触器KM4通过第二线路2连接同一个第二直流辅助电源U12，通电时，第一负载电极OUT1连接电源负极IN-，第二负载电极OUT2连接电源正极IN+。

使用时，开关磁铁接入两个负载电极之间。当第一直流辅助电源U11通电、第二直流辅助电源U12断电时，第一负载电极OUT1连接电源正极IN+，第二负载电极OUT2连接电源负极IN-；当第一直流辅助电源U11断电、第二直流辅助电源U12通电时，第二负载电极OUT2连接电源正极IN+，第一负载电极OUT1连接电源负极IN-。

通过控制第一直流辅助电源U11和第二直流辅助电源U12的通断，即可控制电源正负极与两个负载电极之间线路的通断，实现两个负载电极上的正负极的快速转换，使开关磁铁磁场的方向发生转变，从而调整粒子束流的运动方向和轨迹。

实施例 2：

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：第一线路1与第二线路2之间设置有一个切换开关，第一直流辅助电源U11和第二直流辅助电源U12采用同一个第一辅助电源U1，切换开关用于将第一辅助电源U1与第一线路1或第二线路2连通，即可实现负载上正负极的互换，从而能够简单有效地改变磁场方向。

本实施例中，切换开关为第五直流接触器KM5，第五直流接触器KM5的常开触点与第一线路1连接，常闭触点与第二线路2连接，动触点与第一辅助电源U1连接，线圈通过第二辅助电源U2供电。

第五直流接触器KM5的线圈通电时，动触点与常开触点闭合、与常闭触点断开，第一辅助电源U1与第一线路1导通，为第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2供电；第五直流接触器KM5的线圈断电时，动触点与常开触点断开、与常闭触点闭合，第一辅助电源U1与第二线路2导通，为第三直流接触器KM3和第四直流接触器KM4供电。第五直流接触器KM5可以实现第一线路1和第二线路2的快速供电切换，从而切换负载两端电源的正负极。

实施例3：

如图3和图4所示，本实施例与实施例2的区别在于：所述的第五直流接触器KM5与第二辅助电源U2之间的线路上设置有转换开关S1，转换开关S1的一端通过第三线路3与第五直流接触器KM5的线圈连接，转换开关S1的另一端连接第二辅助电源U2或接地。

转换开关S1用于控制第五直流接触器KM5的启停，转换开关S1与第二辅助电源U2连接时，第五直流接触器KM5的线圈是得电，常开触点闭合，常闭触点断开；转换开关S1接地时，第五直流接触器KM5的线圈是失电，常开触点断开，常闭触点闭合。

此外，本实施例还可通过远程遥控的方式来控制第五直流接触器KM5的启停。在第三线路3上设置本地遥控开关S2，本地遥控开关S2通过远程遥控信号来控制第三线路3的通断。

使用远程遥控时，需要把转换开关S1与第二辅助电源U2保持连接状态，当遥控终端4控制本地遥控开关S2闭合时，第三线路3导通，第二辅助电源U2给第五直流接触器KM5供电，从而第一线路1导通，第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2得电，第一负载电极OUT1连接电源正极IN+，第二负载电极OUT2连接电源负极IN-；当遥控终端4控制本地遥控开关S2断开时，第三线路3断开，第五直流接触器KM5失电，从而第二线路2导通，第三直流接触器KM3和第四直流接触器KM4得电，第二负载电极OUT2连接电源正极IN+，第一负载电极OUT1连接电源负极IN-。

通过遥控，可以实现远程控制整个装置的磁场换向，更加方便，无需工作人员守着开关进行操作。

实施例4：

如图5所示，本实施例与实施例3的区别在于：第一辅助电源U1和第二辅助电源U2由交流电通过交直流转换电路输出形成。交流电采用常规的市电，通过稳定的市电转直流，对于各个直流接触器的供电更加稳定。由于交直流转换是较为常规的现有技术，本实施例不作具体公开。

本实施例中，交直流转换电路上还设置有控制交直流通断的阻断开关S3，阻断开关S3用于控制整个装置的启停，在设备长时间关闭时可以切断电源，以保证安全。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种开关磁铁的换向装置，包括电源端和负载端，电源端与负载端之间通过线路连接，所述的电源端包括电源正极（IN+）和电源负极（IN-），所述负载端包括第一负载电极（OUT1）和第二负载电极（OUT2），负载接在第一负载电极（OUT1）和第二负载电极（OUT2）之间；其特征在于：所述的电源正极（IN+）分别通过一条线路与第一负载电极（OUT1）和第二负载电极（OUT2）连接，且两条线路上均设有控制电路通断的开关；所述的电源负极（IN-）分别通过一条线路与第一负载电极（OUT1）和第二负载电极（OUT2）连接，且两条线路上均设有控制电路通断的开关。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁铁的换向装置，其特征在于：所述的开关为直流接触器。

3.根据权利要求1或2所述的一种开关磁铁的换向装置，其特征在于：所述连接电源正极（IN+）与第一负载电极（OUT1）线路上的开关为第一直流接触器（KM1），连接电源负极（IN-）与第二负载电极（OUT2）线路上的开关为第二直流接触器（KM2），第一直流接触器（KM1）和第二直流接触器（KM2）同步工作；所述连接电源正极（IN+）与第二负载电极（OUT2）线路上的开关为第三直流接触器（KM3），连接电源负极（IN-）与第一负载电极（OUT1）线路上的开关为第四直流接触器（KM4），第三直流接触器（KM3）和第四直流接触器（KM4）同步工作。

4.根据权利要求3所述的一种开关磁铁的换向装置，其特征在于：所述四个直流接触器通过第一辅助电源（U1）供电，第一直流接触器（KM1）和第二直流接触器（KM2）通过第一线路（1）与第一辅助电源（U1）连接，第三直流接触器（KM3）和第四直流接触器（KM4）通过第二线路（2）与第一辅助电源（U1）连接；所述的第一辅助电源（U1）与第一线路（1）和第二线路（2）之间设置有切换开关，切换开关用于将第一辅助电源（U1）与第一线路（1）或第二线路（2）连通。

5.根据权利要求4所述的一种开关磁铁的换向装置，其特征在于：所述的切换开关为第五直流接触器（KM5），第五直流接触器（KM5）的常开触点与第一线路（1）连接，常闭触点与第二线路（2）连接，动触点与第一辅助电源（U1）连接，第五直流接触器（KM5）的线圈通过第二辅助电源（U2）供电。

6.根据权利要求5所述的一种开关磁铁的换向装置，其特征在于：所述的第五直流接触器（KM5）与第二辅助电源（U2）之间的线路上设置有转换开关（S1），转换开关（S1）的一端通过第三线路（3）与第五直流接触器（KM5）的线圈连接，转换开关（S1）的另一端连接第二辅助电源（U2）或接地。

7.根据权利要求6所述的一种开关磁铁的换向装置，其特征在于：所述的第三线路（3）上设置有本地遥控开关（S2），本地遥控开关（S2）通过遥控信号控制第三线路（3）的通断。

8.根据权利要求5-7任一项所述的一种开关磁铁的换向装置，其特征在于：所述的第一辅助电源（U1）和第二辅助电源（U2）为直流电，由交流电通过交直流转换电路输出形成。

9.根据权利要求8任一项所述的一种开关磁铁的换向装置，其特征在于：所述的交直流转换电路上设置有控制交直流通断的阻断开关（S3）。