CS260893B1

CS260893B1 - Exciting coil with high current density in winding

Info

Publication number: CS260893B1
Application number: CS867658A
Authority: CS
Inventors: Josef Podbrdsky
Original assignee: Josef Podbrdsky
Priority date: 1986-10-22
Filing date: 1986-10-22
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS765886A1

Description

Vynález se týká budicích cívek s vysokou proudovou hustotou ve vinutí zejména pro elektronově optické přístroje, vyžadující buzení magnetických obvodů stejnosměrným nebo nízkofrekvenčním proudem.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to excitation coils of high current density in windings, in particular for electron optical devices requiring excitation of magnetic circuits by direct or low frequency current.

Významnou součástí elektronově optických i jiných vědeckých přístrojů jsou budicí cívky, zajišťující dosažení dostatečně intenzivního magnetického pole v magnetických čočkách nebo jiných magnetických obvodech. Se zvyšováním parametrů těchto přístrojů se zvyšují nároky na velikost vybuzení a současně je omezen prostor pro umístění budicí cívky. Ztrátový výkon rozptýlený ve vinutí budicí cívky je nutno odvést mimo vlastní přístroj při minimálním teplotním gradientu mezi budicí cívkou a okolím, aby nedocházelo k teplotním driftům celého přístroje, je-li nutné omezit průřez budicího vinutí tak, že proudová hustota ve vodiči cívky přesahuje jednotky A/mm^z, je třeba volit technologicky náročné způsoby vinutí a chlazení čoček, zabezpečující dostatečný odvod tepla z povrchu cívky i přenos tepla z vnitřních částí cívky k povrchu. jako příklad lze uvést přímý obtok vinutí chladicím médiem, odebírajícím teplo ve formě skupenského tepla páry, rozdělení cívky do samostatně chlazených tenkých sekcí nebo nahrazení obvyklých vodičů kruhového průřezu plochými páskovými vodiči. Nevýhodou všech těchto řešení problému přenosu tepla k povrchu cívky je obtížná technologie výroby cívek, nespolehlivost způsobená chemickým vlivem chladicího média na izolaci vodiče, obtížné provedení přívodů a omezený sortiment rozměrů pásku použitého pro vinutí. V případě použití běžného izolovaného vodiče kruhového průřezů je průměrná tepelná vodivost navinuté cívky velmi nízká vlivem nedokonalého tepelného kontaktu mezi sousedními závity a mnohonásobného průchodu tepla vrstvou izolace vodiče a běžně se pohybuje v rozmezí 0,5 až 1 Wm'¹ K“¹, takže i v případě dostatečného odvodu tepla z povrchu cívky dochází k omezení použitelné proudové hustoty ve vinutí přehřátím vnitřních závitů cívky. Rozdělení takové cívky na tenké samostatně chlazené sekce přináší výrobní komplikace a zvyšuje nároky na průřez celé budicí cívky.An important part of electron-optical and other scientific instruments are excitation coils ensuring the achievement of a sufficiently intense magnetic field in magnetic lenses or other magnetic circuits. As the parameters of these devices increase, the demands on the excitation size increase and at the same time the space for the excitation coil location is limited. The dissipation power dissipated in the field coil winding must be dissipated outside the instrument at a minimum temperature gradient between the field coil and the environment to avoid thermal drifts of the entire device when the cross-section of the field winding has to be limited such that / mm ^z , it is necessary to choose technologically demanding methods of winding and cooling the lenses ensuring sufficient heat dissipation from the coil surface and heat transfer from the inner parts of the coil to the surface. for example, a direct by-pass of the winding is a heat sink in the form of latent heat of steam, splitting the coil into separately cooled thin sections, or replacing conventional circular conductors with flat ribbon conductors. The disadvantages of all these solutions to the problem of heat transfer to the coil surface are the difficult coil manufacturing technology, the unreliability due to the chemical influence of the coolant on the wire insulation, the difficult conducting of the leads and the limited range of tape sizes used for winding. When using a conventional insulated wire of circular cross-section, the average thermal conductivity of the wound coil is very low due to imperfect thermal contact between adjacent coils and multiple heat passage through the wire insulation layer and is typically in the range of 0.5 to 1 Wm ^-1 K ^-1 so in the case of sufficient heat dissipation from the coil surface, the usable current density in the winding is reduced by overheating the coil internal threads. Splitting such a coil into thin, individually cooled sections brings manufacturing complications and increases the cross sectional demands of the entire excitation coil.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje budicí cívka pro elektronové optické přístroje, jejíž podstatou je, že mezi vrstvami závitů je vložena tepelně vodivá fólie, jejíž šířka je přibližně rovna osové délce sousedních vrstev závitů a na jejíž jedné, případně i druhé čelní ploše je umístěna chladicí deska opatřená chladicím okruhem. Vložená tepelně vodivá fólie je od sousedních závitů oddělena na jedné nebo obou stranách izolační vrstvou. Nepravidelnost čelních ploch je vyplněna tepelně vodivou látkou.These drawbacks are eliminated by an excitation coil for electron optical devices, which is based on the fact that a thermally conductive foil is inserted between the thread layers, the width of which is approximately equal to the axial length of the adjacent thread layers and on one or the other face cooling circuit. The inserted thermally conductive foil is separated from adjacent threads on one or both sides by an insulating layer. The irregularities of the front surfaces are filled with a thermally conductive substance.

Hlavní předností budicí cívky této konstrukce je to, že umožňuje při použití běžné technologie navíjení zvýšení proudové hustoty ve vinutí o 1 až 2 řády bez nebezpečí přehřátí vnitřních závitů a tím dává možnost podstatného snížení rozměrů magnetického obvodu pro daný účel použití. Není zapotřebí axiálního dělení vinutí na sekce, čímž dochází k technologickému zjednodušení a úspoře místa pro vinutí.The main advantage of the excitation coil of this construction is that it allows the current winding current to be increased by 1 to 2 orders of magnitude without the risk of overheating of the internal threads using conventional winding technology, thus giving the possibility of substantially reducing the dimensions of the magnetic circuit for the intended use. There is no need for an axial division of the windings into sections, thereby making technological winding simpler and saving the winding space.

Vynález blíže objasní na přiloženém obrázku schematický řez magnetickým obvodem elektronové čočky s budicí cívkou. Budicí cívka je tvořena jednotlivými vrstvami závitů 1, mezi nimiž jsou umístěny vrstvy tepelně vodivé fólie 2, která je od sousedních vrstev závitů oddělena izolační vrstvou 3. Jedna nebo obě čelní plochy cívky jsou v tepelném kontaktu s chladicími deskami 4 s chladicím okruhem 7 protékaným kapalinou. Přenos tepla ze závitů 1 cívky do okolí, například do obklopujícího magnetického obvodu 5, je omezen použitím tepelné izolace 6 na vnitřním a vnějším plášti cívky, případně i na jedné čelní ploše, je-li použito pouze jedné chladicí desky 4.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in greater detail in a schematic cross-section through a magnetic circuit of an electron lens with an excitation coil. The excitation coil is formed by individual layers of threads 1, between which are layers of thermally conductive foil 2, which is separated from adjacent layers of threads by an insulating layer 3. One or both faces of the coil are in thermal contact with cooling plates 4 with cooling circuit 7 flowing through liquid . Heat transfer from the coil threads 1 to the environment, for example to the surrounding magnetic circuit 5, is limited by the use of thermal insulation 6 on the inner and outer coil shells, possibly even on one face when only one cooling plate 4 is used.

Průtokem proudu budicí cívkou vzniká ztrátové teplo, které je vloženou tepelně vodivou fólií 2 odváděno k čelním plochám a přes tepelně vodivou vrstvu 8 transportováno mimo cívku. Vzhledem k tomu, že ve srovnání s průměrnou tepelnou vodivostí konvenčně vyrobeného vinutí 0,5 až 1 Wm^-1K^_1 je například tepelná vodivost měděné tepelně vodivé fólie 2 asi 380 Wm^_1 K^-1, pro řádové snížení rozdílu mezi povrchovou a maximální vnitřní teplotou vinutí budicí cívky postačuje, aby tepelně vodívá fólie 2 v celkovém průřezu vinutí cívky zaujímala pouze zanedbatelnou část průřezu.Loss of heat is generated by the current flow through the excitation coil, which is dissipated to the end faces by the inserted thermally conductive foil 2 and transported out of the coil via the thermally conductive layer 8. Given that compared with the average thermal conductivity of the conventionally produced by winding 0.5 to 1 Wm ^-1 K ^_1 as thermal conductivity of the thermally conductive copper foil 2 is about 380 Wm ^-1 K ^_1, the order of magnitude reduction in the difference between the maximum and the inner surface With the temperature of the coil winding, it is sufficient that the heat conducting film 2 in the overall cross-section of the coil winding occupies only a negligible part of the cross-section.

Budicí cívka s vysokou proudovou hustotou ve vinutí je určena zejména pro elektronově optické přístroje a jiné vědecké přístroje, případně může nalézt oblast použití v technické praxi, kde je nutno soustředit velký budicí výkon v omezené prostorové oblasti.The high current density excitation coil in the winding is intended especially for electron optical instruments and other scientific instruments, or it can find a field of application in technical practice where it is necessary to concentrate high excitation power in a limited spatial area.

Claims

Subject

High-current excitation coil in a winding, characterized in that a thermally conductive film (2) is inserted between the thread layers (1), the width of which is approximately equal to the axial length of the adjacent thread layers (1j) and a cooling plate (4) provided with a cooling circuit (7) is located on the front surface.

VYNALEZU

2. The excitation coil according to claim 1, characterized in that the inserted thermally conductive foil (2) is separated from adjacent threads (1) on one or both sides by an insulating layer (3).

3. The excitation coil according to claim 1 or 2, characterized in that the irregularities of its front surfaces are filled with a thermally conductive layer [8],