DE1564118A1 - Fokussierungsmagnet - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Heinz Ciaessen
Patentanwalt
Stuttgart 1
Rotebühlstrasse 70

ISE/ßeg.:3339 .
J. G-. Arms tr ons 1

IHTERHATIOIAI STAIiDARI) EIECTRIC CORPORATION, ESW YORK

]?okuss ierungsmagnet

Die Priorität der Anmeldung in Grossbritannien vom 19.Februar 1965 Fr. 7253/65 ist in Anspruch

genommen.

Die Erfindung Gefasst sich mit einer Magnet anordnung, bestehend aus hohlen zylindrischen Permanentmagneten, deren gleiche Pole derart "benachbart sind, dass ein axiales Magnetfeld von im we-

■_£.-.·-, -. α. _m -,. , j_ zum.ande-ren . sentlichen konstanter !Flussdichte von emem/Enae mit einer plötzlichen Umkehr der Feldrichtung am opalt oder an der Verbindung zwischen dem Magneten entsteht, derartige Magnetanordnungen werden zur li'okussierung des Elektronenstrahls bei Wanderfeldröhren benutzt.

-Bei magnetischen Ji'okussierungssystemen mit ITelduüikehr ist es normalerweise nötig, bei jeder Umkehr zu kompensieren, damit der ./echsel in der Hichtung der Magnetfelder nicht plötzlich ist. Ein Kompensatiorisverfahren besteht darin, eine Spitze der Feldstärke dicht bei der Umkehr an einer oder vorzugsweise an beiden Leiten von ihr zu erzeugen. Es ist also bekannt, "Peldausrichtuixgselemente" zu benutzen, die einen \7eg-mit kleinem magnetischen Yiiderstand fur transversale magnetische Felder ergeben, aber ±m. allgemeinen eiae so kleine wie mögliche Reduktion der axialen Feldstärke. Peldausrichtungselemente können entweder durch transversale Weicheisenplatten oder durch eine dünne Röhre von magnetischem Material, .welches sich koaxial über die Magnete erstreckt, gebildet werden. Es wurde gefunden, dass bei geeigneter ,/ahl des magnetischen Widerstandes des Materials für axial angeordnete Feldausrichtungselemente es möglich ist,

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auch die Kompensation an den Feldumkehrungen vorzusehen.

G-emäss der Erfindung wird eine Magnetanordnung vorgesehen,· die aus zwei hohlen zylindrischen, in Längsrichtung magnetisieren Permanentmagneten "Besteht,.deren gleiche Magnetpole sich gegenüberliegen und Feldausrichtungselemente aus ferromagnetischem Material mit einer Koerzitivkraft, die klein ist im.Vergleich zu dem koaxial innerhalb, auf jeder Seite der Verbindung oder dem Zwischenraum zwischen den "beiden Magneten angeordnetem Magnetmaterial, und der axiale magnetische Widerstand des Materials der i'eldausrichtungselemente derart ist, dass die Umkehr des magnetischen Feldes dieser Verbindung oder dieses Zwischenraumes plötzlicher ist.

Bei bevorzugten Ausführungsbaispielen der Erfindung bestehen die Feldausrichtungselemente aus Wendeln aus ferromagnetischem Draht

Die Erfindung sei nun im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen näher erläutert:

Figur 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Magnetanordnung gemäss der Erfindung für eine Wanderfeldröhre;

Figur 2 zeigt einen vergrössernden bchnitt eines Teiles des Feldausrichtungselementes der Figur 1;

Figur 3 iöt eine graphische Darstellung der Feldstärke in einem zylindrischen Permanentmagneten ohne und mit einem erfindungsgemässen Feldausrichtungselement;

Figur 4 gibt eine graphische Darstellung des axialen Hagnetfeldes im Bereich der Umkehr des magnetischen Feldes für verschiedene G-rade der Kompensation wieder.;

Die Figuren 5 und 6 zeigen Kurven der gemessenen Feldstärke in praktischen Magnetanordnungen, wie sie z.B. in Figur 1 dargestellt sind.

Bei der Wanderfeldröhrenanordnung der Figur 1 ist ein Paar hohler zylindrischer lvlagnete 1 und 2 koaxial" zueinander auf einer Messingröhre 3 angeordnet, innerhalb derer sich zum Zwecke der Illustra-

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"- 3 .-BAD ORiGtNAL

tion eine Varid'erfeidröhre 4 befindet, obgleich die Kurve der Viand er feldröhre nicht Teil dieser Erfindung ist. Die Magnete 1 und 2 sind ^in Längsrichtung inagrietisiert. Zwischen den benachbarten gleichen Magnetpolen ist ein ringförmiger Polschuh 5 ausserhalb der Röhre 3 in der gleichen Ebene des inneren ringförmigen Polschuhes 6 angeordnet. Der innere Polschuh. 6 liegt zwiahen zwei nichtmagnetischen Haltern Ί, die mit sich axial erstreckenden Flanschen versehen sind, die als Auflage für die entsprechenden ITeldausriehtun^selemente 8, deren Konstruktion weiter unten beschrieben vferden soll, dienen. An ihren entgegengesetzten Enden sind die Magnete 1 und 2 und die Messingröhre 3 unterbrochen, um die entsprechenden Ein- und Ausgangswellenleiter 9 und 10, welche mit transversalen Öffnungen zum Durchgang der Wanderfeldröhre versehen sind, aufzunehmen. Die Ein- und Ausgangswellenleiter 9 und 10 sind mit Hilfe der Messingteile 11, 12 und 13» die auch als Träger für die Feldausrichtungselemente 8 dienen, zur Messingröhre 3 ausgerichtet. Entsprechende Polschuhe 20 und 21 schliessen das Ende des ytrahlerzeugungssystei:.s bzw. das kollektorseitige Ende der Magnet anordnung ab. Ber Polschuh 20 hat einen axialen Vorsprung, welcher den Kathodenbereich des ^tralilerzeugungssystems erreicht. Dieser Vorsprung verursacht, an der Kathode eine Spitze des magnetischen Feldes, dielbesonders für rauscliarme Btrahlerzeugungssysteme vorteilhaft ist. Eine derartige Ilathodenfeidform bildet keinen Teil dieser Erfindung, illustriert jedoch eine Anwendung in einem kompletten -fokussierungssystem.

Die Konstruktion der Feldausrichtungselemente 8 ist in 'Figur 2 vergrössert wiedergegeben. Eine auf den Troern für die Peldausrichtungselernente ruhende Messingröhre 22 trägt zwei Drabtwendeln 23 aus einer Eisenlegierung. Eine ',/eridel ist über die andere gewickelt und mit dieser verlötet. Die Abmessung dieser Wendeln und die Eigenschaften des Drahtes werden später diskutiert.

Die änderung der iaagnetischen L-'eldstärke H längs der Achse eines hohlen zylindrischen luagnetes zwischen den Punkten j. und D ist durch die voll ausgezeichnete Kurve in i-'igu-r 3 dargestellt. Durcia die Verwendung eines Jeldausrichtuii^selementes des korrekt

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gewählten magnetischen Widerstandes kann die Abrundung der Kurve der Feldstärke an den Enden des Magneten vermieden und Spitzen der Feldstärke vorgesehen werden, so dass eine Änderung des magnetischen Feldes längs der Achse entsteht, wie dies die gestricheltes linie der Figur 3 zeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Spitzen an den Enden der Kurve mit einer Reduktion der Feldstärke im Mittelteil verbunden sind. Bei korrekter Bemessung des Feldausrichtungselementes können Kurven, die zwischen den in Figur 3 dargestellten liegen, erhalten werden.

Für den Fall, dass sich die entgegengesetzten Pole zweier zylindrischer Magnete gegenüberstehen, ergibt sich ein anderer Verlauf der Feldstärke. Eine derartige Kurve ohne die Verwendung irgend eines Feldausrichtungselementes ist in der Figur 4 mit a bezeichnet. ~ü±e Steilheit des Überganges von der positiven zur negativen Feldrichtung kann durch geeige^te Wahl der Grosse der Polschuhöffnung geändert werden, d.h. die Grosse der zentralen Öffnung des Polschuhes 6 in der Figur 1. Durch die Verwendung von Feldausrichtungselementen für beide Magnete gemäss der Erfindung kann der Übergang plötzlicher ohne Spitzen gemacht werden, wie dies aus der Kurve b hervorgeht, oder im extremen Fall mit Spitzen, wie dies die Kurve b zeigt. Welche Art von Verlauf-mehr eine solche nach der Kurve b oder der Kurve c - in Anordnungen verwendet wird, hängt davon ab, welche Kompensation nötig ist, um eine genügende Fokussierung zu erhalten.

Die Hauptparameter des Feldausricatungselementes, die den Feldverlauf beeinflussen, sind die Permeabilität des Drahtes der Feldausrichtungswendel oder -wendeln, die Anzahl der Schichten, der Abstand zwischen den Windungen der ./endein und der mittlere Durchmesser des Feldausrichtungselementes. Da ein geeigneter kleiner transversaler magnetischer Widerstand bei der Verweisung von Feldausrichtungseleiiienten leicht durch die Kreiswege um das Feldausrichtungselement erhalten wird, muss nur die Änderung des axialen magnetischen Widerstandes betrachtet werden. Hin Anwachsen der Permeabilität des Drahtes, ein Anwachsen der Anzahl der Schichten oder eine Verkleinerung des Abstandes der Wendeln, alle diese Faktoren verringern den magnetischen „i!erstand des axialen

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Weges, so dass sich eine '-grossere Reduktion in dem magnetischen Eauptfeld und'eine, -grossere Verringerung des Feldes an den Enden ergibt, d.h. es ergibt sich eher die Kurve e als die Kurve b der Figur 4. Der Durchmesser des Feldausrichtungselementes beeinflusst die Plötzlichkeit in der Achse der Kombination am Ende des FeIdausrichtungselementes; ein kleinerer Durchmesser hat die Wirkung, auf der Achse in einer kürzeren Entfernung vom Ende des Feldausrichtungselementes zu erscheinen.

Bei-xeinem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung einer Fokus si erungs anordnung -für Wanderfeldröhren, ähnlich der in Eigur 1 gezeigten, waren die Materialabmessungen und die magnetischen Eigenschaften der Magnete 1 und 2 wie folgt:

Material: HYCOIIAX II · .

maximaler Durchmesser: 69.8 mm minimaler Durchmesser: 57.1 " innerer Durchmesser: 31·7_ν" ·

Länge von Magnet 1: 127 " und Länge von Magnet 2: 139.7 " *

Der Polschuh 6 war 2.286 mm dick und hatte eine zentrale Öffnung von einem -Durchmesser von 6.3 mm. Die Fokussierungsanordnung war für den Gebrauch mit einer rauscharmen Wanderfeldröhre bestimmt, bei der die Kathode an einer Spitze der magnetischen Feldstärke angeordnet ist. ■

Die gemessene Änderung des Magnetfeldes längs der Achse der Wanderfeldröhre ist in Figur 5 wiedergegeben. Die Kathodenlage ist der Anfangsspitze bei A benachbart und die Spitze des Magnetfeldes in diesem Bereich wird durch den zurückspringenden Polschuh 20 erzeugt. ■Die Umkehr des magnetischen Feldes-findet im Punkt B statt, und eine kleine Spitze wird"mittels der Feldausrichtungselemente benachbart zur Samrüelelektrode am anderen Ende des Magnetsystems vorgesehen._; .-■ ■ ' - ' ■-'"■.'■"

Die Wirkung der erfindungsgemäsöen Verwendung von Feldausrichtungs-"■•elernej.i.ten in der Nachbarschaft des Punktes :B ist vergrössert in ];^;i;-.ur, ,.6 -wiedergegeben, in der die Kurve α die Änderung der Feld-

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stärke ohne Feldausrichtungselemente und die Kurve b mit ausrichtungselementen zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel "bestanden die Feldausrichtungselemente aus zwei konzen trischen Wendeln von 3>556 mm starkem Draht einer Eisenlegierung, die im Handel unter der Bezeichnung "Gunife" bekannt ist. Die 'Wendeln waren auf eine 12·7 mm starke Messingröhre 22 mit einer Steigung ron drei Windungen pro mm gewickelt. Der Draht besteht aus einem ferromagnetischen Kern mit einer Schicht aus Kupfer von einer ungefähren Dicke von 0.025 - 0.051 mm. Der Dr_n^t ist dicht bei dicht gewickelt und der geeignete axiale Abstand zwischen den magnetischen Kernen wird durch den Kupferüberzug erzielt. Der Spalt zwischen benachbarten Ausrichtungselementen wurde zur Erzielung des gewünschten Verlaufs durch die Wahl der Dicke der Seitenwände der Träger 7 benutzt. An den linden der Anordnung waren die Ausrichtungselemente über die ganze Länge von der Wellenleiterwand bis zu den entsprechenden Polschuhen ausgeführt.

4 Patentansprüche

3 Blatt Zeichnungen, 6 Fig.

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Claims (9)

ISE/Reg. ,333.9 - 7 - 1 : ■ Patentansprüche '

1. Magnetanordnung, bestehend aus zwei hohlen, zylindrischen, in Längsrichtung magnetisierten Permanentmagneten, deren gleichpolige Magnete sich gegenüberstehen und Peldausrichtungselementen aus ferromagnetisehern Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Koerzitivkraft dieses ferromagnetischen Materials kleiner im Vergleich zu der.des magnetischen Materials (5>6), das zwischen und koaxial zu den Magneten (T und 2) angeordnet ist, und der axiale magnetische Widerstand der Feldausrichtungselemente (8) derart ist, dass die Umkehr des Feldes im Zwischenraum zwischen diesen Magneten (1 und 2) plötzlicher ist.

2. Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

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die Peldausrichtungselemente (8)/transversal zur Achse des Magneten verlaufenden magnetischen: Feldern einen Weg. von kleinem magnetischen Widerstand bieten.

3. Magnetanordnung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, .dadurch gekennzeichnet, dass das Feldausrichtungselement (8) aus mindestens einer Drahtwendel besteht.

4. Llagnetanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Erzeugung eines Magnetfeldes längs der Achse einer Wanderfeldröhre dient und aus zwei hohlen, zylindrischen Permanentmagneten (1, 2) gebildet ist, von denen jeder von einem Ende zum anderen Ende in entgegengesetzter Pachtung magnetisiert ist, und die beiden Magnete (1,2) voneinander durch Polschuhe (5, 6) aus magnetischem Material getrennt sind/zur Erzielung eines Weges transversal zur Achse von kleinem magnetischen Widerstand mindestens eine Drahtwendel (8) aus magnetischem Material koaxial zu jedem und innerhalb jedes Magneten, sich im wesentlichen über die ganze länge der Magnete erstreckend aufgebaut ist und der von der Wendel erzeugte axiale magnetische Weg von kleinem magnetischen

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„'iderstand derart ist, dass die Plötzlichkeit der Umkehr des axialen magnetischen Feldes an -diesen Polschuhen (3,6) vergröasert wird.

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Dr.Hi/Ü

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