DE1807941A1 - Magnetmaterial-Mehrpolaufbau - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-INQ. GRALFS 1807941

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL

PATENTANWÄLTE

München, den 8. November 1968 Bol/Lg - A 1111

ATOMIC ENERGY 0If CANADA LIMITED Ottawa, Ontario, Canada

Magnetmaterial-Mehrpolaufbau

Die Erfindung bezieht sich auf eine Permanentmagnetanordnung und betrifft insbesondere einen Magnetmaterial-Mehrpolaufbau.

Mehrpolmagnete wie z.B. Vierpolmagnete sind üblich für Ionenstrahltransport. Sie weisen üblicherweise Pole aus Eisenmaterial auf, die umgeben sind von stromleitenden Spulen, üblicherweise aus Kupfer, um die erforderlichen Magnetfelder zu erzeugen. Bisher hatten Permanentmagnetmaterialien keine ausreichende Koerzitivkraft, um die Spulen au ersetzen, auch wurden sie nicht in Tafeln oder Platten hergestellt, die groß genug waren, um einen ausreichenden Magnebfluß über die großen Volumen zu erzeugen, welche beim Hochenergiesbrahltransport erforderlich sind, das heißt, Energien von einer Billion Elektro-

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nenvolt oder mehr.

Die Brookhaven National Laboratories (J.B. Blewett) haben Vierpolmagnete aus Barium-Ferrit-Ringen hergestellt. Sie benutzten jedoch nicht Eisen in Verbindung mit dem Ferrit, ■ um die Flußdichte (magnetische Induktion) in der Öffnung dieser Magnete zu erhöhen. Durch geeignete Kombination von Eisen und Magnetmatsrial, z.B. Barium oder Strontium-Ferrit, wird eine größere Freiheit bei der Anordnung und Auslegung des Vierpoles erreicht und insbesondere kann . die..öffnung durch den Magneten im Durchmesser vergrößert . und die Feldgradienten können durch geeignete Bemessung der.Eisen- und Magnetteile festgelegt werden.

Die Ersetzung eines Magnetmaterials für eine elektrische Spule ergibt Energieeinsparungen, da die gesamte elektrische Energie, welche dem normalen Vierpol zugeführt wird, als Wärme abgeleitet oder aufgebraucht wird. Dem Ionenstrahl bzw. -bündel wird keine Energie erteilt. Die Einsetzung von Magnetmaterial für elektrische Spulen macht folglich die vier Pole unabhängig von der elektrischen Versorgung und beseitigt gänzlich das Wärmeableitungsproblem.

Ein Magüetmaterial-Mehrpolaufbau kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß eine gleiche Anzahl von eisenhaltigen Polen und Magnetmaterialteilen vorgesehen sind, die eine Öffnung in dem Aufbau begrenzen oder bilden und daß die Pole und Teile aneinanderliegend und orientiert sind, so daß ihre Polaritäten zusammen wirken, um ein Mehrpolmagnetfeld in der Öffnung zu erzeugen.

Bei einer Ausführungsform weist der erfindungsgemäße. Magnetinaterial-Vierpolaufbau vier eisenhaltige Pole und vier Magnetmaterialteile auf, die eine Öffnung in dem Aufbau bilden oder begrenzen, wobei die Pole und Teile aneinander liegen und so orientiert sind, daß ihre Polaritäten zu-

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sammen wirken, um ein Vierpolmagnetfeld in der Öffnung zu erzeugen.

Durch die Erfindung werden hohe magnetische Flußdichten erreicht durch geeignete Gestaltung und Auslegung doe eincnhaltigen und Macnetmaterials. D.h., die von Natur aus niedrige Flußdichte in einem Magnetmaterial wie z.B. Strontium oder Barium-Ferrit wird erhöht durch Einsetzen von eisenhaltigem Material oder Eisenmaterial in der Flußbahn. ·

Vorzugsweise sind die magnetischen Materialteile hexagonal e oder kreisförmige Zylinder aus· magnetischem Ferrit.

Weiterhin kann das Magnetmaterial Ferrite aufweisen.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Querschnittansieht einer Ausführungsform der Erfindung, in der die mechanischen Einrichtungen, um die Anordnung zusammenzuhalten, aus Gründen der Klarheit fortgelassen wurden.

Fig. 2 Eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines zusammengesetzten Ferrit-Teiles, welches aus kreisförmigen Ferrit-Zylindern zusammengebaut/und

Fig. Ji eine perspektivische Ansicht eines anderen Teiles eines Ferrit-Teiles, welches aus hexagonalen Zylindern zusammengebaut ist.

Nach Figur 1 besteht ein Magnetmaterial-Vierpolaufbau 11 aus*vier Magnet-Ferrit-Teilen oder Magneten 12, a, b, c, d, in Quadratur, welche angeordnet sind in einem Medium 1J aus Eisenmaterial, wie z.B. Weicheisen. Das Medium 13

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und die Ferrit-ieile 12 bilden ein Loch oder eine öffnung 14, welches einen kreisförmigen lichten flaum 1$ (gestrichelt) hat und mittig auf der Schneidachce der Ferrit-Teile 12 liegt. '

Das Medium 15 weist vorzugsweise eine bocenförmiße Kante 16 zwischen benachbarten Teilen 12 auf, so daß die bogenförmige Kante 16 die kreisförmige öffnung 15 tangential an dem Punkt 18 berührt. Die bogenförmige Kante 16 kann ™ irgendeine Kurve haben, da ihr Zweck, wie dem Fachmann bekannt ist, darin besteht, ,die Harmonischen des sinusförmigen Magnetfeldes in der öffnung 15 zu dämpfen. Das Ferrit-Teil 12 ist vorzugsweise bei 17 abgeschrägt oder verjüngt zu einem stumpfen Kopf, um die Flußverluste zu verringern, welche am größten in Luftspalten oder Lufträumen rechtwinklig zu einem Magnetfeld und am geringsten in Luftepalten oder Lufträumen sind, die parallel zu einem Magnetfeld verlaufen.

Ein magnetisches Ferrit-Teil z.B. das Teil 12 a kann mehrere aneinanderliegende parallele Platten oder Tafeln 19 aufweisen, die üblicherweise aus Strontium-Ferrit oder Barium-Ferrit bestehen. Die Platten I9 liegen aneinander mit ihren Flächen in Ebenen'parallel oder senkrecht zur Achse des magnetischen Ferrit-Teiles. Dieses erfordert, daß die Magnet-Ferrit-Teile auf einer Achse rechtwinklig zur Achse der magnetischen Ferrit-Platten angeordnet sind, d.h. parallel zu oder rechtwinklig zu der Fläche der Ebenen der aneinanderliegenden Platten 19·

-Andererseits kann ein magnetisches Ferrit 12, a, b, c oder ■ d aus kreisförmigen Ferrit*-Zylindern 37 oder hexagonal en Ferrit-Zylindern 38 bestehen. Eine weitere Alternative ist, daß das magnetische Ferrit-Teil 12 aus einer unitären » .

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oder einheitlichen Platte aus Ferrit-Material besteht.

. .Pie. magnetischen Ferrit-Teile 12 sind so angeordnet, daß . die entsprechenden Pole benachbarter Teile benachbart sind. Z.B. let das Teil 12 α so angeordnet, daß coin Südpol dem Südpol des Teiles 12 b dem benachbarten Magneten benachbart ist, während der Nordpol des Teiles 12 a dem Nordpol des benachbarten Magnet-Teiles 12 d benachbart ist. In gleicher Weise ist aus Figur 1 zu ersehen, daß identische Pole der Teile 12 d, 12 c und 12 b Jeweils benachbart sind. , "

Es kann gezeigt werden, daß falls jedes Magnet-Teil 12 aus Barium-Ferrit besteht und eine Abmessung von etwa 8,8 cm χ 14 cm χ 25 cm hat, und die Öffnung 15 einen Durchmesser von etwa 12,12 cm hat, der Feldgradient innerhalb der Öffnung etwa 6 Wb/m* beträgt.

Die Platten 19 können auf die folgende Art und Weise hergestellt werden. Eine wässerige Trübe aus Barium-Ferrib-PuIver wird unter dem Einfluß eines.Magnetfeldes von etwa 13 K Gauss zu langen Platten zusammengepreßt. Bei einer anderen Ausführungsform können sie zu Zylindern 37 ge- i formt werden, wie es in Figur 2 gezeigt ist oder vorzugsweise können sie zu 6-Kant-Stangen 38 zusammengepreßt werden, wie es in Figur 3 gezeigt ist. Das Material des zusammengepreßten Ferrits wird dann gesintert bei etwa 1.000° G (das Zweifache des Curie-Punktes) wodurch es in ein Keramikmaterial umgewandelt wird. Das Keramikmaterial kann dann maschinenbearbeitet werden durch Schleifen, Lappen oder durch Ultraschallverfahren. Das Keramikmaterial kann dann magnetisiert und in Mosaikform angeordnet werden, um die Polteile 12 zu bilden. Das Schrumpfoder Kontraktionsverhältnis des Breies zu dem Keramik-. material beträgt etwa 2, d.h. um einen 10 cm langen Ba-

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rium-Ferrit-Magneten zu erzeugen, muß die Trübe zu Anfang etwa 20 cm lang sein. Vorzugsweise sollten die Ferrit-Toilchen kleiner als 1 Mikron in der Größe sein.

E· ist dem Fachmann klar, daß die Pole der Magnete 12 in dem Eisen-Medium 13 Pole von entgegengesetzter-Polarität au diesen induzieren. Als Ergebnis davon ist der Aufbau 11 selbsthaftend oder selbstklebend. D.h., der Aufbau wird zusammengehalten durch seine eigenen magnetischen.

gt Kräfte, welche das Medium 13 und die Magnete 12 in dichter Anlagerung zusammendrücken. Diese Eigenschaft unterbindet eine leichte Bewegung der Magnete, welches eine Feineinstellung des Vierpolmagnetfeldes in der Öffnung 15 ge-Statten würde. Um dieses zu erleichtern, ist ein nicht dargestellter einfacher NichteiBen-Rahmen, z.B. ein Mes-■ingkleeateil 21 vorgesehen, welches das Medium 13 und die Hagnet·. 12 in ihrer relativen Stellung hält. Tatsächlich wird bevorzugt, daß irgendeine Art von Rahmen benutzt wird, auch wenn das Medium 13 und die Magnete 12 ■ in dichter und enger Anlagerung sich befinden, um ihre relative Bewegung zu verhindern, bzw. zu beschränken, welche auftreten kann aufgrund von Vibrationen oder Er-

^ schütterungen beim Zusammenbau oder während der Benutzung.

Selbstverständlich kann der Magnetmaterialaufbau irgendeine andere Anzahl von Polen haben. In der vorliegenden Beschreibung ist mit Mehrpol irgendeine gerade Anzahl von Polen gemeint wie z.B. 4-, 6 oder 8 wie es praktisch ist.

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Claims (10)

Patent ansprüche

1. Magnetmaterial-Kehrpolaufbau, dadurch, g e k e η η- ä zeichnet, daß eine gleiche Anzahl von eisenhaltigen Polen und Magnetmaterial-Teilen vorgesehen sind, die eine öffnung in dem Aufbau bilden, oder begrenzen, und daß die Pole und die Teile aneinander liegen und orientiert sind, so daß ihre Polaritäten • zusammenwirken, um ein Mehrpol-Magnetfeld in der Öffnung zu erzeugen.

2. Magnetmaterial-Vierpolaufbau, dadurch g e k e η n-

· zeichnet, daß vier eisenhaltige Pole und vier Magnetmaterial-Teile vorgesehen sind, die eine öffnung in dem Aufbau begrenzen oder bilden, und daß die Pol· und Teile aneinander liegen und orientiert sind, so (

daß ihre Polaritäten zusammenwirken, um ein VierpoX-magnetfeld in der öffnung zu erzeugen.

5. Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß. die Teile Ferrit aufweisen.

4. Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil Barium-Ferrit aufweist. »

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5- Aufbau nach Anspruch 2, dadurch g e Ic c η η ζ e i c hn β t, daß ein Teil Strontium-Ferrit aufwoiot.

6. Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil eine Platte aus Barium-Ferrit aufweist.

7. Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichn e t, daß ein Teil eine Platte aus Strontium-Ferrit aufweist.

8. Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Teile hexagonale Zylinder aus magnetischem Ferrit aufweisen.

9. Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß ein Teil aus mehreren kreisförmigen Magnet-Ferrit-Zylindern besteht.

10. Aufbau nach Anspruch 2, gekennzeichnet

durch einen nahmen, der die Eisenpole und Magnetmaterialteile in aneinanderliegender Anordnung enthält.

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