DE3610690C2 - - Google Patents
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
- H01F7/202—Electromagnets for high magnetic field strength
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Description
Die Erfindung betrifft Magnetspulen nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 zum Erzeugen hoher Magnetfelder, vorzugs
weise solche zum Impulsbetrieb, die von Stromimpulsen aus
einer Kondensator-Entladung gespeist werden und zum Aufmagne
tisieren, Entmagnetisieren und Abgleichen von Dauermagneten
in Magnetisiervorrichtungen dienen.
Die Erwärmung der Spule hängt stark von der Im
pulsenergie ab. Um ein fortlaufendes Arbeiten der Geräte zu
gewährleisten, muß eine beschleunigte Kühlung der Spulen -
vorzugsweise mit Luft - vorgesehen werden.
Bekannt sind derartige Spulen, die aus scheibenförmigen
Stromleitern bestehen, die in Spiralform miteinander verbun
den sind (sogenannte "Bitter-Spulen", F. Bitter, Rev. Sci.
Instr. 7, 479, 482 (1936). Bei diesen wird zur Kühlung eine
Kühlflüssigkeit durch axiale Bohrungen durch die Scheiben
geleitet. Der Aufwand für diese Kühlart ist beachtlich.
Bekannt ist ferner ein ein- oder mehrteiliger, durch Flüssig
keit gekühlter Induktor zur Erwärmung beliebiger metallischer
Gegenstände (CH 3 28 166), und zwar vorzugsweise durch Hoch
frequenz, mit Schlitzen zur Verengung seines leitenden Quer
schnittes. An dem Induktor sind für die Kühlflüssigkeit me
tallische Kühlrohre so angebracht, daß mindestens eines we
nigstens einen Schlitz überbrückt und an dieser Stelle so
gebogen ist, daß diese Stelle einen höheren induktiven Wider
stand als das gestreckte Rohr besitzt. Die Herstellung sol
cher Induktoren ist durch die Kühlrohre kostenaufwendig.
Außerdem sind solche Induktoren für Magnetisiervorrichtungen
nicht geeignet.
Weiterhin ist eine elektrische Magnetspule mit scheiben
förmigem Stromleiter zum Erzeugen eines konzentrierten Ma
gnetfeldes bekannt (US 31 50 339), die insbesondere für eine
Verwendung in Elektronenstrahl-Fokussiereinrichtungen geeig
net ist und kein ferromagnetisches Material zum Konzentrieren
des Magnetfeldes benötigt. Diese Magnetspule, die ins
besondere für Elektronenmikroskope bestimmt ist, besteht aus
einem Stapel von kreisringförmigen Scheiben aus leitendem
Material, wie Kupfer, von denen jede C-förmig ausgebildet ist
mit einem leitenden inneren Bereich und einem äußeren Bereich
mit einer Anzahl von über den Umfang jeder Scheibe verteilten
radialen Schlitzen. Die einzelnen geschlitzten Scheiben sind
spiralförmig miteinander verbunden und über elektrische An
schlüsse an eine Stromquelle angeschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Magnetspulen
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 in konstruktiv einfa
cher und kostensparender Weise so auszubilden, daß sie für
eine sichere und gleichmäßige Kühlung, möglichst mit Luft,
geeignet sind.
Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen
des Anspruches 1 gelöst, während in den Ansprüchen 2 bis 6
besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekenn
zeichnet sind.
Dadurch, daß die einzelnen Scheiben durch Isolierscheiben
voneinander getrennt und durch Zugstangen, die durch Bohrun
gen im äußeren Bereich der Scheiben hindurchgeführt sind, mit
den Isolierscheiben zu einem festen Paket zusammengehalten
sind, dienen die äußeren Bereiche der im Stapel angeordneten
Scheiben als Kühlrippen, zwischen denen die Kühlluft hin
durchstreichen und die erzeugte Wärme ohne zusätzliche Hilfs
mittel wegführen kann. Die Scheiben können im äußeren Bereich
dünner als im inneren Bereich sein, also stufen- oder keil
förmig nach außen dünner werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin
dung können die Scheiben im wesentlichen quadratisch ausge
bildet und jeweils um 45° zueinander versetzt sein, so daß
die Ecken der im Versatz gestapelten Scheiben aus dem Schei
ben-Stapel seitlich herausragen und besonders leicht zu küh
len sind, zum Beispiel mit Luft oder mit einer Kühlflüssig
keit. Die überstehenden Ecken der zueinander versetzten
Scheiben bilden ausgezeichnete Kühlrippen, so daß eine gute
radiale Wärmeabfuhr möglich ist.
Durch die Zusammenschnürung des Stroms auf den stromführenden
inneren Bereich der Spule wird das Verhältnis Feldstärke :
Strom zusätzlich verbessert.
Vorteilhaft ist es, wenn der äußere Durchmesser oder die
äußere Kantenlänge der Scheiben wenigstens das 1,5-fache des
Durchmessers der Mittelöffnung beträgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine runde Scheibe einer Magnetspule mit einem
radialen Schlitz und Bohrungen im äußeren Bereich,
Fig. 2 eine quadratische Scheibe einer Magnetspule,
Fig. 3 eine Stirnansicht einer Magnetspule mit der
artigen im wesentlichen quadratischen Scheiben, die
im Stapel jeweils um 45° zueinander versetzt an
geordnet sind, und
Fig. 4 einen senkrechten Längsschnitt durch eine solche
Magnetspule mit scheibenförmigen Stromleitern.
Die Magnetspule besteht aus runden oder im wesentlichen
quadratischen Scheiben 1 mit einer Mittelöffnung 10, zum
Beispiel aus Kupfer, von denen jede für eine spiralförmige
Verbindung mit der jeweils nächsten Scheibe einen radialen
Schlitz 2 aufweist. Jede Scheibe 1 hat einen inneren, den
Strom leitenden Bereich 3, und einen äußeren, der Wärmeablei
tung dienenden Bereich 4 mit Bohrungen 9 für Zugstangen, die
die Spule zusammenhalten. Die Scheiben 1 sind im äußeren
Bereich 4 dünner als im inneren Bereich 3. Beide Bereiche 3
und 4 sind durch eine gestrichelte Linie getrennt. Radiale
Schlitze 5 verhindern oder schwächen den Stromverlauf im
äußeren Bereich 4.
Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform sind die
im wesentlichen quadratischen Scheiben 1 mit 45° Versatz
gestapelt, so daß ihre Ecken 6 aus dem Scheiben-Stapel her
ausragen (Fig. 3) und besonders leicht zu kühlen sind, zum
Beispiel mit Luft oder mit einer Kühlflüssigkeit.
Jede Scheibe 1 hat neben dem von der Mittelöffnung 10 ausge
henden radialen Schlitz 2 zwei elektrische Anschlüsse 11, 12.
An dem elektrischen Anschluß 11 wird in Fig. 2 und 3 bei +
der Strom der ersten Scheibe 1 zugeführt und über einen Kup
ferring 7 jeweils zu der nächsten Scheibe 1 geleitet bis zur
letzten Scheibe, die mitverbunden ist.
In Fig. 4 ist eine derartige Magnetspule im Schnitt
dargestellt. Die überstehenden Ecken 6 der zueinander ver
setzten Scheiben 1 bilden Kühlrippen, wobei die einzelnen
Scheiben 1 durch Isolierscheiben 8 voneinander getrennt und
durch Zugstangen, die durch Bohrungen 9 in den Scheiben 1
hindurchgeführt sind, mit den Isolierscheiben 8 zu einem
festen Paket vereinigt sind.
Der äußere Durchmesser oder die äußere Kantenlänge der Schei
ben beträgt wenigstens das 1,5-fache des Durchmessers der
Mittelöffnung 10.
Claims (6)
1. Magnetspule mit scheibenförmigem Stromleiter, die
aus mehreren im Stapel angeordneten Scheiben eines
elektrischen Leiters mit einer Mittelöffnung besteht,
wobei jede Scheibe einen von der Mittelöffnung
durchgehenden radialen Schlitz mit beiderseits
davon angeordneten elektrischen Anschlüssen und
neben einem den Strom führenden ringförmigen inneren
Bereich einen die Wärme ableitenden äußeren Bereich
mit weiteren Schlitzen aufweist und die einzelnen
Scheiben spiralförmig miteinander in Serie geschaltet
sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Scheiben (1) durch Isolierscheiben
(8) voneinander getrennt und durch Zugstangen,
die durch Bohrungen (9) im äußeren Bereich (4) der
Scheiben (1) hindurchgeführt sind, mit den Isolierscheiben
(8) zusammengehalten sind.
2. Magnetspule nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Scheiben (1) im äuße
ren Bereich (4) dünner als im inneren Bereich (3) sind.
3. Magnetspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Scheiben (1) im
wesentlichen quadratisch ausgebildet und jeweils um 45°
zueinander versetzt sind.
4. Magnetspule nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die äußere Kantenlänge
jeder Scheibe (1) mindestens das 1,5-fache des Durch
messers der Mittelöffnung (10) beträgt.
5. Magnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Scheiben (1) aus Kupfer bestehen.
6. Magnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß sie
mit dem Stromimpuls aus einer Kondensator-Entladung
betrieben wird.
Priority Applications (4)
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Owner name: MAGNET-PHYSIK DR. STEINGROEVER GMBH, 50996 KOELN, |
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