GR1010294B - Περιελιξη για αγωγους σε μορφη ταινιας εφαρμοζομενη σε μαγνητες τυπου κεκλιμενου συνημιτονου θητα - Google Patents

Abstract

Η παρούσα εφεύρεση αφορά μια νέα μέθοδο περιέλιξης ταινίας HTS γύρω από έναν πυρήνα μαγνήτη CCT καθώς και το νέο σχεδιασμό του πυρήνα μαγνήτη CCT με τρόπο που να επιτρέπει τη συγκεκριμένη περιέλιξη. Αυτό επιτυγχάνεται με την αντικατάσταση του κύκλου στο επίπεδο (xy) του ίχνους ταινίας της παραδοσιακής σχεδίασης με ένα σχήμα «πίστας» που περιλαμβάνει ευθύγραμμα τμήματα και τόξα (δύο για δίπολα, τέσσερα για τετράπολα, κλπ).

Description

ΠΕΡΙΕΛΙΞΗ ΓΙΑ ΑΓΩΓΟΥΣ ΣΕ ΜΟΡΦΗ ΤΑΙΝΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΖΟΜΕΝΗ ΣΕ ΜΑΓΝΗΤΕΣ ΤΥΠΟΥ ΚΕΚΛΙΜΕΝΟΥ ΣΥΝΗΜΙΤΟΝΟΥ ΘΗΤΑ

Συνοπτική περιγραφή

Η παρούσα εφεύρεση επιλύει το πρόβλημα της περιέλιξης Υπεραγωγών Υψηλής Θερμοκρασίας (ΥΥΘ) σε μορφή ταινίας σε μαγνήτες τύπου Κεκλιμένου Συνημίτονου Θήτα (ΚΣΘ) [αγγλιστί Canted-cosine-theta (CCT)]. Η ισχύουσα στάθμη της τεχνικής περιέλιξης μαγνητών ΚΣΘ σήμερα δεν επιτρέπει την περιέλιξη ταινιών ΥΥΘ. Αυτή η εφεύρεση τροποποιεί τον ορισμό των περιελίξεων και επιτρέπει την χρήση ταινιών ΥΥΘ. Βασίζεται στην τροποποίηση του τρόπου που ορίζονται οι περιελίξεις ΚΣΘ στο επίπεδο κάθετο στο μήκος του μαγνήτη, από κύκλο σε σχέδιο «σχήματος στίβου» με ευθύγραμμα και κυρτά τμήματα. Τα κύρια χαρακτηριστικά και η απόδοση του μαγνήτη ΚΣΘ δεν επηρεάζονται σε σημαντικό βαθμό.

Υπάρχουσα/ Προηγούμενη τεχνική

Οι ηλεκτρομαγνήτες ΚΣΘ, γνωστοί και ως μαγνήτες διπλής έλικας, βασίζονται σε ένα σχέδιο όπου μια αυλάκωση είναι χαραγμένη σε μια δομή μηχανικής στήριξης, τον πυρήνα του μαγνήτη (2), η οποία καθορίζει με ακρίβεια τη θέση του καλωδίου-αγωγού, η ροή ρεύματος δια μέσου του οποίου καθορίζει τα χαρακτηριστικά του μαγνήτη. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται στο εσωτερικό του πυρήνα του ηλεκτρομαγνήτη (2) που είναι κοίλος. Οι εξισώσεις που ορίζουν τη θέση της αυλάκωσης (και, επομένως, του αγωγού) δίνονται παρακάτω. Η πρώτη αναφορά του σχεδιασμού μαγνητών ΚΣΘ συναντάται ήδη στη δεκαετία του 70. Οι μαγνήτες ΚΣΘ άρχισαν να γίνονται δημοφιλείς μεταξύ των σχεδιαστών μαγνητών σήμερα (δεκαετίες 2010-2020) λόγω της έλευσης των αυτοματοποιημένων τεχνικών τόρνου και τρισδιάστατων εκτυπωτών καθώς και λόγω της απλότητας, της εξαιρετικής μαγνητικής ποιότητας, του χαμηλού κόστους και της ταχύτητας κατασκευής τους.

Περιγραφή

Η εφεύρεση που παρουσιάζουμε αφορά μια νέα περιέλιξη που επιτρέπει σε ταινίες ΥΥΘ (1) να χρησιμοποιηθούν σε ένα πυρήνα μαγνήτη ΚΣΘ (2), καθώς και ένα νέο σχεδίασμά του πυρήνα μαγνήτη ΚΣΘ με τρόπο που να επιτρέπει τη συγκεκριμένη περιέλιξη. Αυτή η εφεύρεση καταστεί δυνατή τη χρήση τεχνολογίας ΥΥΘ σε μαγνήτες ΚΣΘ. Χωρίς αυτήν, είναι αδύνατη ή τουλάχιστον μη πρακτική η κατασκευή μαγνήτη ΚΣΘ με αγωγούς ΥΥΘ. Τα υλικά ΥΥΘ προσφέρουν υψηλή απόδοση σε σχέση με τα παραδοσιακά υλικά υπεραγωγών χαμηλής θερμοκρασίας και πλέον χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο. Όμως, η μορφή των υπεραγωγών ΥΥΘ είναι οι ταινίες ΥΥΘ (1) και όχι παραδοσιακοί αγωγοί κυλινδρικής διατομής (καλώδια) : έχουν πλάτος συνήθως 4-12 χιλιοστά, πάχος 50-100 μικρά και μήκος έως πολλά χιλιόμετρα. Οι ταινίες διαφέρουν από τους παραδοσιακούς αγωγούς κυλινδρικής διατομής στο ότι είναι εύκαμπτες περί την κατεύθυνση παράλληλη προς το πλάτος τους, αλλά πολύ άκαμπτες και εύθραυστες περί την κατεύθυνση παράλληλη προς το πάχος τους. Κάθε προσπάθεια να λυγίσει η ταινία προς αυτή την κατεύθυνση θα οδηγούσε στο σπάσιμο και την καταστροφή της ταινίας.

Για υψηλότερο μαγνητικό πεδίο και δεδομένου του ότι οι ταινίες ΥΥΘ είναι πολύ λεπτές, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια στοίβα ταινιών. Η στοίβα των ταινιών παρουσιάζει τις ίδιες ιδιότητες με τις μεμονωμένες ταινίες, καθώς είναι εύκαμπτη περί την κατεύθυνση παράλληλη προς το πλάτος τους αλλά άκαμπτη περί την κατεύθυνση παράλληλη προς το πάχος τους, όπως η μεμονωμένη ταινία. Η εφεύρεση αναφέρεται σε στοίβες ταινιών ΥΥΘ (1) συμπεριλαμβανομένης της στοίβας του ενός (μεμονωμένη ταινία).

Ορισμός του μαγνήτη ΚΣΘ - στάθμη της τεχνικής

Το μαγνητικό πεδίο ενός μαγνήτη, σε επίθετο κάθετο στην μακριά του διάσταση, χαρακτηρίζεται από ένα μείγμα λοξών και κανονικών πολυπόλων (Αγγλιστί skew and normal multipoles). Τα πολύπολα είναι δίπολα, τετράπολα, εξάπολα, κ.ο.κ. Για τους περισσότερους μαγνήτες έχουμε ένα βασικό πολύπολο με τα υπόλοιπα να είναι πολύ ασθενέστερα (της τάξης του ενός χιλιοστού της δύναμης του βασικού πολυπόλου ή λιγότερο) και που αντιπροσωπεύουν μαγνητικές ατέλειες.

Οι μαγνήτες ΚΣΘ έχουν μια αυλάκωση σε ένα πυρήνα σε σχήμα κοίλου κυλίνδρου, το κέντρο της οποίας στο χαμηλότερο σημείο δίνεται από την εξίσωση

Όπου R είναι η ακτίνα του πηνίου και nΑκαι nBείναι ο αριθμός τάξης των λοξών και κανονικών πολυπόλων ( nA,nB= 1 ,2,3, ...). Ο αριθμός τάξης 1 αντιπροσωπεύει δίπολο μαγνητικό πεδίο, 2 τετράπολο, 3 εξάπολο, κ,ο.κ. Οι γωνίες αnAκαι anBείναι οι μέγιστες γωνίες της αυλάκωσης σε σχέση με το κάθετο επίπεδο ( x,y ) ανά επιθυμητό πολύπολο (ονομάζονται γωνίες κλίσης Αγγλιστί skew angles) και είναι αντιστρόφως ανάλογες με την ισχύ αυτού του πολυπόλου. Μια γωνία ίση με 90 μοίρες εξασφαλίζει ότι δεν υπάρχει σχετικό πολύπολο στοιχείο, ενώ η ελάχιστη γωνία (που δίνει το μέγιστο πεδίο) περιορίζεται σε περίπου 25 μοίρες εξαιτίας πρακτικών-κατασκευαστικών λόγων (δηλαδή το γεγονός πως η αυλάκωση δεν μπορεί να περνάει πάνω από τον εαυτό της), θ είναι η γωνία περιέλιξης και εκτείνεται από το 0 έως το 2 nntόπου ntείναι ο αριθμός των στροφών ή περιελίξεων, ω είναι το βήμα του αγωγού (η απόσταση μεταξύ των διαδοχικών περιελίξεων).

Τα κανονικά στοιχεία μετατρέπονται στα λοξά στοιχεία σύμφωνα με τον μετασχηματισμό θΑ→ θB+ nΒ/ π. Οτιδήποτε ισχύει για κανονικά πολύπολα, που ως επί το πλείστον αναφερόμαστε εδώ, ισχύει επίσης και για λοξά πολύπολα υπό τον παραπάνω μετασχηματισμό γωνίας.

Στο όριο όπου το μέγεθος του αγωγού είναι πολύ μικρό σε σύγκριση με το R (δηλ. η αυλάκωση έχει μηδενικό πλάτος και βάθος και ο αγωγός είναι απλώς μια γραμμή), το προκύπτον πεδίο ενός απείρως μακρού μαγνήτη μακριά από τις άκρες είναι μια τέλεια αντανάκλαση του μείγματος πολλαπλών πόλων της εξίσωσης [1] χωρίς πολυπολικά σφάλματα.

Οι πιο συνηθισμένοι μαγνήτες είναι τα δίπολα (όλες οι γωνίες α είναι π/ 2 με την εξαίρεση του nB= 1 ), τετράπολα (όλες οι γωνίες α είναι π/2 με την εξαίρεση του nB= 2 ) και εξάπολα (όλες οι γωνίες είναι π/2 με την εξαίρεση του nB= 3 ). Ένας μαγνήτης ΚΣΘ εκτός από το κύριο πολύπολο μπορεί να σχεδιαστεί να περιέχει έχει και μικρές ποσότητες από άλλα πολύπολα.

Δεδομένου ότι αυτή η διάταξη παράγει επίσης ένα πεδίο κατά τη διαμήκη διεύθυνση (Z) , το οποίο είναι ανεπιθύμητο σε πολλές περιπτώσεις, ενσωματώνεται ένα δεύτερο στρώμα ΚΣΘ με ελαφρώς αυξημένο R, ανάλογα με το πάχος του πρώτου, αντίθετη κατεύθυνση περιέλιξης, και γωνία κλίσης αντιθέτου προσήμου. Η αρχή της αυλάκωσης του εξωτερικού στρώματος και το τέλος της αυλάκωσης του εσωτερικού στρώματος βρίσκονται η μία πάνω από το άλλο. Ο αγωγός του δεύτερου στρώματος φέρει το ίδιο ρεύμα που ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση σε σχέση με το πρώτο στρώμα. Ως αποτέλεσμα, τα διαμήκη πεδία των δύο στρωμάτων ακυρώνονται και οι επιδιωκόμενες πολυπολικές συνεισφορές έχουν το ίδιο πρόσημο. Λόγω των δύο στρωμάτων, μερικές φορές το σχέδιο ΚΣΘ αναφέρεται και ως "διπλή έλικα". Σε κάθε περίπτωση, τα δύο στρώματα είναι πανομοιότυπα ως προς την έννοια, επομένως αρκεί εδώ να αναφερθούμε στο ένα στρώμα. Η ίδια ακριβώς μέθοδος μπορεί να ενσωματωθεί και στο άλλο στρώμα.

Σημειώνουμε ότι σύμφωνα με την εξίσωση [1], στο επίπεδο (xy) , η αυλάκωση περιγράφει έναν κύκλο και σε τρις διαστάσεις βρίσκεται στην επιφάνεια ενός κυλίνδρου. Στο επίπεδο (ζθ) , το αυλάκι περιγράφει μια ημιτονοειδή καμπύλη για ένα συγκεκριμένο πολύπολο. Πρόσφατα, ορισμένοι μαγνήτες ΚΣΘ ακολουθούν ένα καμπύλο σχέδιο, όπου το κέντρο του μαγνήτη (το οποίο στην εξίσωση [1] βρίσκεται στο (x,y) = (0,0) ) περιγράφει έναν κύκλο στο επίπεδο (χ,z) με ακτίνα Rκαμπύλου, όπου R καμπύλου » R- Οι ίδιες ακριβώς αρχές που διέπουν τη συγκεκριμένη εφεύρεση ισχύουν και για καμπύλους μαγνήτες ΚΣΘ. Περιέλιξη μαγνήτη ΚΣΘ για ταινίες ΥΥΘ ( η συγκεκριμένη εφεύρεση )

Ο παραπάνω τύπος [1] λειτουργεί τέλεια για έναν εύκαμπτο αγωγό όπως ένα λεπτό σύρμα κυλινδρικής διατομής. Ωστόσο, οι αγωγοί ΥΥΘ, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, έχουν σχήματα ταινιών πλάτους λίγων χιλιοστών (4 έως 12 mm) και πάχους μερικών δεκάδων μικρομέτρων (50-100μm). Λόγω της μεγάλης διαφοράς στο μέγεθος, η ταινία παρουσιάζει μεγάλη κατευθυντικότητα καθώς μπορεί να λυγίσει με πολύ λίγη προσπάθεια γύρω από την κατεύθυνση παράλληλη προς το πλάτος της, αλλά δεν μπορεί να λυγίσει (παρουσιάζει πολύ υψηλή ακαμψία) γύρω από την κατεύθυνση παράλληλη προς το πάχος της. Το ίδιο ισχύει και για στοίβες ταινιών. Η αναγκαστική κάμψη στο επίπεδο της υψηλής ακαμψίας πέρα από το όριο ελαστικότητας μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την καταστροφή της ταινίας και πιθανώς την απώλεια της υπεραγώγιμης απόδοσης.

Ο τύπος ΚΣΘ που περιγράφεται στην εξίσωση [1] είναι για μια γραμμή και όχι για ένα συμπαγές αντικείμενο. Ένας στρογγυλός αγωγός του οποίου η διάμετρος είναι πολύ μικρότερη από την ακτίνα R του μαγνήτη μπορεί να προσεγγιστεί πολύ καλά από μια γραμμή. Μια ταινία, ωστόσο, γενικά δεν μπορεί. Ορίζουμε το «ίχνος ταινίας» (3) ως το κέντρο της μιας άκρης ή της μέσης της στοίβας των ταινιών. Αυτό το άκρο θεωρούμε ότι είναι το πλησιέστερο στο κέντρο του μαγνήτη (που ορίζεται κατά μήκος της γραμμής ( x,y ) = (0,0)) ((3) στο Σχήμα 1Β), ωστόσο τα ίδια ακριβώς επιχειρήματα ισχύουν εάν η άκρη είναι αυτή που απέχει περισσότερο από το κέντρο του μαγνήτη ή το μέσο της ταινίας. Πλέον το ίχνος ταινίας (3) είναι αυτό που ακολουθεί την εξίσωση [1] του ΚΣΘ.

Όταν μια ταινία ή μια στοίβα από ταινίες προσπαθεί να ακολουθήσει μια καμπύλη διαδρομή στην επιφάνεια ενός κυλίνδρου, λυγίζει και η ταινία δεν είναι πλέον κάθετη στην επιφάνεια του κυλίνδρου ανά πάσα στιγμή. Οι διαδοχικές κάμψεις, όπως στην περίπτωση του σχεδίου ΚΣΘ, απαιτούν η στοίβα των ταινιών να αλλάξει από μια θετική ακτίνα κάμψης (κοίλη) σε μια αρνητική ακτίνα κάμψης (κυρτή) όπως φαίνεται στο Σχήμα 1Α. Ανάμεσα σε δύο διαδοχικές στροφές η ταινία πρέπει να συστραφεί. Αλλά η συστροφή ακολουθώντας μια καμπύλη επιφάνεια δεν είναι γενικά δυνατή καθώς απαιτεί κάμψη κατά μήκος του μη-καμπτόμενου άξονα της ταινίας.

Η παρούσα εφεύρεση χρησιμοποιεί ένα σχέδιο «σχήματος στίβου» για το γεωμετρικό τόπο του ίχνους ταινίας (3) στο επίπεδο (xy) (που είναι κύκλος στην εξίσωση [1] του συμβατικού μαγνήτη ΚΣΘ) όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Ευθύγραμμα τμήματα (4) ενώνονται με κυρτά τμήματα (5), π.χ. τόξα κύκλου. Τα κέντρα αυτών των κύκλων μπορεί να είναι διαφορετικά από το κέντρο του μαγνήτη, όπως στο Σχήμα 2Α, ή να συμπίπτουν όπως στο Σχήμα 2Β, ή να έχουν οπουδήποτε άλλο σχήμα. Τα ευθύγραμμα τμήματα δίνουν τη δυνατότητα στην ταινία να συστραφεί μεταξύ κοίλων και κυρτών κάμψεων, κάτι που δεν είναι δυνατό αν υπάρχουν μόνο κυρτά τμήματα όπως στο συμβατικό μαγνήτη ΚΣΘ. Αριθμός ευθυγράμμων τμημάτων

Ο αριθμός των ευθυγράμμων τμημάτων είναι ίσος με το διπλάσιο της σειράς τάξης του βασικού πολυπόλου του μαγνήτη (δύο ευθύγραμμα τμήματα για ένα δίπολο, τέσσερα για ένα τετράπολο, έξι για ένα εξάπολο κ.λπ.). Στα ευθύγραμμα τμήματα δίνεται η ευκαιρία στην ταινία να συστραφεί, έτοιμη για την επόμενη κάμψη. Τα ευθύγραμμα τμήματα βρίσκονται γύρω από τα σημεία καμπής του σχεδίου. Στην περίπτωση κανονικών πολυπόλων αυτά βρίσκονται στα σημεία που:

sin(nΒθ) = 0

Και για λοξά πολύπολα:

cos(nAθ) = 0

Το Σχήμα 3 δείχνει τον σχεδίασμά του «σχήματος στίβου» αυτής της εφεύρεσης στην περίπτωση ενός τετραπόλου. Εμφανίζεται η προβολή στο επίπεδο (xy) καθώς και η ισομετρική όψη. Εμφανίζεται ένα μικρό μέρος της στοίβας ταινιών ΥΥΘ (μισή στροφή), αλλά η αρχή που περιγράφεται εδώ ισχύει παντού κατά μήκος του αγωγού.

Τώρα πρέπει να ορίσουμε το ελάχιστο μήκος των ευθύγραμμων τμημάτων καθώς και το πόσο επίπεδα θα πρέπει να είναι για να αποφασίσουμε εάν ένα σχέδιο εμπίπτει εντός ή εκτός του σκοπού αυτής της εφεύρεσης.

Ελάχιστο μήκος ευθύγραμμων τμημάτων

Το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος του ίχνους ταινίας (3) Iευθύγραμμοτμήμα τρισδιάστατο χώρο θα πρέπει να είναι μεγαλύτερο από ένα πλάτος ταινίας Ιπλάτοςταινίας σε αυτήν την εφεύρεση, με τυπικά μήκη να υπερβαίνουν το τριπλάσιο του πλάτους της ταινίας.

Ιευθύγραμμο τμήμα<>>Ιπλάτος ταινίας

Στο επίπεδο (xy) αυτό αντιστοιχεί σε Ιευθύγραμμο τμήμα στο xy Ι-πλάτος ταινίας Sin(t) για πολύπολα με γωνία κλίσης α.

Επιτρεπόμενη καμπυλότητα ευθύγραμμων τμημάτων.

Η εφεύρεση απαιτεί ουσιαστικώς ευθύγραμμα τμήματα (4) στο επίπεδο (xy) . Ωστόσο, είναι δυνατή η απόκλιση από αυτή την απαίτηση ευθείας γραμμής που υπαγορεύεται από τα όρια ελαστικότητας της ταινίας ΥΥΘ.

Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει μια απόκλιση από την ευθεία γραμμή του ουσιαστικώς ευθυγράμμου τμήματος (4) αυτής της εφεύρεσης. Αρχικά ορίζουμε την προβολή στο επίπεδο (x,y) του ίχνους ταινίας (3) (Σχήμα 4). Στη συνέχεια προσαρμόζουμε ένα κύκλο στο επίπεδο (x,y) που περικλείει ακριβώς την προβολή και ταυτόχρονα εφάπτεται στα κυρτά τμήματα (5) πριν και μετά το ουσιαστικώς ευθύγραμμο τμήμα και σημειώνουμε την ακτίνα του, REυθύγραμμον τμήματος- Αυτή είναι η περικλείουσα ακτίνα καμπυλότητας της προβολής των ουσιαστικώς ευθύγραμμων τμημάτων στο επίπεδο κάθετο στο μήκος του μαγνήτη (6). Για να είναι επίπεδη η επιφάνεια, θα πρέπει να ισχύει η συνθήκη REυθύγραμμου τμήματος= ∞·

Επίσης ορίζουμε τη μέση ακτίνα του ίχνους ταινίας (λαμβανόμενη ως το μήκος των ευθυγράμμων (4) και κυρτών (5) τμημάτων στο επίπεδο (xy) διαιρούμενο με 2π). Το πεδίο αυτής της εφεύρεσης καλύπτεται από τη σχέση

Rμέση1

<

Rευθύγραμμου τμήματος2

δηλ. η περικλείουσα ακτίνα καμπυλότητας θα πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσια από τη μέση ακτίνα της προβολής στο επίπεδο (xy) του ίχνους ταινίας ή να είναι αρνητική. Ο παραπάνω τύπος ικανοποιείται από την προτιμώμενη τιμή Rευθύγpaμμoυ τμήματος= ∞ (δηλαδή το ίχνος ταινίας είναι ακριβώς ευθύγραμμο τμήμα).

Δεδομένου ότι μπορεί κανείς να φανταστεί ένα περίπλοκο ή τυχαίο σχήμα για το ουσιαστικώς ευθύγραμμο τμήμα του σχεδιασμού του «σχήματος στίβου» μεταξύ διαδοχικών καμπύλών, όπως η συμπαγής γραμμή και η διακεκομμένη γραμμή με τελείες στο Σχήμα 5, εάν το σχέδιο βρίσκεται εξ ολοκλήρου στο εσωτερικό του κύκλου που ορίζεται από την ακτίνα Rευθύγραμμoυ τμήματος(που εμφανίζεται με την διακεκομμένη γραμμή στο Σχήμα 5), όπως για παράδειγμα η διακεκομμένη γραμμή με τελείες, τότε εμπίπτει στο πλαίσιο αυτής της εφεύρεσης. Εάν πέφτει εν μέρει έξω, όπως για παράδειγμα η συμπαγής γραμμή, τότε το σχέδιο δεν εμπίπτει στο πλαίσιο αυτής της εφεύρεσης. Σημειώνουμε ότι αφού πλέον ο τύπος του ίχνους ταινίας (3) αποκλίνει από τον τύπο ΚΣΘ, αυτός ο σχεδιασμός μπορεί να εισάγει ατέλειες μαγνητικού πεδίου (πολυπολικά σφάλματα). Ωστόσο, αυτές οι ατέλειες είναι μικρές και για πολλές εφαρμογές δεν επηρεάζουν την απόδοση. Σε περίπτωση που είναι επιθυμητό, οι παραπάνω ατέλειες μπορούν να διορθωθούν με την εισαγωγή μικρών, επιπλέον, πολυπολικών στοιχείων πάνω από το κύριο στοιχείο, όπως εξηγείται για παράδειγμα στη δημοσίευση arXiv: 1709.08444. Σύνοψη

Η ουσία της εφεύρεσης είναι ότι το ίχνος ταινίας (3) του αγωγού ενός μαγνήτη ΚΣΘ στο επίπεδο (xy) είναι ένα «σχήμα στίβου» και όχι κύκλος όπως στο συμβατικό μαγνήτη ΚΣΘ. Αυτό το «σχήμα στίβου» αποτελείται από ευθύγραμμα και κυρτά τμήματα και περιλαμβάνει διπλάσιο αριθμό ευθυγράμμων τμημάτων (4) ανά αριθμός τάξης πολυπόλου (δύο για ένα δίπολο, τέσσερα για ένα τετράπολο, έξι για ένα εξάπολο, κ.λπ.) και ίσο αριθμό κυρτών τμημάτων (5) (δύο για ένα δίπολο, τέσσερα για ένα τετράπολο, έξι για ένα εξάπολο, κ.λπ.). Τα πλεονεκτήματα αυτής της εφεύρεσης είναι ότι με αυτόν τον τρόπο καθίσταται δυνατή η κατασκευή ενός μαγνήτη ΚΣΘ με ταινία ΥΥΘ.

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΣΧΕΔΙΩΝ

Σχήμα 1Α: μια στοίβα ταινιών ΥΥΘ (1) (σκούρο χρώμα, αριστερά) που ακολουθεί την αυλάκωση ενός πυρήνα (2) τετραπολικού μαγνήτη ΚΣΘ (δεξιά). Απεικονίζεται μισή στροφή και η στοίβα ταινιών ξεχωριστά από τον πυρήνα μαγνήτη.

Σχήμα 1Β: διαφανές σκίτσο όπου βλέπουμε τη στοίβα ταινιών (μισή στροφή) και το ίχνος ταινίας (3) (η μαύρη γραμμή) που ακολουθεί μια διαδρομή ΚΣΘ «σχήματος στίβου».

Σχήμα 2Α: ο γεωμετρικός τόπος του ίχνους ταινίας ΥΥΘ (3) στο επίπεδο (xy) σχηματίζει ένα σχήμα «στίβου» (συμπαγής γραμμή), σε σύγκριση με τον συμβατικό τύπο σχεδίασης ΚΣΘ που είναι ένας κύκλος (διακεκομμένη γραμμή). Αυτό το «σχήμα στίβου» αποτελείται από έναν αριθμό από ευθύγραμμα τμήματα (4) και κυρτά τμήματα (5). Το συγκεκριμένο παράδειγμα είναι για τετραπολικό μαγνήτη. Οι διαστάσεις είναι εξογκωμένες για επεξηγηματικούς λόγους. Το «σχήμα στίβου» για ένα δίπολο έχει δύο ευθύγραμμα τμήματα, για ένα τετράπολο τέσσερα, για ένα εξάπολο έξι κ.λπ.

Σχήμα 2Β: εναλλακτικός σχεδιασμός όπου τα κέντρα των τόξων είναι στο ίδιο σημείο, στο (0,0).

Σχήμα 3Α και 3Β: αυτή η εφεύρεση χρησιμοποιεί ένα προφίλ «σχήματος στίβου» αντί για μια κυκλική επιφάνεια ως ίχνος ταινίας (3) στο επίπεδο (xy). Οψη στο επίπεδο (xy) στο σχήμα 3Α, ισομετρική όψη στο 3Β. Είναι ορατή μισή στροφή της στοίβας ταινιών ΥΥΘ (ένας τυπικός μαγνήτης έχει πολλές στροφές).

Σχήμα 3Γ : ίδιο με το 3Α, διάφανο σκίτσο. Εμφανίζεται επίσης το ίχνος ταινίας (3). Έχει σχήμα «στίβου» με κυρτά τμήματα που συνδέονται με ευθύγραμμα τμήματα.

Σχήμα 4: Η απαίτηση κυρτότητας ή επιπεδότητας των ουσιαστικώς ευθύγραμμων τμημάτων του «σχήματος στίβου» σε αυτήν την εφεύρεση, με ένα συγκεκριμένο παράδειγμα για ευκολότερη κατανόηση. Η σχεδίαση ΚΣΘ «σχήματος στίβου» για τετράπολο εμφανίζεται στην προβολή του επιπέδου (xy) (συμπαγής γραμμή). Αυτή είναι η προβολή του ίχνους ταινίας (3) στο επίπεδο (xy) . Τα ευθύγραμμα τμήματα έχουν μήκος 20mm και τα κυρτά τμήματα σχηματίζονται από κύκλους διαμέτρου 20mm. Το συνολικό πλάτος του «στίβου» είναι 40mm, η περιφέρεια 4 χ (20mm χ π/ 4 20mm) = 142 ,8mm η μέση διάμετρος (διακεκομμένη γραμμή) 45,46mm και η μέση ακτίνα Rμεση= 22,73mm. Εμφανίζεται μια καμπύλη για το ουσιαστικώς ευθύγραμμο τμήμα στο επάνω μέρος (διακεκομμένη γραμμή), όπου η διάμετρος καμπυλότητας είναι 90,93 mm. Αυτό είναι στο όριο του σκοπού αυτής της εφεύρεσης, όντας διπλάσιο από τη μέση διάμετρο των 45,46 mm. Οποιαδήποτε προεξοχή της οποίας η περικλείουσα ακτίνα καμπυλότητας της προβολής των ουσιαστικώς ευθύγραμμων τμημάτων στο επίπεδο κάθετο στο μήκος του μαγνήτη (6) έχει μεγαλύτερη ακτίνα, θα έπεφτε εντός του πεδίου αυτής της εφεύρεσης, οτιδήποτε με μικρότερη ακτίνα θα έπεφτε εκτός του σκοπού, καθώς το ουσιαστικώς ευθύγραμμο τμήμα δεν είναι αρκετά επίπεδο ώστε να επιτρέπει την απαραίτητη συστροφή της ταινίας.

Σχήμα 5: Λεπτομέρεια του Σχήματος 4 με δύο παραδείγματα προεξοχών, ένα που εμπίπτει εντός του σκοπού αυτής της εφεύρεσης (η διακεκομμένη καμπύλη με τελείες) και ένα εκτός του σκοπού (η συμπαγής καμπύλη). Η συμπαγής καμπύλη πέφτει εκτός του πεδίου εφαρμογής καθώς δεν περικλείεται πλήρως από τον κύκλο της ελάχιστης επιτρεπόμενης περικλείουσας ακτίνας καμπυλότητας (η διακεκομμένη καμπύλη) που ορίζεται στο Σχήμα 4.

Claims (4)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1. Περιέλιξη αγωγών με μορφή ταινίας για οποιοδήποτε μαγνήτη τύπου Κεκλιμένου Συνημίτονου Θήτα (ΚΣΘ). Οι μαγνήτες ΚΣΘ είναι συνήθως δύο στρωμάτων, ευθύγραμμοι ή καμπύλοι και μπορούν να εκφράσουν οποιαδήποτε πολυπολική διάταξη.

Ίχνος ταινίας (3) είναι το κέντρο της μίας άκρης (εσωτερικής ή εξωτερικής) ή του μέσου, μιας στοίβας ταινιών αγωγού. Η προβολή του ίχνους ταινίας (3) του αγωγού στο επίπεδο κάθετο στο μήκος του μαγνήτη, που σε ένα συμβατικό μαγνήτη ΚΣΘ είναι κύκλος, αντικαθίσταται από ένα σχήμα με ουσιαστικώς ευθύγραμμα τμήματα (4) ενωμένα με κυρτά τμήματα (5) όπου τα ευθύγραμμα τμήματα χαρακτηρίζονται από τον αριθμό, τη θέση, το μήκος, και την μέγιστη κυρτότητα ως ακολούθως:

• Αριθμός ευθύγραμμων τμημάτων διπλάσιος της σειράς τάξης του βασικού πολυπόλου του μαγνήτη (δύο ευθύγραμμα τμήματα για ένα δίπολο, τέσσερα για ένα τετράπολο, έξι για ένα εξάπολο κ.λπ.).

• Τα ευθύγραμμα τμήματα βρίσκονται στα σημεία όπου sin(nBθ) = 0 για κανονικά πολύπολα και cos(nAθ) = 0 για λοξά πολύπολα όπου θ είναι η γωνία περιέλιξης και nΒκαι nΑο αριθμός τάξης των λοξών και κανονικών πολυπόλων (nΑ,nΒ= 1 ,2,3, ...).

• Το μήκος αυτών των ευθυγράμμων τμημάτων είναι μεγαλύτερο ή ίσο με το πλάτος της ταινίας αγωγού.

• Η περικλείουσα ακτίνα καμπυλότητας της προβολής των ουσιαστικώς ευθύγραμμων τμημάτων στο επίπεδο κάθετο στο μήκος του μαγνήτη (6) είναι μεγαλύτερη από δύο φορές τη μέση ακτίνα του μαγνήτη ή είναι αρνητική.

2. Ένας μαγνήτης ΚΣΘ που χρησιμοποιεί την περιέλιξη αγωγών σύμφωνα με την αξίωση 1.

3. Η χρήση των αξιώσεων 1 και 2 για κάθε είδος μαγνήτη ΚΣΘ συμπεριλαμβανομένων των διπολικών, τετραπολικών, εξαπολικών και λοιπών πολυπολικών μαγνητών, κανονικών ή λοξών και για οποιοδήποτε μείγμα αυτών, για μαγνήτες ευθύγραμμους ή καμπύλους.

4. Η διάταξη του μαγνήτη σύμφωνα με τις αξιώσεις 1 και 2 όταν η συσκευή λειτουργεί ανάποδα, δηλαδή προκαλείται ρεύμα στον αγωγό από εξωτερικό μαγνητικό πεδίο (σε κινητήρες, γεννήτριες κ.λπ.).