PL53583B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo; - Opublikowano: 20.VII.1967 53583 KI. 21 g, 2/01 MKP H Oli ^ T * UKD Twórca wynalazku: mgr Ludwik Nowicki Wlasciciel patentu; Polska Akademia Nauk (Instytut Fizyki), Warszawa (Polska) •IB1IOTEKA' Elektromagnes laboratoryjny Wynalazek dotyczy elektromagnesu laboratoryj¬ nego, sluzacego do wytwarzania i badania silnych pól magnetycznych 0raz badania wplywu tych pól na wlasciwosci materii, Elektromagnes laboratoryjny winien spelnic sze¬ reg warunków* a mianowicie winien on zapewniac mozliwosci uzyskania jednorodnego pola magne¬ tycznego lub pola o okreslonym przestrzennym rozkladzie, na przyklad tfrzy zachowaniu stalego gradientu, mozliwosc regulacji natezenia tego po¬ la w szerokich granicach, zapewnic latwa regula¬ cje szerokosci szczeliny pomiedzy nabiegunnika- mi i latwa regulacje kierunku wetetora natezenia pola magnetycznego, jak równiez wykazywac duza sprawnosc. Po-d pojeciem sprawnosc elektromag¬ nesu nal©zy rozumiec zdolnosc wytwarzania okre¬ slonego pala magnetycznego w okreslonej obje¬ tosci parzy danym poborze mocy i danym ciezarze elektromagnesu. Wymogi te sa przewaznie zc so¬ ba sprzeczne, stad tez konstruujac elektromagnes nalezy dazyc do uzydtoaaiia jak najlepszych wlas¬ ciwosci droga kompromisu. Do uzyskania silnych pól magnetycznych trzeba stosowac duze moce za Dotychczas przyjmowano na ogól, ze dla uzy¬ skania duzych mocy trzeba stosowac rdzenie, jarz¬ ma i nabiegunniki magnesu o duzej miasie. Zla- silanie uzwojen elektromagnesu duzymi mocami wymaga zagwarantowania dobrego chlodzenia uzwojen aby nie dopuscic do ich przegrzewania.Poniewa* dotychczas uzwojenia elektromagnesów byly wykonane z drutu o przekroju okraglym, wiec trzeba bylo stosowac bardzo gesto rozmiesz¬ czone elementy chlodzace, by zagwarantowac wy¬ starczajaco predkie odprowadzenie ciepla. To z kolei wplywalo niekorzystnie na sile pola mag¬ netycznego, uzwojenia takie nie byly bowiem w wystarczajacej mierze zwarte. 'Powyzsze wzgledy powodowaly, ze dotychczasowe elektromagnesy laboratoryjne byly konstrukcjami bardzo ciezki¬ mi, przy czym ich sprawnosc nie byla zadowa¬ lajaca.Wprawdzie udialo sie juz uzyskac stosunkowo lekkie elektromagnesy o malej mocy zasilania, duzej sprawnosci oraz duzym natezeniu pola elek¬ tromagnetycznego, jednak uzyskano to na drodze wykorzystania wlasciwosci nadprzewodnictwa w temperaturze bliskiej zera absolutnego. Do tego celu trzeba bylo jednak chlodzic uzwojenia elek- ao tromagnesu skroplonym helem, co wymagalo sto¬ sowania nadzwyczaj drogiej, skomplikowanej i trudno dostepnej aparatury do skraplania tego gazu.Regulacje szczeliny w » magnesach realizowano za pomoca mechanizmu srubowego przesuwajacego bieguny w cylindrycz¬ nych otworach o odpowiadajacej im srednicy, wy¬ wierconych w jarzmie. Rozwiazanie to zapewnia wprawdzie ciagla regulacje wielkosci szczeliny, nie 30 daje jednak mozliwosci powtarzalnego odtwarza-* 10 15 535833 nia zaleznosci pola magnetycznego od natezenia pradów wzbudzenia (tzw. krzywej namagnesowa¬ nia), a zwlaszcza jednorodnosci uzyskanego pola luib jego okreslonego rozkladu przestrzennego przy równych wielkosciach szczeliny.IZ tego wzgledu po zmianie szerokosci szczeliny elektromagnes musi byc kazdorazowo wzorcowa- ny i regulowany. Inny znany system regulacji szczeliny elektromagnesu polega na uzyciu wy¬ miennych nabiegunników róznej grubosci. W ten sposób mozna uzyskac wprawdzie dobra powta¬ rzalnosc „krzywych namagnesowania", jednak dla kazdej4szerokosci szczeliny trzeba miec do dy¬ spozycji jedna pare nabiegunników, a wiec aby miec mozliwosc nastawienia n szerokosci szczelin trzeba dysponowac iloscia nabiegunników rów¬ na 2n. Wada takiego systemu jest równiez klo¬ potliwy i pracochlonny montaz nabiegunników.Regulacja przestrzenna orientacji wektora na¬ tezenia pola magnetycznego i szerokosci szczeliny byla w dotychczasowych konstrukcjach mozliwa, jednak byla ona niedokladna.Znany jest takze z patentu szwajcarskiego nr 356206 elektromagnes; z dzielonym jarzmem, w którym regulacje szczeliny uzyskuje sie w wy¬ niku przesuwania zia pomoca sruby jednej ru¬ chomej czesci jarzma wzgledem drugiej nieru¬ chomej czesci jarzma zamocowanej na stale do ramy nosnej. W elektromagnesach tych kazda zmiana szerokosci szczeliny o wielkosci „d" po¬ wodowala przesuniecie w jarzmie srodka szcze¬ liny o polowe zadanej zmiany to jest | . Fakt ten uniemozliwia korzystanie z obrotu w osi pio¬ nowej, bowiem cala aparatura pomiarowa (bar¬ dzo skomplikowana), której os symetrii niemal zawsze musi pokrywac sie ze srodkiem szczeliny, musiala byc przy kazdej zmianie szczeliny rów¬ niez przesuwana o A . Elektromagnes ten umozli¬ wia wiec tylko obrót wokól osi poziomej.Celem wynalazku jest skonstruowanie elektro¬ magnesu laboratoryjnego nie zawierajacego po¬ wyzszych wad, umozliwiajacego uzyskanie pola magnetycznego o duzej sile i okreslonym rozkla¬ dzie, odznaczajacego sie ponadto znaczna spraw¬ noscia i szczególnie umozliwiajacego latwa regu¬ lacje szerokosci • szczeliny pomiedzy nabiegunni- kami lacznie z obrotami w poziomej i pionowej, bez koniecznosci kazdorazowego wzorcowania po takiejzmianie. ¦ Cel ten wedlug wynalazku osiagnieto dzieki te¬ mu, ze jarzmo elektromagnesu podzielone w pla¬ szczyznie prostopadlej do plaszczyzny strumienia magnetycznego na dwie czesci jest osadzone suw- liwie na srubach zamocowanych nia nosnej ramie obracanej wokól osi poziomej, a wspartej na ob¬ rotowej wzgledem osi pionowej podstawie, co umozliwia obroty wokól osi poziomej i pionowej, poszerzanie szczeliny bez przesuwania srodka szczeliny lub z przesuwaniem srodka szczeliny.Podstawa opiera sie na pierscieniowym lozy¬ sku kulkowym. Dzieki takiemu rozwiazaniu uni¬ ka sie klopotliwego przestawiania i regulacji apa¬ ratury pomiarowej, umieszczonej w szczelinie mie¬ dzy nabiegunnikami. Elektromagnes jest zaopa¬ trzony ponadto w zestaw ferromagnetycznych 53583 4 plyt dystansowych o róznej grubosci, umieszczo¬ nych pomiedzy czesciami jarzma w celu nasta¬ wiania szerokosci szczeliny, a stosunek przekro¬ jów jarzma i biegunów ma wartosc od 0,5 do 1. 5 Korzystnie jest poza tym, jezeli w przypadku stosowania uzwojen sekcyjnych uzwojenia w kaz¬ dej sekcji sa nawiniete z tasmy o szerokosci rów¬ nej szerokosci sekcji.Przyklad wykonania elektromagnesu wedlug 10 wynalazku uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia elektromagnes w wi¬ doku z przodu, fig. 2 — elektromagnes w wido¬ ku z boku, fig. 3 — podstawe elektromagnesu w widoku z góry, a fig. 4 — podstawe w przekro- 15 ju wzdluz linii A-A na fig. 3.Na pierscieniu 1, zaopatrzonym w trzy wkre¬ cane nogi 2 przystosowane do poziomowania elek¬ tromagnesu jest osadzony obrotowo pierscien 3, zaopatrzony na obwodzie w podzialke katowa od 20 0—360°. Pomiedzy pierscieniami 1 i 3 sa umiesz¬ czone kulki. Do pierscienia 3 sa przymocowane z dwu stron wsporniki 4, zaopatrzone u góry w lozyska 5 czopów 6 nosnej ramy elektromagnesu.Na prawym wsporniku jest ponadto zamontowa- 25 na slimakowa przekladnia 7 sluzaca do obracania ramy elekta:omagnesu na czopach 6 oraz katowa podzialka 0—360° umozliwiajaca dokladne nasta¬ wienie kata polozenia elektromagnesu. Rama elek¬ tromagnesu sklada sie z dwu dzwigarów 8 i 8' na 30 stale polaczonych z czopami 6. Konce tych dzwi¬ garów 8 i 8' sa ze soba polaczone srubami 9. Na srubach tych sa osadzone suwliwie prowadniki 10 mocujace jarzmo elektromagnesu oraz sa nakre¬ cone regulacyjnie nakretki 11. 35 Zastosowanie jako podstawy elektromagnesu dwu pierscieni 1 i 3, pomiedzy którymi znajduja sie kulki, a wiec podstawy w postaci tocznego lozyska oporowego, ma wiele zalet. Dotychczas do tego celu stosowano masywne plyty. Byly one 40 ciezkie, utrudnialy dostep do elektromagnesu od dolu i mogly byc przyczyna zaklócen pola mag¬ netycznego.Zastosowana wedlug wynalazku pierscieniowa podstawa umozliwia swobodny dostep do elek- 45 tromagnesu z wszystkich stron, jest lekka i po¬ zwala na zmniejszenie wysokosci przyrzadu. Po¬ nadto jej ujemny wplyw na pole elektromagnesu jest znacznie mniejszy.Jarzmo elektromagnesu sklada sie z dwu iden- 50 tycznych ceowych czesci 12 i 12', wykonanych z materialu magnetycznego, z których kazde jest prowadzone na srubach 9 za pomoca czterech pro¬ wadników 10. Konce czesci 12 i 12' jarzma mo¬ ga byc zwierane ze soba lub rozwierane za po- 55 moca regulacyjnych nakretek 11. Po rozwarciu czesci 12 i 12' jarzma mozna pomiedzy nie wpro¬ wadzic dystansowe plyty 13 o szlifowanej po¬ wierzchni i dokladnie okreslonej grubosci. Plyty te sa wykonane z materialu magnetycznego i sa 60 ustalane na prowadnikach 18. Po zacisnieciu plyt 13 pomiedzy czesciami 12, 12' jarzma uzyskuje sie pomiedzy biegunami 14 elektromagnesu szczeline o dokladnie okreslonej szerokosci. Zastosowanie kilku par plyt dystansowych o róznej grubosci 65 umozliwia nastawianie bardzo wielu szerokosci53583 szczelin. Na przyklad zestaw 10 plyt dystanso¬ wych o róznej grubosci umozliwia uzyskanie 32 róznych szczelin pomiedzy niabieguniniikami, co na ogól wystarcza w praktyce laboratoryjnej. Mozna przy tyim przy przestawianiu szerokosci szczeliny uzyskiwac zawsze powtarzalne wlasciwosci pola, co dotad nie bylo osiagalne.Kazdy z biegunów 14 jest do czesci 12 lub 12' jarzma przymocowany za pomoca trzech srub 19 rozmieszczonych na narozach trójkata. Srubami tymi mozna dowolnie ustawiac pozycje biegunów, co umozliwia korygowanie jednorodnosci pola magnetycznego lub nastawianie jego przestrzen¬ nego rozkladu. Bieguny maja wymienne nabie- gunniki stozkowe zapewniajace uzyskanie silnych pól magnetycznych. Na bieguny 14 sa nasadzo¬ ne uzwojenia elektromagnesu, skladajace sie z sekcji 15 i 15'. Kazda z sekcji jest umieszczona pomiedzy dwiema miedzianymi plytami 16, zao¬ patrzonymi w kanaly wodne, polaczone z króc¬ cami 17. Przez plyty 16 mozna przepuszczac czyn¬ nik chlodzacy. Uzwojenia w kazdej sekcji 15 sa nawiniete z izolowanego przewodu o ksztalcie tas¬ my, majacej szerokosc równa szerokosci sekcji.Ta droga uzyskano prawidlowe odprowadzenie ciepla do plyt chlodzacych 16, co umozliwia za¬ silanie elektromagnesu bardzo duzymi pradami, a co zatem idzie uzyskanie bardzo silnych pól magnetycznych. W przypadku elektromagnesów ziaisilianych pradem o mniejszym natezeniu mozna ¦stosowac uzwojenia tradycyjne z drutu, przy czym dzieki sekcyjnej budowie uzwojen ii chlodzeniu plyt woda chlodzenie uzwojen jest bardzo sku¬ teczne.Aby nie dopuscic do zawilgocenia uzwojen pod¬ czas spoczynku elektromagnesu i zwiazanego z tym parowania podczas pracy i skraplania wil¬ goci na plytach chlodzacych 16 "zaopatrzono uzwo¬ jenia w szczelne (hermetyczne) powloki, przy czym przd zamknieciem powlok, uzwojenia elektromag¬ nesu suszy sie bardzo dokladnie.Stosunek powierzchni przekroju jarzma do po¬ wierzchni przekroju biegunów winien sie miescic w granicach 0,5—1. Optymalna wartosc wynosi mniej wiecej 0,7.W praktyce stwierdzono, ze elektromagnes o konstrukcji wedlug wynalazku i ciezarze 930 kG wykazuje przy srednicy nabiegunników wynosza¬ cej 25 mm, szerokosci szczeliny 5 mm, mocy za¬ silania 5 KW, natezenie pola magnetycznego 37,2 kOe. Podobne natezenie pola magnetycznego uzyskiwano dotad stosujac elektromagnesy o cie- 5 zarze mniej wiecej 2,5 T. PL

Claims (8)

1. Zastrzezenia patentowe 10 1. Elektromagnes laboratoryjny, skladajacy sie z ramy ulozyskowanej obrotowo na poziomych czopach umieszczonych na wspornikach, jarz¬ ma elektromagnesu podzielonego w plaszczyz¬ nie prostopadlej do plaszczyzny strumienia 15 magnetycznego na dwie czesci, znamienny tym, ze obydwie czesci (12, 12') jarzma osadzone sa suwliwie na srubach (2) z regulacyjnymi na¬ kretkami (11), a wsporniki (4) sa umieszczone na poziomym obrotowym pierscieniu (3) ulo- 20 zyskowianym za posrednictwiem kulek na pier¬ scieniu (1).

2. Elektromagnes wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosunek przekrojów jarzma (12 i 12') i biegunów (14) wynosi od 0,5 do 1. 25

3. Elektromagnes laboratoryjny, wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze uzwojenie sekcji (15) jest nawiniete z przewodu o ksztalcie tasmy majacej szerokosc równa szerokosci sekcji.

4. Elektromagnes laboratoryjny wedlug zastrz. 30 1—3 znamienny tym, ze obrotowy pierscien (3) zaopatrzony jest w podzialke katowa. 5. .

5. Elektromagnes laboratoryjny wedlug zastrz. 1—4 znamienny tym, ze kazdy z jego biegunów (14) jest zamocowany do jednej z czesci (12, 35 12') jarzma za pomoca trzech srub (19) roz¬ mieszczonych na narozach trójkata.

6. Elektromagnes laboratoryjny wedlug zastrz. 1—5 znamienny tym, ze z jednym z czopów (6) jest polaczona slimakowa przekladnia (7) oraz 40 podzialka katowa 0—360° do nastawiania kata polozenia elektromagnesu na osi poziomej.

7. Elektromagnes laboratoryjny wedlug zastrz. 1—6 znamienny tym, ze w plytach chlodza¬ cych (16) sa wykonane kanaly dla czynnika 45 chlodzacego, polaczone z króccami (17).

8. Elektromagnes laboratoryjny wedlug zastrz. 1—7, znamienny tym, ze uzwojenia sa umiesz¬ czone w hermetycznych powlokach.KI. 21 g, 2/01 53583 MKP H 01 d * /5KI. 21 g, 2/01 53583 MKP H 01 d nfzMKP H 01 d 53583 KI. 21 g, 2/01 a-a Fi* * Fiq.$ .-1. Zam. 533/67. Naklad PL