RU2523856C2

RU2523856C2 - Device for creation of homogeneous variable magnetic field

Info

Publication number: RU2523856C2
Application number: RU2011142735/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Ишков
Original assignee: Александр Петрович Ишков
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2014-07-27
Also published as: RU2011142735A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used for creation of a homogeneous variable magnetic field. The device includes upper and lower Helmholtz coils and is provided with a laminated core, which has two cylindrical cavities with upper and lower end poles, in which Helmholtz coils are installed. A capacitor is connected to in-series connected Helmholtz coils, and power supply of the formed series circuit is performed by means of current of resonant frequency of the formed oscillating circuit.

EFFECT: technical result consists in reduction of a power supply unit capacity in order to obtain the specified level of magnetic field in working space of the device.

2 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технике электромагнитов, создающих переменные во времени магнитные поля среднего и высокого уровнней величин, большой радиальной и аксиальной протяженности и высокой однородности. Такие электромагниты используются в эксперементальной физике и могут быть применены при создании авторезонансных ускорителей.The present invention relates to the technique of electromagnets, creating time-varying magnetic fields of medium and high levels of magnitude, large radial and axial extent and high uniformity. Such electromagnets are used in experimental physics and can be used to create autoresonant accelerators.

Известен бетатрон, см. Ананьев Л.М., Воробьев А.А., Горбунов В.И “Бетатрон и его применение”, Томск, 1962, стр. II-19. В бетатроне ускорение электронов осуществляется вихревым электромагнитным полем межполюсного пространства. Сам электромагнит шихтованный и собирается из листов тонкой электрической стали. Обычно это пакет яремного типа, традиционно для типовых трансформаторов. Обмотки бетатрона располагают на полюсах магнитопровода. Это аналог предлагаемого изобретения.Known betatron, see Ananiev L. M., Vorobyov A. A., Gorbunov V. And. “Betatron and its application”, Tomsk, 1962, p. II-19. In a betatron, the acceleration of electrons is carried out by the vortex electromagnetic field of the interpolar space. The electromagnet itself is lined and is assembled from sheets of thin electric steel. Usually this is a jugular package, traditionally for standard transformers. The betatron windings are located at the poles of the magnetic circuit. This is an analogue of the invention.

Прототипом предлагаемого изобретения являются катушки Гельмгольца, которые содержат две соосные идентичные катушки, размещенные на расстоянии радиуса этих катушек. Недостатком прототипа является то, что большая часть магнитного поля создаваемого катушками, распределена вокруг катушек, т.е. вне рабочего пространства, которое локализовано между катушек и ближе их оси.The prototype of the invention are Helmholtz coils, which contain two coaxial identical coils located at a distance of the radius of these coils. The disadvantage of the prototype is that most of the magnetic field generated by the coils is distributed around the coils, i.e. outside the working space, which is localized between the coils and closer to their axis.

Вторым прототипом предлагаемого изобретения является соленоид Ишкова 2364000, который состоит из прямоугольной обмотки, которая окружена монолитным магнитопроводом броневого типа. Недостатком этого прототипа является монолитность внешнего магнитопровода, которая не позволяет работать ему в режиме возбуждения постоянным током.The second prototype of the invention is the Ishkov 2364000 solenoid, which consists of a rectangular winding, which is surrounded by a monolithic armored magnetic circuit. The disadvantage of this prototype is the monolithicity of the external magnetic circuit, which does not allow it to work in the excitation mode with direct current.

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства, создающего однородное переменное магнитное поле большой радиальной и осевой протяженности и эффективно преобразующего энергию переменного электрического тока в переменное магнитное поле.The aim of the invention is to provide a device that creates a uniform alternating magnetic field of large radial and axial extent and effectively converts the energy of an alternating electric current into an alternating magnetic field.

Сущность предлагаемого изобретения сводится к применению шихтования магнитопровода, которое позволяет питать катушки переменным током, а подключение к катушкам конденсатора позволяет использовать еще и явление резонанса, которое снижает мощность питающего источника для достижения того же уровня магнитного поля в рабочем пространстве катушек.The essence of the invention is reduced to the use of a magnetic core charge, which allows the coils to be supplied with alternating current, and connecting to the capacitor coils also allows the use of the resonance phenomenon, which reduces the power of the supply source to achieve the same level of magnetic field in the working space of the coils.

В качестве примера предлагаемое изобретение показано на чертежах.As an example, the invention is shown in the drawings.

Фиг.1 - диаметральное сечение устройства.Figure 1 is a diametrical section of the device.

Фиг.2 - вид сверху, верхняя часть магнитопровода снята.Figure 2 is a top view, the upper part of the magnetic circuit is removed.

Фиг.3. - форма пластин, составляющих магнитопровод.Figure 3. - the shape of the plates making up the magnetic circuit.

Фиг.4. - электрическая схема устройства.Figure 4. - electrical circuit of the device.

Устройство состоит из катушек 1 и магнитопровода 2. Катушки изготовлены из медного изолированного провода посредством плотной равномерной намотки на шаблон. Катушка верхняя размещена над нижней на расстоянии среднего радиуса R между медианных плоскостей катушек 3.The device consists of coils 1 and magnetic circuit 2. The coils are made of insulated copper wire by tightly uniform winding on the template. The upper coil is placed above the lower one at a distance of the average radius R between the median planes of the coils 3.

Магнитопровод 2 шихтованный и состоит из секторов 5, каждый их которых собирается на клею из пластин тонкой электрической стали 6 в форме прямоугольных уголков одинаковой высоты и разного радиального размера r для каждого сектора 5. Внутри каждого уголка есть прямоугольный вырез для катушки 1. Такая радиальная вариабельность обеспечивает необходимое заполнение сектора сталью.The magnetic circuit 2 is lined and consists of sectors 5, each of which is assembled on an adhesive of thin electric steel plates 6 in the form of rectangular corners of the same height and different radial size r for each sector 5. Inside each corner there is a rectangular cutout for coil 1. Such a radial variability provides the necessary filling of the sector with steel.

В целом магнитопровод состоит из двух идентичных цилиндрических полостей 8. Плоскость полюса 4 совпадает с медианной плоскостью катушек 3.In general, the magnetic circuit consists of two identical cylindrical cavities 8. The plane of the pole 4 coincides with the median plane of the coils 3.

Действует устройство следующим образом.The device operates as follows.

При протекании электрического тока по катушкам в магнитопроводе возникает магнитный поток, линии магнитного поля B которого проходят из верхнего полюса 4 к нижнему по нормали к плоскостям полюсов 4. Для катушек без магнитопровода уровень магнитной индукции В в медианной плоскости радиального возрастает. Применение магнитопровода указанной формы перераспределяет поток линий магнитного поля катушек, повышая однородность магнитного поля в рабочем пространстве между полюсами магнитопровода 4. В центральной приосевой части толщина торцовой части магнитопровода больше, чем на периферии, а в целом сечение магнитопровода равновелико по всей длине магнитного поля.When electric current flows through the coils in the magnetic circuit, a magnetic flux appears, the lines of the magnetic field B of which extend from the upper pole 4 to the lower normal to the plane of the poles 4. For coils without a magnetic circuit, the level of magnetic induction B in the median radial plane increases. The use of a magnetic circuit of this form redistributes the flux of magnetic field lines of the coils, increasing the uniformity of the magnetic field in the working space between the poles of the magnetic circuit 4. In the central axial part, the thickness of the end part of the magnetic circuit is larger than on the periphery, and in general the cross-section of the magnetic circuit is the same along the entire length of the magnetic field.

Применение внешнего магнитопровода сокращает длину магнитных линий, соответственно снижается внешнее магнитное сопротивление, что приводит к увеличению уровня магнитного поля в рабочем пространстве устройства.The use of an external magnetic circuit reduces the length of the magnetic lines, respectively, decreases the external magnetic resistance, which leads to an increase in the level of the magnetic field in the working space of the device.

Шихтованность магнитопровода позволяет применять переменный ток для питания катушек, а применение конденсатора, подключенного параллельно последовательно включенным катушкам, позволяет использовать явление резонанса токов в образованном колебательном контуре. При резонансе снижается потребляемая мощность питающего источника для достижения заданного уровня магнитного поля в рабочем пространстве устройства.The charge of the magnetic circuit allows you to use alternating current to power the coils, and the use of a capacitor connected in parallel with series-connected coils allows you to use the phenomenon of resonance currents in the formed oscillatory circuit. At resonance, the power consumption of the supply source is reduced to achieve a given level of the magnetic field in the working space of the device.

Современные катушки Гельмгольца и их усовершенствованные варианты представлены в книге Штамбергер Г.А. “Устройство для создания слабых постоянных магнитных полей” Новосибирск. 1972. изд Наука, сиб. отделение.Modern Helmholtz coils and their improved options are presented in the book by Stamberger G.A. “Device for creating weak constant magnetic fields” Novosibirsk. 1972. ed. Science, Sib. branch.

Claims

1. A device for creating a uniform variable magnetic field containing the upper and lower Helmholtz coils, characterized in that it is equipped with a charged magnetic circuit made with two cylindrical cavities with upper and lower end poles in which the Helmholtz coils are installed /

2. The device according to claim 1, characterized in that a capacitor is connected to the Helmholtz coils connected in series, and the power of the formed series circuit is supplied by the current of the resonant frequency of the formed oscillatory circuit.