SU987688A1 - Соленоид дл получени сильных импульсных магнитных полей - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и технической физике и може быть использовано в области физиче .ского эксперимента, где необходимы импульсные магнитные пол  большой на11р)1женности.

Известна конструкци  соленоида дл  получени  сильных импульсных магнитных полей, срдержаща  обмотку, выполненную в виде металлических дисков с радиальными разрезами, электрически : соединенных последовательно друг с другом кромками дисков, и с изол ционными прокладка между ними .

Недостатком этой конструкции  вл етс  ограниченна  возможность получени  импульсных магнитных полей большой величины, а также ее пониженна  надежность, обусловленна  пределами прочности межвитковой изо-, л ции соленоидов, разрушающейс  вследствие динамических усилий, возникающих между витками обмотки.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  конструкци  соленоида дл  получени  сильных импульсных магнитных полей, содержаща  слоевую обмотку, изол цию между проводниками обмотки, токоподводы и силовой бандаж из диэлектрика 2.

5 Недостатками ее  вл ютс  повышенна  стоимость изготовлени , обусловленна  необходимостью использовани  при каждом повторном включении новых деталей взамен разрушиваюхсй, IQ пониженные эксплуатационные данные, св занные с необходимостью проведени  дополнительных подготовительных работ, и пониженна  надежность, св занна  с частичным разрушением соленоида э прсадессе эксперимента.

15

Цель изобретени  - снижение стоикюсти изготовлени , улучшение усJювнй эксплуатации и повышение надежности .

Указанна  цель достигаетс  тем,,

20 что в соленоиде дл  получени  сильюлх импульсных магнитных полей, содержащем слоевую обмотку, изол цию между проводниками обмотки, токоподводы и силовой бандаж из-диэлек25 трика, обмотка по наружному периметру снабжена изолирующими втулками , гибкими соединительны1 и проводниками и направл ющими штифтами с возвратными элементами,. например

30 пружинами, и элементами фиксации

последних, причем,СЛОИ обмотки выполнены в виде сегментов, размещенных , начина  с второго сло , счита  от наружного, один против другого и радиальном направлении, изол ци  между вторым, счита  от наружного, и последующими сло ми выполнена так же в виде сегментов и во всех сегментах и бандаже выполнены отверстий в которых в радиальном направлении соленоида размещены штифты, одни концы которых жестко соединены с сегментами последнего внутреннего сло , а на других размещены возвратные элементы с элементами фиксации, в отверсти х сегментов проводника с наружного по предпоследний слой, между штифтами и сегментами размещены изолирующие втулки, а все прилегающие один к другому сегменты проводников соседних слоев, в том числе и сегменты внутреннего сло  с токоподвоЛами, соединены между собой последовательно посредством гибких соединительных проводников, причем сегменты блоев соленоида вместе с изол цией, счита  с второго, и штиф ты выполнены с возможностью радигшьного перемещени  к оси симметрии соленоида; силовой бандаж выполнен в виде отде;1ьных колец, между которыми размещены токоподводы, жестко соединенные с сегментами наружного сло  обмотки каждый токоподвод к проводникам сегментов выполнен в виде кольца из провод щего материала с радиальным разрезом, жестко закрепленного , например, на силовом бандаже и размещенного на торце соленоида, соосно с ним; токоподвод к проводникам сегментов внутреннего сло  выполнен в виде беличьей клетки со стержн ми, размещенными параллельно оси соленоида, причем кольца выполнены с радиальным разрезом, жестко закреплены, например, на силовом бандаже и размещены соосно по обе стороны соленои да.

На фиг. 1 схематически изображен соленоид (беэ токоподвода к проводникам внутреннего сло ), общий вид, разрез; на фиг. 2 - размещение проводников сегментов слоев в статическом (склсшском ,) состо нии; на фиг. 3 - размещение проводников сег ментов слоев в рабочем состо нии; на фиг. 4 - вариант выполнени  соленоида (токоподводы к проводникам сегментов внутреннего сло  не показаны , вид сбоку; на фиг. 5 - две проекции варианта выполнени  соленоида с токоподводами; на фиг. 6 поперечное сечение соленоида по варианту исполнени  внутреннего токоподвода .

Соленоид дл  получени  сильных импульсных магнитных полей содержит

слоевую обмотку, изол цию 1 между проводниками обмотки, токоподводы 2 и силовой бандаж 3 из диэлектрика, обмотка по наружному периметру снабжена изолирующими втулками 4,гибкими соединительными проводниками 5 и направл ющими штифтами б с возвратными элементами 7, например пружинами , и элементами 8 фиксации последних , причем слои обмотки выполнены в виде сегментов 9, р мещенных начина  с второго сло , счита  от наружного, один против другого в радиальном направлении, изол ци  1 между втррым, счита  от наружнЬго , и последующими сло ми выполнена также в виде сегментов и во всех сегментах и бандаже 3 выполнены отверсти , в которых в радиальном направлении соленоида размещены Штифты б, одни концы которых жестко соединены с сегментами последнего внутреннего сло , а на ;других размещены возвратные элемен; ты 7 с элементами 8 фиксации, в отверсти х сегментов проводника с наружного по предпоследний слой, между штифтами б и сегментами размещены изолирующие втулки 4, а все прилегающие один к другому сегменты . проводников соседних слоев, в том числе и сегменты внутреннего сло  с токоподводами 2, соединены между собой последовательно посредством гибких соединительных проводников 5 причем сегменты слоев соленоида вместе с изол цией, счита  с второго, и штифты б выполнены с возможностью радиального перемещени  k оси симметрии соленоида; силовой бандаж 3 выполнен в виде отдельных колец, между которыми размещены токоподводы 2, жестко соединенные с сегментами наружного сло  обмотки (фиг.4) токоподвод 2 к проводни1):ам сегментов выполнен .в виде кольца (фиг.5) из провод щего материала с радигшьным разрезом, жестко закрепленного, например, на силовом бандаже 3 и размещенного на торце соленоида, соосно с ним; токоподвод 2 к проводникам сегментов внутреннего сло  выполнен (фиг. б) в виде беличьей клетки со стержн ми, размещенными параллельно оси соленоида, причем кольца выполнены с радиальным разрезом, жестко закреплены, например, на силовом бандаже 3 и размещены соосно по обе стороны соленоида.

Предлагаема  конструкци  соленоида дл  получени  сильных импульсных магнитных полей работает следук цим образом.

Соленоид посредством токоподводов 2 может быть подключен к источнику тока, в качестве которого могут быть использованы батареи конденсаторов (по прототипу).

На фиг. 2 изображен участок соленоида , в которомсегменты 9размещены один р дом с другим, поскольку последние подт гиваютс  возвратными элементами 7. При разр де батареи конденсаторов на соленоид в сло х последнего (на фиг. 3 показаны стрелками) протекает ток, причем , в двух р дом лежащих смежных сло х направление тока противоположное, в результате чего слои стрем тс  оттолкнутьс  один от другого. Эти усиЛИЯ отталкивани  согласно второму закону Ньютона действуют в равной степени как к центру соленоида, так и к его наружной поверхности. По наружной поверхности, по всему периметру наружного сло  обмотки выполнен силовой бандаж, воспринимающий эти усили  , а противоположно направленные усили  воздействуют на сегменты слоев обмотки, сдвига  их к центру в радиальном направлении. Токопровод щие гибкие соединительные проводники 5  вл ютс  переходной электрической св зью между сегментами . 9 слоев обмотки, причем эти про-, 1 одники целесообразно выполн ть (дл  сохранени  наибольшего их ее- чени ) по всей аксиальной длине сё ментов, припаива  их, например, к смежным кромкам сегментов двух соседш1х слоев обмотки. Кроме того, длину этих проводников .также необходимо выбирать с тем расчетом (фиг. 2 и 3), чтобы не происходило их защемление при возврате сегментов в исходное (фиг. 2) положение соседники сегментами, расположенными р дом.

Количество слоев проводника соленоида выбираетс  из следующих соображений: конструктивных - необхо- . димостью создани  заданного рабочего объема внутри соленоида при известности сечени  проводников в функции тока и внешних габаритов соленоида соответственног технологических - необходимостью сборки многослойной конструкции соленоида, дл  которой необходима тщательнгш сборка .пайка) и подгонка всех элеменiTOBf расчетных - обусловленных временем срабатывани  соленоида.

в этом случае основным фактором работоспособности соленоида  вл етс  его посто нна  времени.

Физически концентраци  магнитного пол  в рабочем объеме соленоида, заключенном между сегментами внутреннего сло  обмотки, происходит следующим образом.

Магнитный поток в рабочем объеме нарастает с какой-то задержкой, обусловленной ЭДС самоиндукции соленоида, котора  зависит от числа витков и направлени .тока в витках. Соответственно в двухслойном соленоиде, где .направление тока .в сло х противоположное , ЭДС самоиндукции стремитс  к нули. Соответственно и рост магнитного потока в центре соленоида происходит почти мгновенно, однако его.относительна  величина невелика , поскольку данна  конструкци  приближаетс  в бифил рной. И лишь при удалении проводников один от другого за счет сил отталкивани  будет происходить увеличение последнего JB рабочем объеме. Вместе с тем при движении сегментов внутреннего сло  обмотю к центру соленоида при заданной величине тока в них сечение рабочего объема сужаетс , благодар  чему возрастает напр женность маг-, нитного пол  в этом объёме. Кроме ; того, некоторое приращение магнитног го пол  происходит и за счет удалени  один от другого двух бифил рных слоев.

В трехслойном соленоиде началь- , на  величина магнитного пол  несколько больше, чем в двухслойном, поскольку натфгшление тока в первом и третьем сло х одинаковое, что создает возможность магнитному потоку замыкатьс  в пространстве В5йруг соленоида через рабочий объ. ,Одшако наличие: среднего (четного/ сло  с противоположным направлением тока , дает некоторое уменьше,ние величины магнитного потока от- двух крайних слоев. При срабатывании соленоида происходит тот же процесс мгновенного сужени  сечени  рабочего рбъ-. ема, обуслашшвакищй увеличение напр женности магнитного пол .

0 Все изложенное выше дл  двухи трехслойной конструкции соленоидов распростран етс  и на конструкции соленоидов с четным и нечетным количеством слоев соответственно, т.е.

5 многослойных..

Эффективность работы соленоида определ етс  требованием нё преМенного наличи  тока в сло х до окончани  срабатывани  соленоида, которое определ етс , в свою очередь, мар- i сой движущихс  частей обмотки, т.е. их и.нерцней. Это врем  ориентировочно обставл ет 0,02-0,05 с.

ЩИ€ выполнении конструкции наиболее целесообразны варианты, указанные на фиг. 4 (по наружному токоподводу ) и г.. б (по внутреннему), f ако.е сочетание определит. строго параллельное и взаимно встречное направление .токов во всех ветв х соленоида. Вариант выполнение на фиг. 5 предопредел ет направление тока в наружном к внутреннем сло х (дл  трехслойной конструкции   конструкции с нечётнцк числом слоев)

5 под углом к направлению тока в четных сло х, что снижает эффективность его работы.

Число сегментов слоев определ етс  из конструктивных соображений, а число сегментов наружного сло  из удобства подсоединени  токоподвод щих шин к токоподводам соленоида и их взаимному присоединению. Наилучшим вариантом исполнени  с точки зрени  перераспределени  тока в сечении проводников сло   вл етс  вариант с числом сегментов наружного сло , равным числу сегментов последующих слоев.

Разрез в кольцах токоподводов выполнен дл  ис ключени  образовани  короткозамкнутого витка на пути маг нитного потока соленоида.

Изолирующие втулки могут быть выполнены из материала с низким коэффициентом трени , например фторопласта ..

Claims (4)

1. Формула изобретени 

   S. 1 . Соленоид дл  получени  сильных импульсных магнитных полей, содержащий слоевую обмотку, изол цию между проводниками обмотки, токоподводы и силовой бандаж-из диэлектрика , отличающийс  тем, что, с цельй снижени  себестоимости изготовлени , улучшени  условий эксплуатации и повышени  надежности, обмотка по наружному периметру снабжена изолирующими втулками,, гибкими соединительными проводниками и направл ющие штифтами с возвратными элементами, например пружинами,-и элементами фиксации последних, причем слои обмотки выполнены в виде сегментов, размещенных, начина  с второго сло , счита  от наружного, один против другого в радисшьном направлении, изол ци  между вторым, счита  от наружного, и последующими сло ми выполнена также в виде сегментов и во всех сегментах и бандаже выполнены отверсти , в которых в радиальном направлении соленоида размещейы штифты, одни концы которых жестко соединены с сегментами последнего внутреннего сло , а на других размещены возвратные элементы с элементами фиксации, в отверсти х

   5 сегментов проводника с наружного но предпоследний слой, между штифтами и сегментами размещены йзолирукицие втулки, а все прилегающие один к другому сегменты проводников сосед0 них слоев и сегменты внутреннего сло  с токоподводами соединены между собой последовательно посредством гибких соединительных проводников, причем сегменты слоев соленоида вмес5 те с изол цией, счита  с второго, и щтифты выполнены с возможностью радиального перемещени  к оси симметрии соленоида
2. 2. Соленоид по п. 1, о т л и 0чающийс  тем, что силовой бандаж выполнен в виде отдельных колец, между которыми размещены токоподводы , жестко соединенные с сегментаки наружного сло  обмотки.
3. 5 3. Соленоид по п. 1, отличающийс  тем, что каждый токоподвод к проводникам сегментов выполнен в виде кольца из-провод щего материала с радиальные/ разрезом, жестко закрепленного, например, на силовом бандаже и размещенного на торце соленоида, соосно с ним.
4. 4. Соленоид . 1 и 2, о т л и ч а ю щ и и с°  тем, что токоподвод к проводникам сегментов внут5 реннего сло  выполнен в виде беличьей клетки со стержн ми, размещенныьм параллельно оси соленоида,причем кольца выполнены с радиальным разрезом, жестко закреплены, например, на си0 ловом бандаже и размещены соосно по обе стороны соленоидаi

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Карасик в.Р. Физика и техника 5 сильных магнитных полей. М., Наука,

   1964, с. 134-135.

   2.Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные пол . М., Мир, 1972, с. 262. фиг. 9-24.

   ч

   f

   ff /ffMOffffff

   moffff/fffffAfffff

   фуг.З

   / ЧV

   ./