Устройство для создания однородного магнитного поля

 

Изобретение касается магнитных измерений и может использоваться для проверки, аттестации и метрологических исследований магнитометрической апертуры, а также в областях элект. ромашиностроения, где возникает необходимость создания однородных магнитных полей в больших областях пространства . Целью изобретения является повьппение степени однородности магнитного поля в полузамкнутых областях пространства и увеличение объема однородного поля. Устройство содержит источник 1 синусоидального гармонического тока, трансформатор 2 тока, обратный токопровод 3, ферромагнитный экран 4, катушку 5. Обмотку катушки 5 располагают на полом диэлектрическом каркасе, например, из керамики с выемками 6 для провода имеющем форму параболоида вращения. Провод наматывают с таким шагом, чтобы число витков и в каждом слое 7 изменялось по закону п( Zgl п,, лГ22о / /(р + 22о), где По Const - число витков на единицу ширины слоя; р фокальный параметр параболы; Z, - координата, в которой определяется величина ампер-витков в каждом слое; OZg - координатная ось, являющаяся осью симметрии параболы. 1 ил. (Л |С СП QD ч|

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 G 01 R 33/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTGPGHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3814511/24-21 (22) 19.10.84 (46) 23.09.86. Бюл. Р 35 (71) Фрунзенский политехнический институт (72) И. М. Грач и P. И. Грач (53) 621.317.44(088.8) (56) Штамбергер Г. А. Устройство для создания слабых постоянных магнитных полей. Новосибирск, "Наука", !972, с. 176.

Шимони К. Теорическая электротехника. M.: "Мир", 1964. с. 282. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение касается магнитных измерений и может использоваться для проверки, аттестации и метрологических исследований магнитометрической апертуры,, а также в областях элект-,. ромашиностроения, где возникает необходимость создания однородных магнитных полей в больших областях проÄÄSUÄÄ 259I97 А 1 странства. Целью изобретения является повышение степени однородности магнитного поля в полузамкнутых областях пространства и увеличение объема однородного поля. Устройство содержит источник 1 синусоидального гармонического тока, трансформатор

2 тока, обратный токопровод 3, ферромагнитный экран 4, катушку 5. Обмотку катушки 5 располагают на полом диэлектрическом каркасе, например, из керамики с выемками 6 для провода имеющем форму параболоида вращения.

Провод наматывают с таким шагом, чтобы число витков и в каждом слое 7 изменялось по закону n(Z,)= n, +2Z,/

/(р + 22,), где и = Const — число витков на единицу ширины слоя; фокальный параметр параболы; 20 координата, в которой определяется величина ампер-витков в каждом слое;

02,— координатная ось, являющаяся осью симметрии параболы. 1 ил.

12591

97 2 параболы, а координатная ось Ozp явля-, ется осью симметрии параболы.

Начало и конец обмотки стараются расположить рядом, а число токовых слоев сделать четным. При больших токах провод выбирают полым и пропускают для его охлаждения воду.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальный ток от источника 1 синусоидального гармонического тока через трансформатор 2 тока по проводам 3 подводится к катушке 5. При протекании тока по катушке 5 в ее внутреннем пространстве создается однородное магнитное поле, степень однородности которого достигается тем, что отдельные слои 7 осесиммет,ричной полой многослойной катушки имеют форму параболоидов вращения, а ампер-витки изменяются вдоль каждого из токовых слоев по закону (1).

Действительно,.пусть форма поверхности однослойной осесимметричной катушки совпадает t поверхностью, образованной в результате вращения параболы r = 2р ° z вокруг оси симметрии 0= . Катушка образована путем непрерывной сплошной намотки круговых витков диаметром л, равным толщине токового слоя. Постоянный ток в кольце шириной к, можно записать как d I = I, ° n(z,) d 2, где n - число витков на единицу ширины слоя, I тОК в прОВОдеу n{zp) n 0 z 1 Х

; r и к — цилиндричес У) кие координаты точки, принадлежащей токовому слою.

Если пренебречь влиянием изменения тока по толщине слоя на магнитное поле, дго,ток кольца вызовет магнитную индукцию в любой точке z оси симметрии, равную где n, = const — число витков на единицу ширины слоя; — ток в проводе; — фокальный параметр 50 параболы; — координата, в которой определяется величина ампер-витков

В каждом слое кОГ 55 да начало цилиндрических координат на- . ходится в вершине сОлэ

P (2) Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для проверки, аттестаций и метрологических исследований магнитометрической апертуры,, являющейся основной частью образцовых средств измерений, а также в тех областях электромашиностроения, где возникает необходимость создания однородных магнитных полей в больших 10 областях пространства.

Цель изобретения - повышение степени однородности магнитного поля в полузамкнутых областях пространства и увеличение объема однородного 15 поля.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для создания однородного магнитного паля.

Устройство содержит источник 1 си- 20 нусоидального гармонического тока, от которого ток I подходит к трансформатору 2 тока, предназначенному для увеличения тока и имеющему, на выходе выпрямитель (не показан), если требу- 25 ется постоянное во времени однородное магнитное поле. От трансформатора 2 тока ток течет по прямому и обратному проводам 3, которые, с целью взаимной компенсации создаваемого их токами магнитного поля, располагают вблизи один другого и помещают в ферромагнитный экран 4, Обмотку катушки

5 располагают на диэлектрическом полом каркасе, выполненном, например, 35 из керамики и имеющем форму параболо" ида.вращения с выемками для провода

6, который наматывают с таким шагом, чтобы витки в каждом слое 7 изменялись по закону 40 г

1Е(О) эоnî Ео го (zo) dz

2 гдег (z ) =2р z,;

I, n,dzp 2 ° zp

< о d Х о,р+2г, Проинтегрируем (2) по переменной к в пределах 0 г, Х

1259197 (3) .5

Х (4) 15

2 о

0 о

p+ о р 2n (6) 50 о а

1О

Если теперь в (3) устремить f к оо, то получим

В {о,Е) = 2 при (I.n)(z ) Переход от (3) к (4) возможен и, при конечном значении Р, когда фо- 2р кальный параметр р очень мал, т.е.

- О Г = const, P

Значение магнитной индукции.на оси симметрии не зависит от коорди- 25 наты z когда катушка имеет бесконечную протяженность в направлении положительной полуоси z. В случае реальной катушки конечной длины Р в области z 4 1 будет также выполнять"3g ся условие (3), При этом погрешность, вносимая конечной длиной катушки, легко определяется по формуле (3).

На оси симметрии вектор магнитной 35 индукции имеет только одну осевую составляющую В = В, а радиальная составляющая В„ = О, Значения составляющих В и В„ в любой точке наблЮдения внутри рассматриваемой об- 4О ласти можно найти с помощью интегральных выражений

В (z,rf = — 1(к+ г sine )dl; (5) 45

О где f (z,î) = В (z,o )

Так как В, (,о) . = const на всей оси симметрии, то из (5) н (6) следует, что во всем внутреннем пространстве рассматриваемой области В,(r)

О В (е) = В,(гz) = В (2о)

const (7) 4

Магнитная индукция в воздушном пространстве внутри катушки налравл -, на во всех точках параллельно оси симметрии катушки, т.е. вдоль оси z„

Для увеличения интенсивности магнитного поля внутри области следует увеличить число токовых слоев с одинаковым направлением лротекания. тока (согласное включение слоев) и сохранением формы каждого слоя. В этом случае магнитная индукция имеет вид

B(z,r) = ш, n I, 4 = const; (I ° n) (8) где 3 — число токовых слоев.

По сравнению с известным предлагаемое устройство позволяет образовать области с высокой степенью однородности магнитного поля, так как для

I предложенной формы катушки известен точный закон распределения ампервитков, при котором магнитное поле становится однородным.

Формула изобретения

Устройство для создания однородного магнитного поля, содержащее соединенную с генератором осесимметричиую полую многослойную катушку с намотанными на диэлектрический каркас однонаправленными круговыми витками, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения степени одно-: родности магнитного поля в полузамкО нутых областях пространства каждый слой катушки выполнен по форме параболоида вращения, число витков h которого изменяется вдоль каждого из слоев по закону где и = const — число витков на единицу ширины слоя; — фокальный параметр параболы1

, — координата, в которой определяется величина ампер-витков в каждом слое, когда начало цилиндрических координат находится в вершине лара болы, а координатная ось О":.„ является осью симметрии параболы.