Устройство для коммутации магнитного поля

 

Использование: в электротехнике. Сущность: устройство содержит магнитопровод 3 с зазором, в котором установлен экран 1 из сверхпроводящего материала, а на его стержне-обмотка 2. Экран 1 может быть выполнен либо в виде пластины, либо в виде пленки. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для коммутации магнитного поля.

Известно устройство для коммутации магнитного поля, содержащее источник магнитного поля в виде обмотки на одном из трех стержней магнитопровода, на двух других стержнях которого размещены две половины второй обмотки, причем совместно с одной из половин второй обмотки расположен экран магнитного поля в виде сверхпроводящей короткозамкнутой обмотки. Переменный магнитный поток в магнитопроводе индуцирует в экране магнитного поля ток, стремящийся своим магнитным полем скомпенсировать магнитный поток в стержне магнитопровода. Этот ток быстро затухает если экран находится в нормальном состоянии, и в магнитопроводе остается лишь магнитное поле источника магнитного поля. Таким образом экран магнитного поля коммутирует, то есть пропускает или не пропускает магнитный поток в совместно с ним расположенную половину второй обмотки в зависимости от того находится ли экран магнитного поля в нормальном или сверхпроводящем состоянии, соответственно. Недостатком аналога является способность коммутировать лишь переменное магнитное поле.

Прототипом является трансформатор для ограничения токов в котором по экрану магнитного поля протекает ток сверхпроводящей нагрузки. Если этот ток превысит номинальное значение, при котором в экране плотность тока превысит критическое значение, экран магнитного поля переходит в нормальное состояние и позволяет части магнитного потока перераспределиться из сверхпроводящей вторичной обмотки во вторичную обмотку, выполненную из нормального металла.

Недостатком прототипа является низкое значение рабочих температур, требующее охлаждение жидким гелием, что сложно и дорого. Высокотемпературные сверхпроводящие материалы характеризуются более высокими рабочими температурами, незначительной электропроводностью в нормальном состоянии и хрупкостью. Хрупкость не позволяет навивать из них обмотки, то есть изготовлять экран магнитного поля в виде катушки. Но низкая электропроводность позволяет, не опасаясь разогрева вихревыми токами расположить высокотемпературный сверхпроводящий материал поперек коммутируемого магнитного потока. Высокие значения критической температуры, позволяет заменить охлаждение жидким гелием на охлаждение жидким азотом, что технически проще и значительно дешевле. Другим недостатком является невозможность коммутировать постоянное магнитное поле, так как в экране магнитного поля в виде катушки постоянное магнитное поле не наводит ток.

Цель изобретения - расширение области применения за счет повышения рабочих температур и возможности коммутации постоянного магнитного поля, упрощения и снижения стоимости.

Сущность изобретения заключается в изменении принципа управления прохождением магнитного поля. В известном устройстве управление магнитным потоком осуществляется на макроуровне - одним большим сверхпроводящим током протекающем по кольцу экрана магнитного поля. В предлагаемом устройстве управление магнитным потоком через экран магнитного поля осуществляется на микроуровне. Величина прошедшего через экран магнитного потока слагается из квантов магнитного потока, прошедших через вихри Абрикосова в материале экрана, перешедшем в смешанное состояние. Приближая смешанное состояние к нормальному, можно увеличивать число вихрей Абрикосова - флюксоидов, и тем самым, увеличивать прозрачность экрана для магнитного поля - безразлично постоянного или переменного. Наоборот, приближая смешанное состояние к сверхпроводящему состоянию, уменьшают проницаемость экрана для магнитного поля. Переводить экран магнитного поля из сверхпроводящего состояния в смешанное и затем в нормальное состояние можно, воздействуя на материал экрана электрическим током, магнитным полем, изменяя его температуру.

Конструктивно переход на другой принцип управления магнитным полем обеспечивается тем, что сверхпроводящий материал экрана магнитного поля располагается не вокруг магнитного потока, а поперек таким образом, чтобы перекрывать все силовые линии магнитного потока, для чего геометрические размеры экрана превышают размеры сечения магнитопровода. Еще одно требование к геометрии экрана магнитного поля - в его материале в пределах проекции магнитопровода на поверхность экрана не должно быть отверстия. В противном случае экран с отверстием будет работать как короткозамкнутая сверхпроводящая обмотка, то есть будет реализовано управление магнитным полем по принципу, используемому в аналоге и прототипе. Поэтому в формуле сказано, что экран магнитного поля выполнен в виде замкнутой поверхности.

На чертеже показан общий вид устройства для коммутации магнитного поля, где: 1 - экран магнитного поля; 2 - обмотка; 3 - магнитопровод.

Пример конкретного выполнения - индуктивный накопитель энергии, изображенный на фиг. 1. Когда экран магнитного поля находится в нормальном состоянии и пропускает магнитное поле и индуктивность устройства максимальна, в обмотку 2 вводится ток. Когда ток через обмотку установится, в индуктивности, в постоянном магнитном поле будет запасена некая энергия, которая может быть высвобождена в виде мощного электрического импульса в случае резкого уменьшения индуктивности устройства, изображенного на фиг. 1. Для этого необходимо скачком перевести экран магнитного поля из нормального в сверхпроводящее состояние. (56) Авторское свидетельство СССР N 608205, кл. H 01 F 27/34, 1977 Авторское свидетельство СССР N 714522, кл. Н 01 F 27/34, 1979.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее магнитопровод, расположенную на нем обмотку и экран из сверхпроводящего материала, отличающееся тем, что, с целью повышения работоспособности и расширения области применения за счет повышения рабочих температур и возможности коммутации постоянного магнитного поля, упрощения и снижения стоимости, магнитопровод выполнен с зазором, экран выполнен в виде замкнутой поверхности из высокотемпературного сверхпроводящего материала с возможностью изменения фазового сверхпроводящего состояния материала и расположен в зазоре магнитопровода, причем площадь замкнутой поверхности экрана не меньше площади зазора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что экран выполнен в виде пластины.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что экран выполнен из пленки высокотемпературного сверхпроводящего материала, расположенной на подложке.

РИСУНКИ

Рисунок 1