Магнитная сортирующая система водородного генератора Российский патент 2020 года по МПК G01R33/00 

Описание патента на изобретение RU2722871C1

Изобретение относится к области квантовых стандартов частоты и может быть использовано при разработке и производстве водородных стандартов частоты (ВСЧ).

Магнитная сортирующая система водородного генератора (ВГ) это шести или четырех полюсный магнит (Фиг. 1) с помощью которого осуществляется сортировка атомов водорода по энергетическим состояниям. В центральной части магнита создается резко неоднородное магнитное поле, минимальное вдоль оси симметрии и быстро возрастающее при удалении от нее. Атомарный водород, в виде параллельного оси симметрии направленного пучка, подается в магнитную сортирующую систему, пройдя которую часть атомов под действием неоднородного магнитного поля расфокусируется, а часть, включая атомы рабочего состояния, фокусируются на входном отверстии накопительной колбы и попадают внутрь нее. При этом в накопительном объеме колбы создается инверсия населенности (избыточное количество) рабочих атомов водорода, обеспечивающих функционирование ВГ. Для обеспечения нормальной сортировки атомов требуются сильные магнитные поля до 1 Тл. Магнитная сортирующая система работает в высоком вакууме и должна выдерживать длительный нагрев до +(300÷600)°С при технологическом отжиге вакуумной камеры ВГ. Все это накладывает определенные ограничения на выбор магнитных материалов и на конструкцию сортирующей системы. В современных ВГ используются четырех полюсные магнитные сортирующие системы, конструктивно более простые и компактные, мало отличающиеся по эффективности сортировки атомов водорода от шести полюсных.

Известна, достаточно широко применяемая в серийных ВГ конструкция магнитной сортирующей системы (Фиг. 2), состоящая из четырех полюсных наконечников, выполненных в виде фрезерованных пластин из магнитомягкого сплава с большой индукцией насыщения (49КФ) и четырех магнитов специальной формы, устанавливаемых между ними. Магниты изготавливаются из магнитотвердого сплава ЮНДК35 (Альнико), имеющего высокую температуру Кюри более 800°С и обеспечивающие достаточно большую магнитную индукцию намагниченности. Это структурированный материал, чрезвычайно твердый и хрупкий. Его обработка выполняется только на плоско и кругло шлифовальных станках, поэтому изготовление магнитов сложной формы является трудоемкой и затратной операцией. Кроме того, такая конструкция сортирующей системы является открытой магнитной системой, имеющей большое магнитное поле рассеивания, что негативно сказывается на работе водородного генератора.

Технической задачей изобретения является изменение конструкции четырех полюсной магнитной сортирующей системы водородного генератора с целью уменьшения трудоемкости ее изготовления и уменьшения магнитного поля рассеивания.

Решение поставленной задачи, состоит в использовании магнитов стандартных размеров на основе редкоземельных элементов, конструктивно позволяющих выполнить закрытую магнитную сортирующую систему с малым магнитным полем рассеивания. Самарий кобальтовые магниты позволяют получить требуемую индукцию магнитного поля в зазоре сортирующего магнита при значительно меньшей магнитной массе и имеют температуру Кюри более 700°С.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На Фиг. 1 - магнитная сортирующая система (поперечное сечение, пунктир -силовые линии магнитного поля); на Фиг. 2 - конструкция (поперечное сечение) широко используемой магнитной сортирующей системы; на Фиг. 3 - конструкция предлагаемой магнитной сортирующей системы; на Фиг. 4 - силовой каркас предлагаемой сортирующей системы; на Фиг. 5 - полюсной наконечник; на Фиг. 6 - направляющая шайба; на Фиг. 7 - самарий-кобальтовый магнит; на Фиг. 8 - слой наружной оболочки.

Силовой каркас (Фиг. 4) предлагаемой конструкции сортирующей системы состоит из четырех полюсных наконечников 1 (Фиг. 5), изготавливаемых из магнитомягкого сплава 49КФ, закрепляемых в пазах направляющих шайб 2 (Фиг. 6), выполненных из немагнитной нержавеющей стали, по торцам с помощью винтов 3. Размер зазоров между полюсными наконечниками определяется диаметром колец 4 из той же немагнитной нержавеющей стали, запрессованных в центре направляющих шайб 2. На каждый полюсной наконечник 1 силового каркаса устанавливаются по два самарий-кобальтовых магнита 5 (Фиг. 7) стандартных размеров, например 5×10×30 мм (с отверстиями под винт) так, чтобы в сортирующей системе было чередование полюсов. Снаружи на них одевается оболочка 6, состоящая из тонких слоев трансформаторной стали, материала с большой магнитной проницаемостью и высокой индукцией насыщения. Слои оболочки выгнуты в виде восьмигранника, и состоят из двух половинок каждый (Фиг. 8). Половинки первого слоя надеваются с двух сторон на магниты. Затем на этот слой надеваются половинки второго слоя со сдвигом 90 градусов (для перекрытия зазора первого слоя) и так далее. Затем оболочка 6 закрепляется немагнитными винтами 7 с полюсными наконечниками через отверстия в магнитах, что делает конструкцию механически прочной. Наличие внешней оболочки увеличивает величину магнитной индукции в зазоре и существенно ослабляет магнитное поле рассеивания от сортирующей системы. Изменением диаметра запрессовываемых в направляющие шайбы колец 4 можно менять величину зазора между полюсными наконечниками, подбирая оптимальную фокусировку рабочих атомов водорода на входном отверстии накопительной колбы ВГ.

Технический результат предложенного решения магнитной сортирующей системы состоит в том, что применение самарий-кобальтовых магнитов стандартных размеров позволило сделать более простую и менее трудоемкую в изготовлении конструкцию магнитной сортирующей системы, с малым магнитным полем рассеивания и простой возможностью подбора величины зазора между полюсными наконечниками для получения оптимальной фокусировки рабочих атомов водорода на входном отверстии накопительной колбы ВГ.

Литература

1. В.П. Сысоев, Ю.С. Самохвалов, С.Н. Овчинников, Н.И. Нестеров, Н.М. Грачев, М.И. Алексеев, В.П. Нагирный, А.А. Шаталов, К.К. Шилов. Перевозимые квантовые часы водородные нового поколения. Труды 9 Международного симпозиума «Метрология времени и пространства» 12-14 сентября 2018

Похожие патенты RU2722871C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ, СИСТЕМА И АППАРАТ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, ТОРМОЖЕНИЯ И ДОЗИРОВАНИЯ РАСПЛАВЛЕННЫХ МЕТАЛЛОВ, ПОДАВАЕМЫХ В ЛИТЕЙНЫЕ МАШИНЫ 2000
  • Каган Валерий Г.
RU2256279C2
СПОСОБЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО НАГНЕТАНИЯ, ТОРМОЖЕНИЯ И ДОЗИРОВАНИЯ РАСПЛАВЛЕННЫХ МЕТАЛЛОВ, ПОДАВАЕМЫХ В ЛИТЕЙНЫЕ МАШИНЫ 2002
  • Каган Валерий Г.
RU2291028C2
МАГНИТНАЯ СИСТЕМА 2003
  • Кожухарь А.А.
  • Кожухарь А.Ю.
  • Москвин С.В.
RU2240155C1
ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН 2006
  • Лямзина Нина Федоровна
  • Каневский Евгений Иоганович
  • Коломийцева Наталья Михайловна
  • Смирнова Людмила Дмитриевна
RU2307421C1
Магнитный фильтр для очистки жидкости 1980
  • Кузьмин Виктор Владимирович
  • Прокопович Владимир Яковлевич
  • Сиротенко Анатолий Александрович
SU891120A1
Магнитная система для спектроскопии ядерного магнитного резонанса 2018
  • Мысик Алексей Александрович
  • Бызов Илья Владимирович
  • Уймин Михаил Александрович
  • Ермаков Анатолий Егорович
  • Раев Михаил Борисович
  • Храмцов Павел Викторович
RU2691753C1
СПОСОБ ТЕКСТУРОВАНИЯ ПОРОШКА МАГНИТООДНООСНОГО МАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА ИМПУЛЬСНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ 2009
  • Кудреватых Николай Владимирович
  • Лилеев Алексей Сергеевич
  • Попов Александр Гервасиевич
  • Вяткин Вадим Петрович
  • Василенко Данил Юрьевич
  • Жаков Сергей Васильевич
  • Сединкин Алексей Александрович
RU2424082C2
Комбинированный ротор для высокоскоростной электрической машины 2017
  • Драгунов Виктор Карпович
  • Гончаров Алексей Леонидович
  • Слива Андрей Петрович
  • Румянцев Михаил Юрьевич
  • Сизякин Алексей Вячеславович
RU2679311C1
СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С МАГНИТНОЙ РЕДУКЦИЕЙ 2008
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Давыдов Николай Владимирович
RU2375806C1
МАГНИТНЫЙ РЕДУКТОР 2008
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Давыдов Николай Владимирович
RU2369955C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 722 871 C1

Реферат патента 2020 года Магнитная сортирующая система водородного генератора

Изобретение относится к области квантовых стандартов частоты и может быть использовано при разработке и производстве водородных стандартов частоты. Магнитная сортирующая система состоит из силового каркаса из четырех полюсных наконечников из магнитомягкого сплава, закрепляемых по торцам с помощью винтов в пазах направляющих шайб из нержавеющей стали, в центре которых запрессованы кольца, определяющие величину магнитного зазора, на каждый полюсный наконечник силового каркаса установлены самарий-кобальтовые магниты стандартных размеров, так, чтобы в сортирующей системе было чередование полюсов, на магниты надевается оболочка из тонких слоев магнитомягкого сплава, состоящих из двух продольных симметричных относительно середины противоположных граней половинок восьмигранника каждый, причем половинки каждого последующего слоя надеваются на предыдущий со сдвигом 90 градусов для перекрытия его зазора, и оболочка закрепляется немагнитными винтами с полюсными наконечниками через отверстия в магнитах, что делает конструкцию механически прочной. Технический результат – упрощение конструкции и трудоемкости в изготовлении конструкции магнитной сортирующей системы. 8 ил.

Формула изобретения RU 2 722 871 C1

Магнитная сортирующая система, состоящая из силового каркаса из четырех полюсных наконечников из магнитомягкого сплава, закрепляемых по торцам с помощью винтов в пазах направляющих шайб из нержавеющей стали, в центре которых запрессованы кольца, определяющие величину магнитного зазора, на каждый полюсный наконечник силового каркаса установлены самарий-кобальтовые магниты стандартных размеров, так, чтобы в сортирующей системе было чередование полюсов, на магниты надевается оболочка из тонких слоев магнитомягкого сплава, состоящих из двух продольных симметричных относительно середины противоположных граней половинок восьмигранника каждый, причем половинки каждого последующего слоя надеваются на предыдущий со сдвигом 90 градусов для перекрытия его зазора, и оболочка закрепляется немагнитными винтами с полюсными наконечниками через отверстия в магнитах, что делает конструкцию механически прочной.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2722871C1

Способ получения сапонина 1949
  • Гогуадзе В.П.
SU77057A1
Прибор для переключения пара к паровозному водонагревателю 1928
  • Либин Е.Л.
SU17240A1
ВОДОРОДНЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ 1998
  • Беляев А.А.
  • Медведев С.Ю.
  • Павленко Ю.К.
  • Сахаров Б.А.
RU2148881C1
US 10248083 B2, 02.04.2019
Корнеизвлекающее устройство многорядной корнеуборочной машины 1982
  • Гурченко Александр Петрович
  • Кобец Анатолий Степанович
  • Новинский Владимир Васильевич
SU1217286A1

RU 2 722 871 C1

Авторы

Сысоев Владимир Прокопьевич

Овчинников Сергей Николаевич

Шаталов Александр Александрович

Даты

2020-06-04Публикация

2019-10-28Подача