Способ изготовления сверхпроводящего соленоида Советский патент 1986 года по МПК H01F41/06 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для получения высокооднородных магнитных полей с помощью сверхпроводящих, соленощов С непрерьганой электрической обмоткой. , Известен способ изготовления электрических катушек, основанный на намотке проводников на оправку, при этом намотку производят прикатыванием проводника к неподвижной оправке последовательно виток на виток. Способ обеспечивает намотку спирали в направлении от внутреннего К наружному диаметру, но не обеспечивает спиральной намотки в, обратном направлении. Известен также способ изготовления сверхпроводящего соленоида, наиболее близкий к настоящему,включающий два случая: а)если высота паза равна четному числу слоев, то вначале заполняю обмоткой часть каркаса до уровня паза, затем наматывают слой по наружной поверхности паза, причем про вод с помощью спиральной канавки,пр деланной в пазе, опускают на каркас, после чего наматывают остальную часть соленоида; б)если высота паза равна нечетному числу слоев, то часть сверхпро водника с основной катушки сматьшаю на дополнительную катушку. Затем закрепляют соосно каркас и основную катушку, как единое целое, на намоточном станке, укладывают провод в разрез внутреннего паза и, вращая каркас соленоида и основную катушку наматывают часть соленоида до уровн паза проводом с дополнительной катушки, конец выводят наружу , дальнейшую намотку осуществляют проводом с основной катушки. Указанный способ имеет недостатки:в первом случае спиральньй перех длиной в 0,5-1 витка,выполненньш в теле паза, вносит асимметрию в обмо ку, что сказывается на однородности магнитного поля. Кроме того, пересе чение переходного участка с витками обмотки создает опасность замыкания витков в этом месте и выхода солено да из строя; во втором случае провод, пропуще ный через прорезь в пазе, располага ется вблизи рабочего объема соленоида и направлен под прямым углом к остальным виткам обмотки, что сильно сказывается на однородности магнитного поля, создавая дополнительную радиальную составляющую вектора магнитного поля. Как в первом, так и во втором случае в переходных местах провод меняет направление намотки и сильно деформирован, что пожет привести к повреждению сверхпроводящих жил (обрыву или появлению трещин) или электрической изоляции и. соответственно к снижению критических параметров. Цель изобретения - улучшение магнитных характеристик и повьш1ение надежности за счет исключения замыкания витков. Это достигается тем, что в способе изготовления сверхпроводящего соленоида, включающем получение непрерывной обмотки с корректирующим пазом и переходными участками намоткой провода на каркас, на переходном участке обмотки с одного диаметра корректирующего паза на другой по его торцу спирально укладывают слой вспомогательного провода от внутреннего диаметра паза к наружному, диаметром равным диаметру провода обмотки, с последующим его замещением от наружного витка проводом обмотки, На фиг.1 (а,б) представлен соленоид с внутренним и наружным корректирующими пазами, разрез; на фиг.2 схема устройства, реализующего спиральную укладку сверхпроводящего провода по торцу корректирующего паза; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 (а,б,в) - последовательность выполнения спиральной укладки сверхпроводящего провода. Соленоид содержит каркас 1 с элементом коррекции - внутренним или наружным корректирующим пазом 2. На каркасе 1 размещена обмотка соленоида, условно разбитая на три части 3-5 в соответствии с последовательностью ее намотки. . Первая часть 3 обмотки (фиг.1,а) это послойно уложенный в обмотку сверхпроводник на высоту корректирующего паза 2, включая один слой по всей наружной поверхности указанного паза. Вторая часть 4 обмотки - это спирально уложенный сверхпроводник по торцу паза 2 в направлении от наружного диаметра паза к внутреннему. Третья часть 5 обмотки - это послойно уложенный в обмотку сверхпроводящий провод, заполняющий пространство между пазом 2 и каркасом 1 и далее, до получения требуемого диаметра обмотки соленоида.; Для выполнения перехода в виде спирально уложенного по торцу корректирующего паза 2 сверхпроводящего провода используют дополнительное устройство, представляющее собой кольцо 6 с секторообразным вырезом 7. Кольцо 6 располагается от торца паза 2 на расстоянии, равном диаметру укладываемого провода, и фиксируется неподвижными элементами, в данном случае кольцами 8, стянутыми - между собой шпильками 9. Способ намотки сверхпроводящего соленои;1;а с корректирунмцим внутренним пазом осуществляют следующим образом. Вращая каркас 1 в определенную сторону, наматывают сверхпроводящий провод, заполняя пространство между каркасом 1 и пазом 2. При достижении высоты обмотки, равной высоте паза 2 наматывают еще один слой провода,, покрывая им всю наружную поверхность паза. При выходе наматываемого сверх проводящего провода на торец корректирующего паза дальнейшую намотку сверхпроводящего провода прекращают. Сверхпроводник вместе с подающей катушкой фиксируют. В результате получается первая часть 3 обмотки соленоида до начала перехода сверхпроводящего провода с наружного диаметра на внутренний. Для выполнения второй части 4 обмотки на внутреннем диаметре паза закрепляют начало вспомогательного провода, диаметр которого берут равным диаметру наматываемого сверхпроводника, и на каркас 1 устанавливают устройство (фиг.2), с помощью которого осуществляют спиральньй спуск по торцу паза 2. Для зтого на каркас 1 устанавливают кольцо 6, прижимающее начало вспомогательного провода 10 к торцу паза 2. Плотную фиксацию положения кольца 6 обеспечивают коль цами 8. Вспомогательный провод пропускают через секторообразньй вырез 7 кольца 6, которое начинают вращать в сторону, противоположную первоначальной намотке сверхпроводника 1 3 (фиг.4,а). В результате обеспечивается плотноупакованная спиральная намотка вспомогательного провода 10 на торце паза 2 в направлении от его внутреннего диаметра к наружному. После этого освобождают ранее зафиксированный сверхпроводник вместе с подающей катушкой и заводят его в секторообразньй вырез 7 кольца 6,где находится и конец вспомогательного провода. Вращая кольцо 6 в сторону, противоположную вращению при намотке вспомогательного провода 10, т.е. в сторону вращения каркаса при намотке части 3 соленоида, замещают вспомогательный провод 10 на торце паза сверхпроводником 11 (фиг.4,б,в) в направлении от наружного диаметра паза к внутреннему, образуя часть 4 об- мотки. При этом наматываемый сверхпроводник необходимо смазьшать клеящим веществом, в частности клеем или эпоксидной смолой. Уложив последний виток спирали по торцу паза, устройство убирают и производят обычным способом домотку оставшейся части соленоида, т.е. части 5. Таким образом осуществляют намотку соленоида, выполненного с внутренним корректирующим пазом.. Способ намотки сверхпроводящего соленоида с корректирующим наружным пйзом осуществляется следующим образом. Вращая каркас 1 в определенную сторону, наматывают сверхпроводящий провод, заполняя пространство между каркасом 1 и пазом 2 до уровня, на один слой меньше внутреннего диаметра паза и далее, по одну сторону от паза, др наружного диаметра соленоида с зазором между торцом паза и обмоткой, равным диаметру сверхпроводника (фиг.1,6). Таким-образом получается часть 3 обмотки соленоида. При этом указанные зазоры между пазом и частью 3 обмотки оставляются с целью сохранения симметрии соленоида при последующем выполнении спирального спуска части 4 и части 5 обмотки. Намотку спирального спуска части 4 осуществляют в той же последовательности, как и в случае соленоида с внутренним корректирующим пазом, с той лишь разницей,что фактическая намотка спирального .спуска выполняется не по торцу паза 2, а по торцу обмотки 3, предварительно (в процессе намотки) зафиксированной послойной промазкой эпоксидной смолой. После выполнения части 4 обычным способом доматывают часть 5 обмотки соленоида. Таким образом, применение описанного способа изготовления сверхпроводящих соленоидов с корректирующим внутренним и наружным пазами исключает прямолинейные участки сверхпроводящего провода, искажающие однородность магнитного поля. Кроме Toroj применение спирального перехода уменьшает вероятность за мыкания части обмотки накоротко, так как в этом случае механический контакт между витками осуществляется по всей их длине, а не в отдельных точках . Кроме того, применение способа позволяет изготавливать обмотки сложных форм, например, когда соленоид имеет паз в сечении не прямоугольный, а трапециевидный или овальный, а также в случае выполнения апертурных или секционированных соленоидов.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО СОЛЕНОИДА, -включающий получение непрерывной обмотки с корректирующим пазом и переходными участками намоткой провода на каркас, отличающийся тем, что, с целью улучшения магнитных характеристик и повьшения надежности за счет исключения замыкания витков, на переходном участке обмотки с одного диаметра корректирующего паза на другой по его торцу спирально укладывают слой вспомогательного провода от внутреннего диаметра паза к наружному, Диамет- i ром, равным диаметру провода обмот(Л ки, с последующим его замещением от наружного витка проводом обмотки. ОО СО 4 о 00