Устройство для создания однородного магнитного поля Советский патент 1986 года по МПК G01R33/02 

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 областях пространства.

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

На чертеже показана принципиальна схема устройства для создания однороСинусоидальный ток от источника 1 синусоидального гармонического тока через трансформатор 2 тока по прово- IS дам 3 подводится к катушке 5. При протекании тока по катушке 5 в ее внутреннем пространстве создается однородное магнитное поле, степень однородности которого достигается

ного магнитного пошя.

Устройство содержит источник 1 си- 20 тем, что отдельные слои 7 осесиммет- нусоидального гармонического тока, от .ричной полой многослойной катушки которого ток I подходит к трансформатору 2 тока, предназначенному для увеличения тока и имеющему, на выходе выпрямитель (не показан), если требу- 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 зкран 4, Обмотку катушки 5 располагают на диэлектрическом полом каркасе, выполненном, например, 35 из керамики и имейщем форму параболоида, вращения с выемками для провода 6, который наматывают с таким шагом., чтобы витки в каждом слое 7 изменяимеют форму параболоидов вращения, а ампер-витки изменяются вдоль каждого из токовых слоев по закону (l).

Действительно, пусть форма поверх ности однослойной осесимнетричной катушки совпадает с поверхностью, образованной в результате вращения параболы г 2рz вокруг оси сим- 3G метрии OSp. Катушка образована путем непрерывной сплошной намотки круговых витков диаметром д , равным толщине токового слоя. Постоянный ток в кольце шириной d Zg можно записать как dl In h(Zg) dI, где п число

витков на единицу ширины слоя,

П . ZQ

d l

ток в проводе, (

т

По

flff

Г к Z - цилиндричес

лись по закону

параболы, а координатная ось OZo 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 прово- дам 3 подводится к катушке 5. При протекании тока по катушке 5 в ее внутреннем пространстве создается однородное магнитное поле, степень однородности которого достигается

20 тем, что отдельные слои 7 осесиммет- .ричной полой многослойной катушки 35

имеют форму параболоидов вращения, а ампер-витки изменяются вдоль каждого из токовых слоев по закону (l).

Действительно, пусть форма поверхности однослойной осесимнетричной катушки совпадает с поверхностью, образованной в результате вращения параболы г 2рz вокруг оси сим- 3G метрии OSp. Катушка образована путем непрерывной сплошной намотки круговых витков диаметром д , равным толщине токового слоя. Постоянный ток в кольце шириной d Zg можно записать как dl In h(Zg) dI, где п число

20 тем, что отдельные слои 7 осесиммет- .ричной полой многослойной катушки 35

витков на единицу ширины слоя,

П . ZQ

d l

ток в проводе, (

т

По

40

flff

Г к Z - цилиндриче

П Z

(1)

де

о

const - число витков на единицу ширины слоя;

Iconst в проводе;

р - фокальный параметр параболы;

Zg - координата, в которой определяется величина, ампер-витков в каждом слое, ког- да начало цилиндрических координат находится в вершине

кие координаты точки, принадлежащей токовому слою.

Если пренебречь влиянием изменения тока по толщине слоя на магнитное поле, cjrOiTOK кольца вызовет магнитную индукцию в любой точке z оси симметрии, равную

50

г

Го

(ZQ)- JZp

lpY.7 . 1,По- IP

d и 4,0.; - - f--- jr-тггг

2 r {zj+(z-zj

где

55

V(o)

cJl

Проинтегрируем (2) no переменной в пределах Oiz. I

в(,,а) |:M.f.)

Ш- П.-.Т,

z (3)

Если теперь в(3) устремить f к

259197 -4

Магнитная индукция в воздушном пространстве внутри катушки направл°т 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 протекания тока (согласное включение слоев) и сохра- tO пением формы каждого слоя. В этом случае магнитная индукция имеет вид

со , то получим

В (0,2) 2 при (l-n)(z)

(4)

I,

Переход от (3) к (А) возможен и. при конечном значении Г, когда фо кзльный параметр р очень мал, т.е.

Y % О, t const

Значение магнитной индукции.на оси симметрии не зависит от коорди- наты Z,- когда катушка имеет бесконечную протяженность в направлении положительной полуоси z. в случае реальной катушки конечной длины Н в области будет также выполнять ся условие (3)о При зтом погрешность вносимая конечной длиной катушки, легко определяется по формуле (3).

На оси симметрии вектор магнитной индукции имеет только одну осевую составляющую В Bj, а радиальная составляющая В 0. Значения составляющих В и В в любой точке наблюдения внутри рассматриваемой об- ласти можно найти с помощью интегральных выражений

27

21Г inof) J of) о

г 2-

i, I

(5) 45 где Пд const аТ

(6)

р

где f (z,o) В,(т;,о )

Так как В(г, const на всей оси симметрии, то из (З) и (б) следует, что во всем внутреннем простран стве рассматриваемой области В(,|г) О, В (г, г) В(г, z) В (г.о) const (7)

55

B(z,r) () const; (I.n)

(8)

I,

где - число токовых слоев.

По сравнению с известным предлагаемое устройство позволяет образовать области с высокой степенью однородности магнитного поля, так как для предложенной формы катушки известен точный закон распределения ампер- витков, при котором магнитное поле становится однородным.

Формула изобретения

Устройство для создания однородного магнитного поля, содержащее соединенную с генератором осесимметрич- ную полую многослойную катушку с намотанными на диэлектрический каркас однонаправленными круговыми витками, отличающееся тем, что, с целью повышения степени однородности магнитного поля в полузамкнутых областях пространства каяодый слой катушки выполнен по форме параболоида вращения, число витков rt которого изменяется вдоль каждого из слоев по закону

nUol

где Пд const р

число витков на единицу ширины слоя; фокальный параметр параболы;

координата, в которой определяется величина ампер-витков в каждом слое, когда начало цилиндрических координат находится в вершине napaf болы, а координатная ось является осью симмеч рии параболы.

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|