Магнитокумулятивный преобразователь энергии Советский патент 1992 года по МПК H02N11/00 

СА Os Ю О

ся

00

Т

Фиг.

Изобретение относится к устройствам импульсной техники, способным генерировать большие короткоимпульсные токи в потребителях электромагнитной энергии, может быть применено в экспериментальной и технической физике быстропротекаю- щих процессов.

Целью изобретения является сокращение времени ввода генерируемой электромагнитной энергии в потребитель при одновременном снижении массы преобразователя.

На фиг.1 изображен преобразователь энергии с начальным магнитным потоком от постоянных магнитов, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1: на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4а-постоянный магнит, в котором часть магнитотвердого материала заменена магнитомягким материалом, поперечный разрез; на фиг.4б - разрез В-В на фиг.4а; на фиг.5 - преобразователь энергии с начальным магнитным потоком от катушки начального намагничения (от электромагнита), продольный разрез; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.5; на фиг.7 - разрез Д-Д на фиг.5.

Преобразователь состоит из проводящего контура сжатия, выхода к потребителю и устройства для создания начального магнитного потока.

Проводящий контур сжатия (см.фиг. 1,2 и 5,6) объединяет в себе одновитковый пассивный соленоид 1 с разрезом 2 диаметрально зазору 3, образованному концами соленоида, с контактными пластинами 4; цилиндрическую активную оболочку 5 с разрезом б, с зарядом ВВ 7, с капсюль-детонатором 8, вынесенным за пределы заряда 88 7, а детонация от капсюля 8 к заряду 88 7 передается детонационным шнуром. Торцы заряда ВВ 7 прикрыты инертными изоляционными насадками 9. препятствующими разлету продуктов ВВ в сторону от торцов заряда.

Выход к потребителю энергии 10 через быстродействующий ключ 11 замыкания присоединен к концам разреза 2 одновитко- вого соленоида 2.

Устройство для создания начального магнитного потока (фиг. 1) выполнено постоянными магнитами 12, внутренние разнополюсные торцы которых примыкают к торцам одновиткового пассивного соленоида 1, а внешние замкнуты магнитопроводом 13, выполненным из магнитомягкого материала. Часть магнитотвердого материала постоянных магнитов 12 (фиг.З) может быть заменена магнитомягким материалом (см.фиг.4). Магниты 12 набираются в этом случае относительно оси активной оболочки

чередующимися соосными цилиндрами с внутренним цилиндром из магнитотвердого материала, а наружные части магнитов - с радиусами г, удовлетворяющими соотношениям

, R- у г R+ у , где R - внутренний радиус пассивного соленоида;

у - эксцентриситет осей пассивного

соленоида и активной оболочки,

набираются частями цилиндрических обечаек 14, причем цилиндры разрезаны по образующим для увеличения скорости и степени однородности намагничивания материалов,

образующих магнит. Для дополнительного увеличения скорости намагничения части цилиндрических обечаек, кроме наружной, могут быть выполнены с разрезами по образующим. Разрезы цилиндров и частей цилиндрических обечаек по образующим могут быть выполнены в одной плоскости или в разных плоскостях. Между боковыми поверхностями цилиндров и частей обечаек и в местах их разрезов 15 проложена изоляция 16. Изоляция 16 проложена также между внешней поверхностью одновиткового пассивного соленоида 1 и внутренней поверхностью магнитопровода 13 (фиг.2). Намагничивание цилиндров и частей

цилиндрических обечаек 14 из магнитомягкого и магнитотвердого материалов достигается катушкой 17 конечного намагничения, концы которой подключены к концам разреза 2 одновиткового пассивнего соленоида.

Кроме того, в преобразователе устройство для создания начального магнитного потока может быть выполнено в виде магнитопровода 13с намотанными на него катушками начального 18 и конечного 17 намагничивания (фиг.5). Концы катушки начального намагничения 18 через ключ 19 подключены к источнику 20 электрического тока, а концы катушки 17 конечного намагничения подключены к концам разреза 2 одновиткового соленоида 1.

Торцы активной оболочки 5 преобразователя электрически изолированы от торцов постоянных магнитов 12 (фиг.1) и магнитопровода 13 (фиг.5) изоляционным материалом (например, ферритом) 21 в течение времени работы преобразователя.

Выполнение в преобразователе магнитопровода, охваченного катушкой 17 конечнего намагничения, концы которой и параллельно им потребитель энергии 10 через ключ 11 замыкания подключены к концам разреза 2 одновиткового соленоида 1. приводит к сокращению времени ввода генерируемой электромагнитной энергии в потребитель при одновременном снижении массы преобразователя.

Преобразователь с начальным магнитным потоком от постоянных магнито работает следующим образом. После подрыва капсюля-детонатора 8 детонация заряда В В 7 выходит к оболочке 5. Оболочка 5 начинает деформироваться под действием продуктов ВВ (момент времени начала работы преобразователя) и захватывает магнитный поток постоянных магнитов 12.

По закону электромагнитной индукции в катушке 17 конечного намагничения генерируется электрический ток, К моменту времени работы преобразователя t t и (где t - момент времени окончания работы преобразователя) при соответствующем выборе параметров катушки 17 конечного намагничения (числа ее витков) генерируемый в ней ток составит значение I, а цилиндры и части цилиндрических обечаек 14 из магнитотвердого и магнитомягкого материалов и магнитопровод 13 намагничиваются до своего предельного состояния, что приводит к увеличению магнитного потока, охватываемого контуром сжатия. Далее производится замыкание ключа 11, в ре зультате чего выход к потребителю энергии 10 подключается к концам разреза 2 одно- виткового соленоида 1 (начала ввода генерируемой электромагнитной энергии в потребитель). Так как импеданс потребителя энергии намного меньше импеданса катушки 17 конечного намагничения, то большая часть генерируемого тока с момента времени t t и до конца работы преобразователя t tx будет отводиться к потребителю энергии 10,

Преобразователь с начальным магнитным потоком от электромагнита с некоторыми различиями работает аналогичным образом. От источника 20 электрического тока через катушку 18 начального намагничения осуществляется начальное намагничение магнитомягкого материала магнитопровода 13, причем соответствующим выбором параметров катушки 18 (число слоев, витков в каждом ее слое) и величины начального электрического тока 1о от источника 20 можно обеспечить начальное намаг- ничивание магнитопровода 13 до существенно меньшего значения, чем предельное насыщение для материала магнитопровода. Далее производится подрыв капсюля-детонатора 8, в результате чего детонация заряда ВВ 7 подходит к цилиндрической активной оболочке 5, С приходом детонации к оболочке 5 начинается деформация проводящего контура сжатия под

действием продуктов ВВ (момент времени начала работы преобразователя), а в катушке 17 конечного намагничения генерируется электрический ток по закону электромагнит- 5 ной индукции. К моменту времени работы преобразователя t t и при соответствующем выборе параметров катушки 17 конечного намагничения (числа ее витков) генерируемый в ней ток составит значение

0 t 1о, а материал магнитопровода 13 намагничивается до своего предельного состояния. Далее производится замыкание ключа 11, в результате чего выход к потребителю энергии 10 подключается к концам

5 разреза 2 одновиткового соленоида 1 (начало ввода генерируемой электромагнитной энергии в потребитель).

Так как импеданс потребителя энергии намного меньше импеданса катушки 17 ко0 нечного намагничения, то большая часть генерируемого тока с момента времени t t и до конца работы преобразователя t и будет отводиться к потребителю энергии 10. Торцы активной оболочки 5 преобразо5 вателей обоих исполнений электрически изолированы от торцов постоянных магнитов 12 (фиг,1) и магнитопровода 13 (фиг.5) изоляционным материалом (ферритом) 21 в течение времени работы преобразователя.

0Первое исполнение устройства для создания начального магнитного потока полностью исключает необходимость иметь источник начального электрического тока, что важно для ряда применений.

5 Кроме того, оба устройства для создания начального магнитного потока вместе с катушкой конечного намагничения обеспечивают как дальнейшее сокращение времени ввода генерируемой электромагнитной энер0 гии в потребитель, так и уменьшение габаритно-весовых характеристик преобразователя без ущерба для его выходных (эне згетиче- ских) параметров.

Импеданс катушки конечного намагни5 чения превышает импеданс потребителя не менее, чем в 10 раз. Для уменьшения импеданса катушка может быть выполнена па- раплельным соединением катушек, охватывающих магнитопровод. Как пре0 дельный случай - параллельным соединением отдельных витков.

Для дальнейшего снижения массогаба- ритных характеристик преобразователя за счет уменьшения массы устройства, созда5 ющего начальный магнитный поток, в преобразователе одновитковый пассивный соленоид и цилиндрическая активная оболочка, расположенные в одной плоскости, могут быть размещены послойно над соответствующими соленоидами и оболочками.

расположенными в других плоскостях, последовательно соединены между собой и с выходом на потребитель и связаны общим магнитным потокосцеплением. Для уменьшения индуктивности катушки конечного намагничения последняя может быть выполнена параллельным соединением катушек каждого контура сжатия.

Формула изобретения 1.Магнитокумулятивный преобразова- тель энергии взрыва химического ВВ в электромагнитную энергию, содержащий проводящий контур сжатия, объединяющий в себе одновитковый пассивный соленоид, разрезанный по образующей диаметрально его концам, с присоединенными к внутренней поверхности соленоида со стороны его концов контактными пластинами, эксцентрично расположенную в полости одновитко- вого соленоида по отношению к контактным пластинам цилиндрическую активную оболочку, заполненную ВВ с капсюль-детонатором на оси, разрезанную по образующей и концами разреза электрически замкнутую с концами пассивного соленоида, потреби- тель электромагнитной энергии и устройство начального магнитного потока с магнитопроводоМ, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени ввода генерируемой электромагнитной энергии в потребитель при одновременном снижении массы преобразователя, в нем магнитопро- вод охвачен катушкой конечного намагничивания; концы которой и параллельно им потребитель энергии через ключ замыкания

Аподключены к концам разреза одновитково- го соленоида.

2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что устройство начального магнитного потока выполнено в виде постоянных магнитов, внутренние разнополюсные topцы которых примыкают к торцам пассивного соленоида, а внешние замкнуты магнитопроводом, причем постоянные магниты выполнены относительно оси активной оболочки набором чередующихся соосных цилиндров из магнитомягкого и магнитотвердого материалов с внутренним цилиндром из магнитотвердого материала, а наружные части магнитов с радиусами г, удовлетворяющими соотношениям

R- у г R+ у ,

где R - внутренний радиус пассивного соленоида;

X - эксцентриситет осей пассивного соленоида и активной оболочки, выполнены в форме частей цилиндрических обечаек, причем цилиндры разрезаны по образующим, а боковые поверхности цил инд- ров, частей обечаек и места разрезов цилиндров разделены изоляционными прослойками.

3.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что устройство начального магнитного потока выполнено в виде магни- топровода с катушкой начального намагничивания, подключенной к источнику начального электрического тока, причем торцы магнитопровода примкнуты к торцам одновиткового пассивного соленоида.

Изоб. Этенме относится к устройствам импульсной техники и может быть использовано в экспериментальной и технической физике для создания мощных импульсов тока. Цель изобретения - сокращение времени ввода генерируемой электромагнитной энергии в потребитель при одновременном снижении массы преобразователя. Устройство состоит из одновиткового пассивного соленоида 1 с разрезом диаметрально зазору, образованному концами соленоида, цилиндрической активной оболочки 5 с разрезом с зарядом ВВ 7 и капсюль-детонатором В. Торцы заряда 7 прикрыты инертными изоляционными каскадами 9. Выход к потребителю энергии 10 через ключ 11 замыкания присоединен к концам разреза соленоида 1. Устройство для создания начального магнитного потока выполнено постоянными магнитами 12с магнитопроводом 13. Между соленоидом 1 и магнитопроводом 13 проложена изоляция 16. Часть магнитотвердого материала постоянных магнитов 12 может быть заменена магнитомягким материалом в форме соосных цилиндров. Устройство для создания начального магнитного потока может быть выполнено в виде магнитопро вода 13 с катушкой начального возбуждения. Новым в устройстве является то, что магнитопровод 13 охвачен катушкой 17 конечного намагничения, концы которой и параллельно им потребитель энергии через ключ замыкания подключены к концам разряда соленоида. 2 з.п.ф-лы, 7 ил. ел С

(

7J

/7 /Ю

W

Фиг2

Фиг.З

/ И

S iiii4jif Щ

16

ФигМ

11

V

фиг. 5

Фиг.7