СЕРДЕЧНИК ФЕРРОМАГНИТНОГО ВЗРЫВНОГО ГЕНЕРАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА Советский патент 1995 года по МПК H01H39/00 H02K44/00 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при разработке и изготовлении магнитопроводов и магнитных систем из электротехнической стали и сплавов.

Заявляемое техническое решение позволяет создать сердечник с увеличенным энергосъемом при ударном нагружении его как основного элемента взрывного генератора электрического импульса.

Известен стержень магнитопровода индукционного аппарат. С целью повышения коэффициента заполнения и упрощения изготовления стержень выполнен из нескольких вложенных одна в другую гофрированных лент. Набор гофрированных лент формируется в цилиндр с осевым отверстием, образуя стержень магнитопровода. Недостатком данного магнитопровода является невысокий коэффициент заполнения из-за того, что ленты выполнены гофрированными для образования клинообразного блока.

Известен также магнитопровод, который представляет собой пакет пластин из ферромагнитного материала. На каждой пластине нанесен диэлектрический слой на алюмофосфатной основе. Недостатком данного магнитопровода является высокая трудоемкость изготовления при нанесении покрытия. Кроме того, серьезным недостатком изоляторов на органической основе, имеющих низкую плотность, является потеря электропрочности под воздействием ударной волны, создающей давление в сердечнике взрывного ферромагнитного генератора выше 130 кбар.

Наиболее близок к заявляемому сердечник ферромагнитного взрывного генератора электрического импульса, который содержит набор плоских элементов из магнитомягкого материала, изолированных друг от друга. Сердечник имеет кольцевую форму, а плоские элементы в виде колец расположены перпендикулярно направлению распространения ударной волны. В качестве изоляции между пластинами используются фторопластовые прокладки.

Недостатком прототипа является невысокий уровень энергосъема с единицы сердечника. Расположение пластин сердечника, перпендикулярное направлению распространения ударной волны, а наличие изоляции из фторопластовой пленки толщиной 30 мкм между пластинами способствует быстрому затуханию ударной волны в сердечнике и ведет к ограничению объема сердечника и снижению энергосъема. Применение фторопластовой пленки в качестве изолятора делает сердечник рыхлым, требует полировки рабочих поверхностей стальных пластин с соблюдением параллельности последних, что значительно увеличивает трудоемкость изготовления сердечника.

Целью изобретения является увеличение энергосъема путем повышения коэффициента заполнения и снижения трудоемкости изготовления.

Указанная цель достигается тем, что по сравнению с известным сердечником ферромагнитного взрывного генератора электрического импульса, содержащего набор плоских элементов из магнитомягкого материала, изолированных друг от друга, новым является то, что плоские элементы выполнены в виде прямоугольных пластин, которые расположены по радиусу и собраны в блоки, между блоками расположены уплотняющие клинообразные вставки, а изоляция выполнена в виде оксидной пленки, образованной на поверхности пластин.

В ферромагнитном сердечнике-прототипе плоскости пластин расположены перпендикулярно направлению распространения ударной волны, что ведет к более быстрому затуханию ее из-за фторопластовых электроизоляционных прослоек между пластинами.

В предлагаемом цилиндрическом сердечнике с радиальным расположением пластин ударная волна распространяется внутри каждой пластины до выхода на внешнюю поверхность сердечника. Использование в качестве изоляционного покрытия стальных пластин оксидно-никелевой пленки 10 мкм позволило в цилиндрической конструкции сердечника с радиальным расположением пластин повысить плотность сердечника, так как плотность оксида никеля близка к плотности железа. Высокая плотность и радиальное расположение ферромагнитных пластин способствует распространению ударной волны в сердечнике практически без затухания, что является необходимым условием повышения энергосъема.

Снижение трудоемкости изготовления сердечника обеспечивается тем, что после окончательной механической обработки (вырубки, рихтовки, снятия заусенцев) стальные пластины никелируются по стандартной технологии, затем одновременно с отжигом для снятия напряжений и восстановления магнитных свойств производится их оксидирование в воздушной среде в течение 5-8 мин. Компоновка пластин в блоки и склеивание их в поджатом состоянии клеем, обладающим хорошей смачиваемостью и текучестью, также значительно снижает трудоемкость сборки сердечника.

Кроме того, преимущество конструкции цилиндрического сердечника по сравнению с прототипом заключается в том, что она позволяет более эффективно использовать заряд ВВ в замкнутом объеме ферромагнитного генератора. В прототипе нагружение сердечника продуктами взрыва производят с одной стороны.

При анализе технического решения на соответствие его критерию изобретения "существенные отличия" обнаружены известные технические решения, содержащие признаки: "плоские элементы выполнены в виде прямоугольных пластин" (см. например И.Б. Григорьев и В.Ф. Братусь "Активная часть трансформатора" а. с. N 1198577, кл. МКИ Н 01 F 27/24, опубл. в БИ N 46, 1985 г.). Однако в данном случае из прямоугольных пластин набираются стержни магнитопровода, которые ориентированы параллельно оси. Ориентация пластин в пространстве несущественна. В заявляемом же решении прямоугольные пластины ориентированы определенным образом по отношению к направлению воздействия ударной волны. Остальные признаки заявляемого изобретения в известных технических решениях не обнаружены. Таким образом, данное решение отвечает критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен заявляемый сердечник ферромагнитного взрывного генератора электрического импульса; на фиг. 2 пластина сердечника; на фиг. 3 клинообразная вставка.

Сердечник ферромагнитного взрывного генератора электрического импульса содержит набор плоских элементов 1 из магнитомягкого материала, изолированных друг от друга. Каждый плоский элемент 1 выполнен в виде прямоугольной пластины. Пластины расположены по радиусу и собраны в блоки 2. Между блоками 2 расположены уплотняющие клинообразные вставки 3. Изоляция элементов выполнена в виде оксидной пленки, образованной на поверхности пластин. Сердечник собран на тонкостенном дюралюминиевом цилиндре каркасе 4.

Использование клинообразных вставок 3 позволяет собрать цилиндрический сердечник из плоских оксидированных элементов 1 с высокими коэффициентами заполнения ферромагнетиком и с более высокой плотностью.

Работает заявляемый сердечник в ферромагнитном генераторе следующим образом. В каркас 4 (фиг. 1) вставляется заряд ВВ цилиндрическая шашка, высота которой равна высоте ферромагнитных пластин сердечника. При осевом инициировании заряда ВВ формируется расходящаяся цилиндрическая детонационная волна. Под воздействием продуктов взрыва в предварительно намагниченном сердечнике, возбуждается расходящаяся цилиндрическая ударная волна, деформирующая и размагничивающая его пластины. Высвобождающийся магнитный поток формирует в обмотке-спирали генератора, намотанной на внешней цилиндрической поверхности сердечника, электрический импульс.

В примере конкретного выполнения цилиндрический сердечник был собран из 12-ти блоков пластин из магнитомягкой стали, разделенных один от другого клинообразными стальными вставками, на цилиндрическом дюралюминиевом каркасе с толщиной стенки 0,5 мм. В каждый пакет входило 37 пластин 0,3х5х25 из стали 10 и 38 пластин 0,1х5х25 из стальной ленты 0,8 кп, изолированных оксидно-никелевой пленкой ≈ 10 мкм. Объем сердечника 25,5 см³. Коэффициент заполнения сердечника ферромагнетиком 0,95.

Так как при нагружении стальных пластин ударной волной, создающей давление Р=170 кБар, их объем уменьшается незначительно ≈ 12% то увеличение коэффициента заполнения сердечника ферромагнетиком имеет важное значение. Коэффициент заполнения сердечника при использовании фторопластовой пленки- 0,86.

Создание диэлектрической пленки на стальных пластинах, предварительно покрытых слоем меди и никеля толщиной 1-3 мкм и 6-9 мкм соответственно осуществляется термовоздушной обработкой при температуре 850^оС в течение 8 мин. Нагрев и охлаждение пластин производится со скоростью не более 500^оС в минуту, что способствует образованию однородной пленки оксида никеля и предохраняет ее от отслаивания и растрескивания. Слой меди 1-3 мкм на поверхности пластин обеспечивает прочную химическую связь оксидно-никелевого покрытия со сталью. Образование пленки черного цвета, характеризующейся высоким удельным электросопротивлением, диэлектрической константой 5-7 и плотностью близкой по величине к плотности железа, происходит при температуре 840±40^оС в воздушной среде. Обжиг полностью готовых никелированных стальных деталей предохраняет от образования на их поверхности окалины. Чистота поверхности оксидированных пластин получается примерно на класс выше чистоты поверхности заготовок перед никелированием. Поэтому дополнительная обработка пластин из ленты качественного проката, кроме резки, рихтовки и снятия заусенцев, не требуется.

По сравнению с прототипом энгергосъем заявляемого сердечника увеличен с 0,23 Дж/см³ до 0,4 Дж/см³, что в 1,7 раза выше по сравнению с сердечником с фторопластовой изоляцией. Технология изготовления деталей и сборка цилиндрического сердечника из пластин, изолированных оксидно-никелевой пленкой, менее трудоемки.

Использование: изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при изготовлении магнитопроводов и магнитных систем из электротехнической стали и сплавов. Сущность изобретения: при взрыве заряда ВВ на сердечник действует расходящаяся цилиндрическая ударная волна, размагничивающая ферромагнетик. Высвобождающийся магнитный поток формирует электрический импульс в обмотке генератора, основным элементом которого является данный сердечник. 3 ил.

СЕРДЕЧНИК ФЕРРОМАГНИТНОГО ВЗРЫВНОГО ГЕНЕРАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА, содержащий набор плоских элементов из магнитомягкого материала, изолированных друг от друга, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергосъема путем повышения коэффициента заполнения и снижения трудоемкости изготовления, указанные плоские элементы выполнены в виде прямоугольных пластин, последние расположены по радиусу и собраны в блоки, между блоками расположены уплотняющие клинообразные вставки, а изоляция прямоугольных пластин выполнена в виде оксидной пленки, образованной на их поверхности.