[發(fā)明專(zhuān)利]磁通密度連續(xù)可調(diào)的均勻徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310010843.5
• 申請(qǐng)日: 2013-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103065761A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江濱浩;王振宇;王春生;張仲麟;王雨龍;嚴(yán)禹明;張樂(lè)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01F7/00
• 分類(lèi)號(hào): H01F7/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁通密度連續(xù)可調(diào)的均勻徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，屬于徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磁場(chǎng)是對(duì)放入其中的磁體有磁力作用的一種特殊物質(zhì)，其基本特征是能對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷施加作用力，即通電導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中能受到磁場(chǎng)的作用力，其中帶電粒子所受的作用力被稱(chēng)為洛倫茲力，大小和方向由公式?jīng)Q定，其中為帶電粒子所受的洛倫茲力，q為帶點(diǎn)粒子的電量，v為帶點(diǎn)粒子的速度，為磁通密度。特別指出，等離子體是由處在非束縛態(tài)的帶電粒子組成的多粒子體系，電磁作用是支配體系運(yùn)動(dòng)的決定作用因素，因此構(gòu)建特定位形的電磁場(chǎng)是控制等離子體帶電粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的主要方法。在圓柱坐標(biāo)系中，徑向磁場(chǎng)對(duì)沿軸向運(yùn)動(dòng)帶電粒子的洛倫茲力是角向的，即帶電粒子在徑向磁場(chǎng)的作用下獲得角向速度，發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這個(gè)效應(yīng)在很多工程領(lǐng)域得到應(yīng)用，比如等離子體質(zhì)量分離器，因此設(shè)計(jì)一種能產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)均勻徑向磁場(chǎng)的裝置具有重大的應(yīng)用價(jià)值。然而構(gòu)建出符合工程要求的徑向磁場(chǎng)難度很大，這是因?yàn)椋?/p>

1、為了靈活有效控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，徑向磁場(chǎng)磁通密度需要在0高斯～10000高斯(1T)的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且徑向磁場(chǎng)只存在于指定區(qū)域內(nèi)，區(qū)域外迅速下降；

2、為了使帶電粒子較均勻的獲得角向速度，徑向磁場(chǎng)磁通密度非均勻度必須限定在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)；

3、為了不干擾帶電粒子的角向偏轉(zhuǎn)，其他方向的加速度要遠(yuǎn)小于角向加速度，即軸向和周向磁通密度分量要遠(yuǎn)小于徑向分量。

產(chǎn)生徑向磁場(chǎng)的方法可以通過(guò)永磁體或勵(lì)磁線(xiàn)圈產(chǎn)生。永磁體由于產(chǎn)生的磁場(chǎng)比較穩(wěn)定，并且不容易產(chǎn)生波動(dòng)而在現(xiàn)有磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置中被廣泛采用。然而由于等離子體溫度非常高，當(dāng)永磁體被等離子體加熱到超過(guò)居里溫度時(shí)會(huì)失磁，進(jìn)而影響到帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，導(dǎo)致磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的控制失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置中采用永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，永磁體受溫度影響，會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置控制失效的問(wèn)題，提供了一種磁通密度連續(xù)可調(diào)的均勻徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置。

本發(fā)明所述磁通密度連續(xù)可調(diào)的均勻徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，它包括圓形底板、圓柱形鐵芯、圓環(huán)形外磁極、圓形內(nèi)磁極、圓環(huán)形外殼和勵(lì)磁線(xiàn)圈，

圓形底板與圓環(huán)形外殼組成圓桶結(jié)構(gòu)，圓環(huán)形外磁極的外邊緣固定在圓環(huán)形外殼的頂端面上，圓形底板的直徑與圓環(huán)形外磁極的外徑相同，圓環(huán)形外磁極的圓環(huán)內(nèi)設(shè)置圓形內(nèi)磁極，圓形內(nèi)磁極與圓環(huán)形外磁極之間形成圓環(huán)氣隙，圓形內(nèi)磁極固定在圓柱形鐵芯的首端，圓柱形鐵芯的末端固定在圓形底板上；

圓環(huán)形外磁極的內(nèi)端表面上固定有勵(lì)磁線(xiàn)圈，該圓環(huán)形外磁極的內(nèi)端表面是與圓形底板相對(duì)的表面。

所述圓形底板、圓環(huán)形外磁極、圓形內(nèi)磁極和圓環(huán)形外殼均采用軟鐵DT3制成。

所述圓柱形鐵芯采用高飽和磁通密度軟磁合金1J22制成。

所述圓環(huán)氣隙沿徑向的寬度為1cm，沿軸向的長(zhǎng)度為3cm，圓環(huán)氣隙的內(nèi)圓半徑為8cm，外圓半徑為9cm。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明裝置用于構(gòu)建特殊位形磁場(chǎng)，它采用在圓環(huán)形外磁極端面上固定勵(lì)磁線(xiàn)圈，使勵(lì)磁線(xiàn)圈通電的方式，由電流激發(fā)出磁場(chǎng)。由于勵(lì)磁線(xiàn)圈激發(fā)的磁場(chǎng)不受溫度的影響，使用可靠，可控性強(qiáng)，改變勵(lì)磁線(xiàn)圈電流的大小和方向就可以實(shí)現(xiàn)氣隙內(nèi)的磁場(chǎng)大范圍連續(xù)可調(diào)，使裝置氣隙內(nèi)的徑向磁通密度在0高斯～10000高斯的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，氣隙外3cm處的磁通密度能夠迅速減小得到氣隙內(nèi)的30％以?xún)?nèi)；氣隙內(nèi)的徑向磁通密度非均勻度在10％以?xún)?nèi)，軸向和周向磁通密度不到徑向分量的15％，因此，能夠滿(mǎn)足控制不同質(zhì)量帶電粒子的任務(wù)要求。

本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工、使用壽命長(zhǎng)，對(duì)等離子體質(zhì)量分離器等多種工程設(shè)備的研制具有重要的意義。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述磁通密度連續(xù)可調(diào)的均勻徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置沿軸向切開(kāi)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明所述磁通密度連續(xù)可調(diào)的均勻徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的軸向剖視圖；圖中箭頭所示為磁力線(xiàn)方向；

圖3是本發(fā)明圓環(huán)形外磁極側(cè)的側(cè)視圖，圖中箭頭所示為磁力線(xiàn)方向；

圖4為圓環(huán)氣隙內(nèi)及附近的徑向磁通密度位形曲線(xiàn)；

圖5為圓環(huán)氣隙內(nèi)徑向、角向及軸向的磁通密度位形曲線(xiàn)，圖中三條曲線(xiàn)由上至下依次為圓環(huán)氣隙內(nèi)磁通密度的徑向分量曲線(xiàn)，角向分量曲線(xiàn)和軸向分量曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式