[發明專利]脈沖強磁場裝置及磁體的制作方法

有效

• 申請號: 201410128137.5
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103839650B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 蹇興亮;張澄宇;鄧國勇
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: H01F7/00
• 分類號: H01F7/00;H03K3/02;H01F41/02;H01F17/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及物理學中的強磁場領域和電氣工程中的強脈沖領域，特別涉及一種采用電容儲能型電源放電產生脈沖強磁場的裝置及磁體的制作方法。是一種非破壞性脈沖強磁場的產生裝置。

背景技術

強磁場作為一種特殊的、極端的科學研究條件，對科學研究取得突破性進展有著強大的推動力，而脈沖強磁場比穩態強磁場更容易獲得高強度的磁場。所以，世界各發達國家都建立了自己的脈沖強磁場實驗室，用來產生脈沖強磁場，為各領域科學研究提供強磁場。本發明所述的脈沖強磁場是指峰值磁場在10T以上。

實現脈沖強磁場的電源通常有電容儲能型、電感儲能型、脈沖發電機型、電網整流型等，本發明屬于電容儲能型電源。世界最強脈沖強磁場產生裝置位于美國的洛斯-阿拉莫斯(Los?Alamos)國家實驗室，采用電容儲能和脈沖發電機混合型電源，磁體是一種多線圈結構，脈沖發電機通過外線圈產生背景磁場，儲能電容通過內線圈產生疊加磁場。國內發明專利申請號為200810048231.4的脈沖磁場產生裝置也采用這種結構。多線圈結構的目的是靠外線圈產生背景磁場，內線圈產生疊加磁場，外線圈的電感遠大于內線圈的電感。由于電感大，要產生強磁場，要求電源的儲能也大，所以這種脈沖強磁場裝置體積必然很大。

采用脈沖發電機型的強磁場裝置體積很大，即便將脈沖發電機更換為電容器，體積仍然很大，因為通常所采用的電容器為具有自愈能力的金屬膜電容器，能量密度小于電解電容器。所以，目前脈沖強磁場裝置都以實驗室或實驗中心的形式建設，占用很多房間，體積很大，尤其是峰值磁場在40T以上時。

發明內容

本發明的目的是克服現有脈沖強磁場裝置體積大的缺點，提供一種小型化的、可放在科學家自己實驗室內并由科學家自己隨意操作的脈沖強磁場實驗裝置。目前科學家們想利用強磁場做有關科學研究實驗，必須到強磁場實驗中心預約排隊，實驗操作也必須由強磁場專業人員協助才能進行相關科學實驗。本發明可實現結構小型化和操作便捷性，為農業科學、醫學、生命科學和材料科學的科研工作者進行強磁場作用下的科學實驗研究提供脈沖強磁場。

本發明的目的通過下述技術方案予以實現。

本發明裝置屬于電容儲能型脈沖強磁場發生裝置，也是由充電電路、儲能電容器模塊、放電晶閘管、續流二極管和磁體組成，磁體是由線圈和加固材料組成。與傳統裝置不同的是：磁體是一種多線圈結構，由2個或2個以上同軸內外嵌套的線圈組成，相鄰的同軸線圈繞制方向相反，不同線圈之間最大電感與最小電感的比值小于4；要么含有2個或2個以上同軸線圈的直接并聯，要么每個線圈分別經一個晶閘管與儲能電容模塊連接。內外相鄰線圈繞制方向相反有利于降低線圈間的絕緣要求，同時也便于線圈并聯時直接連接。

本發明磁體所包含的同軸線圈的個數最好為4個或4個以上。

所述儲能電容器模塊是由電解電容器通過串并聯組成的，可進一步減小裝置體積。

所述磁體線圈的最外面還纏繞有碳纖維布，作為加固材料。

所述磁體的碳纖維布的外面還有同軸鋼管，也作為加固材料。

上述磁體的制作方法，與普通圓柱螺線管類似，沿軸線方向從一端繞到另一端，繞完一層，爬到外層，沿線圈軸線方向繼續繞制后一層，以此類推繞完一個線圈；然后依次繞制后面多個線圈，后一個線圈繞制在前一個線圈的外面，其特征在于：在繞制相鄰兩個線圈時線圈骨架的轉動方向相反，后一個線圈的起端靠近前一個線圈的末端。

在繞制完成的線圈外面緊繞多層高強度碳纖維布，整體冷凍至零攝氏度以下；同時將一個內徑等于碳纖維布外徑的鋼管加熱到100攝氏度以上，然后迅速將熱鋼管套在冷磁體的外面，等待鋼管溫度降低后，鋼管緊緊地箍住磁體線圈和碳纖維布。

附圖說明

圖1是一個4線圈結構的磁體線圈沿其軸線剖開的剖視圖；

圖2是一個4線圈結構的磁體線圈繞制示意圖，也是垂直于軸線的截面圖；

圖3是4線圈結構的磁體通過晶閘管與儲能電容之間的第一種連接電路圖；

圖4是4線圈結構的磁體通過晶閘管與儲能電容之間的第二種連接電路圖；

圖5是4線圈結構的磁體通過晶閘管與儲能電容之間的第三種連接電路圖；

圖6是4線圈結構的磁體通過晶閘管與儲能電容之間的第四種連接電路圖；

圖7是4線圈結構的磁體通過晶閘管與儲能電容之間的第五種連接電路圖；