[發明專利]磁通密度連續可調均勻軸向磁場的產生裝置及該裝置產生連續可調均勻軸向磁場方法

無效

• 申請號: 201410198665.8
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103943304A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 江濱浩;王振宇;王春生;張仲麟;高嘯天;李傳雨
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01F7/00
• 分類號: H01F7/00;H01F17/04;H01F27/30;H01F27/24
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及構建特殊位形磁場的技術領域。

背景技術

磁場是對放入其中的磁體有磁力作用的一種特殊物質，其基本特征是能對運動電荷施加作用力，即通電導體或運動帶電粒子在磁場中受到磁場的作用力，其中帶電粒子所受的作用力被稱為洛倫茲力，大小和方向由公式為帶電粒子所受的洛倫茲力，q為帶點粒子的電量，v為帶點粒子的速度，為磁通密度決定。特別指出，等離子體是由處在非束縛態的帶電粒子組成的多粒子體系，電磁作用是支配體系運動的決定作用因素，因此構建特定位形的電磁場是控制等離子體帶電粒子運動狀態的主要方法。在圓柱坐標系中，軸向磁場對沿周向運動帶電粒子的洛倫茲力是徑向的，即帶電粒子在軸向磁場的作用下獲得徑向向心力，作圓周運動。這個效應在很多工程領域得到應用，比如等離子體質量分離器，因此設計一種能產生連續可調均勻軸向磁場的裝置具有重大的應用價值。然而構建出符合工程要求的軸向磁場難度很大，這是因為：

1、為了靈活有效控制帶電粒子的運動狀態，工作區軸向磁場磁通密度需要在0高斯～2000高斯0.2T的范圍內連續可調，且軸向磁場只存在于工作區內，區域外迅速下降；

2、為了使帶電粒子較均勻的獲得角向速度，工作區軸向磁場磁通密度非均勻度必須限定在設計允許的范圍內；

3、為了不影響帶電粒子的圓周運動，其他方向的加速度要遠小于徑向加速度，即工作區內徑向和周向磁通密度分量要遠小于軸向分量。

發明內容

本發明為了解決現有磁通密度軸向磁場產生裝置結構復雜和現有磁通密度軸向磁場產生裝置和方法產生的磁場不穩定，不可調的問題，提出了一種磁通密度連續可調均勻軸向磁場的產生裝置及該裝置產生連續可調均勻軸向磁場方法。

本發明所述磁通密度連續可調均勻軸向磁場的產生裝置，該裝置包括兩個圓形內磁極、圓柱鐵芯、兩個圓形環外磁極、圓筒形外殼、外線圈、內線圈和電源；

內線圈環繞在圓柱鐵芯上，兩個圓形內磁極分別固定在圓柱鐵芯的兩端，兩個圓形環外磁極分別固定在圓筒形外殼的兩端，外線圈固定在圓筒形外殼的內側，且外線圈成圓環形纏繞排列，圓筒形外殼同軸套在圓柱鐵芯的外側，兩個圓形環外磁極分別與兩個圓形內磁極位于同一平面，且兩個圓形環外磁極與兩個圓形內磁極不相連；內線圈與外線圈之間為工作區，電源同時為外線圈和內線圈提供電流。

磁通密度連續可調均勻軸向磁場的產生裝置產生連續可調均勻軸向磁場的方法：該方法為：

接通電源，電源為內線圈和外線圈提供電流，使內線圈和外線圈產生同方向磁場，改變電源提供的電流的大小，使內線圈和外線圈產生的軸向磁場密度在工作區在0高斯～2000高斯的范圍內變化，使內線圈和外線圈產生的軸向磁場的磁通密度非均勻度在10％以內，實現磁通密度連續可調均勻軸向磁場的產生。

本發明采用電源為內線圈通電流激發出磁場，磁通密度由畢奧-沙伐定律決定，通過電源向內外線圈充電，通過改變向內外線圈的充電方向，使內外線圈的磁場方向相同，內外線圈激發的磁場不受溫度的影響，可控性強，且本發明結構簡單，與現有軸向磁場的產生裝置相比，結構復雜性同比降低了20％，同時通過控制電源能夠產生穩定的電流，并能通過改變電流調節磁場，使產生的磁場穩定性強，且可通過調節電流調節磁場，與現有的軸向磁場的產生裝置相比穩定性提高了10％。

附圖說明

圖1為本發明所述裝置結構示意圖；

圖2為本發明所述裝置的側視圖；

圖3為工作區的徑向、角向及軸向的磁通密度位形曲線，圖中三條曲線由上至下依次為磁通密度的徑向分量曲線，角向分量曲線和軸向分量曲線。

具體實施方式

具體實施方式一、結合圖1、圖2說明本實施方式，本實施方式所述磁通密度連續可調均勻軸向磁場的產生裝置，該裝置包括兩個圓形內磁極1、圓柱鐵芯2、兩個圓形環外磁極3、圓筒形外殼4、外線圈6、內線圈7和電源；

內線圈7環繞在圓柱鐵芯2上，兩個圓形內磁極1分別固定在圓柱鐵芯2的兩端，兩個圓形環外磁極3分別固定在圓筒形外殼4的兩端，外線圈6固定在圓筒形外殼4的內側，且外線圈6成圓環形纏繞排列，圓筒形外殼4同軸套在圓柱鐵芯2的外側，兩個圓形環外磁極3分別與兩個圓形內磁極1位于同一平面，且兩個圓形環外磁極3與兩個圓形內磁極1不相連；內線圈7與外線圈6之間為工作區5，電源同時為外線圈6和內線圈7提供電流。