[發(fā)明專利]一種高強度并聯(lián)式脈沖磁體裝置

在審

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• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111009378A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓小濤;劉沁瑩;吳澤霖;諶祺;曹全梁;李亮
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01F7/20
• 分類號: H01F7/20
• 代理公司: 武漢華之喻知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發(fā)明屬于電磁技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種高強度并聯(lián)式脈沖磁體裝置，包括電源模塊和脈沖磁體模塊；脈沖磁體模塊包括磁體單元、支撐桿以及兩個分別設(shè)置在支撐桿兩端的第一加固板；磁體單元設(shè)置在兩個第一加固板之間且與電源模塊實現(xiàn)電氣連接，支撐桿設(shè)置在磁體單元的外圍且用于對各個不同高度的板層進行限位固定，使其同軸且不發(fā)生相對位移；磁體單元由n組并聯(lián)連接的磁體線圈構(gòu)成；工作時，并聯(lián)連接的磁體線圈在線圈匝數(shù)相同的情況下使得脈沖磁體模塊的阻抗減小至原來的1/n，獲得了更高強度的脈沖電流，感應(yīng)出了更高強度的磁場。本發(fā)明還通過第二加固板對磁體單元進行軸向分隔，分擔(dān)磁體單元的軸向應(yīng)力，提高整個脈沖磁體裝置的機械結(jié)構(gòu)強度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高強度并聯(lián)式脈沖磁體裝置。

背景技術(shù)

隨著強磁場技術(shù)的不斷發(fā)展，依托此極端環(huán)境下進行的工程與科學(xué)研究均取得了長足的進步，但是仍有很大發(fā)展空間。例如在電磁成形領(lǐng)域中，提高磁場強度可以獲得更大電磁力，從而提高材料的成形效率，另外類似于強磁場X射線衍射、散裂中子源研究以及凝聚態(tài)物理物性觀察等科學(xué)實驗中，磁場強度的提高可以極大拓寬在極端環(huán)境下的物性研究范圍，為誘導(dǎo)物質(zhì)表現(xiàn)出各類奇異性質(zhì)提供了可能性。因此，進一步提高磁場強度仍然是未來脈沖強磁場技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。

但存在以下問題：

(1)現(xiàn)階段的脈沖磁體通常單根導(dǎo)線纏繞成螺旋管形式，為了獲得更高場強，往往增加線圈的匝數(shù)或者層數(shù)，但同時磁體的阻抗也顯著提高，磁體的磁場峰值無法達(dá)到預(yù)期強度，并且回路阻尼增大將使得放電電流的脈寬顯著變寬，不利于電磁成形工藝中渦流效應(yīng)的產(chǎn)生，電磁能量轉(zhuǎn)換率受到較大影響，且磁場強度不夠?qū)?yán)重限制科學(xué)實驗中物性觀察的范圍。為解決此類問題，目前采用的方法通常是增加放電電容的容量，但這樣會顯著提高成本。

(2)磁場強度越高，磁體承受的電磁力越大，對磁體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求越高。現(xiàn)階段的脈沖磁體，提高磁體的結(jié)構(gòu)強度的手段通常是進行分層加固，以約束線圈向外的徑向力。而實際上磁體的中軸線受到應(yīng)變最大，尤其當(dāng)線圈匝數(shù)變多，磁體整體結(jié)構(gòu)加高時，軸向應(yīng)力變得更加明顯。

因此，如何找到合適的繞制方法增加磁體繞組數(shù)，并且在提高磁場強度的同時，找到有效的軸向加固手段以承受強磁場帶來的強電磁力，是發(fā)展高強度高穩(wěn)定性脈沖強磁場亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種在相同的放電能量下，與傳統(tǒng)方式相比，可以顯著增大脈沖磁體的磁場峰值的高強度并聯(lián)式脈沖磁體裝置。

本發(fā)明提供了一種高強度并聯(lián)式脈沖磁體裝置，包括電源模塊和脈沖磁體模塊；脈沖磁體模塊包括：磁體單元、支撐桿以及兩個分別設(shè)置在所述支撐桿兩端的第一加固板；所述磁體單元設(shè)置在兩個第一加固板之間且與所述電源模塊并聯(lián)連接，所述支撐桿設(shè)置在所述磁體單元的外圍且用于對各個不同高度的板層進行限位固定，使其同軸且不發(fā)生相對位移；磁體單元由n組并聯(lián)連接的磁體線圈構(gòu)成；工作時，并聯(lián)連接的磁體線圈在線圈匝數(shù)相同的情況下使得所述脈沖磁體模塊的阻抗減小至原來的1/n，獲得了更高強度的脈沖電流，感應(yīng)出了更高強度的磁場；其中n為大于等于2的正整數(shù)。

更進一步地，在多個磁體線圈中，磁體線圈的個數(shù)越多所述磁體單元的阻抗越小，磁場強度越大。

更進一步地，還包括第二加固板，第二加固板用于對磁體單元進行軸向分隔，分擔(dān)磁體單元的軸向應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)強度。

更進一步地，在第二加固板上設(shè)置有孔，用于支撐桿的中部穿過。

更進一步地，第二加固板的個數(shù)與磁體線圈的個數(shù)相匹配。

更進一步地，磁體線圈由導(dǎo)線從內(nèi)向外緊密繞制形成。其中，導(dǎo)線可以采用高強度銅導(dǎo)線。