本实用新型专利技术公开了一种脉冲强磁场装置及磁体的制作方法，旨在提供一种小型化的、可放在科学家自己实验室内并由科学家自己随意操作的脉冲强磁场实验装置。它属于电容储能型脉冲强磁场装置，采用一种多线圈结构的磁体，由2个或2个以上同轴内外嵌套的线圈组成，相邻的同轴线圈绕制方向相反，不同线圈之间最大电感与最小电感的比值小于4；要么含有2个或2个以上同轴线圈的直接并联，要么每个线圈分别经一个晶闸管与储能电容模块连接。本实用新型专利技术可为农业科学、医学、生命科学和材料科学的科研工作者进行强磁场作用下的科学实验研究提供脉冲强磁场。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种脉冲强磁场装置及磁体的制作方法，旨在提供一种小型化的、可放在科学家自己实验室内并由科学家自己随意操作的脉冲强磁场实验装置。它属于电容储能型脉冲强磁场装置，采用一种多线圈结构的磁体，由2个或2个以上同轴内外嵌套的线圈组成，相邻的同轴线圈绕制方向相反，不同线圈之间最大电感与最小电感的比值小于4；要么含有2个或2个以上同轴线圈的直接并联，要么每个线圈分别经一个晶闸管与储能电容模块连接。本技术可为农业科学、医学、生命科学和材料科学的科研工作者进行强磁场作用下的科学实验研究提供脉冲强磁场。【专利说明】脉冲强磁场装置
本技术涉及物理学中的强磁场领域和电气工程中的强脉冲领域，特别涉及一 种采用电容储能型电源放电产生脉冲强磁场的装置。是一种非破坏性脉冲强磁场的产生装 置。
技术介绍
强磁场作为一种特殊的、极端的科学研究条件，对科学研究取得突破性进展有着 强大的推动力，而脉冲强磁场比稳态强磁场更容易获得高强度的磁场。所以，世界各发达国 家都建立了自己的脉冲强磁场实验室，用来产生脉冲强磁场，为各领域科学研究提供强磁 场。本技术所述的脉冲强磁场是指峰值磁场在10T以上。 实现脉冲强磁场的电源通常有电容储能型、电感储能型、脉冲发电机型、电网整 流型等，本技术属于电容储能型电源。世界最强脉冲强磁场产生装置位于美国的洛 斯-阿拉莫斯（Los Alamos)国家实验室，采用电容储能和脉冲发电机混合型电源，磁体是一 种多线圈结构，脉冲发电机通过外线圈产生背景磁场，储能电容通过内线圈产生叠加磁场。 国内专利技术专利申请号为200810048231. 4的脉冲磁场产生装置也采用这种结构。多线圈结 构的目的是靠外线圈产生背景磁场，内线圈产生叠加磁场，外线圈的电感远大于内线圈的 电感。由于电感大，要产生强磁场，要求电源的储能也大，所以这种脉冲强磁场装置体积必 然很大。 采用脉冲发电机型的强磁场装置体积很大，即便将脉冲发电机更换为电容器，体 积仍然很大，因为通常所采用的电容器为具有自愈能力的金属膜电容器，能量密度小于电 解电容器。所以，目前脉冲强磁场装置都以实验室或实验中心的形式建设，占用很多房间， 体积很大，尤其是峰值磁场在40T以上时。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有脉冲强磁场装置体积大的缺点，提供一种小型化 的、可放在科学家自己实验室内并由科学家自己随意操作的脉冲强磁场实验装置。目前科 学家们想利用强磁场做有关科学研究实验，必须到强磁场实验中心预约排队，实验操作也 必须由强磁场专业人员协助才能进行相关科学实验。本专利技术可实现结构小型化和操作便捷 性，为农业科学、医学、生命科学和材料科学的科研工作者进行强磁场作用下的科学实验研 究提供脉冲强磁场。 本技术的目的通过下述技术方案予以实现。 本技术装置属于电容储能型脉冲强磁场发生装置，也是由充电电路、储能电 容器模块、放电晶闸管、续流二极管和磁体组成，磁体是由线圈和加固材料组成。与传统装 置不同的是：磁体是一种多线圈结构，由2个或2个以上同轴内外嵌套的线圈组成，相邻的 同轴线圈绕制方向相反，不同线圈之间最大电感与最小电感的比值小于4 ;要么含有2个或 2个以上同轴线圈的直接并联，要么每个线圈分别经一个晶闸管与储能电容模块连接。内外 相邻线圈绕制方向相反有利于降低线圈间的绝缘要求，同时也便于线圈并联时直接连接。 本专利技术磁体所包含的同轴线圈的个数最好为4个或4个以上。 所述储能电容器模块是由电解电容器通过串并联组成的，可进一步减小装置体 积。 所述磁体线圈的最外面还缠绕有碳纤维布，作为加固材料。 所述磁体的碳纤维布的外面还有同轴钢管，也作为加固材料。 所述磁体线圈中，后一个线圈的起端靠近前一个线圈的末端。 在绕制完成的线圈外面紧绕多层高强度碳纤维布，整体冷冻至零摄氏度以下；同 时将一个内径等于碳纤维布外径的钢管加热到1〇〇摄氏度以上，然后迅速将热钢管套在冷 磁体的外面，等待钢管温度降低后，钢管紧紧地箍住磁体线圈和碳纤维布。 【专利附图】【附图说明】 图1是一个4线圈结构的磁体线圈沿其轴线剖开的剖视图； 图2是一个4线圈结构的磁体线圈绕制示意图，也是垂直于轴线的截面图； 图3是4线圈结构的磁体通过晶闸管与储能电容之间的第一种连接电路图； 图4是4线圈结构的磁体通过晶闸管与储能电容之间的第二种连接电路图； 图5是4线圈结构的磁体通过晶闸管与储能电容之间的第三种连接电路图； 图6是4线圈结构的磁体通过晶闸管与储能电容之间的第四种连接电路图； 图7是4线圈结构的磁体通过晶闸管与储能电容之间的第五种连接电路图； 图中，沿磁体径向由内到外依次有线圈1、线圈2、线圈3和线圈4,线圈骨架0,线 圈1的起端1A、末端1B，线圈2的起端2A、末端2B，线圈3的起端3A、末端3B，线圈4的起端 4A、末端4B ;储能电容器模块Cl、C2、C3和C4,对应续流二极管和电阻D01、D02、D03、D04、 R01、R02、R03和R04 ;晶闸管Q1、Q2、Q3和Q4 ;线圈1的电感L1、电阻R1，线圈2的电感L2、 电阻R2,线圈3的电感L3、电阻R3,线圈4的电感L4、电阻R4。 【具体实施方式】 下面以一个4线圈结构的磁体为例对本技术作进一步描述。 图1和图2所示的磁体线圈采用扁铜漆包线绕制而成，漆包线截面为线 圈1绕制10层，每层12匝；线圈2、3、4分别绕制6层、4层和3层，每层均为12匝，这样绕 制成的4个线圈的电感比较接近，最大电感与最小电感的比值小于2。相邻线圈的绕制方向 相反，既方便了并联线圈时的连接，又降低了相邻线圈层间绝缘要求。线圈骨架〇的内部空 腔就是实验空间，产生强磁场的地方，空腔的直径为12mm。 线圈绕制时，线圈骨架0绕其轴线转动，漆包线密绕在线圈骨架0上得到线圈1，然 后在线圈1的外面密绕出线圈2,绕制线圈2时线圈骨架的转动方向与绕制线圈1时的转动 方向相反。线圈2的起端2A与线圈1的末端1B靠近，即沿轴线方向它们位于线圈的同一 端，沿径向2A位于1B的外面。在线圈2的外面绕制线圈3,线圈3的外面绕制线圈4,相邻 线圈的绕制方向都相反，后一个线圈的起端都与前一个线圈的末端靠近。由于线圈的电感 随线圈直径增加而增大，所以为了使4个线圈的电感L1、L2、L3和L4接近，4个线圈的匝数 并不相同，而是由内到外匝数逐渐减少。4个线圈的电阻R1、R2、R3和R4也差别不大。 线圈是用于产生脉冲强磁场的，在峰值磁场时，线圈内部受到沿半径向外的电磁 力作用，计算表明当产生50T磁场时，最内层线圈受到向外的应力达到lOOOMPa，远大于铜 的抗拉强度。为了避免铜线被拉断，采用在线圈外面缠绕碳纤维布加固的方法。缠绕多层碳 纤维布达到足够厚度，就能约束住线圈，使它不能向外膨胀，铜线就不会被拉断。即在线圈 4的外面紧密缠绕碳纤维布，厚度取决于所要产生的磁场大小，以确保铜线不会被拉断为原 贝1J，本实施例采用厚度为30mm。在碳纤维布的外面还紧紧地套一个钢管，进一步加固，方法 是先将包含碳纤维布的磁体线圈冷冻到摄氏零本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种脉冲强磁场装置，是由充电电路、储能电容器模块、放电晶闸管、续流二极管和磁体组成，磁体是由线圈和加固材料组成，其特征是：所述磁体是一种多线圈结构，由2个或2个以上同轴内外嵌套的线圈组成，相邻的同轴线圈绕制方向相反，不同线圈之间最大电感与最小电感的比值小于4。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蹇兴亮，张澄宇，邓国勇，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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