[实用新型]脉冲强磁场装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。本实用新型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，本实用新型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。国内发明专利申请号为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。

发明内容

本实用新型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。本发明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。

本实用新型的目的通过下述技术方案予以实现。

本实用新型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。

本发明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100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。

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；