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全胶粘二分冲片四极电磁铁-[中国科学院近代物理研究所]

作者:admin日期:2017/07/07 16:51

技术领域:四极电磁铁是国家重点工程项目所需要的,主要用于加速器系统的各条束线上,进 行束流聚焦,其每台电磁铁电源单独供电。对磁铁四个磁极分布的对称性、四极上的线 圈一致性要求较高,最终目的是取得高质量的磁场分布。在此之前,国内同类型电磁铁 大都采用实芯铁制作,无法满足交变磁场下的工作要求,研制一种全胶粘合、冲片叠压 的四极电磁铁意义重大。此外,减轻重量降低成本、减小外形尺寸便于安装也是需要解 决的问题。

本实用新型主要涉及带电粒子传输使用的电磁铁,主要涉及带电粒子束流聚焦用的 二分冲片四极电磁铁。

背景技术:

发明内容:

本实用新型的目的在于在现有技术基础上,研制的一种全胶粘二分冲片四极电磁铁,磁 场质量高,磁铁稳定性好,工作效率高。

本实用新型的目的可以通过采用以下技术方案来实现:一种全胶粘二分冲片四极电 磁铁,包括有铁芯冲片(2),铁芯冲片(2)通过胶合构成铁芯(1),其特点在于:所述 的铁芯(1)由上铁芯(1-1)和下铁芯(1-2)组成,上铁芯(1-1)和下铁芯(1-2)分 别通过侧面的角钢(3)、两端的端板(4)和螺杆(5)固定连接构成上磁铁组(6-1)和 下磁铁组(6-2),上磁铁组(6-1)和下磁铁组(6-2)相对设置形成四极电磁铁,上磁 铁组(6-1)上设有第一极线圈(7-1)和第二极线圈(7-2),下磁铁组(6-2)上设有第 三极线圈(7-3)和第四极线圈(7-4),下磁铁组(6-2)设置在底座(23)上,上磁铁 组(6-1)和下磁铁组(6-2)侧面设有导线卡板(8),导线卡板(8)的外部设有导线固 定板(9),导线固定板(9)外部设有第一电联接板(10)。

为使电磁铁在消耗同等原材料的基础上,取得高质量的磁场分布,充分利用冲压模 具对冲片冲制的良好保证性,在铁芯冲片(2)设计时,通过精确计算,对其磁极头部位 形状进行优化,精确调整铁量分布。让铁芯冲片(2)磁极头部位的弧形两边得到更多一 些铁量,使磁场在这里的分布得到垫补,最终得到了令人满意地高质量磁场分布。

所述的上磁铁组(6-1)和下磁铁组(6-2)两侧设有压板(11),并通过双头螺栓(12) 固定连接。所述的第一极线圈(7-1)、第二极线圈(7-2)、第三极线圈(7-3)和第四极 线圈(7-4)均由内线圈和外线圈两部分组成,第一极线圈(7-1)、第二极线圈(7-2)、 第三极线圈(7-3)、第四极线圈(7-4)与上磁铁组(6-1)或下磁铁组(6-2)接触之间 设有第一垫板(13)、第二垫板(14)、第三垫板(15),第一极线圈(7-1)、第二极线圈 (7-2)、第三极线圈(7-3)和第四极线圈(7-4)分别用线圈支撑板(16)固定在相应 的磁极头上。所述的第一极线圈(7-1)、第二极线圈(7-2)、第三极线圈(7-3)和第四 极线圈(7-4)的内、外线圈的导线是外部为方形的铜线,其中心设有水孔,外部设有绝 缘层,在第一极线圈(7-1)、第二极线圈(7-2)、第三极线圈(7-3)和第四极线圈(7-4) 引线两端头设有水管接头(17),各极线圈的内、外线圈之间设有水电接头(18)。所述 设有水管接头(17)的各线圈引线上设有第二电连接板(19),各水电接头(18)和第二 电连接板(19)相联接,使得各极上的所有内、外线圈呈串联方式连接,并保证两两相 对磁极极性相同、相邻磁极极性相反。

所述的内、外线圈外部绝缘层分别有设置在导线与导线之间的匝间绝缘(20)和线 圈与磁铁铁芯之间对地绝缘(21)构成,匝间绝缘(20)和对地绝缘(21)外部还设有 环氧浇注层(22)。铁芯冲片(2)的磁极头(2-1)的外部线(A)在拐角处外侧设为凹 形。

本实用新型的有益效果是:所述的全胶粘二分冲片四极电磁铁,其每台电磁铁电源单独 供电,磁铁四个磁极分布的对称性、四极上的线圈一致性较高。采用上下两分片结构, 其极头内切圆直径80mm,四极磁铁的工作方式是脉冲的,磁场的变化时间是0.2秒。磁 场质量高,磁铁稳定性好,工作效率高。

附图说明:

图1为本实用新型主视示意图;

图2为本实用新型俯视示意图;

图3为本实用新型左视剖视示意图;

图4为本实用新型线圈的剖面示意图;

图5为本实用新型线圈导线的局部放大剖面示意图;

图6为本实用新型铁芯冲片(2)的结构示意图;

图7为本实用新型铁芯冲片(2)的局部放大示意图;

图8为本实用新型上磁铁组(6-1)的结构剖视示意图。

具体实施方式:

以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述:

实施例1,见图1、2、3、4、5、6、7,一种全胶粘二分冲片四极电磁铁,包括有铁 芯冲片2,铁芯冲片2通过胶合构成铁芯1,其特点在于:所述的铁芯1由上铁芯1-1和 下铁芯1-2组成,上铁芯1-1和下铁芯1-2分别通过侧面的角钢3、两端的端板4和螺 杆5固定连接构成上磁铁组6-1和下磁铁组6-2,上磁铁组6-1和下磁铁组6-2相对设 置形成四极电磁铁,上磁铁组6-1上设有第一极线圈7-1和第二极线圈7-2,下磁铁组 6-2上设有第三极线圈7-3和第四极线圈7-4,下磁铁组6-2设置在底座23上,上磁铁 组6-1和下磁铁组6-2侧面设有导线卡板8,导线卡板8的外部设有导线固定板9,导线 固定板9外部设有第一电联接板10。

为使电磁铁在消耗同等原材料的基础上,,取得高质量的磁场分布,充分利用冲压模 具对冲片冲制的良好保证性,在铁芯冲片2设计时,通过精确计算,对其磁极头部位形 状进行优化,精确调整铁量分布。让铁芯冲片2磁极头部位的弧形两边得到更多一些铁 量,使磁场在这里的分布得到垫补,最终得到了令人满意地高质量磁场分布。

所述的上磁铁组6-1和下磁铁组6-2两侧设有压板11,并通过双头螺栓12固定连 接。所述的第一极线圈7-1、第二极线圈7-2、第三极线圈7-3和第四极线圈7-4均由内 线圈和外线圈两部分组成,第一极线圈7-1、第二极线圈7-2、第三极线圈7-3、第四极 线圈7-4与上磁铁组6-1或下磁铁组6-2接触之间设有第一垫板13、第二垫板14、第三 垫板15,第一极线圈7-1、第二极线圈7-2、第三极线圈7-3和第四极线圈7-4分别用 线圈支撑板16固定在相应的磁极头上。

所述的第一极线圈7-1、第二极线圈7-2、第三极线圈7-3和第四极线圈7-4的内、 外线圈的导线是外部为方形的铜线,其中心设有水孔,外部设有绝缘层,在第一极线圈 7-1、第二极线圈7-2、第三极线圈7-3和第四极线圈7-4引线两端头设有水管接头17, 各极线圈的内、外线圈之间设有水电接头18。所述设有水管接头17的各线圈引线上设 有第二电连接板19,各水电接头18和第二电连接板19相联接,使得各极上的所有内、 外线圈呈串联方式连接,并保证两两相对磁极极性相同、相邻磁极极性相反。

所述的内、外线圈外部绝缘层分别有设置在导线与导线之间的匝间绝缘20和线圈与 磁铁铁芯之间对地绝缘21构成,匝间绝缘20和对地绝缘21外部还设有环氧浇注层22。 铁芯冲片2的磁极头2-1的外部线A在拐角处外侧设为凹形。

该磁铁铁芯为上下对称、对开式,每上或下半铁芯全部用高温固化的环氧胶将硅钢冲片 固化为一体,然后在焊接模具上加压的情况下利用周边的角钢、钢板等焊为一体、成为一个 半铁芯,两个半铁芯扣合成一台磁铁所需铁量;线圈为马鞍形的,每个磁极上有内外两副线 圈。

冲片尺寸长470毫米、宽240毫米、厚0.5毫米,形位误差均好于±0.02毫米,最大毛 刺小于0.03毫米,这是制造高精度冲片磁铁的基本条件;研制了数套工装夹具来保证半铁芯 的迭压尺寸精度;迭压力的控制是利用定扭矩力距板手;铁芯对称焊接后利用风铲锤击消除 局部焊接应力、整体焊接后利用超声波振动仪消除整体焊接应力。

半铁芯两极头对称性的保证是依赖冲片的精度,上下四个极头的对称性是依靠装配保证 的,设计了专用检具。措施有:铁芯迭压中对冲片分组秤重,严格控制每台磁铁的铁重量; 利用在磁铁极头两端的削斜量控制磁铁的有效长度和磁铁端部磁场;线圈是通过绕线模具精 确绕制后,用真空浇注模具将线圈固化为一体。

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