《常規(guī)磁鐵設(shè)計(jì)》word版-文庫(kù)吧
2025-05-16 09:02 本頁(yè)面
【正文】 勻 梯度磁場(chǎng)。 對(duì)于二極矩 0110ayBaxByx?????????????? 在 加速器中 ，主環(huán) 一般是水平放置的，我們通常 希望 只有 垂直方向 的磁場(chǎng) ， 即 僅有 yB 。 此時(shí)磁標(biāo)勢(shì)就可以為 ay??? 即可 看出， 此時(shí) 磁標(biāo)勢(shì) 等位線是 和水平方向 平行 的，即 二極磁鐵的 可以 利用兩個(gè)接近的極面，在極面間的間隙中近似產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 對(duì)于 四極矩 )2()2(02011110yaxayByaxaxByx???????????????? 再次 求導(dǎo) 得到磁感應(yīng) 強(qiáng)度梯度 11202ayBaxByx???????? 磁標(biāo)勢(shì)表達(dá)式 xyayxa 1122204 ）（ ??? 即可看出四極矩 可以由極面為雙曲線的磁鐵 產(chǎn)生 ， 且 產(chǎn)生 的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度梯度為常數(shù) 。 類似的 ， 我們 還可以得到更高階的六極矩、八極矩等。 因?yàn)?二極鐵與四極鐵 相對(duì)與 其他磁鐵要 為重要 ， 同時(shí) 又因?yàn)槎叨加休^強(qiáng)的對(duì)稱性，故 本文 僅 對(duì) 二極磁鐵與四極磁鐵 的 橫截面進(jìn)行 二維 的 設(shè)計(jì) 。 三 、 二極 磁鐵 工程 設(shè)計(jì) 二極 磁鐵 通常 有 C 型 、 H 型 、 框型等，由于 C 型磁鐵 一側(cè) 是開口的，便于其他部件的安裝與維修，故 設(shè)計(jì) 采用 C 型磁鐵。 將上文 lattice設(shè) 計(jì) 所得 參數(shù) 列入 表中。 如 表 1， 表 2。 其中 ，好場(chǎng)區(qū)寬度指滿足均勻度的磁鐵極面寬度 ；磁間隙 指 極面 間 隙 的高度 。 表 1 內(nèi)環(huán) 二極磁鐵參數(shù) 好場(chǎng)區(qū)寬度 80 mm 磁間隙 g 50 mm 好場(chǎng)區(qū) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B T 好場(chǎng) 區(qū)均勻度 ≤ T 偏轉(zhuǎn)角度 度 長(zhǎng)度 m 曲率 半徑 m 表 2 外 環(huán)二極 磁鐵參數(shù) 好場(chǎng)區(qū)寬度 80 mm 磁間隙 g 50 mm 好場(chǎng)區(qū) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B T 好場(chǎng) 區(qū)均勻度 ≤ 偏轉(zhuǎn)角度 度 長(zhǎng)度 m 曲率 半徑 m 其中 內(nèi)環(huán)外環(huán) 二極 磁鐵均為 平行 邊磁鐵 。 首先 計(jì)算磁鐵的安匝數(shù) 。整個(gè) 磁路由磁鐵和一段氣隙組成， 由 電磁學(xué)磁路定理 可得 安匝數(shù) F fgBNIF ?? 其中 f 為修正 系數(shù)， f=~； B 為 好場(chǎng) 區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度 ， 單位為高斯 ； g 為氣隙 高度 ，單位為 cm。 取 f=， 可得 安匝數(shù) F=61600安培 由于二極磁鐵 的橫截面是二維對(duì)稱的，所以僅研究上半部分即可，即 取安匝數(shù) 的一半 。采用 外截面 為 6X6mm^2，內(nèi)方孔 4X4mm^2， 內(nèi)通冷卻水 的 線材 ， 其橫截面為 20 mm^2， 在冷卻水正常冷卻情況下，允許 通過(guò)的最大電流密度為 100A/mm^2， 即 每 根導(dǎo)線允許 通過(guò) 的最大電流為 200A。 一般 要求 實(shí)際電流 要 小于 最大電流 。 取設(shè)計(jì)電流為170A，則 由 上文所求安匝數(shù)可 求 得需要的 線 匝數(shù) N 為 匝18017030 800 ??? IFN 為 使繞制 的 線圈 接線 和 冷卻 方便 ， 故將線圈設(shè)計(jì)為繞制偶數(shù) 排與偶數(shù)層， 即 10 排 18 層共 180 匝?？紤]導(dǎo)線 之間 的 絕緣物件 ，導(dǎo)線繞制要間距 1mm，線包外 也 要 留 2mm 厚的絕緣層，再考慮 留下 的安裝空間 。 最終可 得 到 線 圈 橫截面 的 尺寸 大小， 尺寸 設(shè)計(jì)為130X75mm^2. 我們 知道， 在 兩個(gè) 無(wú)限大平板磁極間是 勻強(qiáng)磁場(chǎng)，但工程 是不可能做到 這一點(diǎn) 的 。但為了保證一定的 磁感應(yīng) 強(qiáng)度 均勻度，極面 應(yīng)在 好 場(chǎng)區(qū) 寬度 的基礎(chǔ)上 向外 延長(zhǎng) 一定 的寬度 。 根據(jù) 國(guó)內(nèi)外 積累 的建造加速器 的 經(jīng)驗(yàn) ， 當(dāng) 均勻度 達(dá)到 萬(wàn)分之一 時(shí) ， 即可 滿足加速器 的要求。利用半 經(jīng)驗(yàn)公式，我們可 估計(jì) 所需極面 要向外 延伸的 長(zhǎng)度 ))100ln((20BBga ??? 其中0BB? 即為 磁場(chǎng)均勻度 ， g 為磁間隙高度。帶入數(shù)據(jù) 可 估計(jì) 極面應(yīng) 向外延長(zhǎng) 70mm，則 極面 寬度 應(yīng)為 140+80=220mm。 根據(jù)線圈的大 小 和 極面的寬度，我們可以 設(shè)計(jì)出 磁鐵的輪廓如下 磁鐵的材質(zhì) 采用硅鋼片，其 BH 數(shù)據(jù) 見 附錄 。 由于 硅鋼 的物理性質(zhì)，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度很強(qiáng)時(shí)，將 會(huì) 達(dá)到飽和狀態(tài) 。如 下圖 為 避免局部磁場(chǎng) 感應(yīng) 強(qiáng)度飽和 ， 在 輪廓設(shè)計(jì)中， 在 磁鐵的內(nèi)部轉(zhuǎn)角處 采用了圓角。 而 在磁鐵的外圍由于本身磁場(chǎng)較弱 ，設(shè)計(jì) 圓角只會(huì)增加 加工成本，故未采用圓角。 接下來(lái)將 磁鐵的形狀 參數(shù)、
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