RU2216805C2 - Solenoid of maximal magnetic field - Google Patents
Solenoid of maximal magnetic field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2216805C2 RU2216805C2 RU2001116768A RU2001116768A RU2216805C2 RU 2216805 C2 RU2216805 C2 RU 2216805C2 RU 2001116768 A RU2001116768 A RU 2001116768A RU 2001116768 A RU2001116768 A RU 2001116768A RU 2216805 C2 RU2216805 C2 RU 2216805C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solenoid
- magnetic field
- parameters
- wire
- coil
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electromagnets (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, электронике и может быть использовано для создания магнитных полей. The invention relates to electrical engineering, electronics and can be used to create magnetic fields.
Известны устройства для создания магнитных полей, содержащие постоянные магниты, соединенные в магнитную схему [1]. Недостатком указанных устройств является то, что они не предусматривают регулировки величины магнитного поля без геометрических перемещений магнитов. Known devices for creating magnetic fields containing permanent magnets connected to a magnetic circuit [1]. The disadvantage of these devices is that they do not provide for the adjustment of the magnetic field without geometric displacements of the magnets.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является соленоид, изготовленный из изолированного провода, намотанного на изолирующий каркас [2] . Изменяя ток в обмотке, можно регулировать магнитное поле внутри него в соответствии с известной формулой
B = μ0nI, (1)
где В - индукция магнитного поля внутри соленоида,
μ0 - магнитная постоянная,
n - число витков на единицу длины соленоида,
I - ток в соленоиде.Closest to the proposed technical solution is a solenoid made of an insulated wire wound on an insulating frame [2]. By changing the current in the winding, you can adjust the magnetic field inside it in accordance with the well-known formula
B = μ 0 nI, (1)
where is the induction of the magnetic field inside the solenoid,
μ 0 is the magnetic constant,
n is the number of turns per unit length of the solenoid,
I is the current in the solenoid.
Недостатком такого соленоида является то, что он не является согласованным с параметрами источника питания: электродвижущей силой (Е) и внутренним сопротивлением (R0). Т.е. реальные источники питания не смогут создать достаточного тока в обмотке соленоида и, как следствие, высокого магнитного поля внутри соленоида.The disadvantage of this solenoid is that it is not consistent with the parameters of the power source: electromotive force (E) and internal resistance (R 0 ). Those. real power sources will not be able to create enough current in the winding of the solenoid and, as a result, a high magnetic field inside the solenoid.
Техническим результатом изобретения является повышение максимальной индукции магнитного поля соленоида путем связи его параметров с параметрами источника питания. The technical result of the invention is to increase the maximum induction of the magnetic field of the solenoid by connecting its parameters with the parameters of the power source.
Указанный технический результат достигается путем подбора параметров соленоида, обеспечивающих максимальное магнитное поле для данного источника питания. Связь между параметрами устанавливается исходя из следующих соображений. Выражение (1) преобразуем
где N - число витков в слое катушки,
L - длина катушки соленоида,
k - число слоев обмотки,
d=L/N - диаметр намоточного провода.The specified technical result is achieved by selecting the parameters of the solenoid, providing the maximum magnetic field for a given power source. The relationship between the parameters is established based on the following considerations. The expression (1) is transformed
where N is the number of turns in the layer of the coil,
L is the length of the coil of the solenoid,
k is the number of layers of the winding,
d = L / N is the diameter of the winding wire.
Закон Ома для полной цепи связывает ток в цепи (I) с внешним (R) и внутренним (R0) сопротивлением и ЭДС источника (Е).Ohm's law for a complete circuit connects the current in the circuit (I) with the external (R) and internal (R 0 ) resistance and the emf of the source (E).
Активное сопротивление обмотки соленоида можно определить из выражения (4).
The active resistance of the solenoid winding can be determined from expression (4).
где ρ - удельное сопротивление провода,
L1 - длина провода,
S - площадь поперечного сечения провода.
where ρ is the resistivity of the wire,
L 1 - the length of the wire,
S is the cross-sectional area of the wire.
Преобразуем (4) с учетом (2). We transform (4) taking into account (2).
где D - диаметр катушки соленоида,
d - диаметр намоточного провода.
where D is the diameter of the coil of the solenoid,
d is the diameter of the winding wire.
С учетом (3) и (5) преобразуем (2) к виду (6). In view of (3) and (5), we transform (2) to the form (6).
где 
Исследование (6) показывает, что функция имеет максимум для аргумента d0.
Where
Research (6) shows that the function has a maximum for the argument d 0 .
Подставив (8) в (7), получим выражение, удобное для расчета оптимального диаметра провода соленоида.
Substituting (8) into (7), we obtain an expression convenient for calculating the optimal diameter of the solenoid wire.
Необходимо отметить, что изложенные выкладки делались в предположении ограничений параметров: d≤D, kd≤D, D≤L.
It should be noted that the above calculations were made under the assumption of parameter restrictions: d≤D, kd≤D, D≤L.
Выражения (7) и (9) дают оптимальное соотношение между параметрами катушки соленоида и источника питания, при котором достигается максимальная индукция магнитного поля (8). Expressions (7) and (9) give the optimal ratio between the parameters of the solenoid coil and the power source at which the maximum magnetic field induction (8) is achieved.
Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что параметры катушки соленоида и внутреннее сопротивление источника питания находятся в оптимальной связи, позволяющей получать максимальное для данного случая магнитное поле. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". A comparative analysis of the claimed solution with the prototype shows that the claimed device is characterized in that the parameters of the solenoid coil and the internal resistance of the power source are in optimal connection, allowing to obtain the maximum magnetic field for this case. Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty."
Анализ известных авторам технических решений и сравнение их с предлагаемым техническим решением показали, что реализация катушки соленоида для максимального магнитного поля при оптимальной связи параметров катушки и источника питания неизвестна. Кроме того, совокупность существенных признаков, состоящая из оптимальной связи параметров соленоида и источника питания, в совокупности с ограниченными признаками, позволят обнаружить у предложенного устройства иные в отличие от известных решений свойства, к числу которых можно отнести:
- снижение массогабаритных показателей катушки в силу оптимальности ее характеристик,
- возможность максимального использования ресурса источника питания для создания магнитного поля.Analysis of the technical solutions known to the authors and their comparison with the proposed technical solution showed that the implementation of the solenoid coil for the maximum magnetic field with the optimal connection between the coil parameters and the power source is unknown. In addition, the set of essential features, consisting of the optimal relationship between the parameters of the solenoid and the power source, together with limited features, will allow to discover properties of the proposed device that are different from the known solutions, which include:
- reduction of overall dimensions of the coil due to the optimality of its characteristics,
- the ability to maximize the use of the power source to create a magnetic field.
На фиг.1 представлен соленоид с обозначениями, принятыми в тексте. Соленоид максимального магнитного поля содержит каркас (1) и намотанную на него катушку (2). На фиг.2 представлена схема включения соленоида в источник питания (3). Figure 1 shows the solenoid with the notation adopted in the text. The solenoid of maximum magnetic field contains a frame (1) and a coil (2) wound on it. Figure 2 presents a diagram of the inclusion of the solenoid in the power source (3).
Предлагаемое устройство было реализовано следующим образом. Необходимая индукция магнитного поля в соленоиде - Вm=25 мТл. Внутреннее сопротивление источника питания - R0=3,35 Ом, его ЭДС - Е=29,5 В. Подставив данные в выражение (9), получим соотношение для расчета оптимального диаметра провода соленоида:
dопт=0,295•10-3•k.The proposed device was implemented as follows. The necessary magnetic field induction in the solenoid is B m = 25 mT. The internal resistance of the power source is R 0 = 3.35 Ohm, its EMF is E = 29.5 V. Substituting the data in expression (9), we obtain the ratio for calculating the optimal diameter of the solenoid wire:
d opt = 0.295 • 10 -3 • k.
Приняв k=1, намотали катушку соленоида проводом 0,3 мм. Параметры соленоида выбрали согласно (7): D=6 мм, L=90 мм, N=300 витков. Такой соленоид при токе 6 А образовал магнитное поле, индукция которого (В=25,13 мТл) удовлетворяет условиям задачи. Having taken k = 1, we wound the solenoid coil with a wire of 0.3 mm. The parameters of the solenoid were chosen according to (7): D = 6 mm, L = 90 mm, N = 300 turns. Such a solenoid at a current of 6 A formed a magnetic field, the induction of which (B = 25.13 mT) satisfies the conditions of the problem.
Для сравнения была намотана катушка проводом неоптимального диаметра (d= 0,1 мм, N= 1800 витков) с теми же габаритами, что и в первом случае. Такая катушка должна была бы образовывать задание магнитного поля при токе в 1 А (1), однако, максимальный ток в цепи был 0,5 А и необходимое поле не было получено. For comparison, a coil was wound with a wire of non-optimal diameter (d = 0.1 mm, N = 1800 turns) with the same dimensions as in the first case. Such a coil would have to form a magnetic field at a current of 1 A (1), however, the maximum current in the circuit was 0.5 A and the required field was not obtained.
Использование предложенного технического решения позволит получать максимальное магнитное поле от источника питания путем оптимизации параметров катушки соленоида с учетом внутреннего сопротивления и ЭДС источника питания. Using the proposed technical solution will allow you to get the maximum magnetic field from the power source by optimizing the parameters of the solenoid coil, taking into account the internal resistance and EMF of the power source.
Источники информации
1. Арнольд Р.Р. Расчет и проектирование магнитных систем с постоянными магнитами. М.: Энергия, 1969 - 184 с. - С. 5-11.Sources of information
1. Arnold R.R. Calculation and design of permanent magnet magnetic systems. M .: Energy, 1969 - 184 p. - S. 5-11.
2. Элементы приборных устройств, ч. 1- М.: В.Ш., 1982 - 304 с. - С. 273-276. 2. Elements of instrument devices, part 1- M .: V.Sh., 1982 - 304 p. - S. 273-276.
Claims (1)
а максимальная индукция Вm магнитного поля соленоида составляет
где Е - эдс источника питания,
μ0 - магнитная постоянная.A solenoid of maximum magnetic field containing an inductor, characterized in that the diameter d 0 of the wire of the inductor is selected taking into account the specific resistance ρ of the wire of the inductor, diameter D, length L and the number of layers k of the winding of the inductor, as well as the internal resistance R 0 of the power source according to the formula
and the maximum induction B m of the magnetic field of the solenoid is
where E is the emf of the power source,
μ 0 is the magnetic constant.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001116768A RU2216805C2 (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Solenoid of maximal magnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001116768A RU2216805C2 (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Solenoid of maximal magnetic field |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001116768A RU2001116768A (en) | 2003-06-10 |
| RU2216805C2 true RU2216805C2 (en) | 2003-11-20 |
Family
ID=32026675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001116768A RU2216805C2 (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Solenoid of maximal magnetic field |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2216805C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676528C2 (en) * | 2013-09-12 | 2019-01-09 | ЛЭЙБИНЕЛ, ЭлЭлСи | Solenoid including dual coil arrangement to control leakage flux |
-
2001
- 2001-06-15 RU RU2001116768A patent/RU2216805C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Элементы приборных устройств. Ч. I. - М.: Высшая школа, 1982, с. 273-276. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676528C2 (en) * | 2013-09-12 | 2019-01-09 | ЛЭЙБИНЕЛ, ЭлЭлСи | Solenoid including dual coil arrangement to control leakage flux |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| USRE49840E1 (en) | Electrical generator with rotational gaussian surface magnet and stationary coil | |
| JP2011142177A (en) | Contactless power transmission device, and coil unit for contactless power transmission device | |
| JP2007317914A (en) | Air core coil and electric circuit unit using the same | |
| US10218221B2 (en) | Wireless power transfer using one or more rotating magnets in a receiver | |
| US20070242406A1 (en) | Electricity generating apparatus utilizing a single magnetic flux path | |
| JP2007521785A (en) | Power generation with combined magnets | |
| US7830065B2 (en) | Solid state electric generator | |
| CN104883026B (en) | Roll vibrator linear vibration energy collecting device | |
| CN111641272A (en) | Charging box, wireless earphone and electronic equipment | |
| JP2014053366A (en) | Coil device | |
| Strachen et al. | Mechanical super-low frequency (SLF) transmitter using electrically-modulated reluctance | |
| CN213402573U (en) | Charging box, wireless earphone and electronic equipment | |
| EP1072286A3 (en) | System and method for treating cells using electromagnetic-based radiation | |
| EP2033300A2 (en) | Magnetic structure | |
| RU2216805C2 (en) | Solenoid of maximal magnetic field | |
| JPH1197263A (en) | Non-contact power transmitter and spiral coil used therefor | |
| CN201263119Y (en) | High Efficiency Linear Generator | |
| CN104868690B (en) | A kind of energy gathering apparatus | |
| KR100807503B1 (en) | Alternator | |
| US20200012006A1 (en) | Magneto-inductive transmitter with electrically modulated reluctance | |
| WO2007121367A2 (en) | Generator for a portable device having a reciprocating coil system | |
| CN104767423B (en) | electric motor | |
| JP2012205450A (en) | Vibration power generator | |
| RU2355060C2 (en) | Bobbin | |
| CN112737143B (en) | Wireless charging coil and charging equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080616 |