ИСТОЧНИК ЛОКАЛИЗОВАННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к области электромеханики и может быть использована в электромеханических и электротехнических устройствах, например, в измерительных системах при геофизической съемке.
Известно устройство «Индуктор однородного магнитного поля» (патент на изобретение RU 2305357), которое представляет собой конструкцию, состоящую из отдельных предварительно намагниченных и разрезанных цилиндрических постоянных магнитов, установленных в немагнитную обойму. Раскрой предварительно намагниченных цилиндров осуществляется по двум продольным плоскостям, угол между которыми определяется количеством сегментов постоянных магнитов в индукторе, а угол между плоскостью сечения и направлением намагничивания цилиндрического магнита зависит от места расположения данного магнитного сегмента по расточке индуктора. При этом для получения однородного магнитного поля внутри индуктора необходимо, чтобы направление намагничивания каждого постоянного магнита в поперечном сечении индуктора определялось в соответствии с формулой αk=(4π/N)k, где k=0, 1, 2, 3, 4,...N - порядковый номер магнита сегмента по расточке кольцевого индуктора.
Недостатком известного устройства является управление полем только внутри объёма устройства, причём создаваемое поле однородно и не предусмотрено возможности концентрации поля.
Известно устройство «Регулируемый генератор магнитного поля на основе структур Хальбаха» (патент на изобретение RU 2466491), содержащий первый и второй комплекты постоянных магнитов, скрепленных между собой и расположенных с образованием структур Хальбаха, формирующих магнитное поле, локализованное в рабочем отверстии. Эти комплекты образуют рабочую область генератора, окруженную указанными магнитами, и выполнены с возможностью вращения, по меньшей мере одного из указанных магнитов вокруг рабочей области. На основе такого генератора созданы магнитокалорическая, магнитооптическая, магнитоакустическая и магнитоэлектрическая измерительные системы, позволяющие проводить исследования при величине магнитного поля порядка единиц тесла и характеризующиеся возможностью регулировать величину магнитного поля, а также компактностью системы и низким энергопотреблением. Техническим результатом известного генератора является обеспечение плавной регулировки величины генерируемого магнитного поля с сохранением высокой однородности магнитного поля.
Недостаток известного устройства состоит в том, что управление полем возможно только внутри структуры, кроме того, для изменения поля необходимо механическое вращение магнитов.
Наиболее близким является известное устройство «Компенсационная катушка и система для измерений индукции магнитного поля B и устройство для временных электромагнитных измерений» (патент на изобретение RU 2557370). Известное устройство включает катушку передатчика, компенсационную катушку, расположенную в концентрической и копланарной ориентации относительно катушки передатчика, катушку приемника, расположенную в концентрической и копланарной ориентации относительно компенсационной катушки, источник электрического тока, соединенный с катушкой передатчика и компенсационной катушкой для подачи на них периодического тока, и систему сбора данных, предназначенную для приема сигнала временной производной магнитного поля dB/dt от катушки приемника и интегрирования сигнала dB/dt для генерации результата измерения индукции магнитного поля. Множество радиальных тросов проходят радиально наружу от центральной точки к соответствующим местам рамы катушки передатчика, рамы компенсационной катушки и рамы катушки приемника, каждая из которых соединена с радиальными тросами. Катушка передатчика, компенсационная катушка и катушка приемника расположены относительно друг друга так, что в месте катушки приемника магнитное поле, генерируемое компенсационной катушкой, оказывает аннулирующее влияние на первичное магнитное поле, генерируемое катушкой передатчика.
Недостатком устройства является наличие только двух катушек источников, что не позволяет концентрировать магнитное поле на расстоянии от источника и снижает разрешающую способность системы.
Технической задачей полезной модели является формирование сконцентрированного магнитного поля на расстоянии от источника.
Предлагаемая полезная модель представляет собой систему плоских катушек с регулируемыми токами, обеспечивающими создание локализованного магнитного поля на определённом расстоянии от плоскости размещения катушек.
Поставленная задача решена тем, что источник магнитного поля, включающий концентрически расположенные катушки с противофазными токами различного диаметра, оборудован блоком задания и генерирования независимых токов и содержит N>2 концентрических катушек, расположенных на плоском диэлектрическом материале и подключенных к блоку задания и генерирования независимых токов электрически отдельно, с чередующимися направлениями токов в различных катушках. Блок задания и генерирования независимых токов имеет возможность задавать в катушках токи, исходя из решения задачи минимизации функционала, описывающего среднеквадратичное отличие пространственного спектра формируемого поля от константы, причем амплитуды токов максимизируют ширину пространственного спектра магнитного поля на заданной дальности от плоскости диэлектрического материала.
В устройстве применяется N концентрических катушек, ток в которых рассчитан таким образом, что пространственный спектр суммарного поля на заданной дальности равномерен в заданном интервале пространственных частот. При этом концентрация магнитного поля превышает концентрацию поля от бесконечно малого витка с током.
Значения токов вычисляются путём решения системы линейных алгебраических уравнений, составленных для конечного множества точек на разных частотах пространственного спектра с требованием равенства комплексных амплитуд на этих частотах. Расстояние места локализации магнитного поля от плоскости размещения катушек может быть задано подбором токов катушек и интервалом пространственных частот.
На прилагаемой схеме (фиг. 1) изображена конструкция источника локализованного магнитного поля, из которой видно, что источник локализованного магнитного поля состоит из N концентрических катушек различного диаметра, размещенных  на плоскости, и блока задания и генерирования независимых токов в каждой из катушек с соответствующим числом выходов.
Устройство работает следующим образом. Блок задания и генерирования независимых токов, выполненный, например, в виде контроллера,  генерирует в каждой катушке предварительно вычисленные значения токов и подаёт постоянный или переменный ток заданной амплитуды на каждую их N катушек. Каждая катушка создаёт своё магнитное поле, а суммарное магнитное поле на заданной дальности локализуется за счёт выравнивания высоких и низких пространственных частот в заданном диапазоне. Значения токов вычисляются путём решения системы линейных алгебраических уравнений, составленных для конечного множества точек на разных частотах пространственного спектра с требованием равенства комплексных амплитуд на этих частотах.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключаются в обеспечении локализации магнитного поля на расстоянии от плоского источника.
Источники цитирования:
1 RU 2305357 C1, МПК H02K 1/06, опубл. 27.08.2007.
2 RU 2466491 C2, МПК H02N 11/00, H01F 7/02, опубл. 10.11.2012.
3 RU 2557370 C2, МПК G01V 3/165, опубл. 20.07.2015.