專利名稱：能產(chǎn)生磁多極場的線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于磁多極場線圈的技術(shù)領(lǐng)域。
磁多極場隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，被人們廣泛地重視，研究該磁場的物理性質(zhì)是十分有意義的，這些磁場在生產(chǎn)實踐中得到了應(yīng)用。例如，磁二極場，就是人們所說的磁偏轉(zhuǎn)場，磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)裝置在電子離子束器件中起著重要的作用，電視機中偏轉(zhuǎn)線圈的性能好壞決定電視機圖象的質(zhì)量。用磁四極、磁六極、磁八極系統(tǒng)來矯正球差、色差和軸上像散是一條最有希望的途徑。這些磁多極場除需要理論計算，設(shè)計制造成器件，還要測試這些器件的磁場分布，了解它們是否滿足設(shè)計的要求和存在的問題。中華人民共和國1989年度國家發(fā)明獎項目之一“雙線圈回歸法偏轉(zhuǎn)磁場測量及精度自檢驗系統(tǒng)”中提出“環(huán)形標(biāo)準(zhǔn)線圈”作為檢驗偏轉(zhuǎn)磁場測量儀的測量精度。
本實用新型的目的是這種能產(chǎn)生磁多極場的線圈，可由理論計算場的分布和中心的磁場強度，該線圈可作為一種標(biāo)準(zhǔn)線圈，來檢驗磁測儀的測量精度。
本實用新型的內(nèi)容是我們所設(shè)計的能產(chǎn)生磁多極場的線圈，首先由機床加工線圈的骨架，在不同方位角刻槽。然后在這些導(dǎo)線槽內(nèi)布線，使之滿足磁多極場的要求。這種線圈即滿足理論設(shè)計又易于繞制。
一.磁多極場是由幾個對稱地放置在方位角方向上具有一定磁位的磁極所構(gòu)成的非旋轉(zhuǎn)對稱場。每個磁極由兩組平行導(dǎo)線和兩組平行的圓弧導(dǎo)線相連接構(gòu)成，形狀為馬鞍形，見

圖1。本實用新型所述的能產(chǎn)生磁多極場的線圈是在0方向上對稱放置2N個磁極，而且磁位有N個對稱面和N個反對稱面。為了敘述方便又不失普遍性，將2N個磁極在柱坐標(biāo)系放置，使θ＝0時磁位為一個反對稱面。每個磁極的兩組平行導(dǎo)線與Z軸平行、兩組圓弧導(dǎo)線對圓心的張角為π／N－δ，0≤δ＜π／N，N＝1；2；3；……；10。N＝1時，為磁二極場，即偏轉(zhuǎn)磁場。N＝2時，為磁四極場。N＝3時，為磁六極場。依次類推。所有的圓弧導(dǎo)線對圓心的半徑相同均為R，R＝5mm至200mm。平行導(dǎo)線的長度相同均為L，L＝0.1至4倍的R。該導(dǎo)線可以是單匝或多匝，但同一個能產(chǎn)生磁多極場的線圈間的各磁極導(dǎo)線匝數(shù)均相同。
二.根據(jù)上述原理，能產(chǎn)生磁多極場的線圈每個磁極可用多個圓弧導(dǎo)線，對應(yīng)的張角分別為π／N－δ1；π／N－δ2；……；π／N－δm，m為正整數(shù)，圓弧導(dǎo)線對圓心的半徑相同均為R，平行導(dǎo)線的長度相同均為L，各磁極的導(dǎo)線分布相同。
三.為了支承該導(dǎo)線，可用無磁性非金屬材料作為線圈的骨架。制作時先確定參數(shù)N；π／N－δ或π／N－δ1、π／N－δ2、……、π／N－δm；m；R；L；導(dǎo)線的直徑和匝數(shù)。線圈的骨架呈圓筒形狀，內(nèi)徑d≤2(R－B)，B為骨架支承壁的厚度，外徑D＝2(R＋C)，C為導(dǎo)線槽深度，導(dǎo)線槽的寬度為S，根據(jù)導(dǎo)線的直徑和匝數(shù)確定S和C的尺寸，導(dǎo)線槽在該圓筒的外壁，每個磁極按π／N－δ或π／N－δ1、π／N－δ2、……、π／N－δm的角度值進行分布。我們采用的材料為有機玻璃。
四.為了使同一個線圈骨架可以繞制不同的磁多極場線圈當(dāng)R、L、B、C、S確定后，可按角度為5°度在該圓筒的外壁上均分加工導(dǎo)線槽為了確定磁多極場線圈的幾何中心位置，在該線圈骨架的端口配置一副圓板材料為有機玻璃，在圓板上刻有“米”字形圖案即按45°度角均分刻線，并使“米”字形的中心與圓板的圓心重合，如圖2。使用時“米”形刻線與磁多極場線圈的相應(yīng)方位角對齊，故可在該線圈的骨架端口處刻制角度分布標(biāo)志，另在磁多極場線圈的骨架外壁L／2的位置上按對稱的角度上鉆孔，孔徑為0.5至5mm，這樣通過對稱孔確定該線圈中心位置。我們制作的線圈骨架幾何尺寸為R＝30±0.1，L＝60±0.1，B＝6，C＝2，S＝0.3，單位為mm，在該骨架的外壁上按5°度均分加工導(dǎo)線槽，在骨架L／2位置上按90°度均分鉆孔，孔徑為1.5mm。如圖3。
五.磁二極場線圈，可按R＝30mm，L＝60mm，圓弧導(dǎo)線對圓心的張角為π－δ，δ為0°至1°，導(dǎo)線為單匝或多匝制作。如圖4。該張角也可分別為π、π－π／6制作。
上述兩種磁二極場線圈是由兩個磁極對稱放置組成，我們稱它為標(biāo)準(zhǔn)馬鞍形偏轉(zhuǎn)線圈。這類線圈可由理論公式計算磁場分布場參數(shù)，從而可計算磁場強度分布。
六.磁四極場線圈是由四個磁極對稱放置組成，可按R＝30mm，L＝60mm，圓弧導(dǎo)線對圓心的張角為π／2－δ，δ為0°至1°，圓弧導(dǎo)線線可以是單匝或多匝。如圖5。
七.磁六極場線圈是由6個磁極對稱放置組成，可按R＝30mm，L＝60mm，圓弧導(dǎo)線對圓心的張角為π／3－δ，δ為0°到1°，導(dǎo)線可以單匝或多匝。如圖6。
八.磁八極場線圈是由8個磁極對稱放置組成，可按R＝30mm，L＝60mm，圓弧導(dǎo)線對圓心的張角為π／4－δ，δ為0°到1°，導(dǎo)線可以單匝或多匝。如圖7。
上述磁四極、六極場、八極場的計算可參考Ximenji－ye，chen wen－xiong，optik57(1980)，259。
多匝馬鞍形偏轉(zhuǎn)線圈中心磁場強度及場參數(shù)的理論計算公式
BY(X，θ，Z)＝Hθ(Z)＋H2(Z)X2＋H4(Z)X4＋H6(Z)X6＋……Hθ(Z)、H2(Z)、H4(Z)、H6(Z)為場參數(shù)。
HM＝HO(O)為中心磁場強度。
HO(Z)＝A·C1·BO1H2(Z)＝A(C3·B23＋C1·B21)／R2H4(Z)＝A(C5·B45＋C3·B43＋C1·B41)／R4H6(Z)＝A(C7·B67＋C5·B65＋C3·B63＋C1·B61)／R6A＝(μ0·I)／(π·R)，μ0＝4π×10－7B01＝F1＋F3B23＝B01－(4F3－3F5－5F7)／8B21＝3(－F5＋5F7)／8B45＝B23－(40F7－35F9－63F11)／128B43＝105(－F9＋3F11)／128B41＝5(4F7－49F9＋63F11)／64B67＝B45－(252F11－231F13－429F15)／1024B65＝231(－5F13＋13F15)／1024B63＝63(24F11－143F13＋143F15)／1024B61＝35(－8F9＋180F11－561F13＋429F15)／1024Fn＝P／(1＋P2)n／2＋Q／(1＋Q2)n／2為分布函數(shù)。
P＝J－E，Q＝J＋E，J＝L／(2R)，E＝Z／RC1＝∑aicos(θi)，C3＝∑aicos(3θi)C5＝∑aicos(5θi)，C7＝∑aicos(7θi)∑是求和號 i＝1至m，m＝1，2，3，……。
ai為電流系數(shù)，θi＝δm／2
圖1.鞍形線圈示意圖。
圖2.米字形圓板。E為圓板直徑，F(xiàn)為圓板的厚度。
圖3.磁多極場線圈骨架。
圖4.磁二極場導(dǎo)線分布圖。
圖5.磁四極場導(dǎo)線分布圖。
圖6.磁六極場導(dǎo)線分布圖。
圖7.磁八極場導(dǎo)線分布圖。
圖1、3、4、5、6、7中采用XYZ直角坐標(biāo)系，圖中的“I”表示電流，箭頭“→”表示電流的方向。
作為檢驗偏轉(zhuǎn)磁場測量儀測量精度的“標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形線圈”自1984年以后我們沒有使用該線圈作為檢驗測量精度的標(biāo)準(zhǔn)，其原因是(1)在理論計算時環(huán)形線圈的內(nèi)、外壁及端面的電流密度要一樣，但實際繞制時是不可能的。
(2)繞制時對稱性很難保證，故不宜做得準(zhǔn)確。
本實用新型設(shè)計的磁多極場線圈的導(dǎo)線分布均由理論計算給出，按其分布由精密機床在骨架上銑出導(dǎo)線槽，其優(yōu)點是(1)理論計算的導(dǎo)線分布與實際繞制基本一致。
(2)對稱性可由導(dǎo)線槽加工精度保證，故容易繞制精確，并重復(fù)性好。
根據(jù)上述原理我們制作了0°度標(biāo)準(zhǔn)馬鞍形偏轉(zhuǎn)線圈，即張角為π的磁二極場線圈，用來標(biāo)定偏轉(zhuǎn)磁場測量儀的測量精度，作為檢驗該儀器測量精度的標(biāo)準(zhǔn)馬鞍形偏轉(zhuǎn)線圈在實際制作上滿足理論設(shè)計要求，重復(fù)性好，得到用戶單位的認(rèn)可。我們還制作了磁四極、六極、八極場線圈，作為標(biāo)準(zhǔn)線圈用于科學(xué)實驗中。
權(quán)利要求1.磁多極場線圈是由2N個對稱放置在方位角上具有一定磁位的磁極所構(gòu)成，每個磁極由兩組平行導(dǎo)線和兩組平行的圓弧導(dǎo)線相連接，形狀為馬鞍形，本實用新型的特征是，每個磁極的兩組平行導(dǎo)線與該線圈的軸平行、兩組圓弧導(dǎo)線對圓心的張角為π/N-δ或由多個圓弧導(dǎo)線對應(yīng)的張角為π/N-δ1；π/N-δ2；……；π/N-δm，圓弧導(dǎo)線對圓心的半徑相同均為R，R=5mm至200mm，平行導(dǎo)線的長度相同均為L，L=0.1至4倍的R，該導(dǎo)線可以是單匝或多匝，各磁極導(dǎo)線匝數(shù)相同、分布相同，這里的N=1，2，3，……，10。
2.一種多極場線圈的骨架，本實用新型的特征是用無磁性非金屬材料，如用有機玻璃制作，形狀呈圓筒，內(nèi)徑d≤2(R－B)，B為骨架支承壁的厚度，外徑D＝2(R＋C)，C為導(dǎo)線槽的深度，導(dǎo)線槽的寬度為S是根據(jù)導(dǎo)線的直徑和匝數(shù)來確定它的尺寸，導(dǎo)線槽在該圓筒的外壁分布，每個磁極的導(dǎo)線槽按π／N－δ或π／N－δ1；π／N－δ2；……；π／N－δm的角度值分布，這里的R值、導(dǎo)線槽的長度均與磁多極場線圈的R、L相同，在該線圈骨架的端口處配有一副圓板，在圓板上刻有米字形圖案，在該線圈骨架的外壁L／2的位置上按對稱角度上鉆孔，孔徑位0.5mm至5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈，其特征是馬鞍形偏轉(zhuǎn)線圈，尺寸為R＝30mm，L＝60mm，圓弧導(dǎo)線對圓心的張角為π－δ，δ＝0°至1°，導(dǎo)線可單匝或多匝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈，其特征是磁四極場線圈，尺寸為R＝30mm，L＝60mm，圓弧導(dǎo)線對圓心的張角為π／2－δ，δ＝0°至1°，導(dǎo)線可單匝或多匝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈，其特征是磁六極場線圈，尺寸為R＝30mm，L＝60mm，圓弧導(dǎo)線對圓心的張角為π／3－δ，δ＝0°至1°，導(dǎo)線可單匝或多匝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線圈，其特征是磁八極場線圈，尺寸為R＝30mm，L＝60mm，圓弧導(dǎo)線對圓心的張角為π／4－δ，δ＝0°至1°，導(dǎo)線可單匝或多匝。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的線圈骨架，其特征是R＝30mm±0.1，L＝60mm±0.1，B＝6mm，C＝2mm，S＝0.3mm，按角度為5°度在圓筒的外壁均分加工導(dǎo)線槽，在圓筒的外壁L／2的位置上按角度90°度均分鉆孔，孔徑為1.5mm。
專利摘要本實用新型屬于磁多極場線圈的技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型設(shè)計了一種磁多極場線圈可作為標(biāo)準(zhǔn)器件用來檢驗磁測儀器的測量精度。該線圈是在骨架上按不同方位角的導(dǎo)線槽內(nèi)布線，使之滿足磁多極場的要求，這種線圈既滿足理論設(shè)計又易于制造。我們制作了馬鞍形偏轉(zhuǎn)線圈作為檢驗偏轉(zhuǎn)磁場測量儀測量精度的標(biāo)準(zhǔn)線圈，得到了用戶認(rèn)可。
文檔編號H01F17/02GK2072720SQ9020383
公開日1991年3月6日 申請日期1990年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月29日
發(fā)明者孫克忱, 馮遠明, 李國峰 申請人:南開大學(xué), 天津大學(xué)