一种多维矢量场磁体结构制造技术

本发明专利技术涉及一种多维矢量磁体结构，该结构包括第一线圈、第二线圈和/或第三线圈；第一线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有X方向和Z方向分量的矢量磁场；第二线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有Y方向和Z方向分量的矢量磁场；第三线圈采用一个或多个常规线圈，单个常规线圈在磁体孔径区域产生一个沿Z轴分布的矢量磁场；其中，Z轴假定为CCT二极线圈的中心轴方向，X轴和Y轴分别为第一线圈、第二线圈CCT对应的极头方向。

【技术实现步骤摘要】
一种多维矢量场磁体结构
本专利技术涉及一种新型超导磁体结构，特别是关于一种基于斜螺线管型(Canted-Cosin-Theta，简称CCT)的多维矢量场磁体结构。
技术介绍
矢量磁体在科学研究中有着重要应用，利用磁场技术可有效促进物理、生物、材料等学科的发展，矢量磁体能为其提供良好的实验条件。利用二维或三维矢量磁体能够进行定位研究，为更多复杂实验提供了可能性，例如研究材料的各向异性、霍尔效应、单电子隧道效应等。对于空间需要任意方向磁场来进行的实验研究，实现方式有两种：固定磁场方向+样品旋转，固定样品+磁场方向旋转。矢量场磁体是能产生旋转磁场的一种磁体，不需要机械结构旋转样品，而是调节磁场大小以及相对于样品的角度，极大地简化了矢量场应用平台的复杂性，便于商业化推广。矢量场磁体通过控制电流而非机械操作实现磁场方向的旋转，这为实验提供了许多可能性。矢量场磁体是在空间任意位置和平面内产生任意方向的磁场分量，目前市场上的矢量场磁体所用的线圈结构，如图1、图2所示，常见的有螺线管线圈、跑道型线圈或马鞍型线圈等，优点是结构简单，工艺成熟，缺点是磁体体积大，好场区范围小，精度差。由于上述线圈自身特性的限制，对于大尺寸样品，磁体尺寸过大。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种结构紧凑、好场区范围大且均匀度高的多维矢量场磁体结构。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为：一种多维矢量场磁体结构，该结构包括第一线圈、第二线圈和/或第三线圈；第一线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有X方向和Z方向分量的矢量磁场；第二线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有Y方向和Z方向分量的矢量磁场；第三线圈采用一个或多个常规线圈，单个常规线圈在磁体孔径区域产生一个沿Z轴分布的矢量磁场；其中，Z轴为CCT二极线圈的中心轴方向，X轴和Y轴分别为所述第一线圈、第二线圈的CCT二极线圈对应的极头方向。进一步地，所述第一线圈、第二线圈和/或第三线圈装配顺序任意，即三个线圈组合在磁体孔径区域产生所需的空间矢量磁场；另外，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈中任意两个组合，在磁体孔径区域产生一个二维矢量磁场。进一步地，多层CCT线圈之间串联连接，多层CCT线圈为偶数层时：倾角交替，在磁体孔径区域只产生一个沿X轴或Y轴方向分布的增强版的二极矢量磁场；倾角同向，在磁体孔径区域产生与中心轴呈预设夹角方向的增强版的CCT矢量磁场；进一步地，多层CCT线圈之间串联连接，多层CCT线圈为奇数层：倾角交替，在磁体孔径区域产生一个同时具有X轴或Y轴分量和Z轴分量且与Bcct方向不同的矢量磁场，其中，Bcct为单层CCT所产生矢量磁场；倾角同向，在磁体孔径区域产生与中心轴呈预设夹角方向的增强版的CCT矢量磁场。进一步地，所述第三线圈为螺线管线圈、跑道型线圈或马鞍型线圈。进一步地，单层CCT线圈结构包括一系列周期连续分布的单匝倾斜螺旋线圈，倾斜螺旋线圈固化在筒型骨架上形成斜螺线管磁体结构，多层倾斜螺线管线圈之间相互串联连接。进一步地，所述CCT单层线圈参数方程为：其中，R是指线圈半径，θ是指圆周方向的方位角，w是指匝间距，α是指线圈与中平面的倾斜角。进一步地，所述第一线圈、第二线圈和/或第三线圈均采用超导线缆制作。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术可以采用CCT线圈和/或常规线圈结构组成矢量场磁体，CCT线圈重合段区域横截面电流密度Z分量近似满足CosineTheta分布，可在孔径区产生高质量的二极场，具有结构紧凑，好场区大，分辨率高等特点，且类筒型结构易于集成；2、本专利技术的CCT磁体线圈结构新颖轻巧，矢量磁体结构采用超导技术更可实现高磁场以及三维全空间等模磁场旋转，尤其适用于高精度大样品矢量场要求的科研领域；综上，本专利技术的CCT磁体结构力学性能优越，适用于低场、高场所有工况。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1为现有的基于赫姆霍兹线圈结构的三维矢量磁体示意图；图2为现有常规线圈结构的二极场磁体，其中，(1)为螺线管线圈，(2)为跑道型线圈，(3)为马鞍型线圈；图3为本实施例的第一线圈的CCT二极线圈结构示意图，其中，(1)为单层CCT线圈(奇数)在磁体孔径内产生沿X轴和Z轴分布的矢量磁场；(2)双层CCT线圈(偶数倾角交替)在磁体孔径内产生沿X轴分布的矢量磁场，沿Z轴分布的矢量磁场抵消；图4为本实施例的第二线圈的CCT二极线圈结构示意图，其中，(1)单层CCT线圈(奇数)在磁体孔径内产生沿Y轴和Z轴分布的矢量磁场；(2)双层CCT线圈(偶数倾角交替)在磁体孔径内产生沿Y轴分布的矢量磁场，沿Z轴分布的矢量磁场抵消；图5为本实施例的由第一线圈(单层CCT)和第三线圈组合成的矢量磁体在内孔区的矢量磁场合成示意图；图6为本实施例的一种基于CCT线圈结构的三维矢量场磁体结构示意图，其中，(1)为第一线圈，(2)为第二线圈，(3)为第三线圈，示意图仅以单层线圈为例，三组线圈组合顺序任意，各组线圈层数为单层或多层。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多维矢量场磁体结构，其特征在于，该结构包括第一线圈、第二线圈和/或第三线圈；/n第一线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有X方向和Z方向分量的矢量磁场；/n第二线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有Y方向和Z方向分量的矢量磁场；/n第三线圈采用一个或多个常规线圈，单个常规线圈在磁体孔径区域产生一个沿Z轴分布矢量磁场；/n其中，Z轴为CCT二极线圈的中心轴方向，X轴和Y轴分别为所述第一线圈、第二线圈的CCT二极线圈对应的极头方向。/n

【技术特征摘要】
1.一种多维矢量场磁体结构，其特征在于，该结构包括第一线圈、第二线圈和/或第三线圈；
第一线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有X方向和Z方向分量的矢量磁场；
第二线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有Y方向和Z方向分量的矢量磁场；
第三线圈采用一个或多个常规线圈，单个常规线圈在磁体孔径区域产生一个沿Z轴分布矢量磁场；
其中，Z轴为CCT二极线圈的中心轴方向，X轴和Y轴分别为所述第一线圈、第二线圈的CCT二极线圈对应的极头方向。


2.根据权利要求1所述的多维矢量场磁体结构，其特征在于，所述第一线圈、第二线圈和/或第三线圈装配顺序任意，即三个线圈组合在磁体孔径区域产生所需的空间矢量磁场；另外，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈中任意两个组合，在磁体孔径区域产生一个二维矢量磁场。


3.根据权利要求1所述的多维矢量场磁体结构，其特征在于，
多层CCT线圈之间串联连接，多层CCT线圈为偶数层时：
倾角交替，在磁体孔径区域只产生一个沿X轴或Y轴分布的增强版的二极矢量磁场；
倾角同向，在磁体孔径区域产生与中心轴呈预设夹角方向的增强版的CCT矢量磁场。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜卓越，梁羽，吴巍，梅恩铭，陈玉泉，杨通军，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62