一种矢量磁体结构制造技术

本发明专利技术涉及一种矢量磁体结构，该磁体结构包括第一线圈、第二线圈和/或第三线圈；所述第一线圈采用一对极头沿X轴方向放置的DCT二极线圈，用以产生沿X轴方向分布的Bx矢量磁场；所述第二线圈采用一对极头沿Y轴方向放置的DCT二极线圈，用于产生沿Y轴方向分布的By矢量磁场，其中，所述第二线圈设置在所述第一线圈外侧，使其空间上呈现所述第二线圈包覆所述第一线圈的结构；所述第三线圈，用于产生沿Z轴方向分布的Bz矢量磁场。本发明专利技术适用于高精度大样品矢量场要求的科研领域。

【技术实现步骤摘要】
一种矢量磁体结构
本专利技术涉及一种磁体结构，特别是关于一种矢量场磁体结构。
技术介绍
在材料科学研究中，材料物性的多物理场耦合分析是多学科交叉研究的一大热门方向。随着科学技术的发展，除了对材料本征的力学结构特性分析外，电磁耦合分析是一重要分支，它是给受测样品提供一背景电磁场，对于某些具有磁各向异性的材料，通常还需要在研究过程中改变样品与磁场方向的夹角，过程实现方式有：固定方向磁场+样品旋转或固定样品+磁场方向旋转。矢量磁体是能够产生方向可旋转磁场的一种磁体。矢量磁体通过静态地电流控制而非机械结构旋转的方法实现磁场方向的旋转，这为实验提供了许多可能性。矢量场磁体是由三维坐标系中非同向的两对或三对二极磁体组合而成，如图1～图4所示，目前市场上的矢量磁体所用二极磁体结构，常见的有螺线管对、跑道线圈对以及马鞍型线圈对组成的二极磁体。上述不同类型的二极磁体在组合过程中，需要设计较复杂的骨架起到支撑各线圈之间的位置分布及装配，优点是易于实现，技术成熟，缺点是磁体体积大，激磁效率较低，好场区范围小，精度差，如要求具有圆柱样品通道的螺管型二极磁体，场质量好于±3.5％的区域球半径只有21mm，拥有相同规格样品通道的跑道型二极磁体好场区范围更小。
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，样品空间大，好场区大且分辨率高的矢量场磁体结构。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为：一种矢量磁体结构，该磁体结构包括第一线圈、第二线圈和/或第三线圈；所述第一线圈采用一对极头沿X轴方向放置的DCT二极线圈，用以产生沿X轴方向分布的Bx矢量磁场；所述第二线圈采用一对极头沿Y轴方向放置的DCT二极线圈，用于产生沿Y轴方向分布的By矢量磁场，其中，所述第二线圈设置在所述第一线圈外侧，使其空间上呈现所述第二线圈包覆所述第一线圈的结构；所述第三线圈，用于产生沿Z轴方向分布的Bz矢量磁场；其中，XYZ为笛卡尔坐标系，Z轴为所述DCT二极线圈的中心轴方向，所述DCT二极线圈极头方向为Y轴，所述DCT二极线圈极间对称面上垂直于Z轴的方向为X轴。上述的矢量磁体结构，进一步地，所述第三线圈放置在所述第二线圈外侧组成矢量磁体，空间结构上呈现套于所述第一线圈和第二线圈的线圈组合；或者所述第三线圈与第一线圈和第二线圈同骨架，所述第三线圈在轴向加持所述第一线圈和第二线圈组成矢量磁体；或者所述第三线圈内嵌于所述第一线圈内部组成矢量磁体。上述的矢量磁体结构，进一步地，所述第三线圈采用螺管型磁体、跑道型磁体或马鞍型磁体。上述的矢量磁体结构，进一步地，所述DCT二极线圈包括由两个单极线圈围设成的筒式电磁线，所述筒式电磁线固化在骨架上形成筒式磁体结构，所述单极线圈之间串联连接；其中，每一所述单极线圈包括间隔环绕设置的N匝电磁线圈，其中，N为整数，是设定的单极线圈的总电磁线匝数。上述的矢量磁体结构，进一步地，所述筒式电磁线的电流密度J在环向分布近似呈cos(θ)的规律分布，即jz＝j0cos(θ)，其中，j0为通过电磁线横截面内的电流密度，jz为环向分布的等效电流密度Z分量，θ指以X轴为起始轴，绕Z轴逆时针旋转的角度。上述的矢量磁体结构，进一步地，所述筒式电磁线在环向的位置分布满足流函数sin(θ)＝(i-1/2)/N，其中，i为电磁线序号，为{1，N}之间的任意整数。上述的矢量磁体结构，进一步地，电流线角度分布θi＝Arcsin((i-1/2)/N)。上述的矢量磁体结构，进一步地，所述筒式电磁线各匝的直边段坐标为(Rcos(θi)，Rsin(θi)，z)，其中，R为电磁线在极坐标系下分布的半径，筒式电磁线各匝连续要求的弧段其坐标z满足流函数：cos(π·(z-hl)/(2·he))·sin(θ)＝(i-1/2)/N，其中，hl指直边段长度的一半，he指线圈弧段在z方向的最大长度。上述的矢量磁体结构，进一步地，所述DCT二极线圈可以多层嵌套组合实现功能增强需求，即采用多个同轴不同R的DCT二极线圈组合成具有设定磁场要求的磁体，多层组合DCT二极线圈可采用串联或并联连接加电，也可各自独立加电，其中，R为电磁线在极坐标系下分布的半径。上述的矢量磁体结构，进一步地，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈均采用超导线缆制作；或者，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈均采用低导电性能的常规线缆制作。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术采用由DiscreteCosineTheta(DCT：离散电流余弦分布)型线圈和螺管组成的矢量场磁体，DCT二极线圈结构因其类三角函数分布的电流密度空间布置，可在孔区产生高质量的二极场，如同为200mm温孔区域要求的DCT型二极线圈，场质量好于±3.5％的区域半径可高达50mm，此类磁体类筒型的结构易于多层嵌套实现功能增强需求，也易于同其他结构类型的磁体集成，使矢量磁体结构具有结构紧凑，样品空间大，好场区大，分辨率高等特点；2、本专利技术采用超导技术可实现高磁场以及三维全空间旋转磁场，可适用于高精度大样品矢量场要求的
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为现有矢量磁体的一种常见结构示意图；图2为圆环型(螺管)结构磁体示意图；图3为跑道型结构磁体示意图；图4(a)和(b)均为马鞍型结构磁体示意图；图5为本专利技术由三组方向相互垂直的矢量磁场叠加实现所需矢量磁场的示意图；图6为本专利技术第一线圈和第二线圈组合而成的可实现平面旋转矢量磁场的二维空间矢量磁体结构。图7为本专利技术第一线圈、第二线圈和第三线圈组合而成的可实现三维空间矢量磁场的三维空间矢量磁体结构。图8为本专利技术DCT型结构二极磁体示意图；其中，附图标记为：1、第一线圈，11、单极线圈，2、第二线圈，3、第三线圈。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矢量磁体结构，其特征在于，该磁体结构包括第一线圈、第二线圈和/或第三线圈；/n所述第一线圈采用一对极头沿X轴方向放置的DCT二极线圈，用以产生沿X轴方向分布的Bx矢量磁场；/n所述第二线圈采用一对极头沿Y轴方向放置的DCT二极线圈，用于产生沿Y轴方向分布的By矢量磁场，其中，所述第二线圈设置在所述第一线圈外侧，使其空间上呈现所述第二线圈包覆所述第一线圈的结构；/n所述第三线圈，用于产生沿Z轴方向分布的Bz矢量磁场；/n其中，XYZ为笛卡尔坐标系，Z轴为所述DCT二极线圈的中心轴方向，所述DCT二极线圈极头方向为Y轴，所述DCT二极线圈极间对称面上垂直于Z轴的方向为X轴。/n

【技术特征摘要】
1.一种矢量磁体结构，其特征在于，该磁体结构包括第一线圈、第二线圈和/或第三线圈；
所述第一线圈采用一对极头沿X轴方向放置的DCT二极线圈，用以产生沿X轴方向分布的Bx矢量磁场；
所述第二线圈采用一对极头沿Y轴方向放置的DCT二极线圈，用于产生沿Y轴方向分布的By矢量磁场，其中，所述第二线圈设置在所述第一线圈外侧，使其空间上呈现所述第二线圈包覆所述第一线圈的结构；
所述第三线圈，用于产生沿Z轴方向分布的Bz矢量磁场；
其中，XYZ为笛卡尔坐标系，Z轴为所述DCT二极线圈的中心轴方向，所述DCT二极线圈极头方向为Y轴，所述DCT二极线圈极间对称面上垂直于Z轴的方向为X轴。


2.根据权利要求1所述的矢量磁体结构，其特征在于，所述第三线圈放置在所述第二线圈外侧组成矢量磁体，空间结构上呈现套于所述第一线圈和第二线圈的线圈组合；
或者所述第三线圈与第一线圈和第二线圈同骨架，所述第三线圈在轴向加持所述第一线圈和第二线圈组成矢量磁体；
或者所述第三线圈内嵌于所述第一线圈内部组成矢量磁体。


3.根据权利要求2所述的矢量磁体结构，其特征在于，所述第三线圈采用螺管型磁体、跑道型磁体或马鞍型磁体。


4.根据权利要求1所述的矢量磁体结构，其特征在于，所述DCT二极线圈包括由两个单极线圈围设成的筒式电磁线，所述筒式电磁线固化在骨架上形成筒式磁体结构，所述单极线圈之间串联连接；其中，每一所述单极线圈包括间隔环绕设置的N匝电磁线圈，其中，N为整数，是设定的单极线圈的总电磁线匝数。


5.根据权利要求4所述的矢量磁体结构，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅恩铭，吴巍，梁羽，陈玉泉，
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