一种线圈可调式聚焦螺线管磁铁的制作方法

本申请涉及高能物理领域，尤其涉及应在散裂中子源低能束流传输过程中的一种线圈可调式聚焦螺线管磁铁。

背景技术：

散裂中子源低能束流传输段需要通过聚焦螺线管磁铁将离子源产生的非对称性低能束流与射频四极直线加速器所需的对称性接受度进行匹配，控制低能束流的发射度的增长和减小束流损失。因此，对聚焦螺线管磁铁机械中心和磁场中心的一致性具有极高的要求。现有的聚焦螺线管磁铁的线圈缠绕在内套筒表面，内套桶接与线圈保护层采用一体浇注结构。而为满足聚焦螺线管磁铁机械中心和磁场中心的一致性，就需要聚焦螺线管磁铁的线圈中心与外磁轭铁桶中心的同轴度必须小于0.4mm。但现有的线圈绕线精度较低，加之线圈组组装时的装配误差，因而无法满足同轴度的要求。

技术实现要素：

本发明提供一种线圈可调式聚焦螺线管磁铁，旨在解决现有聚焦螺线管磁铁线圈中心与外磁轭铁桶中心的同轴度低，无法满足散裂中子源低能束流传输过程中的要求的问题。

一种线圈可调式聚焦螺线管磁铁，包括：

螺线管，所述螺线管包括多个沿轴向叠装的线包，每个线包均设有多层缠绕的线圈；

外磁轭铁桶，所述外磁轭铁桶用于收容所述螺线管；

顶丝，所述顶丝设置在所述外磁轭铁桶表面，其穿过所述外磁轭铁桶的一端顶持在所述螺线管表面；

端盖，所述端盖于所述外磁轭铁桶两端各设置一个，并与所述外磁轭铁桶端面固定连接。

所述的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，其中，所述顶丝沿所述外磁轭铁桶轴向至少设置一组，每组至少沿所述外磁轭铁桶表面同一圆周分布三个，以便限定所述螺线管径向的自由度为零。

所述的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，其中，所述顶丝沿所述外磁轭铁桶轴向设置有两组，每组包括沿所述外磁轭铁桶表面同一圆周分布的四个顶丝，所述四个顶丝所在位置相对所在圆周圆心呈中心对称排布。

所述的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，其中，所述螺线管表面与所述顶丝相对应处设有垫板，所述顶丝顶持在所述垫板表面。

所述的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，其中，所述垫板由所述螺线管的一端沿其轴向延伸至另一端。

所述的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，其中，所述螺线管中心还设有一沿其轴向延伸的内套桶，所述内套桶为无磁材料制备，所述线圈内圈与所述内套桶之间存有一定间隙。

所述的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，其中，所述端盖内表面设有与所述内套桶贯通的开口，所述开口处设有与所述内套桶套接的圆筒状接头。

所述的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，其中，所述所述内套桶为G10材料或无磁不锈钢材料制备。

所述的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，其中，所述垫板为无磁绝缘材料制备。

所述的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，其中所述外磁轭铁桶表面还设有用于所述线圈的引出线穿出的断口区，所述外磁轭铁桶外部还设有水冷散热装置，所述引出线穿过所述断口区与所述水冷散热装置的水管连通，利用循环水带走线圈通电后产生的热量。

本申请所给出的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，在聚焦螺线管的线圈与内套桶之间设置一可调节间隙，并在外磁轭铁桶表面设置从不同方向压紧线圈的多个顶丝，通过旋拧顶丝调整线圈组与外磁轭铁桶之间的位置关系，从而对二者同轴度进行微调，使得聚焦螺线管磁铁的机械中心与磁场中心一致。通过这样的设计，将聚焦螺线管的线圈变为可调式，在满足产品使用性能的同时，降低了聚焦螺线管磁铁的生产难度，提高了生产及实验的效率。

附图说明

图1为本申请实施例中，聚焦螺线管磁铁的整体结构示意图；

图2为本申请实施例中，聚焦螺线管磁铁的爆炸图

图3为本申请实施例中，单个线圈的结构示意图；

图4为本申请实施例中，线圈组的结构示意图；

图5为本申请实施例中，聚焦螺线管磁铁的截面图；

图6为图5中A-A向剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

本实施例所给出的线圈可调式聚焦螺线管磁铁如图1所示，包括聚焦螺线管磁铁本体1、位于本体1下方与其固定连接的支架2。如图2所示，本体1包括螺线管10、用于来容置螺线管10的外磁轭铁桶11、固定在外磁轭铁桶11两端的端盖12以及设置在外磁轭铁桶11表面的顶丝13。端盖12表面中心处设有开口121，螺线管10中心处还设有一个与开口121连通的内套桶14。端盖12内表面位于开口处还设有接头122，接头122呈圆筒状，其朝向内套桶14一端与内套桶14套接。如图3-图6所示，螺线管10包括多个线包100，线包100相互叠放，本实施例中的螺线管10由有12个线包100叠放组装而成，每个线包100共两层，每层16匝，由同一根导线绕制，螺线管10通电后产生的磁场可以将离子源出来的非对称性束流与加速器所需要的对称性接受度进行匹配。螺线管10的内圈与内套桶14之间存在一定间隙，顶丝13的端部穿过外磁轭铁桶11压在螺线管10表面，外磁轭铁桶11表面设有与顶丝13相适配的螺孔110，通过旋拧顶丝13可以调整螺线管10的位置，从而调节外磁轭铁桶11与线圈之间的同轴度，降-低中心与磁场中心的偏差。应当理解的是，本实施例中关于线包100数量及线圈层数、砸数的设定需要根据实际需要来设定。

进一步地，顶丝13沿外磁轭铁桶11轴向至少设置一组，为使得同一组的顶丝13作用在螺线管10表面的压力处于同一平面内，避免产生使螺线管偏转的空间力矩，本实施例中每组顶丝13均设置在外磁轭铁桶11表面同一圆周上。为使得螺线管10同轴度调整完毕后，不会因外力导致其沿径向产生移动，就需要同一圆周上的顶丝13将对螺线管10沿径向的自由度限定为零，这就需要每组顶丝13至少包括三个。而顶丝13如果只设置一组，顶丝对螺线管10表面的压力较大，容易造成螺线管10的损坏，且不利于维持螺线管10保持平衡状态。因而，本实施例如图6所示，顶丝13沿外磁轭铁桶11的轴向设置两组，两组顶丝13分别临近螺线管10的两端设置。每组包括位于外磁轭铁桶11表面同一圆周分布的四个顶丝13，四个顶丝13在同一圆周上呈中心对称分布性(四个顶丝13所在位置连线呈矩形，矩形对角线焦点为该圆周的圆心)，本实施例中的顶丝13分布方式如图6所示，在该圆周过圆心的竖直轴线及水平轴线的四个交点各设置一个顶丝13，且两组顶丝在圆周上的位置相同，即两组中对应的顶丝13沿螺线管10的轴向分布。

如图2所示，为避免顶丝13端部损伤螺线管10，在螺线管10表面与顶丝13相对应处还设有垫板111，垫板111由沿螺线管10一端沿其轴线延伸至另一端，顶丝13端部顶在垫板111表面，使得压力均匀分布在螺线管10的表面，避免螺线管10表面线圈的损伤。垫板111可以预先制备成型，然后固定在螺线管10表面，还可以直接采用G10材料(一种玻璃纤维与树脂碾压复合材料)浇筑在螺线管10表面，使得垫板111填充到线圈缝隙之间，与线圈表面充分接触，增加垫板111与螺线管10表面的受力面积，更好的将顶丝13的压力分散开来，减小螺线管10表面的磨损，增加设备的使用寿命。

如图2所示，外磁轭铁桶11外部设有水冷散热装置，螺线管10线圈的各接线穿过断口区112连接到一接线母排3上，该接线母排3上设有与外电源及其他电器元件连接的端子，以及与连接水冷散热装置的水管4连通的接头。水冷散热装置通过管路在螺线管10内部循环，将螺线管10通电后产生的热量及时带走，起到冷却的效果。

进一步地，如图3所示，本实施例中，为使得螺线管10有调整度的空间，螺线管10外表面与外磁轭铁桶11之间留存有4.5mm的间隙，螺线管10内表面与内套桶14之间存在2mm的间隙。根据物理对螺线管磁场的仿真计算结果，内套桶14应采用无磁绝缘材料制备，以免影响磁场分布。例如本实施例中的内套桶14采用G10材料(一种玻璃纤维与树脂碾压复合材料)制备，其具有较好的绝缘、耐腐蚀、耐摩擦及抗辐射的特性。在本申请其他实施例中，内套桶14还可以采用无磁不锈钢材料制备。同样的，垫板111采用G10材料制备。

本实施例中的内套筒14主要确保两个端盖12的同轴度，起到精确定位端盖的作用，在本申请其他实施例中，也可以不设置内套筒14。此外，如果需要增强螺旋管磁铁的磁场强度，也可以采用磁性材料制作内套筒14，其实起到铁芯的作用。

本申请所给出的线圈可调式聚焦螺线管磁铁，在聚焦螺线管的线圈与内套桶之间设置一可调节间隙，并在外磁轭铁桶表面设置从不同方向压紧线圈的多个顶丝，通过旋拧顶丝调整线圈组与内套桶之间的距离，从而对线圈同轴度进行微调，使得聚焦螺线管磁铁的机械中心与磁场中心一致。通过这样的设计，将聚焦螺线管的线圈变为可调式，在满足产品使用性能的同时，降低了聚焦螺线管磁铁的生产难度，提高了生产及实验的效率。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。