专利名称：能产生磁多极场的线圈的制作方法
技术领域：
本实用新型属于磁多极场线圈的技术领域。
磁多极场随着科学技术的发展，被人们广泛地重视，研究该磁场的物理性质是十分有意义的，这些磁场在生产实践中得到了应用。例如，磁二极场，就是人们所说的磁偏转场，磁偏转系统装置在电子离子束器件中起着重要的作用，电视机中偏转线圈的性能好坏决定电视机图象的质量。用磁四极、磁六极、磁八极系统来矫正球差、色差和轴上像散是一条最有希望的途径。这些磁多极场除需要理论计算，设计制造成器件，还要测试这些器件的磁场分布，了解它们是否满足设计的要求和存在的问题。中华人民共和国1989年度国家发明奖项目之一“双线圈回归法偏转磁场测量及精度自检验系统”中提出“环形标准线圈”作为检验偏转磁场测量仪的测量精度。
本实用新型的目的是这种能产生磁多极场的线圈，可由理论计算场的分布和中心的磁场強度，该线圈可作为一种标准线圈，来检验磁测仪的测量精度。
本实用新型的内容是我们所设计的能产生磁多极场的线圈，首先由机床加工线圈的骨架，在不同方位角刻槽。然后在这些导线槽内布线，使之满足磁多极场的要求。这种线圈即满足理论设计又易于绕制。
一.磁多极场是由几个对称地放置在方位角方向上具有一定磁位的磁极所构成的非旋转对称场。每个磁极由两组平行导线和两组平行的圆弧导线相连接构成，形状为马鞍形，见
图1。本实用新型所述的能产生磁多极场的线圈是在0方向上对称放置2N个磁极，而且磁位有N个对称面和N个反对称面。为了叙述方便又不失普遍性，将2N个磁极在柱坐标系放置，使θ＝0时磁位为一个反对称面。每个磁极的两组平行导线与Z轴平行、两组圆弧导线对圆心的张角为π／N－δ，0≤δ＜π／N，N＝1；2；3；……；10。N＝1时，为磁二极场，即偏转磁场。N＝2时，为磁四极场。N＝3时，为磁六极场。依次类推。所有的圆弧导线对圆心的半径相同均为R，R＝5mm至200mm。平行导线的长度相同均为L，L＝0.1至4倍的R。该导线可以是单匝或多匝，但同一个能产生磁多极场的线圈间的各磁极导线匝数均相同。
二.根据上述原理，能产生磁多极场的线圈每个磁极可用多个圆弧导线，对应的张角分别为π／N－δ1；π／N－δ2；……；π／N－δm，m为正整数，圆弧导线对圆心的半径相同均为R，平行导线的长度相同均为L，各磁极的导线分布相同。
三.为了支承该导线，可用无磁性非金属材料作为线圈的骨架。制作时先确定参数N；π／N－δ或π／N－δ1、π／N－δ2、……、π／N－δm；m；R；L；导线的直径和匝数。线圈的骨架呈圆筒形状，内径d≤2(R－B)，B为骨架支承壁的厚度，外径D＝2(R＋C)，C为导线槽深度，导线槽的宽度为S，根据导线的直径和匝数确定S和C的尺寸，导线槽在该圆筒的外壁，每个磁极按π／N－δ或π／N－δ1、π／N－δ2、……、π／N－δm的角度值进行分布。我们采用的材料为有机玻璃。
四.为了使同一个线圈骨架可以绕制不同的磁多极场线圈当R、L、B、C、S确定后，可按角度为5°度在该圆筒的外壁上均分加工导线槽为了确定磁多极场线圈的几何中心位置，在该线圈骨架的端口配置一副圆板材料为有机玻璃，在圆板上刻有“米”字形图案即按45°度角均分刻线，并使“米”字形的中心与圆板的圆心重合，如图2。使用时“米”形刻线与磁多极场线圈的相应方位角对齐，故可在该线圈的骨架端口处刻制角度分布标志，另在磁多极场线圈的骨架外壁L／2的位置上按对称的角度上钻孔，孔径为0.5至5mm，这样通过对称孔确定该线圈中心位置。我们制作的线圈骨架几何尺寸为R＝30±0.1，L＝60±0.1，B＝6，C＝2，S＝0.3，单位为mm，在该骨架的外壁上按5°度均分加工导线槽，在骨架L／2位置上按90°度均分钻孔，孔径为1.5mm。如图3。
五.磁二极场线圈，可按R＝30mm，L＝60mm，圆弧导线对圆心的张角为π－δ，δ为0°至1°，导线为单匝或多匝制作。如图4。该张角也可分别为π、π－π／6制作。
上述两种磁二极场线圈是由两个磁极对称放置组成，我们称它为标准马鞍形偏转线圈。这类线圈可由理论公式计算磁场分布场参数，从而可计算磁场强度分布。
六.磁四极场线圈是由四个磁极对称放置组成，可按R＝30mm，L＝60mm，圆弧导线对圆心的张角为π／2－δ，δ为0°至1°，圆弧导线线可以是单匝或多匝。如图5。
七.磁六极场线圈是由6个磁极对称放置组成，可按R＝30mm，L＝60mm，圆弧导线对圆心的张角为π／3－δ，δ为0°到1°，导线可以单匝或多匝。如图6。
八.磁八极场线圈是由8个磁极对称放置组成，可按R＝30mm，L＝60mm，圆弧导线对圆心的张角为π／4－δ，δ为0°到1°，导线可以单匝或多匝。如图7。
上述磁四极、六极场、八极场的计算可参考Ximenji－ye，chen wen－xiong，optik57(1980)，259。
多匝马鞍形偏转线圈中心磁场強度及场参数的理论计算公式
BY(X，θ，Z)＝Hθ(Z)＋H2(Z)X2＋H4(Z)X4＋H6(Z)X6＋……Hθ(Z)、H2(Z)、H4(Z)、H6(Z)为场参数。
HM＝HO(O)为中心磁场強度。
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为分布函数。
P＝J－E，Q＝J＋E，J＝L／(2R)，E＝Z／RC1＝∑aicos(θi)，C3＝∑aicos(3θi)C5＝∑aicos(5θi)，C7＝∑aicos(7θi)∑是求和号 i＝1至m，m＝1，2，3，……。
ai为电流系数，θi＝δm／2
图1.鞍形线圈示意图。
图2.米字形圆板。E为圆板直径，F为圆板的厚度。
图3.磁多极场线圈骨架。
图4.磁二极场导线分布图。
图5.磁四极场导线分布图。
图6.磁六极场导线分布图。
图7.磁八极场导线分布图。
图1、3、4、5、6、7中采用XYZ直角坐标系，图中的“I”表示电流，箭头“→”表示电流的方向。
作为检验偏转磁场测量仪测量精度的“标准环形线圈”自1984年以后我们没有使用该线圈作为检验测量精度的标准，其原因是(1)在理论计算时环形线圈的内、外壁及端面的电流密度要一样，但实际绕制时是不可能的。
(2)绕制时对称性很难保证，故不宜做得准确。
本实用新型设计的磁多极场线圈的导线分布均由理论计算给出，按其分布由精密机床在骨架上铣出导线槽，其优点是(1)理论计算的导线分布与实际绕制基本一致。
(2)对称性可由导线槽加工精度保证，故容易绕制精确，并重复性好。
根据上述原理我们制作了0°度标准马鞍形偏转线圈，即张角为π的磁二极场线圈，用来标定偏转磁场测量仪的测量精度，作为检验该仪器测量精度的标准马鞍形偏转线圈在实际制作上满足理论设计要求，重复性好，得到用户单位的认可。我们还制作了磁四极、六极、八极场线圈，作为标准线圈用于科学实验中。
权利要求1.磁多极场线圈是由2N个对称放置在方位角上具有一定磁位的磁极所构成，每个磁极由两组平行导线和两组平行的圆弧导线相连接，形状为马鞍形，本实用新型的特征是，每个磁极的两组平行导线与该线圈的轴平行、两组圆弧导线对圆心的张角为π/N-δ或由多个圆弧导线对应的张角为π/N-δ1；π/N-δ2；……；π/N-δm，圆弧导线对圆心的半径相同均为R，R=5mm至200mm，平行导线的长度相同均为L，L=0.1至4倍的R，该导线可以是单匝或多匝，各磁极导线匝数相同、分布相同，这里的N=1，2，3，……，10。
2.一种多极场线圈的骨架，本实用新型的特征是用无磁性非金属材料，如用有机玻璃制作，形状呈圆筒，内径d≤2(R－B)，B为骨架支承壁的厚度，外径D＝2(R＋C)，C为导线槽的深度，导线槽的宽度为S是根据导线的直径和匝数来确定它的尺寸，导线槽在该圆筒的外壁分布，每个磁极的导线槽按π／N－δ或π／N－δ1；π／N－δ2；……；π／N－δm的角度值分布，这里的R值、导线槽的长度均与磁多极场线圈的R、L相同，在该线圈骨架的端口处配有一副圆板，在圆板上刻有米字形图案，在该线圈骨架的外壁L／2的位置上按对称角度上钻孔，孔径位0.5mm至5mm。
3.根据权利要求1所述的线圈，其特征是马鞍形偏转线圈，尺寸为R＝30mm，L＝60mm，圆弧导线对圆心的张角为π－δ，δ＝0°至1°，导线可单匝或多匝。
4.根据权利要求1所述的线圈，其特征是磁四极场线圈，尺寸为R＝30mm，L＝60mm，圆弧导线对圆心的张角为π／2－δ，δ＝0°至1°，导线可单匝或多匝。
5.根据权利要求1所述的线圈，其特征是磁六极场线圈，尺寸为R＝30mm，L＝60mm，圆弧导线对圆心的张角为π／3－δ，δ＝0°至1°，导线可单匝或多匝。
6.根据权利要求1所述的线圈，其特征是磁八极场线圈，尺寸为R＝30mm，L＝60mm，圆弧导线对圆心的张角为π／4－δ，δ＝0°至1°，导线可单匝或多匝。
7.根据权利要求2所述的线圈骨架，其特征是R＝30mm±0.1，L＝60mm±0.1，B＝6mm，C＝2mm，S＝0.3mm，按角度为5°度在圆筒的外壁均分加工导线槽，在圆筒的外壁L／2的位置上按角度90°度均分钻孔，孔径为1.5mm。
专利摘要本实用新型属于磁多极场线圈的技术领域。本实用新型设计了一种磁多极场线圈可作为标准器件用来检验磁测仪器的测量精度。该线圈是在骨架上按不同方位角的导线槽内布线，使之满足磁多极场的要求，这种线圈既满足理论设计又易于制造。我们制作了马鞍形偏转线圈作为检验偏转磁场测量仪测量精度的标准线圈，得到了用户认可。
文档编号H01F17/02GK2072720SQ9020383
公开日1991年3月6日 申请日期1990年3月29日 优先权日1990年3月29日
发明者孙克忱, 冯远明, 李国峰 申请人:南开大学, 天津大学