一种组合磁场线圈的实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及磁场线圈设计技术，特别是设及一种组合磁场线圈的实现方法。
【背景技术】
[0002] 在磁场线圈设计中，最重要的设计内容就是如何提供工作区的磁场均匀度。常规 的设计方法是对单组磁场线圈（对称的两个磁场线圈为一组）的磁场空间分布已偏离中屯、 点的距离为变量进行级数展开，然后根据磁场线圈均匀度的要求，令组合磁场线圈的低阶 项之和逐个为零，得到方程组。方程组的方程个数（即和为零的项数)根据组合磁场线圈的 边长比、间距比、应数比等参数的未知数个数决定。通过求解方程组，得到组合磁场线圈的 边长比、间距比、应数比等参数。运种设计方法得到的组合磁场线圈的均匀度虽然可W达到 理论最佳值，但也有两个明显缺点。一是解方程需要较高的数学技能，求解计算量也可能非 常大，许多工程技术人员可能不具备所需的数学技能;二是求解得到的边长比、间距比、应 数比等参数一般均为非整数量，实际工程中无法实现，使其失去实际工程意义。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种组合磁场线圈的实现方法，该方法能够采用工程容 易实现的组合磁场线圈的边长比、间距比、应数比等参数，获得满足磁场均匀度要求的组合 磁场线圈。
[0004] 为了达到上述目的，本发明的技术方案为:一种组合磁场线圈的均匀区实现方法， 包括如下步骤：
[0005] 步骤一、组合磁场线圈包括第一线圈A和第二线圈B，A和B同轴放置:预先确定A的 直径为2ai，A的线圈间距为2di，A的应数为wi，B的直径为2a2，B的线圈间距为2d2，B的应数为 W2；
[0006] 所述均匀区为半径为R的圆形区域，其圆屯、位于A和B的中屯、轴线上；
[0007] 步骤二、在均匀区内，A和B的中屯、轴线上分别选取n+2个偏离点，其中n巧个偏离点 与中屯、点的距离分别为
；第一线圈A的各偏离点的 线圈常数分别为Kb1,0、Kb1,1、Kb1,2、……、KBl,n、KBl,n+l，第二组线圈B的各偏离点的线圈常数为 Kb2,0、Kb2,1、Kb2,2、……、KB2,n、KB2,n+l;其中每个线圈常数均为
的函数；
[000引步骤S、所述第一线圈A的各偏离点的线圈常数差值为(KKBia-KBLoaBi.s-KBLo、……、时1,。-时1,日、时1如广时1,日；所述第二线圈6的各偏离点的线圈常数差值为0、扣2,广 Kb2，0、Kb2，2-Kb2，0、......、Kb2，n-Kb2，0、Kb2，n+1-Kb2，0 ;
[0009] 令组合后的磁场线圈各点的线圈常数梯度为零，获得如下n+1个方程：
[0010] (Kbi，i-Kbi，o) + (Kb2，i-Kb2,o)二0;
[0011] (Kbi，2-Kbi，o) + (Kb2,2-Kb2,o)二 0;
[0012]……
[0013] (KBl,n-KBl,〇) + (KB2,n-KB2,〇)=0；
[0014] 化 Bl,n+广 KBl,0) + (KB2,n+广 Kb2,0)=0;
[0015] 运（n + 1)个方程均只包含两个变量wi、W2,计算得到（n + 1)个
的值，分别为
[0016] 将上述（n+1 )个
的平均值作为组合磁场线圈的实际应数比值，即
[0017] 步骤四、根据：
的值，设置第一线圈A和第二线圈B的线圈应数比例；当
值为正 数时，将A和B同向串连;当
值为负数时，将A和B反向串连；
[0018] 通过等比例的放大或减少wi、W2,得到不同线圈常数大小的组合磁场线圈。
[0019] 进一步地，n取值为10。
[0020] 有益效果：
[0021] 本发明先根据实际工程需求，确定工程中容易实现的组合磁场线圈的边长比、间 距比等长度量的值;然后分别计算单组磁场线圈的轴线上各点的线圈常数梯度分布，即轴 线上各点与中屯、点的线圈常数差值;再求运些差值的比值;最后根据运些比值确定组合磁 场线圈的应数比，由此仅采用工程容易实现的组合磁场线圈的边长比、间距比、应数比等参 数，就可W获得满足磁场均匀度要求的组合磁场线圈。
【附图说明】
[0022] 图1为组合磁场线圈的示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0024] -种组合磁场线圈的均匀区实现方法，包括如下步骤：
[0025] 步骤一、针对组合磁场线圈，包括第一线圈A和第二线圈B，A和B同轴放置，如图1所 示:预先确定A的直径为2ai，A的线圈间距为2di，A的应数为Wi，B的直径为2曰2，B的线圈间距 为2d2，B的应数为W2;
[0026] 均匀区为半径为R的圆形区域，其圆屯、位于A和B的中屯、轴线上；
[0027] 步骤二、在均匀区内，A和B的中屯、轴线上分别选取n+2个偏离点，其中n巧个偏离点 与中屯、点的距离分别为
点是为了考虑 10 %左右的工程设计余量。
[0028] 第一线圈A的各偏离点的线圈常数分别为Kbi,o、Kbi,i、Kbi,2、......、姑1,。、陆1,。+1，第二 组线圈B的各偏离点的线圈常数为Kb2,0、Kb2,1、Kb2,2、......、KB2,n、KB2,n+l ;其中每个线圈常数均 为
的函数。
[0029] 步骤S、第一线圈A的各偏离点的线圈常数差值为0、Kbi,广Kbi,o、Kbi,2-Kbi,o、……、 KBl,n_KBl, 0、KBl,nU_KBl, 0 ;第二线圈B的各偏罔点的线圈常数差值为0、Kb2, 1_Kb2,0、Kb2, 2-Kb2,0、......、Kb2 , n-Kb2,0、Kb2 , n+1-Kb2,0。
[0030] 令组合后的磁场线圈各点的线圈常数梯度为零，获得如下n+1个方程：
[0031] (Kbi,I-Kbi,o) + (Kb2,i-Kb2,o)=0；
[0032] (Kbi,2-Kbi,o) + (Kb2,2-Kb2,o)=0；
[0033] ……
[0034] 化 Bl,n-KB1,0) +化 B2,n-KB2,0)=0;
[00；35 ]化Bl, n+广Kbi , 0 ) + 化B2, n+广Kb2,0 ) = 0;
[0036] 运（n + 1)个方程均只包含两个变量W1、W2,计算得到（n + 1)个
的值，分别为
[0037] 将上述（n+1 )个
的平均值作为组合磁场线圈的实际应数比值，即
[0038] 步骤四、根据
的值，设置第一线圈A和第二线圈B的线圈应数比例；当
值为正 数时，将A和B同向串连;当
值为负数时，将A和B反向串连；
[0039] 通过等比例的放大或减少wi、W2,得到不同线圈常数大小的组合磁场线圈。
[0040] 本实施例中，n值太小会影响计算结果，太大则无实际意义，一般取n = 10左右。
[0041] 综上，W上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种组合磁场线圈的均匀区实现方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、组合磁场线圈包括第一线圈A和第二线圈B，A和B同轴放置:预先确定A的直径 为2ai，A的线圈间距为2cU，B的直径为2a2，B的线圈间距为2d2，当A的匝数为 W1，B的匝数为W2 时； 所述均匀区为半径为R的圆形区域，其圆心位于A和B的中心轴线上； 步骤二、在均匀区内，A和B的中心轴线上分别选取n+2个偏离点，其中n+2个偏离点与中 12 ΤΙ μ J-1 心点的距离分别为0、一i?、一iK ······、一！、：戈；第一线圈Α的各偏离点的线圈 η η ? η 常数分别为Κβχ^Κβ^Κβμ、……、&1,"、1(队11+1，第二组线圈8的各偏离点的线圈常数为1(私 0、 ΚΒ2,1、ΚΒ2,2、......、ΚΒ2,η、ΚΒ2, η+1;其中每个线圈常数均为;^的函数； η'2 步骤三、所述第一线圈Α的各偏离点的线圈常数差值为(ΚΚβμ-Κμ,^Κβ^-Κμ,ο、……、 ^，。-^，?、^^-"，(^所述第二线圈郎勺各偏离点的线圈常数差值为。、!^,!-!^,。、!^：^- ΚΒ2,0、......、ΚΒ2, η-ΚΒ2,0、ΚΒ2, η+1_ΚΒ2，0 ; 令组合后的磁场线圈各点的线圈常数梯度为零，获得如下η+1个方程： (Kb1，1-Kb1，Q) + (Kb2，1-Kb2，Q) = 0; (Kb1，2-Kb1，Q) + (Kb2,2-Kb2，Q) = 0 ; (Κβ1,π-Κβ1,〇) + (Κβ2,π-Κβ2,〇) = 0 ； (KBl，n+l-KBl，Q) + (KB2，n+l-KB2，Q) =0 ; 这（n + l)个方程均只包含两个变量W1、W2，计算得到（n + l)个^的值，分别为W2. 将上述(η+1)个^的平均值作为组合磁场线圈的实际匝数比值，即 w2W, W, 步骤四、根据#的值，设置第一线圈A和第二线圈B的线圈匝数比例；当&值为正数时， w, 将A和B同向串连;当&值为负数时，将A和B反向串连； 通过等比例的放大或减少W1、w2,得到不同线圈常数大小的组合磁场线圈。2. 如权利要求1所述的一种合磁场线圈的均匀区实现方法，其特征在于，所述η取值为 10。
【专利摘要】本发明公开了一种组合磁场线圈的均匀区实现方法，包括如下步骤：组合磁场线圈包括第一线圈A和第二线圈B，A和B同轴放置：预先确定A和B的直径、线圈间距、匝数；二者形成的均匀区为半径为R的圆形区域，其圆心位于A和B的中心轴线上；在均匀区内A和B的中心轴线上分别选取n+2个偏离点，计算A和B的各偏离点的线圈常数差值；令组合后的磁场线圈各点的线圈常数梯度为零，获得(n+1)个A的匝数和B的匝数比值的平均值作为组合磁场线圈的实际匝数比值；根据该比值，设置A和B的线圈匝数比例；通过等比例的放大或减少A和B的线圈匝数，得到不同线圈常数大小的组合磁场线圈。使用该方法能够容易获得满足磁场均匀度要求的组合磁场线圈。
【IPC分类】H01F7/02
【公开号】CN105632680
【申请号】CN201610180235
【发明人】程华富, 李享, 翟晶晶, 蔡传真
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一〇研究所
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月28日