本发明属于带电粒子束加工装备的技术领域，尤其涉及一种多相绕组的偏转扫描装置及偏转扫描系统。
背景技术：
带电粒子束加工制造装备偏转扫描装置的功能是推动带电粒子束在与其飞行方向垂直平面上移动，偏转扫描装置分电偏转扫描装置和磁偏转扫描装置。磁偏转扫描装置又分凸极形结构和隐极形结构，在带电粒子束大广角偏转时隐极磁偏转扫描装置产生的附加散焦要小于凸极磁偏转扫描装置。轴对称结构的隐极磁偏转扫描装置，如果每相绕组匝数密度沿横截面圆周按正弦规律分布，那么该相绕组在扫描装置横截面中产生的合磁动势位于该相绕组的轴线上，且横截面内有效作用区域磁感应强度呈均匀分布，忽略隐极磁偏转扫描装置带电粒子束出入口两端磁感应强度边缘效应，这种隐极磁偏转扫描装置接近理想偏转扫描装置，带电粒子束穿过后几乎仍然保持原有的聚焦状态。
在工程实际中隐极磁偏转扫描装置每相绕组匝数密度沿横截面圆周不可能严格按正弦规律分布，而是在有限槽数内按正弦规律量化分布。绕组量化分布的结果直接破坏了带电粒子束通道内磁感应强度的均匀性，引起附加的散焦，且带电粒子束离通道中心越远散焦越严重。
从电路角度看磁偏转扫描装置绕组属于感性负载，在直流或低频时需要工作电压较低，而高频时需要工作电压较高。如果直流供电电源电压较低，将限制磁偏转扫描装置工作频率提高；如果直流供电电源电压较高，在低频工作时，绕组驱动电路功耗较大及发热严重，即磁偏转扫描装置宽频工作受驱动电路功耗制约。
目前偏转扫描装置采用两相对称分布绕组实现带电粒子束平面偏转扫描。在电子束粉末床增材制造等装备中两相隐极磁偏转扫描装置要实现宽频、大广角偏转扫描，碰到了由以上两种因数造成的技术瓶颈。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：现有的两相绕组偏转扫描装置存在偏转扫描引起附加散焦较严重及偏转扫描范围、频率范围较窄等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多相绕组的扫描装置，
该偏转扫描装置为呈轴对称的喇叭状或圆柱状结构，所述偏转扫描装置包括：铁磁框架和偏转扫描绕组；在铁磁框架内侧开有纵向延伸沿圆周等分分布的2aw个线槽，以及由铁磁框架内壁围城的空腔构成的所述偏转扫描装置的带电粒子束通道，其中a、w为整数,且a≥1，w≥3；
所述偏转扫描绕组包括：w相绕组；在所述偏转扫描装置的横截面上所述w相绕组的轴线呈对称分布；
每相绕组均对应地连接一相驱动电路，通电后所述w相绕组在所述偏转扫描装置横横截面上产生垂直于带电粒子束飞行方向的合磁动势，所述合磁动势产生正比的合磁感应强度，所述合磁感应强度驱动带电粒子束在垂直于带电粒子束飞行方向平面上移动。
上述的有益效果：所述偏转扫描装置，通过采用多相(大于2相)绕组，提高了带电粒子束通道内磁感应强度均匀度。
进一步地，所述铁磁框架由高频导磁材料制成。
进一步地，当w为偶数时相邻两相绕组的轴线夹角为
zi,n＝λi,nz；
其中，λi,n为第i(i＝1,2,…,w)相绕组在第n(n＝1,2,…,2aw)槽中匝数系数，且当λi,n为负值时zi,n亦为负值表示绕组绕向相反，λmin为2aw槽中最小正匝数系数，zmin为对应λmin选定的最小正整数匝数，z为每相绕组匝数基准值，zi,n为第i相绕组在第n槽中匝数，且zi,n的绝对值按其计算值的绝对值四舍五入取整数。
本发明还涉及一种多相绕组的偏转扫描系统，包括：偏转扫描装置、中央控制器和驱动电源单元；所述偏转扫描装置中每相绕组均对应连接驱动电源单元中的一相驱动电路；每相驱动电路均与所述中央控制器连接；
所述中央控制器，用于将预设的带电粒子束偏转扫描轨迹依次分解成有限个偏转扫描点，并依次计算出各偏转扫描点分别对应w相绕组中每相绕组的分磁动势数值，同时依次根据各偏转扫描点的分磁动势数值发出相应的w相电压指令信号给对应的w相驱动电路；
所述驱动电源单元包括：w相驱动电路，每相驱动电路用于将其对应的一相电压指令信号转换成包含相电压指令幅值及其微分值信息的一相电流指令信号，并将所述一相电流指令信号进行线性放大；同时将根据所述一相电流指令信号放大后的相驱动电流提供给所述偏转扫描装置中与其对应连接的一相绕组。
本发明的有益效果：每相绕组驱动电路性能一致，偏转扫描装置的最大合磁动势随着相数w的增加而增加，则多相绕组扫描装置的扫描范围比双相绕组偏转扫描装置的扫描范围更宽；另外在扫描范围要求一致时，偏转扫描装置的每相驱动电流随着相数w的增加而减小，则在相驱动电路功率放大管功耗相同前提下，扫描装置相数w越多，其驱动电源单元的允许直流供电电压值越高，供电电压越高偏转扫描装置感性绕组的电流动态响应速度越快，即扫描速度越快。
进一步地，所述驱动电源单元还包括：一对直流供电电源e1和e2；
所述一对直流供电电源e1和e2相串联，用于输出正负对称电压值给所述w相驱动电路，且所述一对直流供电电源e1和e2的公共端接地。
进一步地，所述每相驱动电路均包括：指令输入电路、推挽放大电路、消振反馈电路、运算放大器ai；
所述指令输入电路一端与所述中央控制器连接，另一端与所述运算放大器ai负输入端连接；
所述推挽放大电路的控制端与控制电阻r6i的一端连接，所述推挽放大电路的正负电源输入端分别与所述一对直流供电电源e1和e2的正负极连接，所述推挽放大电路的输出端分别与所述消振反馈电路的一端和所述偏转扫描装置中对应相绕组的一端连接；
所述消振反馈电路的另一端与所述运算放大器ai的负输入端连接；所述运算放大器ai的输出端与控制电阻r6i的另一端连接；所述偏转扫描装置中对应相绕组的另一端与取样电阻r8i的非接地端连接，所述取样电阻r8i的另一端接地；
所述取样电阻r8i非接地端还与反馈电阻r7i的一端相接，所述反馈电阻r7i的另一端接至所述运算放大器ai的负输入端，所述运算放大器ai的正输入端与平衡电阻r3i的一端连接，所述平衡电阻r3i的另一端接地，所述运算放大器ai的正负电源输入端分别与所述一对直流供电电源e1和e2的正负极连接。
上述进一步地有益效果：相驱动电路就是为了保证流经相扫描绕组的电流跟随相电流指令信号线性变化，相电流指令信号是相电压指令信号及其变化率的组合，这样通过合理选择指令输入电路参数，可以抑制或消除电流频率变化引起的磁路损耗对扫描精度的影响，提高扫描精度。
附图说明
图1为本发明的一种多相绕组偏转扫描装置的结构剖视图；
图2为本发明的一种多相绕组偏转扫描装置的结构底视图；
图3为本发明的一种多相绕组偏转扫描装置的绕组轴线分布图；
图4为本发明的多相绕组偏转扫描系统的示意图；
图5为本发明的多相绕组偏转扫描装置的相驱动电路图；
图6为另一种多相绕组偏转扫描装置结构的剖视图；
图7为另一种多相绕组偏转扫描装置结构的底视图；
图8为本发明的另一种多相绕组偏转扫描装置的绕组轴线分布图。
附图：
1、偏转扫描装置，11、铁磁框架，12、偏转扫描绕组，12i、相绕组，2、驱动电源单元，2i、相驱动电路，2i1、指令输入电路，2i2、推挽放大电路，2i3、消振反馈电路，3、中央控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1和图2所示的，本发明实施例1提供的是一种4相绕组的偏转扫描装置1，所述偏转扫描装置1包括：铁磁框架11和偏转扫描绕组12；
所述铁磁框架11由高频导磁材料制造而成，呈轴对称的喇叭状结构，铁磁框架11内侧开有纵向延伸并沿圆周等分分布的24(a＝3,w＝4)个线槽，铁磁框架11内壁围成的空腔构成偏转扫描装置1的磁感应强度的有效作用空间，该空间即作为带电粒子束通过该偏转扫描装置1的飞行通道；
所述偏转扫描绕组12由漆包线绕制而成，偏转扫描绕组12由4相电气相互绝缘的绕组组成，在偏转扫描装置1横横截面上4相绕组的轴线呈对称分布，即各相绕组轴线相差
zi,n＝λi,nz；
其中，λi,n为第i(i＝1,2,3,4)相绕组在第n(n＝1,2,…,24)槽中的匝数系数，且当λi,n为负值时zi,n亦为负值表示绕组绕向相反，λmin为24槽中最小正匝数系数，λmin＝0.034074173711，zmin为对应λmin选定的最小正整数匝数，选定zmin＝2，z为每相绕组匝数基准值，z＝2÷0.034074173711≈58.7，zi,n为第i相绕组在第n槽中匝数，且zi,n的绝对值按其计算值的绝对值四舍五入取整数。
每相绕组12i均对应地连接驱动电源单元2中一相驱动电路2i，通电后所述4相绕组在所述偏转扫描装置1横截面上产生垂直于带电粒子束飞行方向的合磁动势，所述合磁动势产生正比的合磁感应强度，所述合磁感应强度驱动带电粒子束在垂直于带电粒子束飞行方向平面上移动。即带电粒子束从轴向通过偏转扫描装置1后，带电粒子束轴线偏移到偏转扫描装置1横截面上合磁感应强度的垂直方向上，偏移的锥度角与偏转扫描装置1横截面上合磁感应强度的幅值成正比。在其它参数相同工况下，带电粒子束的偏移位置坐标与所述合磁动势存在一一对应关系。
本发明实施例1还涉及一种4相绕组的偏转扫描系统，如图4所示，包括：偏转扫描装置1、中央控制器3和驱动电源单元2；所述偏转扫描装置1中每相绕组12i均对应连接驱动电源单元2中的一相驱动电路2i；每相驱动电路2i均与所述中央控制器3连接；
所述偏转扫描装置1为隐极式结构，包含4相绕组，第i相绕组与驱动电源单元2中对应的第i相驱动电路连接，i为1、2、3和4；所述偏转扫描装置1安装在带电粒子束发生器的带电粒子束出口端，带电粒子束经过偏转扫描装置1后产生偏转射出，最后射到工件的表面；
所述驱动电源单元2由4相驱动电路组成，每相驱动电路2i的结构与性能相同，相驱动电路2i用于将所述一相电压指令信号
所述中央控制器3，用于将预设的带电粒子束偏转扫描轨迹依次分解成有限个偏转扫描点，依次计算各偏转扫描点对应的4相绕组中每相绕组的分磁动势数值，并依次根据各偏转扫描点的分磁动势数值发出相应的4相电压指令信号
所述驱动电源单元2包含一对正负电源e1和e2以及4相驱动电路，所述一对直流供电电源e1和e2输出正负对称电压值，同时给4相驱动电路供电，即正电源e1的正极同时接至4相驱动电路的正输入端，负电源e2的负极同时接至4相驱动电路的负输入端，所述一对直流供电电源e1和e2公共端同时与4相驱动电路的地端相接。
所述4相驱动电路的电路结构及性能相同，相驱动电路2i的电路图如图5所示，相驱动电路2i由指令输入电路2i1、推挽放大电路2i2、消振反馈电路2i3、运算放大器ai、平衡电阻r3i、控制电阻r6i、反馈电阻r7i和取样电阻r8i组成。
所述指令输入电路2i1由电阻r2i与电容c1i串联后再与电阻r1i并联组成，指令输入电路2i1一端作为相电压指令信号
所述推挽放大电路2i2由n型功率管ni与p型功率管pi组成，n型功率管ni的c极与运算放大器ai正电源端相接，并接至正电源e1正极，p型功率管pi的c极与运算放大器ai负电源端相接，并接至负电源e2负极，n型功率管ni的b极与p型功率管pi的b极相接后经控制电阻r6i接至运算放大器ai的输出端，n型功率管ni的e极与p型功率管pi的e极相接后作为推挽放大电路2i2的输出端；
所述消振反馈电路2i3由电阻r4i与电阻容c2i并联后再与电阻r12i串联组成，消振反馈电路2i3一端接运算放大器ai的负输入端，另一端接推挽放大电路2i2的输出端；
所述对应相绕组12i的一端接推挽放大电路2i2的输出端，另一端经取样电阻r8i接至地端，取样电阻r8i上产生正比于对应相绕组12i励磁电流ii(t)的电压信号，该电压信号经反馈电阻r7i反馈至运算放大器ai的负输入端；
运算放大器ai正输入端经平衡电阻r3i接地。
所述相绕组12i用相绕组电感lsi与相绕组电阻rsi串联后再与相磁路损耗电阻rfi并联组成等效电路模拟其电气特性，其中相绕组电感lsi为相绕组12i分布式电感的集中体现，相绕组电阻rsi为相绕组12i导体分布式电阻的集中体现，相绕组电感lsi和相绕组电阻rsi可认为是线性元件，相磁路损耗电阻rfi是表征相绕组12i磁路损耗的一个虚拟参数，工作电流频率越高磁路损耗越大，因此相磁路损耗电阻rfi是一个非线性元件，其值与工作电流频率有关。
驱动电源单元2中的一相驱动电路2i，其接收所述中央控制器3发出的相电压指令信号
实施例2
如图6和图7所示的，本发明实施例2提供的是一种3相绕组的偏转扫描装置1，所述偏转扫描装置1包括：铁磁框架11和偏转扫描绕组12；
所述铁磁框架11由高频导磁材料制造而成，呈轴对称的圆柱状结构，铁磁框架11内侧开有纵向延伸并按圆周等分分布的24(a＝4,w＝3)个线槽，铁磁框架11内壁围成的空腔构成偏转扫描装置1的磁感应强度的有效作用空间，该空间即作为带电粒子束通过该偏转扫描装置1的飞行通道；
所述偏转扫描绕组12由漆包线绕制而成，偏转扫描绕组12由3相电气相互绝缘的绕组组成，在偏转扫描装置1横横截面上3相绕组的轴线呈对称分布，即各相绕组轴线相差
zi,n＝λi,nz；
其中，λi,n为第i(i＝1,2,3)相绕组在第n(n＝1,2,…,24)槽中的匝数系数，且当λi,n为负值时zi,n亦为负值表示绕组绕向相反，λmin为24槽中最小正匝数系数，λmin＝0.034074173711，zmin为对应λmin选定的最小正整数匝数，选定zmin＝2，z为每相绕组匝数基准值，z＝2÷0.034074173711≈58.7，zi,n为第i相绕组在第n槽中匝数，且zi,n的绝对值按其计算值的绝对值四舍五入取整。
每相绕组12i均对应地连接驱动电源单元2中一相驱动电路2i，通电后所述3相绕组在所述偏转扫描装置1横截面上产生垂直于带电粒子束飞行方向的合磁动势，所述合磁动势产生正比的合磁感应强度，所述合磁感应强度驱动带电粒子束在垂直于带电粒子束飞行方向平面上移动。即带电粒子束从轴向通过偏转扫描装置1后，带电粒子束轴线偏移到偏转扫描装置1横截面上合磁感应强度的垂直方向上，偏移的锥度角与偏转扫描装置1横截面上合磁感应强度的幅值成正比。在其它参数相同工况下，带电粒子束的偏移位置坐标与所述合磁动势存在一一对应关系。
本发明实施例2还涉及一种3相绕组12i的偏转扫描系统，如图4所示，包括：偏转扫描装置1、中央控制器3和驱动电源单元2；所述偏转扫描装置1中每相绕组12i均对应连接驱动电源单元2中的一相驱动电路2i；每相驱动电路2i均与所述中央控制器3连接；
所述偏转扫描装置1为隐极式结构，包含3相绕组，第i相绕组与驱动电源单元2中对应的第i相驱动电路连接；所述偏转扫描装置1安装在带电粒子束发生器的带电粒子束出口端，带电粒子束经过偏转扫描装置1后产生偏转射出，最后射到工件的表面；
所述驱动电源单元2由3相驱动电路组成，每相驱动电路2i的结构与性能相同，相驱动电路2i用于将其一相电压指令信号
所述中央控制器3，用于根据预设的带电粒子束偏转扫描轨迹，依次分解成有限个偏转扫描点，依次计算各偏转扫描点对应的3相绕组12i中每相绕组的分磁动势数值，并依次根据各偏转扫描点的分磁动势数值发出相应的3相电压指令信号
所述驱动电源单元2包含一对正负电源e1和e2以及3相驱动电路，所述一对直流供电电源e1和e2输出正负对称电压值，同时给3相驱动电路2i供电，即正电源e1的正极同时接至3相驱动电路2i的正输入端，负电源e2的负极同时接至3相驱动电路2i的负输入端，所述一对直流供电电源e1和e2公共端同时与3相驱动电路2i的地端相接。
所述3相驱动电路的电路结构及性能相同，并与实施例1中相驱动电路2i的电路完全相同，如图5所示。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。