[發明專利]一種多相繞組的偏轉掃描裝置及偏轉掃描系統

有效

• 申請號: 201810023162.5
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108305701B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 黃小東;韋壽祺;秦玉江;朱國坤;蔡樹立;費翔;黃國華;張建飛;覃胤鴻;陸葦;黃興泉
• 申請（專利權）人: 桂林獅達技術股份有限公司
• 主分類號: G21K1/093
• 分類號: G21K1/093
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明涉及一種多相繞組的偏轉掃描裝置及偏轉掃描系統，該偏轉掃描裝置呈軸對稱的喇叭狀或圓柱狀結構，其包括：鐵磁框架和偏轉掃描繞組；在鐵磁框架內側開有縱向延伸并沿圓周等分分布的2aw個線槽，由鐵磁框架內壁圍城的空腔構成偏轉掃描裝置的帶電粒子束通道；所述偏轉掃描繞組包括：w相繞組；每相繞組均對應地連接一相驅動電源單元。還涉及一種掃描系統，該偏轉掃描系統包括：偏轉掃描裝置、驅動電源單元、中央控制器。本發明的偏轉掃描裝置中，w相繞組的軸線在偏轉掃描裝置的橫截面上呈對稱分布，降低了帶電粒子束通道內磁感應強度的不均勻度，進而減少偏轉掃描裝置對帶電粒子束的附加散焦作用。

技術領域

本發明屬于帶電粒子束加工裝備的技術領域，尤其涉及一種多相繞組的偏轉掃描裝置及偏轉掃描系統。

背景技術

帶電粒子束加工制造裝備偏轉掃描裝置的功能是推動帶電粒子束在與其飛行方向垂直平面上移動，偏轉掃描裝置分電偏轉掃描裝置和磁偏轉掃描裝置。磁偏轉掃描裝置又分凸極形結構和隱極形結構，在帶電粒子束大廣角偏轉時隱極磁偏轉掃描裝置產生的附加散焦要小于凸極磁偏轉掃描裝置。軸對稱結構的隱極磁偏轉掃描裝置，如果每相繞組匝數密度沿橫截面圓周按正弦規律分布，那么該相繞組在掃描裝置橫截面中產生的合磁動勢位于該相繞組的軸線上，且橫截面內有效作用區域磁感應強度呈均勻分布，忽略隱極磁偏轉掃描裝置帶電粒子束出入口兩端磁感應強度邊緣效應，這種隱極磁偏轉掃描裝置接近理想偏轉掃描裝置，帶電粒子束穿過后幾乎仍然保持原有的聚焦狀態。

在工程實際中隱極磁偏轉掃描裝置每相繞組匝數密度沿橫截面圓周不可能嚴格按正弦規律分布，而是在有限槽數內按正弦規律量化分布。繞組量化分布的結果直接破壞了帶電粒子束通道內磁感應強度的均勻性，引起附加的散焦，且帶電粒子束離通道中心越遠散焦越嚴重。

從電路角度看磁偏轉掃描裝置繞組屬于感性負載，在直流或低頻時需要工作電壓較低，而高頻時需要工作電壓較高。如果直流供電電源電壓較低，將限制磁偏轉掃描裝置工作頻率提高；如果直流供電電源電壓較高，在低頻工作時，繞組驅動電路功耗較大及發熱嚴重，即磁偏轉掃描裝置寬頻工作受驅動電路功耗制約。

目前偏轉掃描裝置采用兩相對稱分布繞組實現帶電粒子束平面偏轉掃描。在電子束粉末床增材制造等裝備中兩相隱極磁偏轉掃描裝置要實現寬頻、大廣角偏轉掃描，碰到了由以上兩種因數造成的技術瓶頸。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有的兩相繞組偏轉掃描裝置存在偏轉掃描引起附加散焦較嚴重及偏轉掃描范圍、頻率范圍較窄等問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種多相繞組的掃描裝置，

該偏轉掃描裝置為呈軸對稱的喇叭狀或圓柱狀結構，所述偏轉掃描裝置包括：鐵磁框架和偏轉掃描繞組；在鐵磁框架內側開有縱向延伸沿圓周等分分布的2aw個線槽，以及由鐵磁框架內壁圍城的空腔構成的所述偏轉掃描裝置的帶電粒子束通道，其中a、w為整數,且a≥1，w≥3；

所述偏轉掃描繞組包括：w相繞組；在所述偏轉掃描裝置的橫截面上所述w相繞組的軸線呈對稱分布；

每相繞組均對應地連接一相驅動電路，通電后所述w相繞組在所述偏轉掃描裝置橫橫截面上產生垂直于帶電粒子束飛行方向的合磁動勢，所述合磁動勢產生正比的合磁感應強度，所述合磁感應強度驅動帶電粒子束在垂直于帶電粒子束飛行方向平面上移動。

上述的有益效果：所述偏轉掃描裝置，通過采用多相(大于2相)繞組，提高了帶電粒子束通道內磁感應強度均勻度。

進一步地，所述鐵磁框架由高頻導磁材料制成。

進一步地，當w為偶數時相鄰兩相繞組的軸線夾角為弧度角，當w為奇數時，相鄰兩相繞組軸線夾角為弧度角，且任一相繞組在任一個線槽中的分布匝數的計算公式為：