[發明專利]一種矢量磁體結構

在審

• 申請號: 202010418744.0
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111554467A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 梅恩銘;吳巍;梁羽;陳玉泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H01F6/06
• 分類號: H01F6/06
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 劉美麗

1.一種矢量磁體結構，其特征在于，該磁體結構包括第一線圈、第二線圈和/或第三線圈；

所述第一線圈采用一對極頭沿X軸方向放置的DCT二極線圈，用以產生沿X軸方向分布的Bx矢量磁場；

所述第二線圈采用一對極頭沿Y軸方向放置的DCT二極線圈，用于產生沿Y軸方向分布的By矢量磁場，其中，所述第二線圈設置在所述第一線圈外側，使其空間上呈現所述第二線圈包覆所述第一線圈的結構；

所述第三線圈，用于產生沿Z軸方向分布的Bz矢量磁場；

其中，XYZ為笛卡爾坐標系，Z軸為所述DCT二極線圈的中心軸方向，所述DCT二極線圈極頭方向為Y軸，所述DCT二極線圈極間對稱面上垂直于Z軸的方向為X軸。

2.根據權利要求1所述的矢量磁體結構，其特征在于，所述第三線圈放置在所述第二線圈外側組成矢量磁體，空間結構上呈現套于所述第一線圈和第二線圈的線圈組合；

或者所述第三線圈與第一線圈和第二線圈同骨架，所述第三線圈在軸向加持所述第一線圈和第二線圈組成矢量磁體；

或者所述第三線圈內嵌于所述第一線圈內部組成矢量磁體。

3.根據權利要求2所述的矢量磁體結構，其特征在于，所述第三線圈采用螺管型磁體、跑道型磁體或馬鞍型磁體。

4.根據權利要求1所述的矢量磁體結構，其特征在于，所述DCT二極線圈包括由兩個單極線圈圍設成的筒式電磁線，所述筒式電磁線固化在骨架上形成筒式磁體結構，所述單極線圈之間串聯連接；其中，每一所述單極線圈包括間隔環繞設置的N匝電磁線圈，其中，N為整數，是設定的單極線圈的總電磁線匝數。

5.根據權利要求4所述的矢量磁體結構，其特征在于，所述筒式電磁線的電流密度J在環向分布近似呈cos(θ)的規律分布，即j_z＝j₀ cos(θ)，其中，j₀為通過電磁線橫截面內的電流密度，j_z為環向分布的等效電流密度Z分量，θ指以X軸為起始軸，繞Z軸逆時針旋轉的角度。

6.根據權利要求5所述的矢量磁體結構，其特征在于，所述筒式電磁線在環向的位置分布滿足流函數sin(θ)＝(i-1/2)/N，其中，i為電磁線序號，為{1，N}之間的任意整數。

7.根據權利要求6所述的矢量磁體結構，其特征在于，電流線角度分布θ_i＝Arcsin((i-1/2)/N)。

8.根據權利要求7所述的矢量磁體結構，其特征在于，所述筒式電磁線各匝的直邊段坐標為(Rcos(θ_i)，Rsin(θ_i)，z)，其中，R為電磁線在極坐標系下分布的半徑，筒式電磁線各匝連續要求的弧段其坐標z滿足流函數：

cos(π·(z-hl)/(2·he))·sin(θ)＝(i-1/2)/N，

其中，hl指直邊段長度的一半，he指線圈弧段在z方向的最大長度。

9.根據權利要求1所述的矢量磁體結構，其特征在于，所述DCT二極線圈可以多層嵌套組合實現功能增強需求，即采用多個同軸不同R的DCT二極線圈組合成具有設定磁場要求的磁體，多層組合DCT二極線圈可采用串聯或并聯連接加電，也可各自獨立加電，其中，R為電磁線在極坐標系下分布的半徑。

10.根據權利要求1～9任一項所述的矢量磁體結構，其特征在于，所述第一線圈、第二線圈和第三線圈均采用超導線纜制作；

或者，所述第一線圈、第二線圈和第三線圈均采用低導電性能的常規線纜制作。