一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构及绕线方法

摘要

本发明公开了一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构及绕线方法，涉及磁体研制技术领域，其中，S型六极磁体半嵌槽式骨架结构包括：衬筒；绕线组件，绕线组件固定设置在衬筒上，且绕线组件靠近衬筒的一端，绕线组件设有三个，三个绕线组件以衬筒的中心轴呈环形阵列布设；第一挡板，相邻两个绕线组件之间均设置有一个第一挡板；第二挡板，第二挡板与相邻的第一挡板间隔设置，且每一个绕线组件所在的轴线上均设置有一个第二挡板，第二挡板与绕线组件之间存在间隙；其中，第二挡板为磁性件，第一挡板上与第二挡板对应的部分也为磁性件。本发明能够减小磁体的轴向长度，并实现磁体直线段的密绕，提高了电磁效率及线材利用率。

权利要求

1.一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构的绕线方法，其特征在于，所述绕线方法所采用的S型六极磁体半嵌槽式骨架结构包括：衬筒；

绕线组件，所述绕线组件具有多个绕线槽，所述绕线组件固定设置在所述衬筒上，且所述绕线组件靠近所述衬筒的一端，所述绕线组件设有三个，三个所述绕线组件以所述衬筒的中心轴呈环形阵列布设；

第一挡板，所述第一挡板沿所述衬筒的轴向固定设置在所述衬筒上，且相邻两个所述绕线组件之间均设置有一个所述第一挡板；

第二挡板，所述第二挡板沿所述衬筒的轴向固定设置在所述衬筒上，所述第二挡板与相邻的所述第一挡板间隔设置，且每一个所述绕线组件所在的轴线上均设置有一个所述第二挡板，所述第二挡板与所述绕线组件之间存在间隙；

其中，第一挡板沿其长度方向分为两个部分，第一部分为与绕线组件对应的区域，第二部分为与第二挡板对应的区域；所述第二挡板为磁性件，所述第一挡板上与所述第二挡板对应的部分也为磁性件；

所述绕线方法具体包括以下步骤：

其中，三个绕线组件分别为第一绕线组件、第二绕线组件和第三绕线组件；

将多层缆线的一端从第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板靠近第一绕线组件的一侧开始绕制，经第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板远离第一绕线组件的一端转向至该第一挡板的另一侧继续绕制，绕制经过第二绕线组件的最外侧并到达第二绕线组件和第三绕线组件之间的第一挡板，在第二绕线组件和第三绕线组件之间的第一挡板靠近第二绕线组件的一侧进行绕制，并经过该第一挡板远离第二绕线组件的一端转向至该第一挡板的另一侧继续绕制，绕制经过第三绕线组件的最外侧并到达第三绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板，在第三绕线组件和第一绕线组件之间的第一挡板靠近第三绕线组件的一侧进行绕制，并经过该第一挡板远离第三绕线组件的一端转向至该第一挡板的另一侧继续绕制，绕制经过第一绕线组件的最外侧并在第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板靠近第一绕线组件的一侧继续绕制，经第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板远离第一绕线组件的一端转向至该第一挡板的另一侧继续绕制，绕制经过第二绕线组件的次外侧绕线槽，以此类推，直至将第一绕线组件、第二绕线组件和第三绕线组件上的所有绕线槽均绕制完毕，最终从第一绕线组件与第一绕线组件对应的第二挡板之间的间隙结束并甩出多层缆线的端部。

2.根据权利要求1所述的S型六极磁体半嵌槽式骨架结构的绕线方法，其特征在于，所述绕线组件为多个间隔设置的阻挡条，且所述阻挡条长度由靠近所述第二挡板向远离所述第二挡板方向逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的S型六极磁体半嵌槽式骨架结构的绕线方法，其特征在于，所述阻挡条为弧形结构，且弧形结构的圆心位于所述第二挡板一侧。

4.根据权利要求2或3所述的S型六极磁体半嵌槽式骨架结构的绕线方法，其特征在于，所述第一挡板靠近所述阻挡条的一端超出最外侧所述阻挡条的端部。

5.根据权利要求1所述的S型六极磁体半嵌槽式骨架结构的绕线方法，其特征在于，所述第一挡板和第二挡板的侧壁均为倾斜设置，且所述第一挡板和第二挡板靠近所述衬筒的宽度均小于远离所述衬筒的宽度。

6.根据权利要求1所述的S型六极磁体半嵌槽式骨架结构的绕线方法，其特征在于，还包括出线盒，所述出线盒与所述衬筒固定连接。

说明书

一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构及绕线方法

技术领域

[0001] 本发明涉及磁体研制技术领域，更具体的说是涉及一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构及绕线方法。

背景技术

[0002] 六极磁体具有校正粒子的运动轨迹作用，在粒子对撞机，重离子加速器，以及质子、重离子治疗等基础研究与民生医用领域都有着重要应用；此外，六极磁体也是电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance，ECR)离子源中的重要组成部分，为ECR离子源内部的等离子体提供径向磁场约束。

[0003] 传统的六极磁体(跑道型，马鞍型等)的线圈端部由于均存在相邻反向应力问题，导致端部应力分布复杂，在使用传统六极磁体的ECR离子源中通常靠延长六极磁体的长度而减小磁体间的复杂作用力，导致ECR离子源磁体的结构不紧凑。S型六极磁体由于S型结构的新型设计可以克服传统六极磁体存在的相邻反向应力问题，还可以提供ECR离子源中所需的部分轴向磁场，因此使用S型六极磁体结构不仅可以提高积磁效率，磁体结构也更紧凑。但由于该新型S型六极磁体具有双向反角度绕制等技术问题，使该S型六极磁体的制作难度非常大。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构及绕线方法，旨在解决上述背景技术中S型六极磁体的制作难度大的问题，实现S型六极磁体的制作。

[0005] 为了实现上述目的，一方面，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构，包括：

[0007] 衬筒；

[0008] 绕线组件，所述绕线组件具有多个绕线槽，所述绕线组件固定设置在所述衬筒上，且所述绕线组件靠近所述衬筒的一端，所述绕线组件设有三个，三个所述绕线组件以所述衬筒的中心轴呈环形阵列布设；

[0009] 第一挡板，所述第一挡板沿所述衬筒的轴向固定设置在所述衬筒上，且相邻两个所述绕线组件之间均设置有一个所述第一挡板；

[0010] 第二挡板，所述第二挡板沿所述衬筒的轴向固定设置在所述衬筒上，所述第二挡板与相邻的所述第一挡板间隔设置，且每一个所述绕线组件所在的轴线上均设置有一个所述第二挡板，所述第二挡板与所述绕线组件之间存在间隙；

[0011] 其中，所述第二挡板为磁性件，所述第一挡板上与所述第二挡板对应的部分也为磁性件。

[0012] 进一步地，所述绕线组件为多个间隔设置的阻挡条，且所述阻挡条长度由靠近所述第二挡板向远离所述第二挡板方向逐渐增大。

[0013] 进一步地，所述阻挡条为弧形结构，且弧形结构的圆心位于所述第二挡板一侧。

[0014] 进一步地，所述第一挡板靠近所述阻挡条的一端超出最外侧所述阻挡条的端部。

[0015] 进一步地，所述第一挡板和第二挡板的侧壁均为倾斜设置，且所述第一挡板和第二挡板靠近所述衬筒的宽度均小于远离所述衬筒的宽度。

[0016] 进一步地，该S型六极磁体半嵌槽式骨架结构还包括出线盒，所述出线盒与所述衬筒固定连接。

[0017] 另一方面，本发明还提供了一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构的绕线方法，所述绕线方法利用上述所述S型六极磁体半嵌槽式骨架结构进行绕线，具体包括以下步骤：

[0018] 三个绕线组件分别为第一绕线组件、第二绕线组件和第三绕线组件；

[0019] 将多层缆线的一端从第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板靠近第一绕线组件的一侧开始绕制，经第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板远离第一绕线组件的一端转向至该第一挡板的另一侧继续绕制，绕制经过第二绕线组件的最外侧并到达第二绕线组件和第三绕线组件之间的第一挡板，在第二绕线组件和第三绕线组件之间的第一挡板靠近第二绕线组件的一侧进行绕制，并经过该第一挡板远离第二绕线组件的一端转向至该第一挡板的另一侧继续绕制，绕设经过第三绕线组件的最外侧并到达第三绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板，在第三绕线组件和第一绕线组件之间的第一挡板靠近第三绕线组件的一侧进行绕设，并经过该第一挡板远离第三绕线组件的一端转向至该第一挡板的另一侧继续绕制，绕制经过第一绕线组件的最外侧并在第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板靠近第一绕线组件的一侧继续绕制，经第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板远离第一绕线组件的一端转向至该第一挡板的另一侧继续绕设，绕设经过第二绕线组件的次外侧绕线槽，以此类推，直至将第一绕线组件、第二绕线组件和第三绕线组件上的所有绕线槽均绕制完毕，最终从第一绕线组件与第一绕线组件对应的第二挡板之间的间隙结束并甩出多层缆线的端部。

[0020] 经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构及绕线方法，通过将S型六极磁体半嵌槽式骨架结构设置成由衬筒、绕线组件、第一挡板和第二挡板组成的结构，通过三个绕线组件的设置，能够减小磁体的轴向长度，并实现磁体直线段的密绕，提高了电磁效率及线材利用率，同时为S型双向负角度弯曲磁体的端部提供支撑，通过该骨架结构制成的S型六极磁体由于其端部所受应力方向相同，可有效解决传统的六极磁体(跑道型，马鞍型等)的线圈端部相邻反向应力问题，以实现达到应力分布优化的效果，在ECR离子源中使用该S型六极磁体不仅提高了轴向场的积磁效率，还可以通过缩短六极磁体的长度，来改善六极磁体端部的应力分布，从而实现紧凑结构的ECR离子源磁体。

[0021] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0023] 图1为本发明提供的S型六极磁体半嵌槽式骨架结构的结构示意图；

[0024] 图2为本发明提供的S型六极磁体半嵌槽式骨架结构的左视图；

[0025] 图3为本发明提供的绕线组件的结构示意图；

[0026] 图4为本发明提供的S型六极磁体半嵌槽式骨架结构安装出线盒的结构示意图；

[0027] 图5为本发明提供的S型六极磁体半嵌槽式骨架结构上绕制有线圈的结构示意图。

[0028] 其中：1为衬筒；2为绕线组件；3为第一挡板；4为第二挡板；5为绕线槽；6为阻挡条；7为直线密绕制槽；8为出线盒。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 参见图1‑4，本发明实施例公开了一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构，包括：

[0031] 衬筒1；

[0032] 绕线组件2，绕线组件2具有多个绕线槽5，绕线组件2固定设置在衬筒1上，且绕线组件2靠近衬筒1的一端，绕线组件2设有三个，三个绕线组件2以衬筒1的中心轴呈环形阵列布设；

[0033] 第一挡板3，第一挡板3沿衬筒1的轴向固定设置在衬筒1上，且相邻两个绕线组件2之间均设置有一个第一挡板3；

[0034] 第二挡板4，第二挡板4沿衬筒1的轴向固定设置在衬筒1上，第二挡板4与相邻的第一挡板3间隔设置，且每一个绕线组件2所在的轴线上均设置有一个第二挡板4，第二挡板4与绕线组件2之间存在间隙；其中，第二挡板4为磁性件，第一挡板3上与第二挡板4对应的部分也为磁性件。

[0035] 需要说明的是，衬筒1为非导磁材料制成，可以铝合金等非磁性金属材料或者环氧树脂等非金属材质制成，衬筒1具体为空心环形柱体结构，第一挡板3和第二挡板4均设置有三个，三个第二挡板4分别与三个绕线组件2对应设置，即第二挡板4与绕线组件2位于衬筒1的同一轴线上，其中，三个第一挡板3和三个第二挡板4以衬筒1的中心轴呈环形阵列分布，在相邻的第一挡板3和第二挡板4之间形成直线密绕制槽7，其中第一挡板3沿其长度方向分为两个部分，第一部分为与绕线组件2对应的区域，第二部分为与第二挡板4对应的区域，第一挡板3的第一部分和第二挡板4均为铁磁材料制成的磁性件，第一挡板3的第二部分为非磁性件，体可以为由环氧树脂等非金属或者非磁性的金属材料制成，在绕线组件2与对应的第二挡板4之间形成的间隙也能够为后续绕设线圈提供绕线空间，即也形成一个绕线槽5结构，同时在绕线组件2远离第二挡板4的最外侧也形成一个绕线槽5结构，通过绕线组件2所形成的绕线槽5结构，能够引导线圈的走向，并将线圈紧密的排列在第一挡板3和第二挡板4之间形成的直线密绕制槽7内，进而实现了磁体直线段的密绕，提高了磁场强度及线材利用率，以及通过绕线组件2的设置能够减小磁体的轴向长度。

[0036] 在本实施例中，绕线组件2为多个间隔设置的阻挡条6，且阻挡条6长度由靠近第二挡板4向远离第二挡板4方向逐渐增大。

[0037] 其中，阻挡条6之间形成的间隙为绕线槽5，阻挡条6之间的间隙优选为与所要绕设线圈的宽度相等，且相邻阻挡条6在一端形成的长度差与所要绕设线圈的宽度相等，确保由绕线组件2绕设出来的线圈能够紧密的排列在由第一挡板3和第二挡板4之间形成的直线密绕制槽7内，例如，一个绕线组件2由m个阻挡条6形成，则该绕线组件2形成m+1个绕线槽5，除在相邻两个阻挡条6之间形成的m‑1个绕线槽5可以绕线，在阻挡条6最外侧也能够进行绕线，由最外侧的阻挡条6提供支撑作用，同时在最内侧的阻挡条6与对应的第二挡板4之间形成的间隙也能够进行绕线。

[0038] 在本实施例中，优选地，阻挡条6为弧形结构，且弧形结构的圆心位于第二挡板4一侧。将阻挡条6设置成弧形结构，即单个阻挡条6的外形结构为月牙形，即由月牙形的阻挡条6形成扇形结构的绕线组件2。

[0039] 在上述实施例中，第一挡板3靠近阻挡条6的一端超出最外侧阻挡条6的端部。通过该结构的设置，能够保证在利用最外侧的阻挡条6进行绕线时，第一挡板3也能够对线圈起到支撑作用，利用第一挡板3的侧壁作为基准，以实现线圈绕制后在由第一挡板3和第二挡板4之间形成的直线密绕制槽7内紧密排列。

[0040] 根据本发明的一些实施例，优选地，第一挡板3和第二挡板4的侧壁均为倾斜设置，且第一挡板3和第二挡板4靠近衬筒1的宽度均小于远离衬筒1的宽度。通过将第一挡板3和第二挡板4的侧壁设置成倾斜结构，能够对线圈起到限位作用，防止线圈从第一挡板3和第二挡板4上滑出。

[0041] 在上述实施例中，该S型六极磁体半嵌槽式骨架结构还包括出线盒8，出线盒8与衬筒1固定连接。通过出线盒8的设置，能够有效的对绕制完成的线圈进行固定，并将线圈的出线端顺利的从骨架结构上导出。

[0042] 参见图5，另一方面，本发明还提供了一种S型六极磁体半嵌槽式骨架结构的绕线方法，绕线方法利用上述S型六极磁体半嵌槽式骨架结构进行绕线，具体包括以下步骤：

[0043] 其中，三个绕线组件2分别为第一绕线组件、第二绕线组件和第三绕线组件；

[0044] 将多层缆线的一端从第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板3靠近第一绕线组件的一侧开始绕制，经第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板3远离第一绕线组件的一端转向至该第一挡板3的另一侧继续绕制，绕制经过第二绕线组件的最外侧并到达第二绕线组件和第三绕线组件之间的第一挡板3，在第二绕线组件和第三绕线组件之间的第一挡板3靠近第二绕线组件的一侧进行绕制，并经过该第一挡板3远离第二绕线组件的一端转向至该第一挡板3的另一侧继续绕制，绕制经过第三绕线组件的最外侧并到达第三绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板3，在第三绕线组件和第一绕线组件之间的第一挡板3靠近第三绕线组件的一侧进行绕制，并经过该第一挡板3远离第三绕线组件的一端转向至该第一挡板3的另一侧继续绕制，绕制经过第一绕线组件的最外侧并在第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板3靠近第一绕线组件的一侧继续绕制，经第一绕线组件和第二绕线组件之间的第一挡板3远离第一绕线组件的一端转向至该第一挡板3的另一侧继续绕制，绕制经过第二绕线组件的次外侧绕线槽5，以此类推，直至将第一绕线组件、第二绕线组件和第三绕线组件上的所有绕线槽5均绕制完毕，最终从第一绕线组件与第一绕线组件对应的第二挡板4之间的间隙结束并甩出多层缆线的端部。

[0045] 线圈绕制完成后，再制作导线/缆线接头焊接、真空环氧浸渍等步骤，最终完成S型六极磁体的制作。

[0046] 在本实施例中，利用三个绕线组件2和三个第一挡板3，能够将所要绕制的多层缆线呈S型绕制在S型六极磁体的骨架结构上，具体地，所要绕制的线圈为m层线圈，此实施例中m=4，组成每个绕线组件2的月牙形阻挡条6为n个，此实施例中n=16。利用16个阻挡条6，由最外侧的阻挡条6提供支撑作用，在阻挡条6最外侧进行绕线，在相邻的两个阻挡条6之间进行绕线，同时在最内侧的阻挡条6与对应的第二挡板4之间形成的间隙也能够进行绕线，最终形成17匝线圈，具体参见图5，图中显示出第1匝、第2匝和第17匝线圈的绕线结构关系，其余匝数线圈绕线依照此方式顺序进行，其余匝数线圈绕线在图5中并未示出。直线密绕制槽7的宽度为绕线槽5的（n+1）倍，通过绕线组件2的设置，能够实现多层缆线并行绕线，实现了在S型六极磁体线圈绕线中仅考虑轴向匝数的简化绕制，为具有双向反角度弯曲的六极磁体的制作提出一种解决方法，进而推动该类型磁体的发展，同时促进ECR离子源磁体紧凑结构及小型化的发展。

[0047] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0048] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。