[发明专利]一种磁场发生装置及其制作方法

说明书

本发明公开了一种磁场发生装置及其制作方法，属于匀强磁场发生技术领域，包括U形框架，衔铁和三组方形亥姆霍兹线圈，两块衔铁对称设置在U形框架的两侧并能相对U形框架移动，衔铁的内端为锥形四棱柱磁头，衔铁由内向外依次绕有三组方形亥姆霍兹线圈，三组方形亥姆霍兹线圈分别为：一级方形亥姆霍兹线圈、二级方形亥姆霍兹线圈和三级方形亥姆霍兹线圈。本发明能够产生较高强度的匀强磁场区域，并且其制作方法简单可靠。

技术领域

本发明涉及一种磁场发生装置及其制作方法，属于匀强磁场发生技术领域。

背景技术

匀强磁场在物理理论分析和实验研究中起着重要的作用。目前，国内外普遍使用的匀强磁场发生装置有亥姆霍兹线圈和螺线管。无限长螺线管可以产生理想状态下的匀强磁场，但实际应用过程中螺线管长度总是有限的，导致其磁场的均匀性并不理想；而亥姆霍兹线圈结构简单、磁场区域大、而且均匀性高，相比于无线长螺线管，亥姆霍兹线圈更贴近于实际应用，但是亥姆霍兹线圈主要适用于弱磁场应用领域。

现有部分研究表明通过使用多个螺线管，并让每个螺线管具有独立的电流参数，可以使匀强磁场的范围得到增大，但其需计算的参数多，很大部分还依然只能根据经验数据和经验公式来选择计算，计算时间长，难以获得得高强度的匀强磁场发生装置。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种磁场发生装置及其制作方法，能够产生较高强度的匀强磁场区域，并且其制作方法简单可靠。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种磁场发生装置，包括U形框架，衔铁和三组方形亥姆霍兹线圈，两块衔铁对称设置在U形框架的两侧并能相对U形框架移动,衔铁的内端为锥形四棱柱磁头，衔铁由内向外依次绕有三组方形亥姆霍兹线圈，三组方形亥姆霍兹线圈分别为：一级方形亥姆霍兹线圈、二级方形亥姆霍兹线圈和三级方形亥姆霍兹线圈。

本发明技术方案的进一步改进在于：一级方形亥姆霍兹线圈、二级方形亥姆霍兹线圈和三级方形亥姆霍兹线圈均为两组，两组一级方形亥姆霍兹线圈、二级方形亥姆霍兹线圈和三级方形亥姆霍兹线圈两两相对称分布。

本发明技术方案的进一步改进在于：一级方形亥姆霍兹线圈、二级方形亥姆霍兹线圈和三级方形亥姆霍兹线圈的尺寸由内向外呈阶梯状逐渐增大。

本发明技术方案的进一步改进在于：一级方形亥姆霍兹线圈、二级方形亥姆霍兹线圈和三级方形亥姆霍兹线圈缠绕有绕组的线径长度相同。

本发明技术方案的进一步改进在于：U形框架和衔铁均为软磁材料。

本发明技术方案的进一步改进在于：磁场发生装置的制作方法，包括以下步骤：

A)、根据计算流程建立磁场发生装置数学计算模型并计算出一级方形亥姆霍兹线圈绕组匝数、间距和边长，二级方形亥姆霍兹线圈绕组匝数、间距和边长，三级方形亥姆霍兹线圈绕组匝数、间距和边长，方形亥姆霍兹线圈内电流强度；

B)、根据计算结果，确定U形框架总长度和总高度、确定衔铁内端锥形四棱柱磁头倾角α；

C)、将确定好尺寸的衔铁安装在选定的U形框架上并调整两个衔铁内端之间的距离，直至其等于磁场发生装置的额定工作气隙δ；

D)、将计算好绕组匝数与线圈间距的一级方形亥姆霍兹线圈、二级方形亥姆霍兹线圈和三级方形亥姆霍兹线圈由内向外依次缠绕在衔铁上。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述计算流程包括以下步骤：

步骤S1、给定基本参数，磁场发生装置的额定工作气隙δ，磁场发生装置额定线圈电压U，磁场发生装置中心区域额定磁场强度B，磁场发生装置额定线圈电压下中心区域吸力F，结合经验公式首先得出衔铁直径