CN108878093A - 一种产生均匀磁场的装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电磁场技术领域，尤其涉及一种产生均匀磁场的装置。所述装置包括：环形筒体和2N个相同的矩形线圈，其中，N≥2，N为自然数；所述线圈设置于所述环形筒体的外壁，所述线圈的绕制平面与所述环形筒体的外壁相对，所述线圈的侧边与所述环形筒体的轴线平行；在2N个所述线圈中，每N个所述线圈为一个线圈组，在每一个线圈组中，N个所述线圈之间的夹角相同；两个所述线圈组中的线圈一一对应，并且相互对应的两个线圈设置于环形筒体同一直径的两端。该装置具有结构简单、加工方便、生产效率高、生产成本低的特点。

Description

一种产生均匀磁场的装置

技术领域

本申请涉及电磁场技术领域，尤其涉及一种产生均匀磁场的装置。

背景技术

均匀磁场广泛应用于电磁加热等领域，是一个理想化的物理概念，指磁场内部的磁场强弱和磁场方向处处相同的磁场，其磁感线是一系列疏密间隔相同的平行直线。然而，在实际中，完全均匀的磁场是不存在的，在工业生产中所使用的均匀磁场内部，不同位置的磁场强弱和磁场方向是允许在一定范围内波动的。

目前，如图1所示，工业生产中常用的一种均匀磁场产生装置为圆弧鞍型线圈。该圆弧鞍型线圈的整体外形呈圆柱状，包括两个相同且相对设置的子线圈，每个子线圈均呈马鞍型。当给该圆弧鞍型线圈的每个子线圈施加相同大小及方向的直流电之后，该圆弧鞍型线圈相对的两个子线圈会产生各自的磁场。由于磁场强度是一个矢量，根据矢量运算法则，两个子线圈产生的磁场相互叠加之后，即可在该圆弧鞍型线圈中产生均匀磁场，该均匀磁场由一个子线圈指向另一个子线圈。

然而，圆弧鞍型线圈的结构复杂，线圈骨架很难加工，尤其是绕组绕制成圆弧鞍型的工艺更为复杂，一般绕线机根本无法绕制此类线圈，导致圆弧鞍型线圈的生产效率低，生产成本高，无法大规模生产。

发明内容

本申请提供了一种产生均匀磁场的装置，以解决现有的产生均匀磁场的装置加工难度大、生产效率低，生产成本高的问题。

一种产生均匀磁场的装置，包括：环形筒体和2N个相同的矩形线圈，其中，N≥2，N为自然数；

所述线圈设置于所述环形筒体的外壁，所述线圈的绕制平面与所述环形筒体的外壁相对，所述线圈的侧边与所述环形筒体的轴线平行；

在2N个所述线圈中，每N个所述线圈为一个线圈组，在每一个线圈组中，N个所述线圈之间的夹角相同；两个所述线圈组中的线圈一一对应，并且相互对应的两个线圈设置于环形筒体同一直径的两端。

可选的，所述线圈包括矩形骨架、绕组和固定孔；

所述矩形骨架的转角处为圆弧状；

所述矩形骨架的侧壁设有绕线凹槽，所述绕组设置于所述绕线凹槽的内部；

所述矩形骨架的中心设置有所述固定孔，所述固定孔的内壁上设有卡槽。

可选的，所述矩形骨架上设有减重孔，所述减重孔贯穿所述矩形骨架的上底面和下底面。

可选的，所述矩形骨架上设有第一螺纹孔，所述环形筒体的外壁上设有与所述第一螺纹孔对应的第二螺纹孔，通过螺栓、第一螺纹孔和第二螺纹孔将所述线圈固定于所述环形筒体的外壁。

可选的，所述环形筒体的外壁上设有至少两个固定环，所述固定环所在平面与所述环形筒体的轴线垂直；所述固定环上设有所述第二螺纹孔。

可选的，所述固定环上设有安装平台，用于安装所述线圈。

可选的，所述线圈焊接于所述环形筒体的外壁。

可选的，每一个线圈组对应的圆心角为90～150°之间。

可选的，所述绕组的材质为普通导线或者超导线。

可选的，所述矩形骨架的材质为无磁金属。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

与现有技术相比，本申请实施例提供的产生均匀磁场的装置包括环形筒体和2N个相同的矩形线圈，该矩形线圈绕制方便，使用普通的绕线机即可完成对矩形线圈的绕制。将矩形线圈绕制结束之后，将其按照预先设定的分布位置安装于环形筒体的外壁即可完成该装置的制造，加工非常方便、生产效率高且生产成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为圆弧鞍型线圈的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的种产生均匀磁场的装置的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的线圈的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的固定横梁的结构示意图。

附图标记说明：

1、环形筒体；2、线圈；21、矩形骨架；22、绕组；23、固定孔；24、减重孔；25、第一螺纹孔；26、第二螺纹孔；27、固定环；28、安装平台；29、固定横梁。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

请参阅图2，本申请实施例提供的一种产生均匀磁场的装置的结构示意图。该装置包括：环形筒体1和2N个相同的矩形线圈2，其中，N≥2，N为自然数。

该线圈2设置于环形筒体1的外壁，该线圈2的绕制平面与环形筒体1的外壁相对，该线圈2的侧边与环形筒体1的轴线平行。在2N个线圈2中，每N个线圈2为一个线圈组，在每一个线圈组中，N个线圈2之间的夹角相同；两个线圈组中的线圈2一一对应，并且相互对应的两个线圈2设置于环形筒体1同一直径的两端。

该环形筒体1为薄壁筒体。若环形筒体1的壁厚过大，将会影响环形筒体1内部磁场分布的均匀性，若环形筒体1的壁厚过小，装置整体的刚度无法得到保证，易产生形变。环形筒体1的壁厚数值具体根据环形筒体1直径的大小确定，本申请实施例对其具体数值不进行限制。

需要说明的是，相同的矩形线圈2是指线圈2本身的参数完全相同，以及流经线圈2的电流相同。具体地，线圈2本身的参数完全相同包括每一个线圈2的绕组22匝数相同、绕组22材质相同、绕组22直径相同、线圈2尺寸大小相同等。流经线圈2的电流相同包括流经每一个线圈2的电流大小相同，电流方向相同等。以相对设置于环形筒体1同一直径两端的两个线圈2为例，电流方向相同是指两个线圈2中的电流均绕该直径顺时针或者逆时针流动。

在本申请实施例中，该线圈2的数量至少为四个才能在环形筒体1的内部形成均匀磁场。其具体数值根据环形筒体1的外径大小、所需均匀磁场的磁场强度等因素确定，本申请对其具体数值不进行限定。

示例性的，如图2所示，当线圈2的数量为六个时，每一个线圈组的三个线圈2分别设置在环形筒体1的上下两侧。可以理解的是，每一组线圈2构成的整体轮廓可类比于圆弧鞍型线圈2的一个子线圈，整体的线圈2结构可类比于圆弧鞍型线圈，因此，在上述六个线圈2的共同作用下，在环形筒体1的内部能够产生与圆弧鞍型线圈2相类似的均匀磁场。

在本申请实施例中，线圈2的总数量必须是偶数个。以图2所示方位为例，如果该线圈2的数量为奇数个，例如5个。此时，有三个线圈2位于环形筒体1的外壁的上侧，有两个线圈2位于环形筒体1的下侧，那么位于环形筒体1上下两侧的线圈2将无法相互一一对应，上下两侧的线圈2形成的磁场将存在较大差异，无法通过叠加形成均匀磁场。

另外，该线圈2设置于该环形筒体1的外壁，该线圈2的绕制平面与该环形筒体1的外壁相对，该线圈2的侧边与该环形筒体1的轴线平行。这样的设置方法能够保证相对应的两个线圈2所述产生的磁场均沿其所在的直径方向，并最终产生一个均匀磁场。

由于通电导线周围产生的磁场与距离通电导线的距离有较大的关系，距离越大，磁场强度越弱。因此，每一个线圈组中的N个线圈2之间的夹角相同能够保证线圈2之间的相互距离相同，以图2所示方向为例，有助于形成左右对称的均匀磁场。

本申请实施例提供的矩形线圈2绕制方便，使用普通的绕线机即可完成对矩形线圈2的绕制。将矩形线圈2绕制结束之后，将其按照预先设定的分布位置安装于环形筒体1的外壁即可完成该装置的制造。由此可见，相比于圆弧鞍型线圈2，本申请实施例提供的产生均匀磁场的装置加工非常方便、生产效率高且生产成本低。

可选的，请参阅图3，本申请实施例提供的矩形线圈2的结构示意图。该矩形线圈2包括矩形骨架21、绕组22和固定孔23。

该矩形骨架21的转角处为圆弧状。由于导线(也称为绕组22)通常较细，且绕制的圈数较多，绕制较为紧密，直角状的棱边容易在线圈2绕制的过程中或者线圈2长期使用的过程中造成绕组22磨损。圆弧状的转角则能够避免上述问题。另外，本申请实施例对该圆弧状的转角的具体大小不进行限制，R＝10mm、R＝15mm、R＝20mm等均可，具体根据矩形骨架21的大小确定。

该矩形骨架21的侧壁设有绕线凹槽，该绕组22设置于该绕线凹槽的内部。该绕线凹槽能够起到固定绕组22的作用，避免绕组22在绕制和使用的过程中散落。

该矩形骨架21的中心设置有固定孔23，该固定孔23的内壁上设有卡槽。该固定孔23用于安装在绕线机的转轴上。

在一种可能的实现方式中，为了防止矩形骨架21与绕线机转轴之间有相对运动，转轴上通常设有一凸起，因此，在固定孔23的内壁上设置一个与该固定凸起对应的卡槽。在绕制线圈2的过程中，该凸起与卡槽相互卡接，起到固定矩形骨架21的作用。

在另一种可能的实现方式中，绕线机的转轴为多边形转轴，如正六边形。此时，将该固定孔23也设置为与该转轴匹配的多边形状。在绕制线圈2的过程中，该固定孔23与该转轴相互卡接，起到固定矩形骨架21的作用。

可选的，在本申请实施例中，该矩形骨架21上设有减重孔24，该减重孔24贯穿该矩形骨架21的上底面和下底面。该减重孔24不仅能够减轻矩形骨架21自身的重量，而且还能够节约矩形骨架21的制造材料，达到降低成本的目的。

在一种可能的实现方式中，该线圈2通过螺栓固定在环形筒体1的外壁。具体的，该矩形骨架21上设有第一螺纹孔25，该环形筒体1的外壁上设有与该第一螺纹孔25对应的第二螺纹孔26，通过螺栓、第一螺纹孔25和第二螺纹孔26即可将该线圈2固定于该环形筒体1的外壁，便于拆卸、安装和调节。

由于环形筒体1的外壁较薄，直接在环形筒体1的外壁上设置第二螺纹孔26可能会导致第二螺纹孔26的深度较浅，无法充分固定线圈2。因此，如图2所示，本申请实施例在该环形筒体1的外壁上设有至少两个固定环27，并将第二螺纹孔26设置在固定环27上。

该固定环27所在平面与该环形筒体1的轴线垂直，该固定环27增加了环形筒体1的壁厚，进而增加了第二螺纹孔26的深度，有利于将线圈2紧固在环形筒体1的外壁。另外，该固定环27的数量可以为3个、4个等，具体根据环形筒体1的宽度和线圈2的长度确定，本申请对其不进行限制。

此外，如图4所示，两个固定环27之间可设置固定横梁29，并在该固定横梁29上设置第二螺纹孔26，以便于进一步固定线圈2。

可选的，该固定环27上设有安装平台28，用于安装该线圈2。在安装的过程中，先将线圈2放置于该安装平台28上，将其位置进行初步固定，随后再使用螺栓将其固定在环形筒体1的外壁，提高了安装的便捷程度。

在另一种可能的实现方式中，该线圈2焊接于该环形筒体1的外壁。焊接的固定方法有利于简化装置整体的结构，并且提高线圈2固定的牢固程度。

可选的，在本申请实施例中，每一个线圈组对应的圆心角在90～150°之间。以图2所示的线圈组为例，该线圈组包括3个依次排列在环形筒体1外壁的线圈2，三个线圈2恰好位于一个圆弧上，该圆弧对应圆心角即为该线圈组对应的圆心角。

可选的，该绕组22的材质为普通导线或者超导线。由普通导线绕制而成的线圈2适用于常温工作，而由超导线绕制而成的线圈2适用于在低温下工作。

可选的，该矩形骨架21的材质为无磁金属，如304不锈钢、铝合金等。无磁金属不仅经久耐用，而且不会被线圈2产生的磁场磁化，因此，不会对该环形筒体1内部的均匀磁场产生负面影响。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种产生均匀磁场的装置，其特征在于，包括：环形筒体(1)和2N个相同的矩形线圈(2)，其中，N≥2，N为自然数；

所述线圈(2)设置于所述环形筒体(1)的外壁，所述线圈(2)的绕制平面与所述环形筒体(1)的外壁相对，所述线圈(2)的侧边与所述环形筒体(1)的轴线平行；

在2N个所述线圈(2)中，每N个所述线圈(2)为一个线圈组，在每一个线圈组中，N个所述线圈(2)之间的夹角相同；两个所述线圈组中的线圈(2)一一对应，并且相互对应的两个线圈(2)设置于环形筒体(1)同一直径的两端。

2.根据权利要求1所述的产生均匀磁场的装置，其特征在于，所述线圈(2)包括矩形骨架(21)、绕组(22)和固定孔(23)；

所述矩形骨架(21)的转角处为圆弧状；

所述矩形骨架(21)的侧壁设有绕线凹槽，所述绕组(22)设置于所述绕线凹槽的内部；

所述矩形骨架(21)的中心设置有所述固定孔(23)，所述固定孔(23)的内壁上设有卡槽。

3.根据权利要求2所述的产生均匀磁场的装置，其特征在于，所述矩形骨架(21)上设有减重孔(24)，所述减重孔(24)贯穿所述矩形骨架(21)的上底面和下底面。

4.根据权利要求2或3所述的产生均匀磁场的装置，其特征在于，所述矩形骨架(21)上设有第一螺纹孔(25)，所述环形筒体(1)的外壁上设有与所述第一螺纹孔(25)对应的第二螺纹孔(26)，通过螺栓、第一螺纹孔(25)和第二螺纹孔(26)将所述线圈(2)固定于所述环形筒体(1)的外壁。

5.根据权利要求4所述的产生均匀磁场的装置，其特征在于，所述环形筒体(1)的外壁上设有至少两个固定环(27)，所述固定环(27)所在平面与所述环形筒体(1)的轴线垂直；所述固定环(27)上设有所述第二螺纹孔(26)。

6.根据权利要求5所述的所述的产生均匀磁场的装置，其特征在于，所述固定环(27)上设有安装平台(28)，用于安装所述线圈(2)。

7.根据权利要求1所述的产生均匀磁场的装置，其特征在于，所述线圈(2)焊接于所述环形筒体(1)的外壁。

8.根据权利要求1所述的产生均匀磁场的装置，其特征在于，每一个所述线圈组对应的圆心角为90～150°之间。

9.根据权利要求2所述的产生均匀磁场的装置，其特征在于，所述绕组(22)的材质为普通导线或者超导线。

10.根据权利要求2所述的产生均匀磁场的装置，其特征在于，所述矩形骨架(21)的材质为无磁金属。