CN114388219B - 用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，包括中空的支撑芯，所述支撑芯沿直线方向延伸，且所述支撑芯垂直于其长度延伸方向的外周面为圆形；偶数条励磁导体，排布于所述支撑芯外侧，各所述励磁导体的长度延伸方向与所述支撑芯的长度延伸方向平行，各所述励磁导体垂直于其长度延伸方向的截面为扇环，各所述扇环与所述圆形同心设置，且所述偶数条励磁导体以所述圆形的圆心呈中心对称设置，所述偶数条励磁导体的侧面之间相互绝缘，端部按预定规则一一对应无交叉导电连接。本方案具有更低的工作场以及较高的磁场重复精度。

Description

用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁

技术领域

本发明一般涉及正负电子对撞机技术领域，具体涉及一种用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁。

背景技术

目前，正负电子对撞机的增强器，例如环形正负电子对撞机的增强器，是将e-e+光束从10GeV加速到120GeV，随着e-e+光束能量的变化，增强器的二极磁铁的最小工作场为29Gs，而最大工作场为338Gs。但是，在某些情况下，需要更低的工作场，以及较高的磁场重复精度，但是，现有的二极磁铁无法满足这种需求。

发明内容

本申请期望提供一种更低的工作场、较高的磁场重复精度的，用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁。

本发明提供的一种用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，包括：

中空的支撑芯，所述支撑芯沿直线方向延伸，且所述支撑芯垂直于其长度延伸方向的外周面为圆形；

偶数条励磁导体，排布于所述支撑芯外侧，各所述励磁导体的长度延伸方向与所述支撑芯的长度延伸方向平行，各所述励磁导体垂直于其长度延伸方向的截面为扇环，各所述扇环与所述圆形同心设置，且所述偶数条励磁导体以所述圆形的圆心呈中心对称设置，所述偶数条励磁导体的侧面之间相互绝缘，端部按预定规则一一对应无交叉导电连接。

作为可实现方式，各所述励磁导体的侧面均形成有氧化绝缘层。

作为可实现方式，还包括屏蔽筒，所述支撑芯及各所述励磁导体均设置于所述屏蔽筒内，所述屏蔽筒与所述支撑芯同轴设置，所述屏蔽筒与所述支撑芯之间固定连接有绝缘支架。

作为可实现方式作为可实现方式，所述屏蔽筒与所述绝缘支架的顶部和底部之间，分别具有安装腔，各所述安装腔内设置有调磁件，所述调磁件的长度延伸方向与所述励磁导体的长度延伸方向平行，各所述调磁件固定于所述屏蔽筒上。

作为可实现方式，所述调磁件包括与所述屏蔽筒配合的弧形部以及朝向所述绝缘支架的平面部，所述偶数条励磁导体的其中一条对称中心线垂直于所述平面部，且各所述调磁件的自身结构关于所述对称中心线对称。

作为可实现方式，以所述圆形的圆心为象限的原点，第一象限至第四象限均设置有多条所述励磁导体，且各象限中的所述励磁导体的数量相同，各象限中的所述励磁导体呈单层排布或两层以上排布。

作为可实现方式，各象限中设置三条所述励磁导体，三条所述励磁导体呈两层排布，且靠近所述支撑芯的一层设置两条所述励磁导体，远离所述支撑芯的一层设置一条所述励磁导体。

作为可实现方式，按逆时针方向，自第一象限至第四象限，靠近所述支撑芯的一层的各所述励磁导体依次为第四励磁导体、第五励磁导体、第三励磁导体、第二励磁导体、第十一励磁导体、第十励磁导体、第九励磁导体、第八励磁导体；远离所述支撑芯的一层的各所述励磁导体依次为第六励磁导体、第一励磁导体、第十二励磁导体、第七励磁导体；

其中，所述第一励磁导体的第一端电连接第一接电母排，所述第一励磁导体的第二端电连接所述第六励磁导体的第二端，所述第六励磁导体的第一端电连接所述第三励磁导体的第一端，所述第三励磁导体的第二端电连接所述第五励磁导体的第二端，所述第五励磁导体的第一端电连接所述第二励磁导体的第一端，所述第二励磁导体的第二端电连接所述第四励磁导体的第二端，所述第四励磁导体的第一端电连接所述第十二励磁导体的第一端，所述第十二励磁导体的第二端电连接所述第七励磁导体的第二端，所述第七励磁导体的第一端电连接所述第十励磁导体的第一端，所述第十励磁导体的第二端电连接所述第九励磁导体的第二端，所述第九励磁导体的第一端电连接所述第十一励磁导体的第一端，所述第十一励磁导体的第二端电连接所述第八励磁导体的第二端，所述第八励磁导体的第一端电连接第二接电母排；

各所述第一端位于所述支撑芯的同一端，各所述第二端位于所述支撑芯的另一端。

作为可实现方式，所述调磁件及所述屏蔽筒所采用的材料相同，且均为铁磁材料。

作为可实现方式，至少部分相邻所述励磁导体之间，设置有长度延伸方向与所述励磁导体长度延伸方向平行的冷却管安装孔，所述冷却管安装孔内设置有冷却管，所述冷却管内用于流动冷却介质。

上述方案的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，可以提供十几高斯（Gs）的工作场，且磁场重复精度可以达到0.05%，相较于现有二极磁铁最低工作场为29Gs，磁场重复精度仅为0.1%，本方案具有更低的工作场以及较高的磁场重复精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁的主视图；

图2为图1的后视图；

图3为图1的右视图；

图4为图3的B-B剖视图；

图5为图1的A-A剖视图；

图6为图1的立体图；

图7为本发明另一实施例提供的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁的立体图；

图8为图7的C-C剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1-图6所示，本发明实施例提供一种用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，包括：

中空的支撑芯4，采用中空的支撑芯4可以使得e-e+光束在其中空部位被加速，所述支撑芯4沿直线方向延伸，且所述支撑芯4垂直于其长度延伸方向的外周面为圆形；其中，支撑芯4可以是一个整体结构，如一根截面为圆形的直管，也可以采用两个以上部件组装的结构，如该实例中，支撑芯4是由两个半圆弧顶组件组装成的圆管形结构。

偶数条励磁导体，排布于所述支撑芯4外侧，各所述励磁导体的长度延伸方向与所述支撑芯4的长度延伸方向平行，通过平行设置的多条励磁导体可以产生较小（较低）的工作场，励磁导体可以但不限于为铝条、铜条等；各所述励磁导体垂直于其长度延伸方向的截面为扇环，各所述扇环与所述圆形同心设置，且所述偶数条励磁导体以所述圆形的圆心呈中心对称设置，偶数条励磁导体采用上述结构及位置关系，可以提高磁场重复精度，所述偶数条励磁导体的侧面之间相互绝缘，端部按预定规则一一对应无交叉导电连接。偶数条励磁导体通过端部的一一对应无交叉导电连接，使得偶数条励磁导体串联为一个电流通路，且通过无交叉导电连接的方式，亦可提高磁场重复精度。这里所指的无交叉导电连接为进行连接的导体之间，没有相互较差关系，如下文中，励磁导体的端部通过并排设置的导电板7，对励磁导体的端部进行一一对应连接，以实现上述无交叉导电连接。

上述方案的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，可以提供十几高斯（Gs）的工作场，且磁场重复精度可以达到0.05%，相较于现有二极磁铁最低工作场为29Gs，磁场重复精度仅为0.1%，本方案具有更低的工作场以及较高的磁场重复精度。

作为可实现方式，各所述励磁导体的侧面均形成有氧化绝缘层，以防止相邻的励磁导体之间短路。例如但不限于通过硬质阳极氧化处理的方式在励磁导体的表面形成氧化绝缘层，并打磨掉励磁导体两端的氧化绝缘层，只留下励磁导体侧面的氧化绝缘层；当然，还可以在进行硬质阳极氧化处理时，对励磁导体的端部进行保护，是其端部不形成氧化绝缘层。为了提高电连接的性能，还可以在励磁导体的端部镀上导电性能好的材料，如金、银等。

作为可实现方式，还包括屏蔽筒2，该屏蔽筒2例如单不限于可以采用圆形铁管。所述支撑芯4及各所述励磁导体均设置于所述屏蔽筒2内，所述屏蔽筒2与所述支撑芯4同轴设置，所述屏蔽筒2与所述支撑芯4之间固定连接有绝缘支架6。绝缘支架6可以单不限于为绝缘树脂。绝缘支架6对励磁导体起到支撑作用，是其可以固定在屏蔽筒2内，并保持励磁导体之间具有较佳的装配位置。在实际使用中，屏蔽筒2的外侧，还可以设置支座1，屏蔽筒2位于该支座1上。

在加工时，可以将励磁导体放置于模具中，然后向模具中浇筑环氧树脂，待环氧树脂凝固后，励磁导体与环氧树脂牢牢地结合在一起。

作为可实现方式作为可实现方式，所述屏蔽筒2与所述绝缘支架6的顶部和底部之间，分别具有安装腔，各所述安装腔内设置有调磁件5，调磁件5例如单不限于为铁条；所述调磁件5的长度延伸方向与所述励磁导体的长度延伸方向平行，各所述调磁件5固定于所述屏蔽筒2上。通过设置调磁件5可以提高该无铁芯二极磁铁的励磁效率。

作为可实现方式，所述调磁件5包括与所述屏蔽筒2配合的弧形部52以及朝向所述绝缘支架6的平面部51，所述偶数条励磁导体的其中一条对称中心线垂直于所述平面部51，且各所述调磁件5的自身结构关于所述对称中心线对称。具体地，由于调磁件5上具有朝向所述绝缘支架6的平面部，也即，相当于屏蔽筒2内的顶部与底部为平面，这样利于提高该无铁芯二极磁铁的励磁效率。此外，调磁件5的自身结构关于所述对称中心线对称，可以进一步提高磁场重复精度。

作为可实现方式，以所述圆形的圆心为象限的原点，第一象限至第四象限均设置有多条所述励磁导体，且各象限中的所述励磁导体的数量相同，以提高磁场的均匀性，各象限中的所述励磁导体呈单层排布或两层以上排布。

作为可实现方式，各象限中设置的励磁导体的数量可以根据实际需要确定，一般地，励磁导体的数量越多，导体中感应到涡流越小，低电平场质量越好（也即可以获得更好质量，且更低的工作场），例如，为了平衡涡流、低电平电场、磁场强度以及制造使用成本等，在该示例中，各象限中设置三条所述励磁导体，三条所述励磁导体呈两层排布，且靠近所述支撑芯4的一层设置两条所述励磁导体，远离所述支撑芯4的一层设置一条所述励磁导体。

作为可实现方式，按逆时针方向，自第一象限至第四象限，靠近所述支撑芯4的一层的各所述励磁导体依次为第四励磁导体905、第五励磁导体904、第三励磁导体903、第二励磁导体902、第十一励磁导体911、第十励磁导体910、第九励磁导体909、第八励磁导体908；远离所述支撑芯4的一层的各所述励磁导体依次为第六励磁导体906、第一励磁导体901、第十二励磁导体912、第七励磁导体907；

通过并排设置在励磁导体端部的导电板7来将对应的两个励磁导体进行电连接，可以通过螺栓将导电板7固定在对应的励磁导体的端部，导电板7大体呈扇环状，在连接内外两层上分布的励磁导体时，导电板7的一端对应设置有向内或向外的凸起71。

通过导电板7实现如下的电连接，所述第一励磁导体901的第一端电连接第一接电母排3，所述第一励磁导体901的第二端电连接所述第六励磁导体906的第二端，所述第六励磁导体906的第一端电连接所述第三励磁导体903的第一端，所述第三励磁导体903的第二端电连接所述第五励磁导体904的第二端，所述第五励磁导体904的第一端电连接所述第二励磁导体902的第一端，所述第二励磁导体902的第二端电连接所述第四励磁导体905的第二端，所述第四励磁导体905的第一端电连接所述第十二励磁导体912的第一端，所述第十二励磁导体912的第二端电连接所述第七励磁导体907的第二端，所述第七励磁导体907的第一端电连接所述第十励磁导体910的第一端，所述第十励磁导体910的第二端电连接所述第九励磁导体909的第二端，所述第九励磁导体909的第一端电连接所述第十一励磁导体911的第一端，所述第十一励磁导体911的第二端电连接所述第八励磁导体908的第二端，所述第八励磁导体908的第一端电连接第二接电母排8；

各所述第一端位于所述支撑芯4的同一端，各所述第二端位于所述支撑芯4的另一端。

作为可实现方式，所述调磁件5及所述屏蔽筒2所采用的材料相同，且均为铁磁材料。

作为可实现方式，另参见图7、图8所示，为了改善该无铁芯二极磁铁的工况，是其工作在合适的工作温度下，以保证磁场的精度，至少部分相邻所述励磁导体之间，设置有长度延伸方向与所述励磁导体长度延伸方向平行的冷却管安装孔10，所述冷却管安装孔10内设置有冷却管11，所述冷却管11内用于流动冷却介质。冷却介质可以是水、油或导热性较好的溶液等。

需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，其特征在于，包括：

中空的支撑芯，所述支撑芯沿直线方向延伸，且所述支撑芯垂直于其长度延伸方向的外周面为圆形；

偶数条励磁导体，排布于所述支撑芯外侧，各所述励磁导体的长度延伸方向与所述支撑芯的长度延伸方向平行，各所述励磁导体垂直于其长度延伸方向的截面为扇环，各所述扇环与所述圆形同心设置，且所述偶数条励磁导体以所述圆形的圆心呈中心对称设置，所述偶数条励磁导体的侧面之间相互绝缘，端部按预定规则一一对应无交叉导电连接。

2.根据权利要求1所述的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，其特征在于，各所述励磁导体的侧面均形成有氧化绝缘层。

3.根据权利要求1所述的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，其特征在于，还包括屏蔽筒，所述支撑芯及各所述励磁导体均设置于所述屏蔽筒内，所述屏蔽筒与所述支撑芯同轴设置，所述屏蔽筒与所述支撑芯之间固定连接有绝缘支架。

4.根据权利要求3所述的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，其特征在于，所述屏蔽筒与所述绝缘支架的顶部和底部之间，分别具有安装腔，各所述安装腔内设置有调磁件，所述调磁件的长度延伸方向与所述励磁导体的长度延伸方向平行，各所述调磁件固定于所述屏蔽筒上。

5.根据权利要求4所述的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，其特征在于，所述调磁件包括与所述屏蔽筒配合的弧形部以及朝向所述绝缘支架的平面部，所述偶数条励磁导体的其中一条对称中心线垂直于所述平面部，且各所述调磁件的自身结构关于所述对称中心线对称。

6.根据权利要求5所述的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，其特征在于，以所述圆形的圆心为象限的原点，第一象限至第四象限均设置有多条所述励磁导体，且各象限中的所述励磁导体的数量相同，各象限中的所述励磁导体呈单层排布或两层以上排布。

7.根据权利要求6所述的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，其特征在于，各象限中设置三条所述励磁导体，三条所述励磁导体呈两层排布，且靠近所述支撑芯的一层设置两条所述励磁导体，远离所述支撑芯的一层设置一条所述励磁导体。

8.根据权利要求7所述的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，其特征在于，按逆时针方向，自第一象限至第四象限，靠近所述支撑芯的一层的各所述励磁导体依次为第四励磁导体、第五励磁导体、第三励磁导体、第二励磁导体、第十一励磁导体、第十励磁导体、第九励磁导体、第八励磁导体；远离所述支撑芯的一层的各所述励磁导体依次为第六励磁导体、第一励磁导体、第十二励磁导体、第七励磁导体；

其中，所述第一励磁导体的第一端电连接第一接电母排，所述第一励磁导体的第二端电连接所述第六励磁导体的第二端，所述第六励磁导体的第一端电连接所述第三励磁导体的第一端，所述第三励磁导体的第二端电连接所述第五励磁导体的第二端，所述第五励磁导体的第一端电连接所述第二励磁导体的第一端，所述第二励磁导体的第二端电连接所述第四励磁导体的第二端，所述第四励磁导体的第一端电连接所述第十二励磁导体的第一端，所述第十二励磁导体的第二端电连接所述第七励磁导体的第二端，所述第七励磁导体的第一端电连接所述第十励磁导体的第一端，所述第十励磁导体的第二端电连接所述第九励磁导体的第二端，所述第九励磁导体的第一端电连接所述第十一励磁导体的第一端，所述第十一励磁导体的第二端电连接所述第八励磁导体的第二端，所述第八励磁导体的第一端电连接第二接电母排；

各所述第一端位于所述支撑芯的同一端，各所述第二端位于所述支撑芯的另一端。

9.根据权利要求4-8任一项所述的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，其特征在于，所述调磁件及所述屏蔽筒所采用的材料相同，且均为铁磁材料。

10.根据权利要求1-8任一项所述的用于正负电子对撞机增强器的无铁芯二极磁铁，其特征在于，至少部分相邻所述励磁导体之间，设置有长度延伸方向与所述励磁导体长度延伸方向平行的冷却管安装孔，所述冷却管安装孔内设置有冷却管，所述冷却管内用于流动冷却介质。

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