[发明专利]一种多维矢量场磁体结构

说明书

本发明涉及一种多维矢量磁体结构，该结构包括第一线圈、第二线圈和/或第三线圈；第一线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有X方向和Z方向分量的矢量磁场；第二线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有Y方向和Z方向分量的矢量磁场；第三线圈采用一个或多个常规线圈，单个常规线圈在磁体孔径区域产生一个沿Z轴分布的矢量磁场；其中，Z轴假定为CCT二极线圈的中心轴方向，X轴和Y轴分别为第一线圈、第二线圈CCT对应的极头方向。

技术领域

本发明涉及一种新型超导磁体结构，特别是关于一种基于斜螺线管型(Canted-Cosin-Theta，简称CCT)的多维矢量场磁体结构。

背景技术

矢量磁体在科学研究中有着重要应用，利用磁场技术可有效促进物理、生物、材料等学科的发展，矢量磁体能为其提供良好的实验条件。利用二维或三维矢量磁体能够进行定位研究，为更多复杂实验提供了可能性，例如研究材料的各向异性、霍尔效应、单电子隧道效应等。对于空间需要任意方向磁场来进行的实验研究，实现方式有两种：固定磁场方向+样品旋转，固定样品+磁场方向旋转。矢量场磁体是能产生旋转磁场的一种磁体，不需要机械结构旋转样品，而是调节磁场大小以及相对于样品的角度，极大地简化了矢量场应用平台的复杂性，便于商业化推广。

矢量场磁体通过控制电流而非机械操作实现磁场方向的旋转，这为实验提供了许多可能性。矢量场磁体是在空间任意位置和平面内产生任意方向的磁场分量，目前市场上的矢量场磁体所用的线圈结构，如图1、图2所示，常见的有螺线管线圈、跑道型线圈或马鞍型线圈等，优点是结构简单，工艺成熟，缺点是磁体体积大，好场区范围小，精度差。由于上述线圈自身特性的限制，对于大尺寸样品，磁体尺寸过大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构紧凑、好场区范围大且均匀度高的多维矢量场磁体结构。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种多维矢量场磁体结构，该结构包括第一线圈、第二线圈和/或第三线圈；

第一线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有X方向和Z方向分量的矢量磁场；

第二线圈采用一层或多层CCT二极线圈，单层CCT线圈在磁体孔径区域产生一个同时具有Y方向和Z方向分量的矢量磁场；

第三线圈采用一个或多个常规线圈，单个常规线圈在磁体孔径区域产生一个沿Z轴分布的矢量磁场；

其中，Z轴为CCT二极线圈的中心轴方向，X轴和Y轴分别为所述第一线圈、第二线圈的CCT二极线圈对应的极头方向。

进一步地，所述第一线圈、第二线圈和/或第三线圈装配顺序任意，即三个线圈组合在磁体孔径区域产生所需的空间矢量磁场；另外，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈中任意两个组合，在磁体孔径区域产生一个二维矢量磁场。

进一步地，多层CCT线圈之间串联连接，多层CCT线圈为偶数层时：

倾角交替，在磁体孔径区域只产生一个沿X轴或Y轴方向分布的增强版的二极矢量磁场；

倾角同向，在磁体孔径区域产生与中心轴呈预设夹角方向的增强版的CCT矢量磁场；

进一步地，多层CCT线圈之间串联连接，多层CCT线圈为奇数层：

倾角交替，在磁体孔径区域产生一个同时具有X轴或Y轴分量和Z轴分量且与Bcct方向不同的矢量磁场，其中，Bcct为单层CCT所产生矢量磁场；

倾角同向，在磁体孔径区域产生与中心轴呈预设夹角方向的增强版的CCT矢量磁场。

进一步地，所述第三线圈为螺线管线圈、跑道型线圈或马鞍型线圈。