[发明专利]一种用于电子束加工的电磁偏转扫描线圈

说明书

技术领域

本发明属于电子束流加工技术领域，特别是一种用于电子束加工的电磁偏转扫描线圈。

背景技术

对一台电子束加工设备，为研究电子枪的理论设计与实际的差异，电子枪供电系统的稳定度与真空度变化等因素对电子束束流的影响，需要精确地研究束流的特性，测量电子束束流功率密度的分布，但由于焊接用电子束功率大、焦点的功率密度高，能熔化任何难熔材料，这就给测量带来困难。

电子束的高速偏转扫描可以将能量分散到整个扫描区域，避免束流集中加热传感器。电子束的高速偏转扫描的实现关键是高速扫描控制系统，其中偏转线圈是控制信号驱动的最终负载，也是直接影响扫描结果的关键因素，其电磁场的分布对束流的偏转效果影响很大。电磁偏转扫描线圈的磁芯结构会直接影响着偏转磁场的均匀性。在偏转线圈的结构设计中，传统的结构设计比较简单，有无磁环的双极靴结构和环形结构：其中双极靴结构，对2个方向的垂直度要求较高，机械加工的精度、极靴的定位以及绕线的精度都会直接影响磁场的均匀性；而且为了获得较大宽度的磁场，线圈的外形尺寸需要设计得很大，既笨重又增加制造成本；环形结构中由于线圈绕组内外侧与线圈中心的磁场方向正好相反，会有部分磁场强度相互抵消，限制了产生的磁场大小就有较大的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁场分布均匀、涡流损耗低的用于电子束加工的电磁偏转扫描线圈，减小了线圈的尺寸和重量，节约了制造成本。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于电子束加工的电磁偏转扫描线圈，包括磁芯骨架和线圈绕组，其中磁芯骨架包括一体成型的磁环和磁极，线圈绕组分别绕制于磁芯骨架的各个磁极，磁极的数量为4N个且N为大于等于3的整数。

所述磁芯骨架的磁极为软磁材料；磁芯骨架的各个磁极沿着磁芯骨架的磁环内径均匀分布；磁芯骨架的每个磁极上的线圈绕组匝数相等。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：（1）采用4N（N≥3，N为整数）个磁极的磁芯骨架结构提高了电子束偏转扫描磁场的均匀性；（2）偏转扫描线圈的磁芯骨架采用软磁材料提高了电子束的偏转扫描频率，降低了涡流损耗；（3）偏转扫描线圈的磁芯骨架采用多磁极结构使整个磁场压缩在有限的空间内，减小了线圈的尺寸和重量，节约制造成本。

附图说明

图1 是本发明电子束流偏转扫描示意图。

图2是本发明电磁偏转扫描线圈的立体结构图。

图3是本发明电磁偏转扫描线圈磁芯骨架结构的俯视图。

图4 是图3中电磁偏转扫描线圈磁芯骨架结构的B-B向剖视图。

图5是本发明电磁偏转扫描线圈磁芯骨架的立体结构图。

图中：1-电子束发射阴极，2-电子束流，3-聚焦线圈，4-电磁偏转扫描线圈，5-真空室，6-传感器，7-磁环，8-磁极，9-线圈绕组。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做出进一步详细说明。

针对电子束高速偏转扫描的电磁线圈，特别适用于电子束束流功率密度分布测量。本发明一种用于电子束加工束流功率密度分布测试的电磁偏转扫描线圈是产生交变的磁场使电子束在传感器上表面偏转扫描，位于电子束加工设备中。图1为电子束流偏转扫描示意图，电子束加工设备包括电子束发射阴极1、聚焦线圈3、电磁偏转扫描线圈4、真空室5，在测试时，真空室5内放置传感器6。聚焦线圈3、电磁偏转扫描线圈4同轴，聚焦线圈3在电磁偏转扫描线圈4上面，电磁偏转扫描线圈4的上表面紧贴真空室5的顶部，传感器6安装在电磁偏转扫描线圈4正下方。

电子束流2由电子束发射阴极1产生，经过静电聚焦后，再根据使用需要由聚焦线圈3聚焦状态。电子束流2穿过聚焦线圈3、电磁偏转扫描线圈4，当测试开始，在电子束加工设备控制系统的驱动下，电磁偏转扫描线圈4可以控制电子束流2在传感器6上表面偏摆扫描，传感器6收集微弱的电流信号并将信号进行放大处理。

由于电子束束流功率密度分布测试时偏转扫描频率很高，电磁偏转扫描线圈4的磁芯骨架应采用软磁材料，以减少涡流和磁滞损耗。磁芯骨架材料应符合以下选用原则：（1）磁导率μ要高；（2）具有较小的矫顽力Hc和狭窄的磁滞回线；（3）电阻率ρ要高；（4）具有较高的饱和磁感应强度Bs。采用数值分析的方法分析多种线圈结构下产生磁场的均匀性，设计了一种具有4N（N≥3，N为整数）个磁极的磁芯骨架，具体如下：