一种微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈
阅读：919发布：2020-05-13
专利汇可以提供一种微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 微波 电子 回旋共振 等离子体 源电磁线圈，包含有中空电磁线圈，其特征在于：在电磁线圈外部包覆有外部磁轭，在线圈两端包覆有外端磁轭，外部磁轭与外端磁轭相连接，将整个电磁线圈完全 覆盖 ，在外端磁轭靠近中心口处内侧设置有环形凸起，用于增强线圈内磁感应强度梯度。本 发明 能够增强电磁线圈内磁感应强度，使 磁场 分布更加均匀，减小电磁线圈对外电磁 辐射 。，下面是一种微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈专利的具体信息内容。
一种微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈
技术领域
背景技术
[0002] 微波电子回旋共振等离子体被广泛应用于材料表面进行加工，金属表面改性等领域，通过在微波电子回旋共振等离子体外加电磁线圈，产生电磁场，并在电子回旋共振腔中引发电子回旋共振以产生大量的等离子体，以用于某些材料的等离子束处理作业。目前，用来产生磁场的电磁线圈是由铜管绕制的水冷式线圈或实芯导线绕制的线圈组成，这类电磁线圈产生的磁场空间无法控制且分布不均匀，造成等离子体加工精度不高，同时电磁线圈对外电磁辐射较大，容易对人体及外部设备造成损害。
发明内容
[0003] 为解决上述问题，本发明提供一种有磁轭的微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈，通过在电磁线圈外部及外端设置磁轭，改变线圈内磁场分布，增强线圈内磁感应强度，减小线圈对外电磁辐射。
[0004] 本发明的技术解决方案是：
[0005] 一种微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈，包含有中空电磁线圈，其特征在于：在电磁线圈外部包覆有外部磁轭，在线圈两端包覆有外端磁轭，外部磁轭与外端磁轭相连接，将整个电磁线圈完全覆盖。
[0006] 所述的微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈在外端磁轭靠近中心口处内侧设置有环形凸起，用于增强线圈内磁场强度梯度。
[0007] 所述的微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈的外部磁轭和外端磁轭均为软磁材料。
[0008] 所述的微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈的外部磁轭和外端磁轭由多块磁轭组件拼装组成。
[0009] 本发明的有益效果是：
[0010] (i)通过设置外部磁轭和外端磁轭，可以使电磁线圈内部磁场分布更加均匀，磁场强度进一步增强，特别是在外端磁轭靠近中心口处内侧设置环形凸起，可以将电磁线圈内的磁场被限制在与磁轭距离很近的空间内，有效提高磁感应强度梯度，使等离子体束的输出的能量得到提升。
[0012] (iii)由于有磁轭线圈的磁场被限制在与磁轭距离很近的空间内，对于接近电磁线圈的仪器设备或人员所受到的电磁辐射变得很小，能有效保护操作人员的安全，也可以使在附近使用的仪器设备免受电磁场的影响，延长设备使用寿命。附图说明
[0013] 图1为微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈的立体示意图。
[0014] 图2为无磁轭电磁线圈中轴线上磁感应强度分布图。
[0015] 图3为有磁轭电磁线圈中轴线上磁感应强度分布图。
[0016] 图4为无磁轭等离子体端部的磁感应强度分布图。
[0017] 图5为有磁轭等离子体端部的磁感应强度分布图。
[0018] 图6为无磁轭等离子体侧部的磁感应强度分布图。
[0019] 图7为有磁轭等离子体侧部的磁感应强度分布图。
具体实施方式
[0020] 具体实施方式以微波电子回旋共振等离子体源产生87.5毫特斯拉的静磁场，等离子体微波注入频率为2.45Ghz为例，对本发明进行进一步说明。
[0021] 如图1所示，微波电子回旋共振等离子体源电磁线圈包含有中空电磁线圈1，电磁线圈外部包覆有外部磁轭2，在线圈两端包覆有外端磁轭3，外部磁轭与外端磁轭相连接，将这个电磁线圈完全覆盖。电磁线圈套接在等离子体共振腔5上。通过适当地调整磁场的空间分布使得电子回旋频率在沿放电室的轴向上某一位置与微波的圆频率一致，产生共振现象。磁场沿着轴线是发散的，借助于发散磁场的梯度，可以将放电室中产生的等离子体输送到工作室中，以供使用。在外端磁轭靠近中心口处内侧可以设置有环形凸起4，以用于控制线圈磁场变化，增强线圈内磁场强度。
[0022] 表1列举出了无磁轭电磁线圈和有磁轭电磁线圈中轴线上最大磁感应强度对比以及在相同磁场强度下激发装置的激磁功率对比。由表1及图2、图3可以看出，有磁轭电磁线圈内磁场分布更加均匀，中轴线上最大磁感应强度更大。在相同磁场强度下，有磁轭电磁线圈比无磁轭线圈的激磁功率有明显降低，降幅达36％，从而节约大量的电能和冷却水。
[0023] 表1中轴线上最大磁感应强度对比及相同磁场强度下激磁功率对比[0024]无磁轭 有磁轭
(特斯拉) 0.1005 0.1063
激磁功率(瓦特) 437.769 280.172
(特斯拉) 0.1005 0.1063
激磁功率(瓦特) 437.769 280.172
[0025] 表2和表3分别列举了等离子体端部和侧部的磁感应强度对比情况。从表2、表3和图4、图5、图6、图7可以看出，有磁轭线圈比无磁轭线圈的对外磁辐射，无论是在端部还是侧部，都有极为明显的下降，从而减小了对外部设备和人体的辐射。
[0026] 表2等离子体端部的磁感应强度分布对比
[0027]
[0028] 表3等离子体侧部的磁感应强度分布对比
[0029]
[0030] 表4磁场中轴线处磁感应强度及磁感应强度梯度变化率对比
[0031]
[0032] 表4列举了在电磁线圈外端磁轭靠近中心口处内侧设置有环形凸起与电磁线圈不设置环形凸起的磁场中轴线处磁感应强度及磁感应强度梯度变化率对比。从表中可以看出，在电磁线圈外端磁轭靠近中心口处内侧设置有环形凸起，对线圈内磁感应强度分布影响不大，但却可以显著增加线圈内磁感应强度梯度(磁感应强度梯度计算公式为：[磁感应强度最大值-磁感应强度最小值]/磁感应强度最大值)，使等离子体束的输出的能量得到进一步提升，从而提高等离子体加工的精度。
[0033] 在应用中，一般使用软磁材料制作电磁线圈的外部磁轭和外端磁轭，且电磁线圈的外部磁轭和外端磁轭可以由多块磁轭组件拼装组成。
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