一種改進的Ｈａｌｂａｃｈ陣列永磁體裝置制造方法及圖紙

一種改進的Ｈａｌｂａｃｈ陣列永磁體裝置屬于永磁機構領域。Ｈａｌｂａｃｈ陣列永磁體的磁場均勻度雖然得到了提高，但扇形磁塊在安裝時存在明顯的同性相斥的情況，因而安裝很復雜也很困難。該永磁體裝置為中空圓柱體形永磁體，沿圓周方向等分為Ｎ＝２Ｍ塊，Ｍ為大于２的整數，該永磁體裝置的每一個等分塊的軸向橫截面為等腰三角形，且相鄰的兩個其中一個等腰三角形的腰和另外一個的底邊重合，三角形的腰與底邊的夾角為；該永磁體裝置的軸向橫截面為中空的正Ｎ邊形，邊長為上述等腰三角形的腰。該實用新型專利技術對Ｈａｌｂａｃｈ陣列永磁體進行改進使其結構簡單，永磁材料的利用率高，加工成本低，安裝方便，磁場空間利用率高，磁場均勻度高，漏磁少，場強易提高，大大減少磁體體積，降低儀器造價。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及用于電子加速器、核磁共振儀靜磁場發生裝置、永磁電機中的一 種永磁機構。
技術介紹
美國勞倫斯伯克利國家實驗室的物理學家K. Halbach博士提出了一種有趣 的磁體結構，這種陣列磁體能夠在磁體的一側匯聚磁力線，而在另一側則消弱磁力線。 K. Halbach博士對這種磁體結構的原理給出了詳細的推導和論述。給出了由16個梯形磁 塊拼合而成的4極圓柱形磁體的設計實例。學術界將這種磁體陣列方式稱為Halbach陣列 (Halbach Arrays)，圓柱形磁體采用Halbach陣列時，就是眾所周知的“永磁魔環”。Halbach 陣列磁體以其獨特的結構和良好的磁場特性，得到了科研人員的廣泛重視，對其進行了深 入研究并得到了廣泛應用。依據K. Halbach的分析和推論，圓柱磁體產生的均勻磁場受如下參數影響圓柱 磁體的內外半徑A和r。，磁性材料的磁化矢量A。在實際中，采用現有永磁磁體的生產制 造工藝和加工設備很難構建磁化方向隨位置連續變化的磁體。因此，在實際設計與制造中， 往往采用若干塊截面形狀為扇形、梯形、正方形或圓形磁塊構成圓柱形磁體，各個磁塊的磁 化方向近似構成連續的磁化方向。梯形、圓形和正方形磁塊相對于扇形磁塊構造圓柱體時， 在原理上不可避免的已經引入了幾何誤差，導致圓柱磁體的磁場沿周向受到高階諧波磁場 分量的干擾，磁場均勻度降低。因此，K. Halbach建議采用具有最大填充因子的扇形磁塊構 建圓柱磁體。但扇形磁塊在安裝時存在明顯的同性相斥的情況，因而安裝很復雜也很困難， 且在進行磁體毛坯切割時產生大量的廢料，加工成本高。
技術實現思路
本技術的目的是克服現有Halbach陣列永磁體的缺點，提供一種實用的 Halbach陣列永磁體。該永磁體的磁場空間利用率高、均勻度高，磁體的體積小、重量輕、漏 磁少，永磁材料的利用率高，加工成本低，安裝方便。本技術提供了一種改進的Halbach陣列永磁體裝置，該永磁體裝置為中空的 柱狀永磁體，沿圓周方向等分為N = 2M塊，M為大于2的整數，磁塊之間用強力膠粘接在一 起，其特征在于該永磁體裝置的每一個等分塊的軸向橫截面為等腰三角形，且相鄰的兩個等腰三 角形位置關系是其中一個等腰三角形的腰和另外一個等腰三角形的底邊重合，所述等腰三2π角形的腰與底邊的夾角為，N為永磁體裝置沿圓周方向等分的塊數；該永磁體裝置的軸N向橫截面為中空的正N邊形，邊長為上述等腰三角形的腰。組成永磁體的各磁塊形狀相同、磁場強度大小相等，磁化方向與y軸的夾角是磁 塊本身旋轉方向與y軸的夾角的兩倍。該永磁體裝置由軸向橫截面為等腰三角形的磁塊拼合而成，磁塊之間用強力膠粘 接在一起。中空柱狀體的空腔內是均勻的磁場。本技術的優點在于結構簡單、永磁材料的利用率高、加工成本低、安裝方便、 磁場空間利用率大、均勻度高、體積小、重量輕、漏磁小。附圖說明圖1是由8塊磁體組成的本技術具體實施方式的結構示意圖。圖中1、2、3、 4、5、6、7、8為等腰三角形永磁體。圖2是本技術具體實施方式的橫截面示意圖。圖3是由16塊軸向橫截面為扇形的磁體組成的Halbach陣列永磁體的橫截面示 意圖。圖4是由16塊磁體組成的本技術具體實施方式的橫截面示意圖。具體實施方式以下結合附圖和具體實施方式對本技術做進一步的說明。如圖1所示，本技術具體實施方式為由大小相等、形狀相同的8塊橫截面為等 腰三角形的永磁體1、2、3、4、5、6、7、8，通過強力膠粘連構成一個中空的柱狀體。中空柱狀體 的空腔內是均勻的磁場。圖1中實箭頭所示為各組磁塊磁化方向，空心箭頭為柱狀形永磁 體內磁場方向。如圖2所示，各磁塊的磁場強度大小相同，任取其中一個磁塊編號為1，順時 針方向依次為各磁塊編號。y軸取在第一塊和最后一塊磁體粘接處的中間位置，χ軸 與y軸垂直。ζ軸垂直于x、y軸所在的平面。若第i塊磁體橫截面中心與圓心的連線和y軸夾角定義為磁塊旋轉方向、，代=f + i，(i=l，2……8)，則第i塊磁體的磁化方向與y軸夾角辟=i + ”f (/=1，2......8)(圖中實箭頭所示為各磁塊磁化方向)。一般而言，若磁體等分為N塊(N = 2M，M為大于2的整數)，且磁塊的旋轉方向《=吾+2(:1>Γ2……N)，則第i個磁塊的磁化方向與y軸夾角N NCOi =ψ + 4( 'Ν1)π Qi = 2 θ i，磁塊的磁化方向是磁體本身旋轉方向的兩倍。這里需要說明的是若磁體中每一點的磁化方向能按給定的磁體本身旋轉2倍方 向連續變化，理論上整個中空柱狀體內磁場空間的不均勻性為零，實際工程中由于加工困 難，目前無法辦到，因此采用磁體分塊的方法。磁體等分的塊數越多，越接近理想狀況。圖3所示，為由大小相等、形狀相同的16塊橫截面為扇形的永磁體1、2、3、4、5、6、 7、8、9、10、11、12、13、14、15、16，通過強力膠粘連構成的一個中空柱狀體的橫截面圖。箭頭 所示為各組磁塊磁化方向，按照同性相斥，異性相吸的規律，第3、4、5塊之間和第11、12、13 塊之間存在較明顯的異性相吸行為安裝比較方便，但是第15、16、1塊之間和第7、8、9塊之 間存在較明顯的同性相斥行為安裝非常困難。圖4所示，為由大小相等、形狀相同的16塊橫截面為等腰三角形的永磁體1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16，通過強力膠粘連構成的本技術具體實施橫截面圖。箭頭所示為各組磁塊磁化方向，圖中各磁塊之間不存在較明顯的同性相斥行為，因此安 裝方便。在Halbach陣列的實際加工中，單位磁體一般都是通過對永磁體毛坯進行線切割 并經充磁機磁化后獲得。于是乎扇形結構的單位磁體，如果從標準的立方體毛坯切割獲得， 必然產生大量的廢料。等腰三角形的結構可以將燒結釹鐵硼方形毛坯切割后的多余部分降 到最低。因此，提高了永磁材料的利用率，降低了加工成本。本技術具體實施例的積極效果如下1.本技術等腰三角形柱狀磁體的磁場空間為柱狀形，特別適合化工流程管道 或送料帶通過，因此適合在線實時監測的核磁共振儀器。2.本技術等腰三角形柱狀磁體實際設計時，通過增加周向磁塊數來提高橫截 面上的橫向磁場均勻度。相對減小了磁體的體積，減輕了儀器的重量。3.本技術經Ansoft公司提供的商業電磁場二維計算軟件Maxwell 2D和 MATLAB數學計算軟件的檢驗，結果證明，等腰三角形柱狀磁體的磁場沿周向受到高階諧波 磁場分量的干擾得到抑制，磁場均勻度提高了近4倍。故磁能利用率高，獲得同樣的磁場強 度所需的永磁材料少。4.本技術等腰三角形柱狀磁體的設計，使組成柱狀體的周向相鄰磁塊之間不 存在很明顯的同性相斥的行為，因此安裝方便、快捷。5.本技術等腰三角形單位磁體結構的設計，提高了永磁材料的利用率，降低 加工成本。上述本技術的積極效果充分體現了本技術比Halbach陣列永磁體裝置 在應用中的優勢。權利要求一種改進的Halbach陣列永磁體裝置，該永磁體裝置為中空的柱狀永磁體，沿圓周方向等分為N＝2M塊，M為大于2的整數，磁塊之間用強力膠粘接在一起，其特征在于該永磁體裝置的每一個等分塊的軸向橫截面為等腰三角形，且相鄰的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改進的Ｈａｌｂａｃｈ陣列永磁體裝置，該永磁體裝置為中空的柱狀永磁體，沿圓周方向等分為Ｎ＝２↑［Ｍ］塊，Ｍ為大于２的整數，磁塊之間用強力膠粘接在一起，其特征在于：該永磁體裝置的每一個等分塊的軸向橫截面為等腰三角形，且相鄰的兩個等腰三角形位置關系是其中一個等腰三角形的腰和另外一個等腰三角形的底邊重合，所述等腰三角形的腰與底邊的夾角為２π／Ｎ，Ｎ為永磁體裝置沿圓周方向等分的塊數；該永磁體裝置的軸向橫截面為中空的正Ｎ邊形，邊長為上述等腰三角形的腰。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：高俊俠，喬德治，張一鳴，陳東升，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：實用新型
國別省市：11[中國|北京]