CN101901663A - 一种二极永磁磁体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种二极永磁磁体，两个多棱柱极头上下相对放置，多棱柱极头的侧面放置有与多棱柱极头侧面形状一致的六面体永磁块。在每个多棱柱极头的非极面端面上放置一块多棱柱永磁块，多棱柱永磁块的棱数和多棱柱极头棱数相同。在各六面体永磁块之间的角空间内可填充周侧角磁块，在位于多棱柱永磁块各侧面和六面体永磁块间的空间内可填充斜向角磁块，上多棱柱极头和其周围相应的六面体永磁块、周侧角磁块、多棱柱永磁块和斜向角磁块组成上极系，下多棱柱极头及其周围相应的六面体永磁块、周侧角磁块、多棱柱永磁块和斜向角磁块组成下极系；所述的上极系和下极系形状具有对称性，所述的上极系和下极系通过软磁轭铁连接与屏蔽，形成二极永磁磁体。

Description

一种二极永磁磁体及其制造方法 

技术领域

本发明涉及一种永磁磁体及其制造方法。 

背景技术

更高场强，更高均匀度，重量更轻是物理实验设备，核磁共振系统对磁体的普遍要求。永磁磁体以其节约能源，杂散场小，成本低廉等优点，在核磁共振成像系统，物理实验装置等领域得到广泛的应用 

MRI(磁共振成像仪)中的磁体是此类型磁体的典型应用。MRI是二十世纪八十年代开始进入实用阶段的医疗影像诊断设备，是当今发现和诊断早期癌症及其他多种疾病的最先进的临床影像诊断设备之一。MRI的工作原理是：将人体置于特殊设计的磁场中，然后用射频磁场脉冲激发人体内的氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量；在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被人体外的接收器收录，经电子计算机处理获得图像。MRI中的主要部件是用于产生空间磁场的磁体装置。 

为了得到清晰真实的图像，对患者进行准确诊断，MRI要求其中的磁体装置能够产生均匀分布、具有足够场强的工作区磁场。MRI按照功能和图像质量通常可分为高场型(工作区场强为3特斯拉以上)、中场型(工作区场强为1±0.5特斯拉)和低场型(工作区场强为0.4特斯拉及以下)。工作区场强越高，信号的信噪比就越高，就能获得更清晰，包含更丰富信息的图像。因此，与低场型MRI相比，高场型和中场型MRI具有很大的优势。目前，MRI用磁体装置中经常使用的磁体有电磁体和永磁磁体。其中电磁体又分为超导电磁体和常规电磁体。常规电磁体，因其重量大，使用成本高等缺点已较少采用。超导磁体能产生较强磁场，但是其制造成本非常昂贵，且结构复杂，所以使用超导磁体的MRI不仅售价高、运行费用和维护费用也高。永磁磁体以其造价低廉，使用维护成本低，易于推广等优点越来越受到关注。但常规永磁磁体所能产生的磁场较低，因此需要一种新型的永磁磁体以提供更高的场强，从而提高永磁MRI系统的性能。 

传统永磁磁体的典型结构有C型磁体，有框式磁体，以及Halbach魔环磁体等。如图1所示传统的C形磁体和框式结构磁体由轭铁、永磁材料和极靴三部分构成，轭铁1、极靴2、永磁磁体3，其中永磁磁体3分别连接在磁轭1的上下两端，且上下对置，极靴2分别 设置在永磁磁体3面相气隙的端面上，在极靴2之间的空间为气隙，根据均匀区要求的不同，取气隙中的一部分为磁体工作区。图1中，永磁磁体3中的箭头表示该磁体的磁化方向，气隙中的箭头表示产生的工作区磁场方向。除此之外，现有技术中根据轭铁的结构形式不同还有四柱式结构、两柱式结构等。上述MRI用磁体装置可以参考IEEE TRANSACTIONSOF APPLIEDSUPERCONDUCTIVITY，VOL.14，NO.2，JUNE 2004，或者由M.T.Vlaardingerbroek和J.A.Den Boer编写的第二版的MAGNETICRESONANCEIMAGING第一章第1.3.1节的内容。 

在现有技术中，MRI用永磁磁体装置的工作区场强只有0.4特斯拉及以下，场强较低，而中场型和高场型的MRI一般都要采用超导磁体。这是因为按照目前的结构，如果要在工作区产生较高的磁场强度，所需采用的永磁磁体量，和由此带来的磁轭体积的增大，将会使得永磁磁体及包括该永磁磁体的MRI的重量达到难以接受的程度。例如，如果要达到工作区场强为1±0.5特斯拉的中场型MRI的标准，需要6～12吨重量的永磁磁体。因此，现有技术中，尚没有使用永磁磁体的中、高场MRI。但较低的工作区场强，使得信号信噪比降低，不能运行高速脉冲序列，增加检测时间。与超导MRI相比，在图像清晰度，获取的信息种类和含量都严重不足。 

CN1116311A公开了一种用于磁共振成像设备中的磁场发生装置：CN2404130Y公开了一种用于磁共振成像系统的磁体装置；CN 2430698Y公开了一种无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体；CN1371000A公开了一种全开放磁共振成像仪；CN1400473A公开了一种磁共振成像系统用永久磁体装置；CN2542225Y公开了一种两立柱开放式C型永磁型磁共振磁体；CN1491613A公开了一种用于磁共振成像的磁场产生装置的磁性件的装配方法：CN1588582A公开了一种薄片形磁场全开放磁共振成像仪主磁体；CN1877757A公开了一种永磁磁体和包括该磁体的MRI用磁体装置及其制造方法。也都与图1所示的MRI磁体一样，存在工作区场强比较低的缺点，工作区场强只有0.4特斯拉及以下，不能应用于中、高场型MRI。因此，在保持开放度不变、磁材用量和磁体主要尺寸和总重量不变的前提下，如何提高永磁磁体的磁场强度，得到具有更高工作区场强的永磁MRI磁体成为本领域一个难题。 

传统永磁磁体结构多为永磁材料的二维排布(永磁材料磁化方向的二维排布)，或永磁材料的体积堆积。如图1所示。在获得较高磁场的同时，磁体的重量与成本迅速上升。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种二极永磁磁体及其制造方法。本发明将传统磁体中永磁材料的二维排布改为三维排布，使磁体在近气隙处能布置更多的永磁材料，提高了永磁材料的利用率，从而可在气隙中获得较大范围的高场强高均匀度磁场，另 外由于永磁磁体布置方式的变化使得磁体体积减小，磁轭的重量也大为减轻。通过计算机电磁场有限元仿真软件计算，在相同尺寸的气隙中获得同样的磁场分布形态，该种磁体较传统C形结构磁体节省永磁材料60％，节省软磁材料80％。 

本发明永磁磁体可应用于但不限于MRI系统。 

本发明提供的二极永磁磁体由多棱柱极头、六面体永磁块、周侧角磁块、多棱柱永磁块、斜向角磁块和软磁轭铁组成。磁体有两个上下相对放置的由软磁材料制造的多棱柱极头，以其相对位置分别定义为上多棱柱极头和下多棱柱极头，每个多棱柱极头棱数为N，有N个侧面(N为大于2的自然数)。多棱柱极头的侧面放置有N个六面体永磁块，分别与多棱柱极头N个侧面一一对应。在每个多棱柱极头的非极面端面上放置一块多棱柱永磁块，多棱柱永磁块的棱数和多棱柱极头棱数相同。可根据所需的场强及场形的要求，在各六面体永磁块之间的角空间内填充周侧角磁块，在位于多棱柱永磁块各侧面和六面体永磁块间的空间内填充斜向角磁块，也可以部分添加或不添加周侧角磁块或斜向角磁块。周侧角磁块和斜向角磁块均为三棱柱形的永磁块。上多棱柱极头和其周围相应的六面体永磁块、周侧角磁块、多棱柱永磁块和斜向角磁块组成上极系，下多棱柱极头及其周围相应的六面体永磁块、周侧角磁块、多棱柱永磁块和斜向角磁块组成下极系；上、下极系形状具有对称性，通过软磁轭铁连接与屏蔽上下极系形成二极永磁磁体；上、下多棱柱极头间的空间为有效磁场空间，在软磁轭铁上留有开口以提供通向磁场空间的通路。 

上极系的各永磁块的磁化方向如下所述：围绕上多棱柱极头的N个六面体永磁块磁化方向为垂直于所依附的多棱柱极头侧面，指向上多棱柱极头；上多棱柱永磁块的磁化方向为沿多棱柱永磁块的棱边指向上多棱柱极头；各周侧角磁块的磁化方向为垂直于周侧角磁块的远离上多棱柱极头的侧面，指向上多棱柱极头；各斜向角磁块的磁化方向为垂直于斜向角磁块的远离上多棱柱极头的侧面，指向该侧面所对的棱边。 

下极系的各永磁块的磁化方向为：N个六面体永磁块磁化方向为垂直于所依附的下多棱柱极头侧面，背离下多棱柱极头；下多棱柱永磁块的磁化方向为沿棱边指向远离下多棱柱极头的方向；各周侧角磁块的磁化方向为垂直于周侧角磁块的远离下多棱柱极头的侧面，背离该侧面所对的棱边；各斜向角磁块的磁化方向为垂直于斜向角磁块的远离多棱柱极头的侧面，背离该侧面所对的棱边方向。 

本发明所述的二极永磁磁体可采用如下两种方式制造。需要说明的是在下述两种方法中各永磁块可由标准永磁块粘接后加工成所需的形状或直接使用，也可由标准永磁块经加工后再粘接为所需形状而成，或直接定制所需尺寸的永磁块；轭铁可由通常用做轭铁材料 的软磁材料用一般加工方法获得；多棱柱极头可用性能较好的软磁材料(如电工纯铁，1j22软磁合金等)用相应的加工方法和热处理方法加工而成。 

本发明二极永磁磁体制造方法一： 

将整个永磁磁体依照上、下极系及与其连接屏蔽的软磁轭铁分为两个单侧磁体(上磁体和下磁体)和用来连接两单侧磁体的周侧轭铁板。每个单侧磁体由其外围的多边形轭铁框、位于多边形轭铁框中央的多棱柱极头、放置在多边形轭铁框和多棱柱极头之间的六面体永磁块、放置在多棱柱极头上非极面端面上的多棱柱永磁块、放置在各六面体永磁块间的周侧角磁块、位于六面体永磁块和多棱柱永磁块之间的斜向角磁块、安置在斜向角磁块斜面上连结多边形轭铁框和顶轭铁板的角侧轭铁板，以及安置在多棱柱永磁块顶面，位于单侧磁体顶端与角侧轭铁板连接的顶轭铁板构成。其中，多棱柱永磁块横截面和多棱柱极头横截面形状一致大小相等，多棱柱极头的棱数N视实际应用情况确定，根据多棱柱极头棱数的二倍确定多边形轭铁框边数2*N，多边形轭铁框有相间的N条边的边长与多棱柱极头边长一致。将两个单侧磁体对置并以周侧轭铁板连接即构成所述的磁体装置。 

安装时首先固定多边形轭铁框，用铝制或其他非磁材料制造的占位假块确定多棱柱极头与多边形轭铁框的相对位置。然后用相应的工具将各磁块安装到位，并替换出相应的假块。各磁块的安装步骤如下：1、将各六面体磁块环绕多棱柱极头，装入相应的多棱柱极头与多边形轭铁框边长相等的对应面之间的空间；2、在相邻六面体磁块与多边形轭铁框形成的空间内安装周侧角磁块；3、将已连接在顶轭铁板上的多棱柱磁块安置到多棱柱极头不朝向气隙侧的端面；4、在多棱柱磁块侧面与六面体磁块间的直角空间安置已连接在角侧轭铁板上的斜向角磁块。另一侧磁体与该侧安装方式安装顺序相同，只是各对应永磁磁块的磁化方向均反向，各永磁块的磁化方向如前所述。最后将两个方向相反的单侧磁体用周侧轭铁板连接，即构成了所述的磁体装置。 

本发明永磁磁体的制造方法二： 

该制造方法可适用本发明所述的多棱柱极头棱数为4的磁体装置。整个磁体装置由八边形通道轭铁、四棱柱极头、四棱柱永磁块、六面体侧磁块、中央角磁块、外侧角磁块、外侧角磁块衬铁、周侧角磁块、周侧角磁块衬铁、六面体前后磁块和轭铁盖板组成。其中四棱柱极头对应于磁体结构中的多棱柱极头，四棱柱永磁块对应于磁体结构中的多棱柱永磁块，中央角磁块和外侧角磁块对应于磁体结构中所述的斜向角磁块，六面体侧磁块和六面体前后磁块对应磁体结构中所述的六面体磁块，周侧角磁块衬铁、轭铁盖板和部分八边形通道轭铁对应于磁体结构中所述的周侧轭铁板。 

安装时首先安置由八个轭铁板组成的八边形通道轭铁，将两极头正对放入通道轭铁内，用占位假块确定两极头的相对位置以及极头与轭铁框的相对位置并固定；然后开始用相应工具将各磁块安置到位，并替换出相应的假块。各磁块的安装步骤如下：1、置入与气隙中磁场方向一致的分别位于两极头和通道轭铁之间的两四棱柱永磁块；2、在两极头两侧，和通道轭铁之间置入垂直于极头侧面的六面体侧磁块；3、装入位于两极头上下的永磁块和两极头两侧的六面体侧磁块间的中央角磁块；4、预先将特定方向的外侧角磁块粘接于外侧角磁块衬铁上形成四组外侧角磁块组件，分别沿通道轭铁推入磁体；5、预先将特定方向的周侧角磁块粘接于周侧角磁块衬铁上形成八组周侧角磁块组件，分别沿通道轭铁推入磁体；6、装入六面体前后磁块。最后安装位于通道轭铁开口前后的轭铁盖板，即构成所述的磁体装置。 

附图说明

图1为传统永磁磁体结构示意图，轭铁1、极靴2、永磁磁体3； 

图2为制造方法一所述磁体装置一端的结构图与装配顺序图； 

图2a为多棱柱极头4与多边形轭铁框5相对位置示意图； 

图2b为六面体永磁块6安装示意图； 

图2c为周侧角磁块7安装示意图； 

图2d为多棱柱永磁块9及顶轭铁8安装示意图； 

图2e为斜向角磁块10和角侧轭铁板11安装示意图； 

图3为制造方法一所述磁体的总结构图与双端加周侧轭铁板装配图，两正对的极板面间的空间即为有效磁场空间，单侧磁体12，周侧轭铁板13； 

图4为制造方法一所述磁体的内部结构及各永磁材料磁化方向； 

图4a为制造方法一所述磁体结构和截面位置示意图； 

图4b为图4a所示截面a1-b1-c1-d1截面图，图中箭头为相应磁块的磁化方向； 

图4c为为图4a所示截面a2-b2-c2-d2截面图，图中箭头为相应磁块的磁化方向； 

图4d为为图4a所示截面a3-b3-c3-d3截面图，图中箭头为相应磁块的磁化方向； 

图5为方法二所述磁体的结构图与装配顺序图； 

图5a为多棱柱极头15与八边形通道轭铁14相对位置示意图； 

图5b为四棱柱永磁块16安装示意图； 

图5c为六面体侧磁块17安装示意图； 

图5d为中央角磁块18安装示意图； 

图5e为外侧角磁块19和外侧角磁块衬铁20安装示意图； 

图5f为周侧角磁块21和周侧角磁块衬铁22安装示意图； 

图5g为六面体前后磁块23安装示意图； 

图5h为轭铁盖板24安装示意图，也是磁体装配完成图； 

图6为制造方法二所述磁体的内部结构及各永磁材料磁化方向示意图； 

图6a为制造方法二所述磁体结构和截面位置示意图； 

图6b为图6a所示截面a1-b1-c1-d1截面图，图中箭头为相应磁块的磁化方向； 

图6c为图6a所示截面a2-b2-c2-d2截面图，图中箭头为相应磁块的磁化方向； 

图6d为图6a所示截面a3-b3-c3-d3截面图，图中箭头为相应磁块的磁化方向； 

图6e为图6a所示截面a4-c4-d4截面图，图中箭头为相应磁块的磁化方向。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。 

本发明的二极永磁磁体由多棱柱极头、六面体永磁块、周侧角磁块、多棱柱永磁块、斜向角磁块和软磁轭铁组成。磁体有两个相对放置的由软磁材料制造的多棱柱极头，以其相对位置分别定义为上多棱柱极头和下多棱柱极头，每个多棱柱极头棱数为N，有N个侧面(N为大于2的自然数)。多棱柱极头的侧面放置有N个六面体永磁块，分别与多棱柱极头N个侧面一一对应。 

本发明的二极永磁体有两种实施方式。 

实施例1中，多棱柱对极4由软磁材料制造，在每个多棱柱对极4的每个侧面上放置与之侧面形状相致的六面体永磁块6。两个多棱柱永磁块9分别放置在多棱柱对极的非极面端面上，每个多棱柱永磁块的棱数和多棱柱极头棱数相同。多棱柱极头侧面各六面体永磁块之间的空间填充周侧角磁块7。位于多棱柱永磁块各侧面和六面体永磁块间的空间填充斜向角磁块10。周侧角磁块和斜向角磁块均为二棱柱形的永磁块。所述的周侧角磁块和斜向角磁块可根据所需的场强及场形的要求，全部添加或部分添加，或者不添加。上多棱柱极头和其周围相应的六面体永磁块6、周侧角磁块7、多棱柱永磁块9和斜向角磁块10组成上极系，下多棱柱极头及其周围相应的六面体永磁块，周侧角磁块、多棱柱永磁块和斜向角磁块组成下极系；上、下极系的形状具有对称性。各极系及其各自周围的轭铁分别组成单侧磁体12，如图3a。通过周侧轭铁板13连接两正对的单侧磁体成二极永磁磁体，如图3b所示。上、下多棱柱极头间的空间为有效磁场空间，在软磁轭铁上留有必要的开口以提供通向磁场空间的通路。 

图4所示为实施1的各永磁块的磁化方向：在磁体的一侧极头周围，所述各永磁块的磁化方向为：六面体永磁块6的磁化方向为垂直于所依附的多棱柱极头侧面，指向多棱柱极头内；多棱柱永磁块9的磁化方向为沿多棱柱永磁块的棱边指向多棱柱极头；周侧角磁块7的磁化方向为垂直于周侧角磁块的背向多棱柱极头的侧面，指向靠近多棱柱极头的棱边；斜向角磁块10的磁化方向为垂直于斜向角磁块的远离多棱柱极头的侧面，指向该侧面所对的棱边方向。在磁体的另一侧极头周围，所述各永磁块的磁化方向为：六面体永磁块6的磁化方向为垂直于所依附的多棱柱极头侧面，背离多棱柱极头；多棱柱永磁块9的磁化方向为沿棱边指向远离多棱柱极头的方向；周侧角磁块7的磁化方向为垂直于周侧角磁块的远离多棱柱极头的侧面，背向该侧面所对的棱边方向；斜向角磁块10的磁化方向为垂直于斜向角磁块的远离多棱柱极头的侧面，背向该侧面所对的棱边方向。所述的各个永磁块除在必须保留的空间开口处，均由软磁轭铁彼此连接，共同构成整个磁体。 

实施例2： 

多棱柱对极15由软磁材料制造，在每个多棱柱对极的每个侧面上放置与之侧面形状相一致的六面体永磁块17和23。两个多棱柱永磁块16分别放置在多棱柱对极的非极面端面上，每个多棱柱永磁块的棱数和多棱柱极头棱数相同。多棱柱极头侧面各六面体永磁块之间的空间填充周侧角磁块21。位于多棱柱永磁块各侧面和六面体永磁块间填充斜向角磁块18和19。周侧角磁块和斜向角磁块均为三棱柱形的永磁块。也可根据所需的场强及场形的要求，全部添加、部分添加或不添加所述的周侧角磁块和斜向角磁块。上多棱柱极头和其周围相应的六面体永磁块17和23、周侧角磁块21、多棱柱永磁块16和斜向角磁块18和19组成上极系，下多棱柱极头及其周围相应的六面体永磁块、周侧角磁块、多棱柱永磁块和斜向角磁块组成下极系；上、下极系形状具有对称性，通过软磁轭铁14、20、22和24连接与屏蔽上下极系形成二极永磁磁体；上、下多棱柱极头间的空间为有效磁场空间，在软磁轭铁上留有必要的开口以提供通向磁场空间的通路。 

图6所示了为实施例2各永磁块的磁化方向：在磁体的一侧极头周围，所述各永磁块的磁化方向为：六面体永磁块17和23的磁化方向为垂直于所依附的多棱柱极头侧面，指向多棱柱极头内；多棱柱永磁块16的磁化方向为沿多棱柱永磁块的棱边指向多棱柱极头；周侧角磁块21的磁化方向为垂直于周侧角磁块的背向多棱柱极头的侧面，指向靠近多棱柱极头的棱边；斜向角磁块18和19的磁化方向为垂直于斜向角磁块的远离多棱柱极头的侧面，指向该侧面所对的棱边方向。在磁体的另一侧极头周围，所述各永磁块的磁化方向为：六面体永磁块17和23的磁化方向为垂直于所依附的多棱柱极头侧面，背离多棱柱极头； 多棱柱永磁块16的磁化方向为沿棱边指向远离多棱柱极头的方向；各周侧角磁块21的磁化方向为垂直于周侧角磁块的远离多棱柱极头的侧面，背向该侧面所对的棱边方向；斜向角磁块18和19的磁化方向为垂直于斜向角磁块的远离多棱柱极头的侧面，背向该侧面所对的棱边方向。所述的各个永磁块除在必须保留的空间开口处，均由轭铁14、20、22和24彼此连接，共同构成整个磁体结构。 

本发明永磁磁体的制造方法为： 

实施例1： 

将整个永磁磁体依照两个多棱柱极头及分别包围在其周围永磁材料间的相对位置划分为上下两个单侧磁体12和用来连接两单侧磁体的周侧轭铁板13，如图3a和图3b所示。 

每个单侧磁体12由多边形轭铁框5，中央的多棱柱极头4，六面体永磁块6，多棱柱永磁块9，周侧角磁块7，斜向角磁块10，角侧轭铁板11以及顶轭铁板8构成。 

图2为本制造方法所述单侧磁体的结构与装配顺序图。本实施例的装配顺序由图2a-图2b-图2c-图2d-图2e的排序进行。首先装配一个单侧磁体12：如图2a所示，将多棱柱极头4置于于多边形轭铁框5的中央，多边形轭铁框5置于于单侧磁体外围；如图2b所示，在多边形轭铁框5和多棱柱极头4之间填充六面体永磁块6；如图2c所示，在各六面体永磁块间安装周侧角磁块7；如图2d所示，将多棱柱永磁块9放置在多棱柱极头4的上底面之上，将顶轭铁板8安装在多棱柱永磁块9顶面位于单侧磁体的顶端，连接顶轭铁板8与角侧轭铁板11；如图2e所示，在六面体永磁块6和多棱柱永磁块9之间填充斜向角磁块10，将轭铁板11安装在斜向角磁块10的斜面上，连结多边形轭铁框5和顶轭铁板8。单侧磁体(12)装配完毕，将上、下两个单侧磁体(12)对置并以周侧轭铁板连接即构成所述的磁体。 

所述的多棱柱永磁块9横截面和多棱柱极头4的横截面形状相同大小一致，多棱柱极头4的棱数N视实际应用情况确定，根据多棱柱极头4棱数的二倍确定多边形轭铁框边数2*N，多边形轭铁框有相间的N条边的边长和多棱柱极头边长与六面体永磁块相配合面的边长一致。 

磁体中各永磁磁块的磁化方向如图4所示，两个对置的单侧磁体内，各对应永磁块的磁化方向相反，图4a中，为了清楚地表明内部永磁块的磁化方向，设立的三个横截面，图示磁体上侧磁体横截面a1-b1-c1-d1，表示在图4b，各永磁块的磁化方向为背离多棱柱极头向外；图示磁体下侧磁体a2-b2-c2-d2，表示在图4c，各永磁块的磁化方向为指向多棱柱极头；磁体纵截面a3-b3-c3-d3，表示在图4d，由于磁体为轴对称结构故只做了一个纵 截面。磁化方向如图中箭头所示，可见在上部的单侧磁体永磁块的磁化方向背离多棱柱极头向外，在下侧单侧磁体永磁块的磁化方向指向极头。 

图2、图3所示为本发明永磁磁体制造方法一的一个实施例。如图2a所示，此实施例为五边形极头(极头棱数N＝5)，对应十边形(2*N＝10)轭铁框。整个磁体由：两个正五边形极头4，面向气隙侧装有调节场形的匀场环；两个十边形轭铁框5；六面体永磁块6两个单侧磁体共10块；位于六面体永磁块间的周侧角磁块7，两个单侧磁体共10块；五棱柱永磁块9为两件正五棱柱；六面体永磁块与多棱柱间的斜向角磁块10，两个单侧磁体共10件。各个永磁块其各自的磁化方向如图4所示，均由标准钕铁硼永磁块线切割后充磁粘接而成。两顶轭铁板8为比多棱柱永磁块截面略大的正五边形，粘接在多棱柱永磁块顶端与角侧轭铁板连接；角侧轭铁板11两个单侧磁体共十件，侧截面为平行四边形，连接多边形轭铁框和顶轭铁板；周侧轭铁板13两个单侧磁体共共八件。安装前，粘接角侧轭铁板到斜向角磁块斜面，粘接顶轭铁板到五棱柱永磁块，安装中前述粘接组件作为整体装入磁体内。磁体分为两个单侧磁体用上述零部件分别装配，最后用周侧轭铁板连接。安装时，首先固定轭铁框，并用与六面体永磁块尺寸一致尺寸偏差略大的铝制占位假块固定多棱柱极头与轭铁框的相对位置。然后用一般磁体的机械安装工具按照图2所示的所述的装配顺序：先装入六面体永磁块，接下来在相邻的六面体永磁块间的空间内装入周侧角磁块，再将粘结在一起的五棱柱永磁块和顶轭铁板安置到五棱柱极头的上表面，最后装入斜向角磁块和角侧轭铁板组件。将相应的各磁块安置到位，即完成一单侧磁体13。另一单侧磁体安装方法相同，只是应注意各对应永磁磁块的磁化方向均相反。两个单侧磁体分别安装完毕后，固定一个单侧磁体。吊起另一个单侧磁体，将二者对正后安装周侧轭铁板。安装完成后磁体内部结构和磁体内永磁块的磁化方向如图4所示。图4a中，为了清楚地表明内部永磁块的磁化方向，设立的三个横截面，图示磁体上侧磁体横截面a1-b1-c1-d1，显示在图4b；图示磁体下侧磁体a2-b2-c2-d2，显示在图4c；磁体纵截面a3-b3-c3-d3，显示在图4d，由于磁体为轴对称结构故只做了一个纵截面。磁化方向如图4b、图4c和图4d中箭头所示。本发明方法一所述的一种磁体即告完成。除周侧轭铁板外，在极头外围不影响工作气隙的前提下布置若干保持两单侧磁体间距的非磁材料支撑块。装配完成后的磁体，总质量300kg，气隙60mm，中心场强不低于1.5T。 

实施例2 

本实施例的制造方法适用于本发明所述的多棱柱极头棱数为4的磁体的制造。整个磁体由八边形通道轭铁14、四棱柱极头15、四棱柱永磁块16、六面体侧磁块17、中央角磁 块18、外侧角磁块19、外侧角磁块衬铁20、周侧角磁块21、周侧角磁块衬铁22、六面体前后磁块23和轭铁盖板24构成。图5为本制造方法所述磁体结构与装配顺序图。如图5a所示，将两个上下对称布置的四棱柱极头15安装在八边形通道轭铁14内部空间的中央，在磁体外围安装八边形通道轭铁14；如图5b所示，将四棱柱永磁块16安装在两个四棱柱极头15的非极面端面和八边形通道轭铁14之间；如图5c所示，六面体侧磁块17安装于四棱柱极头15两个侧面和八边形通道轭铁14之间；如图5d所示，在六面体侧磁块17、四棱柱永磁块16和八边形通道轭铁14所围空间中安装中央角磁块18；如图5e所示，在四棱柱永磁块16的前后两个侧面安装外侧角磁块19；在外侧角磁块19的斜面与八边形通道轭铁14的内表面之间安装外侧角磁块衬铁20，外侧角磁块衬铁20用以连接外侧角磁块19与八边形通道轭铁14；如图5f所示，在六面体侧磁块17的前、后两面安装周侧角磁块21，周侧角磁块21的一直角面紧贴六面体侧磁块17的前面或后面，周侧角磁块21的斜面与相邻的八边形通道轭铁14成45度角；在周侧角磁块21的斜面和八边形通道轭铁14之间安装周侧角磁块衬铁22，外侧角磁块衬铁20连接周侧角磁块21和八边形通道轭铁14；如图5g所示，在四棱柱极头15的前、后两面安装六面体前后磁块23，六面体前后磁块23嵌入周侧角磁块21和外侧角磁块19所形成的空间；如图5h所示，在磁体前面和后面安装轭铁盖板24，封闭八边形通道轭铁14开口，屏蔽漏磁。上述组件共同构成整个磁体。本实施例中，四棱柱极头15对应于本发明所述的二极永磁磁体中的多棱柱极头，四棱柱永磁块16对应于所述的二极永磁磁体中的多棱柱永磁块，中央角磁块18和外侧角磁块19对应于所述的二极永磁磁体中的斜向角磁块，六面体侧磁块17和六面体前后磁块23对应所述的二极永磁磁体中的六面体磁块，周侧角磁块衬铁22、轭铁盖板24和部分八边形通道轭铁14对应于所述的二极永磁磁体中的周侧轭铁板。 

在本实施例磁体内部两个对置的四棱柱极头15周围，各对应永磁块的磁化方向相反，磁体中各永磁磁块的磁化方向如图6中的箭头所示。图6a中，为了清楚地表明内部永磁块的磁化方向，设立的四个截面，图示磁体磁体截面a1-b1-c1-d1，显示在图6b，截面a2-b2-c2-d2，显示在图6c，可见在图示磁体上极头周围的各永磁块的磁化方向为指向多棱柱极头，而在图示磁体下极头周围的各永磁块的磁化方向为背离多棱柱极头向外，各个极头周围对应永磁材料的磁化方向相反；磁体截面a3-b3-c3-d3，显示在图6d，磁体截面a4-b4-c4-d4，显示在图6e，可见在两水平截面上磁体上下两极头四周对应位置的永磁材料的磁化方向也是相反的。在图示磁体上极头周围的各永磁块的磁化方向为指向多棱柱极头，而在图示磁体下极头周围的各永磁块的磁化方向为背离多棱柱极头向外。图5、图6 所示为本发明永磁磁体制造方法二的一个实施例。此例所示为四边形极头(N＝4)，对应八边形(2*N＝8)轭铁框。磁体由：四棱柱极头15两件，面向气隙侧装有调节场形的匀场环；由八块轭铁板构成的八边形通道轭铁14，1件；四棱柱永磁块16，2件；六面体侧磁块17，4件；中央角磁块，18，4件；外侧角磁块19，4件；周侧角磁块21，4件；六面体前后磁块23，4件；外侧角磁块衬铁20，4件；周侧角磁块衬铁22，4件；轭铁盖板24，4件。各个永磁块的磁化方向如图6所示，各个永磁块均由标准钕铁硼永磁块线切割后充磁粘接而成。安装前首先粘接外侧角磁块和外侧角磁块衬铁的两斜面，形成外侧角磁铁组件4件，粘接周侧角磁块和周侧角磁块衬铁的两斜面，形成8件周侧角磁块组件。其余部件的安装使用上述零件按照图5的安装顺序进行，首先安置并固定由八个轭铁板组成的八边形通道轭铁，将两个上下对称布置的四棱柱极头15安装在八边形通道轭铁14内部空间的中央，并用与六面体永磁块和四棱柱永磁块尺寸一致，尺寸偏差略大的铝制占位假块固定四棱柱极头与轭铁框的相对位置。然后用一般磁体的机械安装工具按照图5a-图5h所示的安装顺序将相应的各磁块安置到位。最后安装四块轭铁盖板，屏蔽端部漏磁。磁体内部结构和磁体内永磁块的磁化方向如图6所示。图6a中，为了清楚地表明内部永磁块的磁化方向，设立的4个截面，磁体上垂直于磁体进深方向纵截面a1-b1-c1-d1，其剖面显示在图6b；磁体上沿磁体进深方向纵截面a2-b2-c2-d2，显示在图6c；磁体上部横截面a3-b3-c3-d3切过周侧角永磁块、极头侧面六面体永磁块和极头，显示在图6d，磁体下部横截面a4-b4-c4-d4切过周侧角永磁块、极头侧面六面体永磁块和极头，显示在图6e。磁化方向如各图中箭头所示。建议在极头外围不影响工作气隙的前提下布置若干支撑块以保持上下各永磁块间以及两极头间的相对位置。本发明实施例2的磁体装配完成。该磁体重量800kg，60mm气隙空间，中心场强1.5T。 

Claims (5)

1.一种二极永磁磁体，其特征在于，所述的永磁磁体由两个上下相对放置的多棱柱极头、六面体永磁块、周侧角磁块、多棱柱永磁块、斜向角磁块和软磁轭铁组成；每个多棱柱极头棱数为N，有N个侧面，多棱柱极头的侧面放置有与多棱柱极头侧面形状一致的N个六面体永磁块，分别与多棱柱极头N个侧面一一对应，N为大于2的自然数；在每个多棱柱极头的非极面端面上放置一块多棱柱永磁块，多棱柱永磁块的棱数和多棱柱极头棱数相同；在各六面体永磁块之间的角空间内填充周侧角磁块，在位于多棱柱永磁块各侧面和六面体永磁块间的空间内填充斜向角磁块，上多棱柱极头和其周围相应的六面体永磁块、周侧角磁块、多棱柱永磁块和斜向角磁块组成上极系，下多棱柱极头及其周围相应的六面体永磁块、周侧角磁块、多棱柱永磁块和斜向角磁块组成下极系；所述的上极系和下极系形状具有对称性，所述的上极系和下极系通过软磁轭铁连接与屏蔽，形成二极永磁磁体；软磁轭铁上留有开口。

2.按照权利要求1所述的二极永磁磁体，其特征在于，所述的上极系的各永磁块的磁化方向为：围绕上多棱柱极头的N个六面体永磁块的磁化方向为垂直于所依附的多棱柱极头侧面，指向上多棱柱极头；上多棱柱永磁块的磁化方向为沿多棱柱永磁块的棱边指向上多棱柱极头；各周侧角磁块的磁化方向为垂直于周侧角磁块的远离上多棱柱极头的侧面，指向上多棱柱极头；各斜向角磁块的磁化方向为垂直于斜向角磁块的远离上多棱柱极头的侧面，指向该侧面所对的棱边；所述的下极系的各永磁块的磁化方向为：N个六面体永磁块磁化方向为垂直于所依附的下多棱柱极头侧面，背离下多棱柱极头；下多棱柱永磁块的磁化方向为沿棱边指向远离下多棱柱极头的方向；各周侧角磁块的磁化方向为垂直于周侧角磁块的远离下多棱柱极头的侧面，背离该侧面所对的棱边；各斜向角磁块的磁化方向为垂直于斜向角磁块的远离多棱柱极头的侧面，背离该侧面所对的棱边方向。

3.按照权利要求1或2所说的二极永磁磁体，其特征在于，或者在所述的各六面体永磁块之间的角空间内不填充或部分填充周侧角磁块，在位于多棱柱永磁块各侧面和六面体永磁块间的空间内不填充或部分填充斜向角磁块；所述的周侧角磁块和斜向角磁块均为三棱柱形的永磁块。

4.一种如权利要求1所述的二极永磁磁体的制造方法，其特征在于将整个永磁磁体依照两个多棱柱极头及分别包围在其周围永磁材料间的相对位置划分为上下两个单侧磁体(12)和用来连接两单侧磁体的周侧轭铁板(13)；每个单侧磁体(12)由其外围的多边形轭铁框(5)、位于多边形轭铁框中央的多棱柱极头(4)、放置在多边形轭铁框(5)和多棱柱极头(4)之间的六面体永磁块(6)、放置在多棱柱极头上非极面端面上的多棱柱永磁块(9)、放置在各六面体永磁块(6)之间的周侧角磁块(7)、位于六面体永磁块(6)和多棱柱永磁块(9)之间的斜向角磁块(10)、安装在斜向角磁块(10)斜面上连结多边形轭铁框和顶轭铁板的角侧轭铁板(11)，以及安置在多棱柱永磁块顶面，位于单侧磁体顶端与角侧轭铁板连接的顶轭铁板(8)构成；

首先装配一个单侧磁体(12)：将多棱柱极头(4)置于于多边形轭铁框(5)的中央，多边形轭铁框(5)置于于单侧磁体外围；在多边形轭铁框(5)和多棱柱极头(4)之间填充六面体永磁块(6)；在各六面体永磁块间安装周侧角磁块(7)；然后将多棱柱永磁块(9)安装在多棱柱极头(4)的上底面之上，将顶轭铁板(8)安装在多棱柱永磁块(9)顶面位于单侧磁体(12)的顶端，连接顶轭铁板(8)与角侧轭铁板(11)；在六面体永磁块(6)和多棱柱永磁块(9)之间填充斜向角磁块(10)，将轭铁板(11)安装在斜向角磁块(10)的斜面上，连结多边形轭铁框(5)和顶轭铁板(8)；单侧磁体(12)装配完毕，将上、下两个单侧磁体(12)对置并以周侧轭铁板连接即构成所述的磁体。

5.一种如权利要求1所述的永磁磁体制造方法，其特征在于，所述的永磁磁体的装配顺序如下：将两个上下对称布置的四棱柱极头(15)安装在八边形通道轭铁(14)内部空间的中央，在磁体外围安装八边形通道轭铁(14)；将四棱柱永磁块(16)安装在两个四棱柱极头(15)的非极面端面和八边形通道轭铁(14)之间，将六面体侧磁块(17)安装于四棱柱极头(15)的两个侧面和八边形通道轭铁(14)之间；然后在六面体侧磁块(17)、四棱柱永磁块(16)和八边形通道轭铁(14)所围成的空间内安装中央角磁块(18)，在四棱柱永磁块(16)的前后两个侧面安装外侧角磁块(19)，在外侧角磁块(19)的斜面与八边形通道轭铁(14)的内表面之间安装外侧角磁块衬铁(20)，外侧角磁块衬铁(20)连接外侧角磁块(19)与八边形通道轭铁(14)；再在六面体侧磁块(17)的前、后两面安装周侧角磁块(21)，周侧角磁块(21)的一直角面紧贴六面体侧磁块(17)的前面或后面，周侧角磁块(21)的斜面与相邻的八边形通道轭铁(14)成45度角；在周侧角磁块(21)的斜面和八边形通道轭铁(14)之间安装周侧角磁块衬铁(22)，外侧角磁块衬铁(20)连接周侧角磁块(21)和八边形通道轭铁(14)；并在四棱柱极头(15)的前、后两面安装六面体前后磁块(23)，六面体前后磁块(23)嵌入周侧角磁块(21)和外侧角磁块(19)所形成的空间；在磁体前面和后面安装轭铁盖板(24)，封闭八边形通道轭铁(14)开口，屏蔽漏磁；所述的制造方法适用于所述的多棱柱极头棱数为4的磁体。

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