CN102412051A - 强磁场高均匀性永磁组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及永磁组件制备领域，其公开了一种强磁场高均匀性永磁组件，由磁轭和磁体组成；所述磁轭分为上轭铁、上轭铁外圈、下轭铁外圈和下轭铁；所述磁体分为主磁体和辅助磁体；所述主磁体分为上主磁体和下主磁体；所述辅助磁体分为上辅助磁体和下辅助磁体；所述上主磁体和下主磁体分别位于所述上轭铁和下轭铁上；所述上辅助磁体和下辅助磁体分别位于所述上轭铁外圈和下轭铁外圈上；所述上主磁体和下主磁体之间设有气隙区域。本发明的有益效果是：采用了主、辅磁体结合的永磁磁路结构，扩大了均匀区的范围以及提高了气隙磁感应强度。采用了被动匀场技术，用导磁的软磁合金对工作区域磁场进行匀场，得到高均匀气隙磁场。
Description
技术领域
本发明涉及永磁组件制备领域，尤其涉及一种强磁场高均匀性永磁组件。
背景技术
永磁组件可以在某一特定空间提供静态磁场或动态磁场、均匀磁场或梯度磁场，应用磁场的物理效应来实现某一功能，例如磁场对载流导线的作用将电能转换为非电能，磁场对荷电粒子产生的洛仑兹力使荷电粒子的状态发生变化等等。所以其应用领域非常广阔，如应用在微波通讯技术中、电机工程中、磁性分离技术中、核磁共振成像及粒子能谱测量技术中等等。在惯性约束聚变（ICF）实验和快点火实验中都需要粒子谱仪来诊断粒子种类及确定粒子能谱。粒子谱仪利用磁场对荷电粒子产生的洛仑兹力，使荷电粒子的状态（速度、频率、动能）发生变化，从而可诊断荷电粒子的种类及能谱。粒子谱仪中的磁场以往多由电磁铁提供，因而体积大，质量重，并且有庞大的电源装置，显得十分笨重、占居空间。随着高性能永磁材料及永磁组件技术的不断发展，国际上已逐渐采用永磁组件来代替电磁铁，为诊断带电粒子提供高磁感应强度且均匀的磁场。关于核磁共振成像系统的C型磁路专利有很多，比如专利CN101552079、CN101825692、CN2542205等。但是从众多已公开的相关专利来看，结构都是较规则的C型磁路结构，并未见本发明中的不规则多边形结构,并且存在制造成本偏高、磁感应强度低、磁场均匀性差等问题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种强磁场高均匀性永磁组件，解决现有永磁组件中制造成本偏高、磁感应强度低、磁场均匀性差的问题。
本发明提供了一种强磁场高均匀性永磁组件，由磁轭和磁体组成；所述磁轭分为上轭铁、上轭铁外圈、下轭铁外圈和下轭铁；所述磁体分为主磁体和辅助磁体；所述主磁体分为上主磁体和下主磁体；所述辅助磁体分为上辅助磁体和下辅助磁体；所述上主磁体和下主磁体分别位于所述上轭铁和下轭铁上；所述上辅助磁体和下辅助磁体分别位于所述上轭铁外圈和下轭铁外圈上；所述上主磁体和下主磁体之间设有气隙区域。
作为本发明的进一步改进，所述上主磁体和下主磁体上安装有一块极靴板；所述极靴板分别装在所述上主磁体和下主磁体朝向气隙区域的表面，两极靴板之间为气隙区域。
作为本发明的进一步改进，所述磁体为钕铁硼永磁体；所述磁轭为饱和磁感应强度大的导磁材料。
作为本发明的进一步改进，所述组件的磁极设有凹形区域；所述凹形区域安装有匀场板。
作为本发明的进一步改进，所述磁体包括多个小块磁体，小块磁体紧密排列；小块磁体上有通孔；紧定件把小块磁体固定在磁轭上。
作为本发明的进一步改进，所述强磁场高均匀性永磁组件为规则多边形、不规则多边形或圆形。
本发明的有益效果是：采用了主、辅磁体结合的永磁磁路结构，扩大了均匀区的范围以及提高了气隙磁感应强度。采用了被动匀场技术，用导磁的软磁合金对工作区域磁场进行匀场，得到高均匀气隙磁场。本发明不但可以在粒子谱仪中广泛推广使用，还可以推广到核磁共振成像系统中去。
【附图说明】
图1为本发明永磁组件模型图；
图2为本发明永磁组件剖面图；
图3为无辅助磁体的C型磁路结构图；
图4为有辅助磁体的C型磁路结构图；
图5为本发明永磁组件均匀区外形图；
图6为实例一组件外形尺寸图。
【具体实施方式】
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
一种强磁场高均匀性永磁组件，由磁轭和磁体组成；所述磁轭分为上轭铁、上轭铁外圈、下轭铁外圈和下轭铁；所述磁体分为主磁体和辅助磁体；所述主磁体分为上主磁体和下主磁体；所述辅助磁体分为上辅助磁体和下辅助磁体；所述上主磁体和下主磁体分别位于所述上轭铁和下轭铁上；所述上辅助磁体和下辅助磁体分别位于所述上轭铁外圈和下轭铁外圈上；所述上主磁体和下主磁体之间设有气隙区域。
所述上主磁体和下主磁体上安装有一块极靴板；所述极靴板分别装在所述上主磁体和下主磁体朝向气隙区域的表面，两极靴板之间为气隙区域。
所述磁体为钕铁硼永磁体；所述磁轭为饱和磁感应强度大的导磁材料。
所述组件的磁极设有凹形区域；所述凹形区域安装有匀场板。
所述磁体包括多个小块磁体，小块磁体紧密排列；小块磁体上有通孔；紧定件把小块磁体固定在磁轭上。
所述强磁场高均匀性永磁组件为规则多边形、不规则多边形或圆形。
本发明对传统C型磁路结构进行改进，采用了主、辅磁体结合的永磁磁路结构。在主磁体周围添加辅助磁体，通过辅助磁体把主磁体产生的磁通限制在工作空间内，主磁体边缘的磁力线得到辅助磁体的有效补偿，而对外部环境漏磁较小，从而扩大了均匀区的范围以及提高了气隙磁感应强度。
为了满足磁性能的要求，本发明磁体采用高性能烧结钕铁硼永磁体，磁轭采用饱和磁感应强度大的导磁材料，确保磁轭不会饱和。
为了提高磁场均匀性，采用了被动匀场技术，即用导磁的软磁合金对工作区域磁场进行匀场。通过仿真计算，确定匀场板的大小及放置区域。为了得到高均匀气隙磁感应强度，把磁极优化成凹形，进而在磁极凹处使用匀场板，以校正磁场均匀区的均匀性，得到了高均匀气隙磁场。
为了使组件的组装更易操作且更精确，在装配过程中减少各组成部分的位置偏差。本发明将磁轭分解为四部分，分别为上轭铁、上轭铁外圈、下轭铁外圈和下轭铁。
为了保证气隙均匀区的磁感应强度及其均匀性，减少装配带来的误差，在装配过程中，采取先装配后充磁的工艺方案，实现永磁体的精确定位装配，消除了由于磁体间相互排斥作用而产生的间隙对磁场性能的影响。
为了保证组件结构力学性能的稳固，把永磁体分解成若干小块，装配小块永磁体时排列紧致，并在永磁体上打孔，用螺钉把磁体固定在轭铁上，再用AB胶进行粘接。既实现了磁体的精确定位又提高了组件的稳固性。
如图1所示，组件外形为不规则多边形结构，从侧面看组件呈C形。组件的磁轭分解为四部分，分别为上轭铁a、上轭铁外圈b、下轭铁外圈c和下轭铁d。磁轭采用饱和磁感应强度大的材料，确保磁轭不会饱和。
本发明主磁体f由若干高性能烧结钕铁硼按图2的的方式紧密排列而成，主磁体f用AB胶粘结在上轭铁a和下轭铁d上，并用螺钉紧固，以提高组件的稳固性。辅助磁体g用AB胶粘结在上轭铁外圈b和下轭铁外圈c上。极靴板e装在主磁体f朝向气隙的表面，极靴板e选用磁导率高的材料。两极靴板之间为气隙区域h。
从图2可以看出，因主磁体f的边缘靠近组件的侧面磁轭（b、d），导致主磁体f之间的磁力线沿着磁阻小的路线经过，即沿着主磁体f与侧面磁轭（b、d）之间的路线经过，从而主磁体f气隙间的磁力线减少。本发明在主磁体f周围增加辅助磁体g后，如图4所示，图中的箭头方向为磁体的磁化方向，从箭头所示的方向看，上主磁体为N极，上主磁体外围的辅助磁体N极朝内指向上主磁体，起到磁力线对顶的作用，使得主磁体f边缘的磁力线得到辅助磁体g的有效补偿，从而提高了气隙磁感应强度。极靴板e校正工作区的均匀性，得到了高均匀气隙磁场。
测量如图3及图4所示的两种磁路结构的永磁组件气隙中心平面的磁感应强度，无辅助磁体的永磁组件的磁感应强度值偏低，不到0.7T，并且磁场的均匀性较差。本发明的永磁组件的磁感应强度值在0.77T左右，并且磁场的均匀性得到提高，磁场不均匀度为0.7% 。
在一实施例中，主磁体及辅助磁体材料：高性能烧结钕铁硼永磁材料，其磁性能要求如下：剩磁Br：1380±50mT；磁感矫顽力Hcb：1052±120kA/m；内禀矫顽力Hcj：≥975 kA/m；磁能积(BH)max：382±20kJ/m3
组件气隙高度：20mm±1mm
均匀区：不规则多边形，如图5所示，位于组件气隙中心平面
均匀区磁感应强度：B=0.8±0.08T
均匀区磁感应强度不均匀度：≤2%
永磁组件外形尺寸：不规则多边形结构，如图6所示，组件外形最大尺寸为300mm×200mm×100mm
组件尺寸可按一定比例增大或减小，均匀区也随之按同等比例增大或减小，且均匀性不变。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种强磁场高均匀性永磁组件，其特征在于：由磁轭和磁体组成；所述磁轭分为上轭铁、上轭铁外圈、下轭铁外圈和下轭铁；所述磁体分为主磁体和辅助磁体；所述主磁体分为上主磁体和下主磁体；所述辅助磁体分为上辅助磁体和下辅助磁体；所述上主磁体和下主磁体分别位于所述上轭铁和下轭铁上；所述上辅助磁体和下辅助磁体分别位于所述上轭铁外圈和下轭铁外圈上；所述上主磁体和下主磁体之间设有气隙区域。
2.根据权利要求1所述强磁场高均匀性永磁组件，其特征在于：所述上主磁体和下主磁体上安装有一块极靴板；所述极靴板分别装在所述上主磁体和下主磁体朝向气隙区域的表面，两极靴板之间为气隙区域。
3.根据权利要求1所述强磁场高均匀性永磁组件，其特征在于：所述磁体为钕铁硼永磁体；所述磁轭为饱和磁感应强度大的导磁材料。
4.根据权利要求1所述强磁场高均匀性永磁组件，其特征在于：所述强磁场高均匀性永磁组件的磁极设有凹形区域；所述凹形区域安装有匀场板。
5.根据权利要求1所述强磁场高均匀性永磁组件，其特征在于：所述磁体包括多个小块磁体，小块磁体紧密排列；小块磁体上有通孔；紧定件把小块磁体固定在磁轭上。
6.根据权利要求1所述强磁场高均匀性永磁组件，其特征在于：所述强磁场高均匀性永磁组件为规则多边形、不规则多边形或圆形。
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