CN102856032A

CN102856032A - 一种Halbach结构永磁体的安装方法

Info

Publication number: CN102856032A
Application number: CN2011104547057A
Authority: CN
Inventors: 李云钢; 刘小平; 李江; 董钟; 张晓�; 程虎
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-12-30
Also published as: CN102856032B

Abstract

本发明公开了一种Halbach结构永磁体的安装方法，是在一个单周期的Halbach结构体中，选择所产生磁场对应正弦磁场过零点的两个永磁块，分别取上述两个永磁块的半极作为整个结构体端点。本发明具有操作简便、安装稳定可靠、可维护性强、适合批量生产等优点。

Description

一种Halbach结构永磁体的安装方法

技术领域

本发明主要涉及到永磁体的装配领域，特指一种适用于直线型强永磁Halbach结构体的组装方法。

背景技术

电磁场是能量转换与信息传递的重要基础，与其相关的永磁材料成为了现代科学技术的重要物质基础。永磁材料在计算机技术、信息技术、航空航天技术、通讯技术、交通运输技术、家电技术等领域具有广泛应用，而稀土永磁体可以获得很高的剩磁和磁能积，正在逐步成为永磁材料的主体产品。

1985年，美国Halbach教授认为永磁体相比电磁铁和超导磁体，可以提供更大的磁场，并设计了一种永磁体的排列结构，来充分利用永磁体的磁场。这种结构后来称为Halbach结构，在医疗设备、粒子加速器、永磁电机等方面获得广泛应用。

基于钕铁硼永磁体组成的Halbach结构体，可以产生足够的磁场，可用于实现磁浮列车的电动悬浮和牵引。目前，美国通用原子能公司（GA）的城市磁悬浮系统采用了永磁Halbach结构体来进行悬浮和牵引，美国的Magplane也采用了Halbach结构技术来进行悬浮和牵引。

Halbach结构体是一种阵列式的永久磁体，由磁化方向按一定规律变化的单元磁块拼装而成。在完整的直线型Halbach结构体中，往往有多个周期，例如图1给出的某磁浮列车设计的电机，为了达到所需的牵引加速度，所需的永磁结构的大小为400X2000mm，有5个周期。若将5个周期进行整体安装，安装的难度很大，模块性、可维护性不强，因此划分为单周期，然后进行组装更为合适。

在单周期Halbach结构中，永磁块必须先充磁后组装，而该结构中的有些永磁块之间的磁场是相互排斥的，钕铁硼的磁场本身就很强，如果永磁块之间的距离很小，其排斥力就很大，这将给组装工作带来较大困难，容易造成永磁块损坏或人员危险。在有些设计中，为了组装方便，永磁块之间保留有一定的间隙，但这会大大降低整体结构的性能。

在单周期Halbach结构体中，相邻的永磁块之间存在较强的作用力。由于拼装之后，长度尺寸不能改变，如果相邻永磁块之间有间隙，就会存在漏磁通，因此要寻求一定的解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简便、安装稳定可靠、可维护性强、适合批量生产的Halbach结构永磁体的安装方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种Halbach结构永磁体的安装方法，是在一个单周期的Halbach结构体中，选择所产生磁场对应正弦磁场过零点的两个永磁块，分别取上述两个永磁块的半极作为整个结构体端点。

作为本发明的进一步改进：

在拼装单周期的Halbach结构体时，首先在所有永磁块的中间开通孔，然后将一根固定销轴穿过通孔并将所有永磁块串联在一起。

在串联的永磁块中，相互排斥的相邻永磁块之间通过锁紧螺母进行限位，所述锁紧螺母装设于固定销轴上。

与锁紧螺母对应的永磁块上开设有凹形沉孔，所述锁紧螺母位于所述凹形沉孔中。

将单周期的Halbach结构体装入一安装盒中，所述安装盒由侧板、底板、左端板、右端板拼接而成。

所述底板为不锈钢材料制成，所述左端板和右端板为导磁材料制成。

所述左端板和右端板上开设有供固定销轴穿过的凹形孔，所述固定销轴于左端板或右端板处通过卡簧固定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明Halbach结构永磁体的安装方法，将Halbach结构永磁体以单周期为模块进行串联组装，在划分Halbach结构单周期时，取对应正弦磁场过零点的永磁块作端部永磁块，同时为了适合多周期拼装，尽量减少漏磁，端部各由半块永磁组成，因此其具有组装难度降低、可维护性强、适合批量生产、不需要辅助部件等优点。

2、本发明Halbach结构永磁体的安装方法，永磁块之间无缝串联拼装，结构得以优化改善，可以最大限度减少漏磁通，提高永久磁铁的效率。

3、本发明Halbach结构永磁体的安装方法，将永磁块通过中间销轴串联后放置于安装盒中进行固定，可靠性更好；且永磁块的有效工作面直接裸露，尽量减少工作面之间的间隙。

4、本发明Halbach结构永磁体的安装方法，串联后的单周期Halbach结构体外形尺寸较小，便于进行多种阵列式排布。

附图说明

图1是在具体实例中牵引电机永磁块的布置示意图。

图2是本发明单周期Halbach结构体中磁场分布示意图。

图3是本发明单周期Halbach结构体的安装结构示意图。

图4是本发明单周期Halbach结构体装配的立体结构示意图。

图5是本发明单周期Halbach结构体中安装盒的结构示意图。

图6是安装盒端部的结构示意图。

图7是本发明单周期Halbach结构体的永磁块安装于安装盒后的结构示意图。

图例说明

1、单周期Halbach结构体；2、永磁块；3、安装盒；31、左端板；32、侧板；33、底板；34、右端板；4、固定销轴；5、锁紧螺母；6、凹形沉孔；7、卡簧；8、凹形孔。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图2、图3、图4所示，本发明Halbach结构永磁体的安装方法，是在一个单周期Halbach结构体1中，选择所产生磁场对应正弦磁场过零点的两个永磁块2，分别取上述两个永磁块2的半极作为整个结构体端点。本实施例中，M11～M23为依次排列的永磁块2，图中M11、M19两个永磁块2产生的磁场对应正弦磁场的过零点，在划分Halbach结构单周期时，整个单周期Halbach结构体1的端部分别取M11、M19的半极，组成一个完整的Halbach周期。这样在进行Halbach结构永磁体多周期拼装时，相邻单周期模块端部的永磁半极组成一个完整的永磁磁极，并且其产生的磁场对应正弦磁场的过零点，即便两块端部半极之间存在些许间隙，对整个磁场影响也很小。

参见图3和图6，本实施例中，M11、M12之间，M14、M15、M16之间，M18、M19之间，这些永磁块2之间的磁场是相互吸引的，而M12、M13、M14之间，M16、M17、M18之间，这些永磁块2之间的磁场是相互排斥的。为了提高它们之间安装的可靠性，在拼装单周期Halbach结构体1时，本发明进一步首先在所有永磁块2的中间开通孔，然后将一根固定销轴4穿过通孔并将所有永磁块2串联在一起。同时，本实施例中，还在相互排斥的永磁块2之间通过锁紧螺母5来进行限位，锁紧螺母5装设于固定销轴4上。例如在M13、M14、M17、M18、M19上开凹形沉孔6，安装时锁紧螺母5与永磁块2的接触面齐平，实现永磁块2之间的无缝拼装。而在相互吸引的永磁块2 M11、M12、M14、M15、M16、M18、M21之间直接利用其吸引力让它们互相紧密贴合。

参见图5、图6和图7，本发明进一步将单周期Halbach结构体1装入一安装盒3中，安装盒3成一个五面体，这样永磁块2的有效工作面直接裸露，尽量减少多周期永磁模块工作面之间的间隙。该安装盒3由侧板32、底板33、左端板31、右端板34拼接而成，其中底板33为不锈钢材料制成，左端板31和右端板34为导磁材料制成，方便多周期Halbach永磁结构体的拼装。

对于单周期Halbach结构体1的安装盒3而言，要求较高，其壁不能太厚，否则存在漏磁通，造成磁场的损失。因此，加工时采取先焊接好外框的办法，安装盒3的端板上需要开凹形孔8，用来安装固定销轴4，即左端板31和右端板34上开设有供固定销轴4穿过的凹形孔8。固定销轴4于左端板31或右端板34的凹形孔8处通过卡簧7固定。单周期Halbach结构体1装入安装盒3后，用卡簧7卡住固定销轴4，从而使永磁块2不脱出安装盒3。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种Halbach结构永磁体的安装方法，其特征在于：在一个单周期的Halbach结构体中，选择所产生磁场对应正弦磁场过零点的两个永磁块，分别取上述两个永磁块的半极作为整个结构体端点。

2.根据权利要求1所述的Halbach结构永磁体的安装方法，其特征在于：在拼装单周期的Halbach结构体时，首先在所有永磁块的中间开通孔，然后将一根固定销轴穿过通孔并将所有永磁块串联在一起。

3.根据权利要求2所述的Halbach结构永磁体的安装方法，其特征在于：在串联的永磁块中，相互排斥的相邻永磁块之间通过锁紧螺母进行限位，所述锁紧螺母装设于固定销轴上。

4.根据权利要求3所述的Halbach结构永磁体的安装方法，其特征在于：与锁紧螺母对应的永磁块上开设有凹形沉孔，所述锁紧螺母位于所述凹形沉孔中。

5.根据权利要求2～4中任意一项所述的Halbach结构永磁体的安装方法，其特征在于：将单周期的Halbach结构体装入一安装盒中，所述安装盒由侧板、底板、左端板、右端板拼接而成。

6.根据权利要求5所述的Halbach结构永磁体的安装方法，其特征在于：所述底板为不锈钢材料制成，所述左端板和右端板为导磁材料制成。

7.根据权利要求5所述的Halbach结构永磁体的安装方法，其特征在于：所述左端板和右端板上开设有供固定销轴穿过的凹形孔，所述固定销轴于左端板或右端板上凹形孔处通过卡簧固定。