CN103247407A - 一种磁场发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁场发生器，包括：至少两个导磁极头，分别具有极头端，所述至少两个导磁极头以极头端相对的方式放置，以在所述极头端之间形成气隙；至少一个磁源；至少一个导磁磁轭，用于将所述至少一个磁源产生的磁场传导至所述至少两个导磁极头，从而在所述气隙中产生磁场；其中所述磁源可相对于导磁磁轭旋转，且当所述磁源从第一位置转至第二位置时，所述导磁磁轭中传导的磁通的大小不同。

Description

一种磁场发生器

技术领域

本发明涉及一种磁场发生器，尤其涉及一种大范围线性可调的小型强磁场发生器。

背景技术

磁场作为一种重要的参数在材料的制备和性能测量中扮演者重要的角色。电磁铁和超导磁铁是目前实验室常用的变磁场装置，但这两种设备存在装置复杂、体积庞大、重量大、能耗大、成本高的问题。此外，当在材料的制备或测试过程中需要引入外加磁场时，这两种设备因其装置复杂、体积庞大在与其他实验设备或测试仪器组合时存在诸多不便。

图1所示的专利号为JP2000-277323A的日本专利提供了一种“变磁场磁体”，其中相对配置的铁心1、2与相邻配置的永磁体3、4、5、6形成磁通回路，通过调节永磁体与铁心的间距来调节铁心空间的磁场大小。这种变磁场磁体虽然体积小，重量轻，但是磁场的可调范围小，且存在较大的漏磁。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种线性可调磁场发生器，体积小，重量轻，磁场的可调范围大，且漏磁小。

本发明提供一种磁场发生器，包括：

至少两个导磁极头，分别具有极头端，所述至少两个导磁极头以极头端相对的方式放置，以在所述极头端之间形成气隙；

至少一个磁源；

至少一个导磁磁轭，用于将所述至少一个磁源产生的磁场传导至所述至少两个导磁极头，从而在所述气隙中产生磁场；

其中所述磁源可相对于导磁磁轭旋转，且当所述磁源从第一位置转至第二位置时，所述导磁磁轭中传导的磁通的大小不同。

根据本发明提供的磁场发生器，其中所述磁源为圆柱形，径向充磁。

根据本发明提供的磁场发生器，其中导磁磁轭中具有容纳所述圆柱形磁源的圆形开孔。

根据本发明提供的磁场发生器，其中所述导磁磁轭的数量为多个，分别对应至少一个磁源，以在所述气隙中产生叠加的磁场。

根据本发明提供的磁场发生器，其中所述极头端为梯台形或椭圆柱形。

根据本发明提供的磁场发生器，其中每个所述导磁磁轭对应多个磁源。

根据本发明提供的磁场发生器，其中所述至少两个导磁极头之间的间距可调。

根据本发明提供的磁场发生器，还包括用于罩住所述磁场发生器的壳体。

根据本发明提供的磁场发生器，其中所述导磁极头上套有用于调节两个极头端之间的间距的螺母，并通过该螺母固定到所述壳体上。

根据本发明提供的磁场发生器，其中所述磁源为永磁体。

本发明的低能耗大范围线性可调强磁场发生器，与电磁铁和超导磁铁相比，无需格外供电支持，无需低温制冷系统，装置简单体积小，磁源用量少，成本低，能耗少，可操作性强，通过旋转磁源或调节导磁极头间距可实现改变中心气隙磁场的目的，磁场调节范围大，还可以实现绝对零场，磁场强度不会随时间变化，稳定可靠。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为现有技术中的变磁场磁体的结构示意图；

图2为根据本发明的实施例1的磁场发生器的结构示意图；

图3为根据本发明的实施例的磁场发生器工作原理示意图；

图4为根据本发明的实施例的磁场发生器工作原理示意图；

图5为根据本发明的实施例1的磁场发生器的气隙中心磁场强度随永磁体旋转角度变化的关系示意图；

图6为根据本发明的实施例1的磁场发生器的气隙中心磁场强度随气隙间距的变化关系示意图；

图7a为根据本发明的实施例2的磁场发生器的立体结构示意图；

图7b为根据本发明的实施例2的磁场发生器的正视图；

图7c为根据本发明的实施例2的磁场发生器的侧视图；

图8为根据本发明的实施例3的磁场发生器的结构示意图；

图9为根据本发明的又一实施例的磁场发生器的结构示意图；

图10为根据本发明的又一实施例的磁场发生器的结构示意图；

图11为根据本发明的又一实施例的磁场发生器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种线性可调磁场发生器，其结构如图2所示，包括：

两个圆柱形永磁体3，由N48H高性能钕铁硼永磁材料制成，直径14mm、高6mm、径向充磁，径向磁场强度约0.58T；

两个条形导磁极头5，分别具有梯台形极头端51，两极头端51相对地放置，以在两极头端51之间的气隙gap中产生磁场；

第一、第二导磁磁轭4、6，均为U字形，其U字形底边具有圆形开孔，上述两个圆柱形永磁体3分别固定在两个圆形开孔中，且能够径向旋转，第一、第二导磁磁轭4、6各自的两个端部分别连接到两个条形导磁极头5，分别与两个条形导磁极头5形成封闭的磁通回路，用于将各自对应的圆柱形永磁体3的磁场传导至位于两极头端51之间的气隙gap中。

根据本实施例的磁场发生器的工作原理如图3和图4所示。首先如图3所示，其中的箭头示出了圆柱形永磁体3的充磁方向，即磁极的方向。当磁极的方向垂直于导磁极头5的极头端的中心连线时，设此时永磁体3的转角

这时磁通不流经导磁磁轭4、6与导磁极头5，此时气隙中心的磁场强度为0T。当两个永磁体3向相同方向旋转而偏离

的位置时，磁通就可以通过导磁磁轭4、6流向导磁极头5的极头端而形成两个磁通回路，从而在气隙中心形成磁场，随着转角的增大，气隙中心磁场逐渐增大，当如图4所示两个永磁体3的转角

时，即磁极方向与极头端中心连线平行时，此时气隙中心的磁场强度达到最大，再继续转动，气隙中心磁场又将减小，气隙中心磁场强度随永磁体转动角度将呈正弦变化关系。若两个永磁体3的转动方向不一致，则在气隙中心形成的磁场相互抵消，呈相减的关系。若将永磁体3的转动角固定，通过改变极头端的间距也可以改变气隙中心的磁场强度。

当中心气隙间距固定为1.1mm时，通过一致转动圆柱永磁体3得到的气隙中心磁场强度随永磁体旋转角度变化的关系如图5所示。当时，气隙中心磁场Bx高达0.85T。

在固定永磁体3转角

为90°的条件下，逐渐增大极头5气隙gap的间距测得的气隙中心磁场强度随气隙间距的变化关系如图6所示。

本实施例提供的线性可调磁场发生器结构简单、体积小、能耗小、永磁用料少、成本低、磁场变化范围大，无需格外供电支持，无需低温制冷系统，可以实现绝对零场，磁场强度不会随时间变化，稳定可靠。

实施例2

本实施例提供一种线性可调磁场发生器，其包括了实施例1中的线性可调磁场发生器的结构，本实施例提供的磁场发生器的结构如图7a-7c所示（其中与图2中相同的部件用相同的附图标记表示），在如图2所示的磁场发生器的结构的外侧还包括：

铝制壳体，用于罩住如图2所示的磁场发生器，该铝制壳体包括框架部分2和两个侧板部分1（其中图7a和7b中仅示出了正面的一个侧板1），并由该框架部分2和两个侧板部分1限定该铝制壳体的内部空间，以容纳导磁磁轭4、永磁体3和导磁极头5，其中导磁磁轭4固定到框架部分2上，导磁极头5上套有用于调节两个极头端51之间的间距（即气隙gap的大小）的铝制螺母7，并通过该螺母7固定到框架部分2上，两个侧板部分1具有相对应的第一开口11和第二开口12，第一开口11用于露出两个导磁极头5的两个极头端51以及二者之间的气隙，以便于在气隙中放置待测样品，第二开口12用于露出两个圆柱形永磁体3；

参见图7c，两个铝制旋转托8，分别固定到两个圆柱形永磁体3上，旋转托8上固定旋转手柄9，以便于转动旋转托8进而带动永磁体3的转动。

本实施例提供的线性可调磁场发生器，可利用简单的结构实现圆柱形永磁体3的转动以及极头端51之间的间距，从而容易地实现磁场大小的调节。

实施例3

本实施例提供一种线性可调磁场发生器，其结构如图8所示，包括：

圆柱形永磁体33，径向充磁；

两个条形导磁极头35，分别具有极头端351，极头端351的截面为椭圆形，两极头端351相对地放置，以在两极头端351之间的气隙gap中产生磁场；

U字形导磁磁轭36，U字形底边具有圆形开孔，上述圆柱形永磁体33固定在该圆形开孔中，且能够径向旋转，导磁磁轭36的两个端部分别连接到两个条形导磁极头35，与两个条形导磁极头35形成封闭的磁通回路，用于将圆柱形永磁体33的磁场传导至位于两极头端351之间的气隙gap中。

本实施例提供的线性可调磁场发生器与实施例1提供的磁场发生器的主要区别在于仅采用了单个永磁体和单个磁轭，同样可以通过旋转永磁体或调节导磁极头之间的间距而改变气隙gap中的磁场强度。另外，本实施例中的导磁极头的截面为椭圆形，相比于梯台形的极头端51，可有效地进一步减少漏磁。

上述各个实施例中，通过使永磁体径向充磁，并利用导磁磁轭将永磁体的磁场传导至两个导磁极头，以在两个导磁极头的极头端之间形成具有磁场的气隙。永磁体相对于导磁磁轭的转动导致充磁方向与导磁磁轭之间的夹角的变化，进而导致导磁磁轭所传导的磁通的变化，从而导致两个导磁极头的极头端之间的气隙中的磁场强度的变化。

其中，永磁体的旋转方向并不限于上述实施例（图2-4，图7-图8）中所述的方向，例如还可以为图9中所示的方向。如图9所示，永磁体为径向充磁，其旋转轴的方向与图8中永磁体的旋转轴的方向相垂直。又例如图10所示，永磁体3为径向充磁，其旋转轴的方向与图2中永磁体3的旋转轴的方向相垂直。本领域技术人员可根据实际需要而灵活的设置永磁体的充磁方向和旋转方向，只要满足如下条件即可实现本发明：使永磁体从第一位置转至第二位置时，导磁磁轭中传导的磁通的大小发生变化。

根据本发明的其他实施例，其中永磁体的形状不限于上述实施例中所述的圆柱形，例如还可以为图11中所示的立方永磁体，该立方永磁体外侧具有圆弧形导磁体，从而便于立方永磁体在磁轭的圆形开孔中的转动。采用具有圆柱形轮廓的永磁体在磁轭中的圆形开孔中进行转动的技术方案可以简单地实现永磁体相对于磁轭的旋转，但也可以采用其他的方式实现永磁体相对于导磁磁轭的转动。

根据本发明的其他实施例，其中导磁磁轭的形状不限于上述实施例中所描述的U字形，也可以为其他能够将永磁体的磁场传导至导磁极头的形状。永磁体相对于磁轭的位置也不限于U字形底边，也可以为其他位置，只要是位于导磁磁轭能够将永磁体的磁场传导至导磁极头的位置即可。

根据本发明的其他实施例，其中一个导磁磁轭中还可以具有多个可旋转的永磁体，导磁磁轭中所传导的磁场为多个永磁体产生的磁场的叠加。

根据本发明的其他实施例，其中导磁磁轭的数量不限于上述实施例中描述的一个或两个，还可以为更多个。

根据本发明的其他实施例，其中导磁极头的数量不限于上述实施例中描述的两个，还可以为更多个，本领域技术人员可根据需要而使多个导磁极头相组合以在多个导磁极头之间实现所需形式的磁场。

根据本发明的其他实施例，其中导磁极头的极头端的形状不限于上述实施例中的梯台形和椭圆柱形，也可以为其他的形状，本领域技术人员可以根据需要而选择合适的形状。

根据本发明的其他实施例，其中永磁体的作用是用于产生磁场，本领域技术人员可以理解的是，也可以采用其他的磁体作为磁源来替代永磁体，以产生磁场。

本发明利用导磁磁轭将磁源的磁场传导到至少两个导磁极头，从而在两个导磁极头之间形成具有磁场的气隙。磁源相对于导磁磁轭的转动导致其充磁方向与导磁磁轭之间的夹角的变化，进而导致导磁磁轭所传导的磁通的变化，从而导致两个导磁极头的极头端之间的气隙中的磁场强度的变化，从而实现磁场的可调性。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种磁场发生器，包括：

至少两个导磁极头，分别具有极头端，所述至少两个导磁极头以极头端相对的方式放置，以在所述极头端之间形成气隙；

至少一个磁源；

至少一个导磁磁轭，用于将所述至少一个磁源产生的磁场传导至所述至少两个导磁极头，从而在所述气隙中产生磁场；

其中所述磁源可相对于导磁磁轭旋转，且当所述磁源从第一位置转至第二位置时，所述导磁磁轭中传导的磁通的大小不同。

2.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中所述磁源为圆柱形，径向充磁。

3.根据权利要求2所述的磁场发生器，其中导磁磁轭中具有容纳所述圆柱形磁源的圆形开孔。

4.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中所述导磁磁轭的数量为多个，分别对应至少一个磁源，以在所述气隙中产生叠加的磁场。

5.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中所述极头端为梯台形或椭圆柱形。

6.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中每个所述导磁磁轭对应多个磁源。

7.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中所述至少两个导磁极头之间的气隙间距可调。

8.根据权利要求1所述的磁场发生器，还包括用于罩住所述磁场发生器的壳体。

9.根据权利要求8所述的磁场发生器，其中所述导磁极头上套有用于调节两个极头端之间的间距的螺母，并通过该螺母固定到所述壳体上。

10.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中所述磁源为永磁体。

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