CN108900046B - 一种圆筒型Halbach永磁阵列的安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆筒型Halbach永磁阵列的安装方法，解决了Halbach永磁阵列由于相邻磁体之间存在较强的吸力和斥力，直接安装非常困难的问题。圆筒型Halbach永磁阵列包括第一永磁环、第二永磁环和第三永磁环，本发明利用Halbach型阵列中不同充磁方向的永磁体之间的相互作用力，改变安装顺序来实现圆筒型Halbach永磁阵列的安装。本发明具有安装简便，只需要简单的夹具和结构胶即可完成安装的优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及到永磁体的装配领域，具体是一种圆筒型Halbach永磁阵列的安装方法。
背景技术
电磁场是能量转换与信息传递的重要基础。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，已经成为了永磁材料的主体产品。
1979年，美国学者Halbach在利用各种永磁体结构产生的磁场做实验时发现了这种特殊的永磁体结构并逐步完善，形成了所谓的Halbach磁体。这种结构后来在永磁电机、粒子加速器等方面获得广泛应用。
基于钕铁硼永磁体组成的Halbach结构体，可以产生足够的单边磁场，可以对重力进行悬浮补偿，减小线圈电流和发热；尤其适用于浸没式光刻机等需要高精度、低发热的精密仪器和设备中。
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。由于相邻磁体之间存在较强的、复合的吸力和斥力，直接安装的难度很大，因此要寻求一定的解决方案。本发明提供了一种利用磁体之间相互作用力来安装Halbach永磁阵列的安装方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆筒型Halbach永磁阵列的安装方法。
本发明中圆筒型Halbach永磁阵列包括第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环和圆筒形夹具；第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环由上至下依次设置在圆筒形夹具内壁上；第一永磁环与第三永磁环充磁方向为轴向，第一永磁环与第三永磁环充磁方向均垂直于第二永磁环但方向相反；第二永磁环充磁方向为径向：当第一永磁环与第三永磁环充磁方向指向第二永磁环时，第二永磁环充磁方向背离圆筒形夹具内壁；当第一永磁环与第三永磁环充磁方向背离第二永磁环时，第二永磁环充磁方向指向圆筒形夹具内壁；第二永磁环由n块径向充磁的、角度为360°/n的磁瓦组成，n为整数；
安装方法，包括如下步骤：
首先将第一永磁环和第三永磁环，按照与最终装配完成的磁极方向相反的方向装入圆筒型夹具内壁，并用手限制它们之间的排斥使它们位于圆筒型夹具内壁上下两端；
然后将组成第二永磁环的径向充磁磁瓦逐个装入第一永磁环和第三永磁环之间的间隙中，第二永磁环的磁瓦受到的磁场力使其能够固定于间隙中；
接着将第一永磁环取下并反转方向，并在第一永磁环与第二永磁环最终的接触面上涂抹结构胶，然后装回到圆筒型夹具中；
最后待第一永磁环和第二永磁环互相粘牢后，将第三永磁环取下，并在第三永磁环与第二永磁环最终的接触面上涂抹结构胶，然后装回到圆筒型夹具中。
所述的圆筒型Halbach永磁阵列还可以包括第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环和圆筒形夹具；第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环由上至下依次设置在圆筒形夹具外壁上；第一永磁环与第三永磁环充磁方向为轴向，第一永磁环与第三永磁环充磁方向均垂直于第二永磁环但方向相反；第二永磁环充磁方向为径向：当第一永磁环与第三永磁环充磁方向指向第二永磁环时，第二永磁环充磁方向背离圆筒形夹具外壁；当第一永磁环与第三永磁环充磁方向背离第二永磁环时，第二永磁环充磁方向指向圆筒形夹具外壁；第二永磁环由n块径向充磁的、角度为360°/n的磁瓦组成，n为整数；
安装方法，包括如下步骤：
首先将第一永磁环和第三永磁环，按照与最终装配完成的磁极方向相反的方向装入圆筒型夹具外壁，并用手限制它们之间的排斥使它们位于圆筒型夹具外壁上下两端；
然后将组成第二永磁环的径向充磁磁瓦逐个装入第一永磁环和第三永磁环之间的间隙中，第二永磁环的磁瓦受到的磁场力使其能够固定于间隙中；
接着将第一永磁环取下并反转方向，并在第一永磁环与第二永磁环最终的接触面上涂抹结构胶，然后装回到圆筒型夹具中；
最后待第一永磁环和第二永磁环互相粘牢后，将第三永磁环取下，并在第三永磁环与第二永磁环最终的接触面上涂抹结构胶，然后装回到圆筒型夹具中。
所述的圆筒型夹具采用不导磁材料。
所述的圆筒型夹具内径与第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环的外径是过盈配合。
所述的圆筒型夹具外径与第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环的外径是过盈配合。
本发明充分利用了永磁体之间的相互吸引和相互排斥，使吸力和斥力为安装所用而不是安装的阻碍。磁体之间无缝串联拼装，最大限度减少漏磁通，提高永磁体的效率。减少了安装磁体所需夹具和工装的设计量，缩短装配时间和降低成本。减少了粘接使用结构胶的用量，适用于尺寸较小的Halbach结构体，减小结构体的质量和体积。
附图说明
图1是实施例一的圆筒型Halbach阵列的磁体布局示意图。
图2是实施例一的圆筒型Halbach阵列的安装过程示意图。
图3是实施例二的圆筒形Halbach阵列的磁体布局示意图。
图4是实施例二的圆筒形Halbach阵列的安装过程示意图。
图5是实施例三的圆筒形Halbach阵列的磁体布局示意图。
图6是实施例三的圆筒形Halbach阵列的安装过程示意图。
图7是实施例四的圆筒形Halbach阵列的磁体布局示意图。
图8是实施例四的圆筒形Halbach阵列的安装过程示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图对本发明做进一步详细说明如下：
实施例一：
如图1所示，实施例一磁体最终装配好后，第一永磁环1-1、第二永磁环1-2、第三永磁环1-4由上至下依次设置在圆筒形夹具1-3内壁上。第二永磁环1-2充磁方向垂直并指向圆筒形夹具1-3内壁，为径向充磁；第一永磁环、第三永磁环充磁方向垂直并背离第二永磁环，为轴向充磁；第二永磁环由n块径向充磁的、角度为360°/n的磁瓦组成，n为整数。
如图2所示，首先将第一永磁环1-1和第三永磁环1-4的磁极与最终装配方向反向安装进圆筒形夹具1-3中，分别位于夹具1-3的上下端，然后将第二永磁环1-2的每个磁瓦逐个放入第一永磁环1-1和第三永磁环1-4的之间。由于第二永磁环1-2受到的合力为径向向外，被圆筒形夹具1-3所限制而平衡。接着将第一永磁环1-1取下并翻转方向，在S极涂抹结构胶后，按N极朝外的方向安装回去。待结构胶粘接牢固后对第三永磁环1-4进行同样的处理。这样即可完成实施例一的Halbach阵列的安装。
实施例二：
如图3所示，实施例二磁体最终装配好后，第一永磁环1-1、第二永磁环1-2、第三永磁环1-4由上至下依次设置在圆筒形夹具1-3内壁上。第二永磁环1-2充磁方向垂直并背离圆筒形夹具内壁，为径向充磁；第一永磁环1-1、第三永磁环1-4充磁方向垂直并指向第二永磁环，为轴向充磁；第二永磁环由n块径向充磁的、角度为360°/n的磁瓦组成，n为整数。
如图4所示，首先将第一永磁环1-1和第三永磁环1-4的磁极与最终装配方向反向安装进圆筒形夹具1-3中，分别位于夹具1-3的上下端，然后将第二永磁环1-2的每个磁瓦逐个放入第一永磁环1-1和第三永磁环1-4的之间。由于第二永磁环1-2受到的合力为径向向外，被圆筒形夹具1-3所限制而平衡。接着将第一永磁环1-1取下并翻转方向，在N极涂抹结构胶后，按S极朝外的方向安装回去。待结构胶粘接牢固后对第三永磁环1-4进行同样的处理。这样即可完成实施例二的Halbach阵列的安装。
实施例三：
如图5所示，实施例三磁体最终装配好后，第一永磁环1-1、第二永磁环1-2、第三永磁环1-4由上至下依次设置在圆筒形夹具1-3外壁上。第二永磁环1-2充磁方向垂直并背离圆筒形夹具外壁，为径向充磁；第一永磁环1-1、第三永磁环1-4充磁方向垂直并指向第二永磁环，为轴向充磁；第二永磁环由n块径向充磁的、角度为360°/n的磁瓦组成，n为整数。
如图6所示，首先将第一永磁环1-1和第三永磁环1-4的磁极与最终装配方向反向安装进圆筒形夹具1-3中，分别位于夹具1-3的上下端，然后将第二永磁环1-2的每个磁瓦逐个放入第一永磁环1-1和第三永磁环1-4的之间。由于第二永磁环1-2受到的合力为径向向里，被圆筒形夹具1-3所限制而平衡。接着将第一永磁环1-1取下并翻转方向，在N极涂抹结构胶后，按S极朝外的方向安装回去。待结构胶粘接牢固后对第三永磁环1-4进行同样的处理。这样即可完成实施例三的Halbach阵列的安装。
实施例四：
如图7所示，实施例四磁体最终装配好后，第一永磁环1-1、第二永磁环1-2、第三永磁环1-4由上至下依次设置在圆筒形夹具1-3外壁上。第二永磁环1-2充磁方向垂直并指向圆筒形夹具外壁，为径向充磁；第一永磁环1-1、第三永磁环1-4充磁方向垂直并背离第二永磁环，为轴向充磁；第二永磁环由n块径向充磁的、角度为360°/n的磁瓦组成，n为整数。
安装过程如图8所示，首先将第一永磁环1-1和第三永磁环1-4的磁极与最终装配方向反向安装进圆筒形夹具1-3中，分别位于夹具1-3的上下端，然后将第二永磁环1-2的每个磁瓦逐个放入第一永磁环1-1和第三永磁环1-4的之间。由于第二永磁环1-2受到的合力为径向向里，被圆筒形夹具1-3所限制而平衡。接着将第一永磁环1-1取下并翻转方向，在S极涂抹结构胶后，按N极朝外的方向安装回去。待结构胶粘接牢固后对第三永磁环1-4进行同样的处理。这样即可完成实施例四的Halbach阵列的安装。
以上所述的实施例，使用结构胶的地方只有第一永磁环和第三永磁环相应的面。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种圆筒型Halbach永磁阵列的安装方法，其特征在于：所述的圆筒型Halbach永磁阵列包括第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环和圆筒形夹具；第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环由上至下依次设置在圆筒形夹具内壁上；第一永磁环与第三永磁环充磁方向为轴向，第一永磁环与第三永磁环充磁方向均垂直于第二永磁环但方向相反；第二永磁环充磁方向为径向：当第一永磁环与第三永磁环充磁方向指向第二永磁环时，第二永磁环充磁方向背离圆筒形夹具内壁；当第一永磁环与第三永磁环充磁方向背离第二永磁环时，第二永磁环充磁方向指向圆筒形夹具内壁；第二永磁环由n块径向充磁的、角度为360°/n的磁瓦组成，n为整数；
所述的安装方法，包括如下步骤：
首先将第一永磁环和第三永磁环，按照与最终装配完成的磁极方向相反的方向装入圆筒型夹具内壁，并用手限制它们之间的排斥使它们位于圆筒型夹具内壁上下两端；
然后将组成第二永磁环的径向充磁磁瓦逐个装入第一永磁环和第三永磁环之间的间隙中，第二永磁环的磁瓦受到的磁场力使其能够固定于间隙中；
接着将第一永磁环取下并反转方向，并在第一永磁环与第二永磁环最终的接触面上涂抹结构胶，然后装回到圆筒型夹具中；
最后待第一永磁环和第二永磁环互相粘牢后，将第三永磁环取下，并在第三永磁环与第二永磁环最终的接触面上涂抹结构胶，然后装回到圆筒型夹具中。
2.一种圆筒型Halbach永磁阵列的安装方法，其特征在于：所述的圆筒型Halbach永磁阵列包括第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环和圆筒形夹具；第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环由上至下依次设置在圆筒形夹具外壁上；第一永磁环与第三永磁环充磁方向为轴向，第一永磁环与第三永磁环充磁方向均垂直于第二永磁环但方向相反；第二永磁环充磁方向为径向：当第一永磁环与第三永磁环充磁方向指向第二永磁环时，第二永磁环充磁方向背离圆筒形夹具外壁；当第一永磁环与第三永磁环充磁方向背离第二永磁环时，第二永磁环充磁方向指向圆筒形夹具外壁；第二永磁环由n块径向充磁的、角度为360°/n的磁瓦组成，n为整数；
所述的安装方法，包括如下步骤：
首先将第一永磁环和第三永磁环，按照与最终装配完成的磁极方向相反的方向装入圆筒型夹具外壁，并用手限制它们之间的排斥使它们位于圆筒型夹具外壁上下两端；
然后将组成第二永磁环的径向充磁磁瓦逐个装入第一永磁环和第三永磁环之间的间隙中，第二永磁环的磁瓦受到的磁场力使其能够固定于间隙中；
接着将第一永磁环取下并反转方向，并在第一永磁环与第二永磁环最终的接触面上涂抹结构胶，然后装回到圆筒型夹具中；
最后待第一永磁环和第二永磁环互相粘牢后，将第三永磁环取下，并在第三永磁环与第二永磁环最终的接触面上涂抹结构胶，然后装回到圆筒型夹具中。
3.如权利要求1或2所述的一种圆筒型Halbach永磁阵列的安装方法，其特征在于：所述的圆筒型夹具采用不导磁材料。
4.如权利要求1所述的一种圆筒型Halbach永磁阵列的安装方法，其特征在于：所述的圆筒型夹具内径与第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环的外径是过盈配合。
5.如权利要求2所述的一种圆筒型Halbach永磁阵列的安装方法，其特征在于：所述的圆筒型夹具外径与第一永磁环、第二永磁环、第三永磁环的内径是过盈配合。
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