CN114400125A - 一种实心柱型磁体阵列及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实心柱型磁体阵列，包括偶数个依次套接的磁体，位于中间的第一个磁体为实心磁柱、其余磁体为外层磁环，相邻两个磁体之间通过固定介质连接；其中，第N个磁体沿轴向充磁，N为奇数，第N+1个磁体沿内外环辐射径向充磁；制备时，从内之外依次压装固定即可。本发明能满足低成本、易制备的目的，可扩大在产业上的各种应用方式。
Description
技术领域
本发明涉及永磁体工艺领域，具体涉及一种实心柱型磁体阵列及制备方法。
背景技术
海尔贝克磁体阵列(Halbach Array、Halbach permanent magnet)是指，将不同充磁方向的永磁体按照一定规律排列，能够在组合磁体一侧汇聚磁力线，而在另一侧削弱磁力线，从而获得比较理想的单边磁场。这在工程上有非常重要的意义，海尔贝克阵列以出色的磁场分布特性，被广泛应用于诸如核磁共振、磁悬浮、永磁特种电机等工业领域。
目前的海尔贝克磁铁阵列为长方形平面、正方形平面或环型平面排列，主要具有以下两种制备方法：
1、根据阵列结构,将预先已充磁的磁体通过磁体胶段粘连在一起，由于各磁体之间的互斥力很强，所以在粘连的时候要需要采用模具进行夹紧，该方法制备难度低，但是模具需要定制，成本高，在未粘结固定的期间，模具无法周转使用，因此无法做到快速的批量生产目的，效率较低，比较适合实验室研究阶段使用。
2、利用充模或压模的方法制造一个完整的磁体，然后在夹具中进行充磁，即可得到需要的阵列结构，这种方法加工效率高，没有互斥组装的环节，因此比较容易实现批量化生产，但是制造过程中需要专门设计充磁夹具和制定充磁工艺，成本较高。
因此现有矩形平面和环形平面的阵列在制备过程中存在较为明显的缺点，并且不适合某些空间限制的环境中应用，因此急需对海尔贝克磁体数组进行优化改善。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实心柱型磁体阵列及制备方法，能满足低成本、易制备的目的，可扩大在产业上的各种应用方式。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实心柱型磁体阵列，包括偶数个依次套接的磁体，位于中间的第一个磁体为实心磁柱、其余磁体为外层磁环，相邻两个磁体之间通过固定介质连接；
其中，第N个磁体沿轴向充磁，N为奇数，第N+1个磁体沿内外环辐射径向充磁。
进一步的，相邻且沿轴向充磁的磁体的极性相反设置，相邻且沿内外环辐射径向充磁的磁体的极性相反设置。
进一步的，相邻两个磁体中，位于外侧的磁体端面积A与位于内侧的磁体端面积a存在相互关系为：a≤A≤2a。
进一步的，相邻两个磁体中，位于内侧的磁体外环面结构与位于外侧的磁体内环面结构一致。
进一步的，所述磁体沿轴向的上端面至下端面结构一致。
进一步的，所述磁体沿轴向的上端面至下端面结构逐渐变小。
进一步的，多个磁体的高度一致。
进一步的，所述固定介质为磁体胶。
一种制备方法，用于组装如权利要求1-8任意一项所述的实心柱型磁体阵列，包括以下步骤：
步骤1)根据阵列结构,准备预先已充磁的多个磁体；
步骤2)从阵列的中部向外依次装配磁体，将第一个磁体压入相邻的磁体内并通过固定介质固定形成组合体；
步骤3)将组合体压入下一个磁体内并通过固定介质固定形成新的组合体；
步骤4)再将新的组合体压入下一个外层磁环内并通过固定介质固定，重复操作直至所有磁体安装结束，得到实心柱型磁体阵列
进一步的，在压入操作时，先通过相邻磁体的不同极性配合吸入一部分，随后进行压入操作。
本发明的有益效果：
本阵列采用一个实心磁柱和多个外层磁环组成，外层磁环在提供磁场的同时，还起到了模具定位的效果，降低了组装成本，并且还有效降低组装难度。
外层磁环能够在实心磁柱径向的两侧上分别形成磁场，在能够满足磁场布置需要的前提下，还减少了磁体数量的使用。
由于是实心结构，在永磁体结构阵列表面能够形成单边强磁场，可广泛应用于仅需单面强磁的场合中。
附图说明
图1是本发明的两层组合结构示意图；
图2是本发明中图1的爆炸结构示意图；
图3是本发明中图1的背面结构示意图；
图4是本发明两层组合的多边形结构示意图；
图5是本发明两层组合的扇形结构示意图；
图6是本发明两层组合的瓦片形结构示意图；
图7是本发明的四层组合结构示意图；
图8是本发明图7中的反面结构示意图；
图9是本发明图7中的极性与磁力线分布示意图。
图中标号说明：1、磁体；11、实心磁柱；12、外层磁环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的实心柱型磁体阵列的一实施例，包括两个套接在一起的磁体1，位于中间的磁体1为实心磁柱11，圆柱体结构，位于外部套设的磁体1为外层磁环12，圆环结构，连接时，采用固定介质结合，此处的固定介质为磁体胶，固定稳定性好，技术成熟，成本低。
上述的实心磁柱11沿轴向充磁，即套装组合的方向，实心磁柱11两个端面分别为S极和N极，外层磁环12沿自身内外环辐射径向充磁，外层磁环12的内圈和圈分别为S极和N极。通过磁极的配合，形成了有效的单边磁场。
具体的，在本实施例中，外层磁环12的内圈为S极及外圈为N极，磁极设定根据磁体阵列使用最内层实心磁柱11的极性决定，此处使用实心磁柱11的S极；当磁体阵列使用最内层实心磁柱11的N极时，则外层磁环12依需求反向充磁，内圈为N极及外圈为S极。
为获取最佳磁场效果，经实验确认，外层磁环12的端面积A与实心柱的端面积a存在相互关系为：a≤A≤2a。
基于上述的圆形阵列结构,在制备时，先准备预先已充磁的一个实心磁柱11和一个外层磁环12；然后将实心磁柱11压入外层磁环12中心并通过磁体胶固定即可完成组装；在压入的过程中，先判断外层磁环12内圈的磁极属性，此实施例为N极，然后将实心磁柱11的S极优先压入外层磁环12内，由于异性相吸，实心磁柱11能够轻松压入部分结构至外层磁环12内，也起到定位的效果，随后在施压将其余部分压入外层磁环12内，进一步降低组装难度。
实心磁柱11的外环面结构与外层磁环12的内环面结构一致，保证装配精度，提高制备品质，也能够起到良好的“模具”定位作用。
实心磁柱11和外层磁环12的高度一致，便于装配及保证产品品质。
在一实施例中，参照图4所示，实心磁柱11为三角柱体结构，位于外部套设的外层磁环12为三角形环体结构，适合三角形空间内的使用。
当然还可以为四边形、五边形的其他多边形结构，满足不同多边形样式空间内的使用。
在一实施例中，参照图5所示，实心磁柱11为扇形端面的柱体结构，位于外部套设的外层磁环12为与实心磁柱11配合的扇形环体结构，适合扇形空间内的使用。
在一实施例中，参照图6所示，实心磁柱11为弧形端面、扇形侧面的瓦片形柱体结构，位于外部套设的外层磁环12为与实心磁柱11配合的瓦片形环体结构，适合异形空间、弧形面接触释放场景内的使用。
在一实施例中，参照图7所示，磁体的数量为4，包括一个实心磁柱11以及三个外层磁环12，阵列的高度H，因此一个实心磁柱11以及三个外层磁环12的高度均为H。
阵列中实心磁柱11位于最内层，实心磁柱11的外径为D0，且沿轴向充磁，两端面分别为S极与N极；
与实心磁柱11相邻的第一个外层磁环12的内孔径d1＝D0，外径D1，磁体阵列使用最内层实心磁柱11的S极，所以外层磁环12的内外圈辐射径向充磁时，内圈为S极及外圈为N极；(若磁体阵列使用最内层实心磁柱11的N极，则外层磁环12也可依需求反向充磁，内圈为N极及外圈为S极)
为获取最佳磁场效果，第一个外层磁环12的端面积A与实心柱的端面积a存在相互关系为：a≤A≤2a
将实心磁柱11的N极放入第一个外层磁环12的孔径中，实心磁柱11半截N极与第一个外层磁环12的内圈S极，两者异极相吸，因此可轻易装入，然后再将实心磁柱11按压到底，以磁铁胶固定两者相對位置，此时为组合体一。
随后需要将组合体一装入第一个外层磁环12相邻的第二个外层磁环12的孔径中，第二个外层磁环12的内孔径d2＝D1，外径D2，轴向充磁，两端面分别为N极与S极。第二个外层磁环12的端面积b与第一个外层磁环12的端面积a，存在相互关系为：a≤b≤2a。
将组合体一由下方放入第二个外层磁环12的孔径中，组合体一外层的N极与第二个外层磁环12的底部半截S极异极相吸，因此可轻易装入，然后再将第二个外层磁环12按压到底，以磁铁胶固定两者相對位置，此时为组合体二。
随后需要将组合体二装入第二个外层磁环12相邻的第三个外层磁环12的孔径中，第三个外层磁环12的内孔径d3＝D2，外径D3，内外圈辐射径向充磁，内圈为N极及外圈为S极，第三个外层磁环12的端面积B与第二个外层磁环12的端面积b，存在相互关系为：b≤B≤2b。
将组合体二放入第三个外层磁环12的孔径中，组合体二的半截S极与第三个外层磁环12的内圈N极异极相吸，因此可轻易装入，然后再将组合体二按压到底，以磁铁胶固定两者相对位置，此时为组合体三。
组合体三的截面磁场排列参照图9所示，极性与磁力线分布，与海尔贝克磁体阵列长条排列方式相同。
当需要增加磁场强度时，以第二个外层磁环12和第三个外磁环为组合模块，参照第二个外层磁环12和第三个外磁环的组装方式，依次循环套接，可装N层；在永磁体结构阵列表面形成单边强磁场，可广泛应用于仅需单面强磁的场合中。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种实心柱型磁体阵列，其特征在于，包括偶数个依次套接的磁体，位于中间的第一个磁体为实心磁柱、其余磁体为外层磁环，相邻两个磁体之间通过固定介质连接；
其中，第N个磁体沿轴向充磁，N为奇数，第N+1个磁体沿内外环辐射径向充磁。
2.如权利要求1所述的实心柱型磁体阵列，其特征在于，相邻且沿轴向充磁的磁体的极性相反设置，相邻且沿内外环辐射径向充磁的磁体的极性相反设置。
3.如权利要求1所述的实心柱型磁体阵列，其特征在于，相邻两个磁体中，位于外侧的磁体端面积A与位于内侧的磁体端面积a存在相互关系为：a≤A≤2a。
4.如权利要求1所述的实心柱型磁体阵列，其特征在于，相邻两个磁体中，位于内侧的磁体外环面结构与位于外侧的磁体内环面结构一致。
5.如权利要求1所述的实心柱型磁体阵列，其特征在于，所述磁体沿轴向的上端面至下端面结构一致。
6.如权利要求1所述的实心柱型磁体阵列，其特征在于，所述磁体沿轴向的上端面至下端面结构逐渐变小。
7.如权利要求1所述的实心柱型磁体阵列，其特征在于，多个磁体的高度一致。
8.如权利要求1所述的实心柱型磁体阵列，其特征在于，所述固定介质为磁体胶。
9.一种制备方法，其特征在于，用于组装如权利要求1-8任意一项所述的实心柱型磁体阵列，包括以下步骤：
步骤1)根据阵列结构,准备预先已充磁的多个磁体；
步骤2)从阵列的中部向外依次装配磁体，将第一个磁体压入相邻的磁体内并通过固定介质固定形成组合体；
步骤3)将组合体压入下一个磁体内并通过固定介质固定形成新的组合体；
步骤4)再将新的组合体压入下一个外层磁环内并通过固定介质固定，重复操作直至所有磁体安装结束，得到实心柱型磁体阵列。
10.如权利要求9所述的装配方法，其特征在于，在压入操作时，先通过相邻磁体的不同极性配合吸入一部分，随后进行压入操作。
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