CN1602805A - 多环无极面永久磁铁和制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于成像设备的永久磁铁组件，具有一个永久磁铁本体，所述永久磁铁本体具有第一表面和适于面向成像设备的成像容器的阶梯状第二表面，其中阶梯状第二表面包含至少4个台阶。

Description

多环无极面永久磁铁和制造方法
技术领域
总的来说，本发明涉及永久磁铁组件，特别涉及用于核磁共振成像(MRI)系统的永久磁铁组件。
背景技术
存在利用永久磁铁的各种磁成像系统。这些系统包括磁共振成像(MRI)、磁共振疗法(MRT)和核磁共振(NMR)系统。MRI系统用来使病人身体的一部分成像。MRT系统通常较小并且用来监视器病人身体内部的手术器械的布置。NMR系统用来检测来自正在成像的材料的信号，以确定该材料的成分。
这些系统经常利用两个或多个直接附着于通常称作磁轭的支架上的永久磁铁。成像容器(imaging volume)提供在这些磁铁之间。人或材料被放入成像容器中并检测图像或信号，然后由诸如计算机之类的处理器进行处理。如图1所示，磁铁有时被安排在永磁材料的同心环的组件1中。例如，可以存在两个环3和5，它们由位于环形磁铁3和5间的间隙中的非磁性材料环7隔开。非磁性材料环7平行于磁场方向地贯穿整个磁铁组件1。组件1还包含适于容纳螺栓的孔9，通过该螺栓将组件1固定到磁轭上。
已知技术的成像系统还包含极靴和梯度线圈，它们邻近于面对成像容器的永久磁铁的成像表面。需要极靴来定形磁场以及减少或消除在永久磁铁的磁轭和成像表面中产生的不希望的涡流。
然而，极靴也干扰永久磁铁所生成的磁场。这样，极靴降低了到达成像容器的永久磁铁所生成的磁场的强度。因此，由于极靴的存在，需要较大数量的永久磁铁在成像容器中特别在MRI系统中产生具有可接受的强度的磁场。较大数量的永久磁铁增加了磁铁的成本并增加了成像系统制造的复杂度，因为较大的磁铁体积大且笨重。
发明内容
本发明的优选实施例提供了一种用于成像设备的永久磁铁组件，包括一个具有第一表面和适于面向成像设备的成像容器的阶梯状第二表面的永久磁铁本体，其中阶梯状第二表面包含至少4个台阶。
本发明的另一个优选实施例提供了一种成像设备的永久磁铁组件，包括至少一层软磁材料和永久磁铁本体。永久磁铁本体包括：圆柱形基座部分，其具有附着于所述至少一层软磁材料第一主表面，以及与基座部分的所述第一主表面相对的第二主表面；空心环部分，具有第一主表面和第二主表面。空心环部分的第一主表面附着于基座部分的第二主表面的外部。空心环部分的第二主表面延伸高于基座部分的第二主表面的相邻部分至少0.05米，以形成一个凹部(pocket)。
本发明的另一个优选实施例提供了制造永久磁铁组件的方法，包括：形成至少两层未磁化材料块，将所述至少两层未磁化材料块彼此相连，以形成第一母体(precursor body)的基座部分，所述基座部分具有第一主表面和相对的第二主表面，使所述至少两层未磁化材料块的厚度基本垂直于第一和第二主表面，并将对基座部分的第二主表面定形，以在第二主表面上形成至少三个台阶。该方法还包括：形成包括多个未磁化块的第一母体的空心环部分，将空心环部分连接到基座部分的第二主表面以形成第一母体，并磁化第一母体以形成第一永久磁铁本体。
本发明另一个优选实施例提供了用于成像设备的永久磁铁组件，包括具有第一表面和阶梯状第二表面的永久磁铁，该阶梯状第二表面适合于面向成像设备的成像容器，其中阶梯状第二表面的中心台阶包括一个突起。
附图说明
图1是现有技术的磁铁组件的透视图；
图2A和图2B是本发明第一优选实施例的永久磁铁组件的右半部分的侧剖面图；
图3是具有永久磁铁填料的永久磁铁组件的透视图；
图4是本发明第二优选实施例的永久磁铁本体的透视图；
图5是图4中的本体的基座部分的透视图；
图6是图4中的本体的空心环部分的透视图；
图7是包含本发明优选实施例的永久磁铁组件的MRI系统的侧剖面图；
图8是包含“C”形磁轭的MRI系统的透视图；
图9是包含具有多个连接杆的磁轭的MRI系统的侧剖面图；
图10是包含管状磁轭的MRI系统的侧剖面图；
图11是用来磁化适于用作永久磁铁的未磁化材料的线圈外壳的透视图；
图12-14是说明制造永久磁铁本体的方法的侧剖面图。
附图其中的部件名称列表如下：
磁铁组件11                     软磁材料层13
永久磁铁本体15                 第一表面17
高度18                         第二或成像表面19
磁场方向20                     同心环21、23、25、27
开口24                         可移动的永久磁铁件22
致动器28                       可移动永久磁铁本体填料26
金属垫板29                     永久磁铁基座部分或本体31
凹部33                         永久磁体空心环部分或本体35
主表面41、42                   边缘表面43、50
第一主表面48、第二主表面49     圆形开口51
粘合物质层52                   环形区段成形块54
MRI系统60                      成像系统支架或磁轭61
底部或底板62                   顶部或顶板63
第三部分64                     成像容器(imaging volume)65
单一管状体66                   RF线圈67
图像处理器68                   病人69
病人支撑架70                   限制器71
外壳73                         母体75
盖子82                         环氧树脂底盘84
第二磁铁组件111
具体实施方式
本发明人已经发现，具有拥有四个或多个台阶的阶梯状成像表面(stepped imaging surface)以及具有拥有充满金属垫片的至少0.05米深的凹部的永久磁铁组件，提供了一个容易用垫片填充的永久磁铁设计结构。最好，具有至少为0.05米高度的组件的空心环永久磁铁部分构成所述凹部的边缘，并且该空心环永久磁铁部分与组件的基座部分分开装配。然后把空心环部分附加到组件的基座部分。基座部分可以具有两个或多个台阶(比如三个台阶)，这些台阶在基座部分的成像表面的暴露部分中通过机加工形成。
这样，成像设备的永久磁铁组件包括具有第一表面和阶梯状第二成像表面的永久磁铁本体，其中阶梯状第二成像表面适于面向成像设备的成像容器。阶梯状第二表面包含至少4个台阶。永久磁铁本体的阶梯状第二成像表面包括空心环部分的主表面和未被环形部分覆盖的基座部分的一部分成像表面。
图2A图示了本发明第一优选实施例的成像设备的磁铁组件11的右半部分的侧剖面图。组件11的左半部分是右半部分的镜像，因而未清楚地显示。磁铁组件包含至少一层软磁材料13和永久磁铁本体15，永久磁铁本体15包含第一表面17和第二表面19。第一和第二表面基本平行于x-y面，磁场方向(即z方向)是x-y面的法线。图2A中的箭头20示意性地示出了磁场方向(即z轴方向)。在所述至少一层软磁材料13上附着第一表面17。第二或成像表面19适合于面向成像设备的成像容器。
在本发明的一个优选方面中，第一本体15的第一材料包括已磁化的永久磁铁材料。第一材料可包括任何永久磁铁材料或者合金，比如CoSm、NdFe或RMB，其中R包括至少一种稀土元素，M包括至少一种过渡金属元素，例如Fe、Co或Fe和Co。
最好，第一材料包括RMB材料，其中R包括至少一个稀土稀土元素，M包括至少一种过渡金属元素，比如至少原子百分率为50的铁。更佳的是，第一材料包括美国专利U.S6,120,620公开的富镨(Pr)RMB合金，该专利在此整体引用以资参考。富镨(Pr)RMB合金包括：原子百分率约为13至19的稀土元素，其中稀土含量基本上由大于50％的镨、从包含铈、镧、钇和其混合物的族中选出的轻稀土元素的有效量以及平衡钕(balance neodymium)；原子百分率约为4至20的硼；具有或者没有杂质的平衡铁(balance iron)。这里所用的术语“富镨”指的是铁硼稀土合金的稀土含量包括大于50％的镨。在本发明的另一个优选方面，稀土含量的镨百分率至少为70％，并且可以高达100％，这取决于存在于总稀土含量中的轻稀土元素的有效量。轻稀土元素的有效量是存在于已磁化铁硼稀土合金的总稀土含量中的量，已磁化铁硼稀土合金允许磁性等于或者大于29MGOe(BH)max和6kOe固有的矫顽力(Hci)。除了铁外，M可以包括其它元素，比如但不局限于钛、镍、铋、钴、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铝、锗、锡、锆、铪以及它们的混合物。因此，第一材料最好包括原子百分率为13-19的R、原子百分率为4-20的B以及平衡M，其中R包括：原子百分率为50或者更大的Pr，原子百分率为0.1-10的、Ce、Y和La中至少之一，以及平衡Nd。
所述至少一层软磁材料13包括一层或多层任何软磁材料。软磁材料是仅仅在施加外部磁场的情况下展现宏观铁磁性的材料。组件11最好包含多层软磁材料13的叠片，比如2至40层，最好是10至20层。图2A的虚线显示了出现多层的可能性。最好在平行于由永久磁铁组件发出的磁场方向的方向上层压各层(即，软磁层的厚度方向平行于磁场方向)。然而，如果需要，也可以在任何其它方向层压这些层，比如从平行到垂直于磁场方向延伸的角度层压这些层。软磁材料可以包括Fe-Si、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Al、Fe-Al-Si、Fe-Co-V、Fe-Cr-Ni以及无定形的基于Fe或Co的合金中的任何一种或多种。
磁组件11可以有任何形状或结构。例如，组件11可以有约40cm至90cm(即，约0.4至0.9米)的宽度或者外径。最好成形为适于面向成像设备的成像容器的第二表面19来最佳化磁场的形状、强度和均匀性。本体15的最佳形状以及它的第二表面19可以根据成像容器的大小、永久磁铁的磁场强度、垫片设计或者垫片性能和其它设计考虑，通过计算机仿真确定。例如，仿真包括有限元分析方法。在本发明的一个优选方面，第二表面19具有环形剖面，它包含彼此延伸到不同高度的多个同心环21、23、25、27，如图2A所示。换句话说，表面19是阶梯形的，并且包含至少四个台阶21、23、25、27。最好，环21、23、25、27的高度从最外环27递减到最内或者中心环21，如图2A所示。然而，可以是两个、三个或者四个环，任何内环的高度可以大于任何外环的高度(如图2B所示并在下文中进行详细说明)，这取决于系统配置和有关材料。
最好，从台阶25到表面19的环27的高度18至少为0.05米，比如在0.05至0.075米之间，最好约为0.0625米，以形成被填充垫片的凹部。图2A所示的环23和25的高度最好小于0.03米，比如0.1至20毫米。换言之，环21、23、25中的每一个的成像表面从邻近的内环的成像表面延伸0.03米以下。这样，在本发明的优选方面，外环27具有至少0.05米的高度，而组件的每个内环23、25具有小于0.03米的高度。最好，至少两个内环21、23被机加工成永久磁铁本体15的一个部分，而外环27包括永久磁铁本体的另一个部分，它独立制造并附加到包含内环的第一部分上。
在图2B所示的第一实施例的另一个优选方面，第一中心(即，最内)实心环21的高度大于第一中心环21周围的相邻空心环23的高度。中心环21在组件的成像表面19中形成突起。这样，接近中心环21的第一内空心环23具有组件11中所有环的最低高度。最好，中心环21的高度小于环绕第二环23的第三空心环25的高度，以及小于外空心环27的高度。最好，从台阶25到表面19的环27的高度18至少为0.05米，比如，在0.05米至0.075米之间，最好为约0.0625米，以形成填充垫片的凹部。图2B所示的环21和25的高度最好小于0.03米，比如为0.1至20毫米。
最好，组件包括任何适于移动的永久磁铁本体，它适于相对于固定的永久磁铁本体15的成像表面移动。可移动的本体可以位于成像系统支架61与固定的永久磁铁本体15之间。例如，可移动的永久磁铁本体可以包括可移动的永久磁铁件(piece)22，位于经由所述至少一层软磁材料13和支架61延伸的开口24处，如图2A和图2B所示。作为选择，可移动的永久磁铁本体可以包括位于开口24处的可移动永久磁铁本体填料26，如图3所示。
例如，永久磁铁件22可以包括永久磁铁杆或者其它成形件，经由所述至少一层软磁材料13中的开口24人工地或机械地放置在永久磁铁本体15的背面17，如图2A和2B所示。这样，正和/或负磁化的磁铁件22可以被放置在组件11中或者从中取出，以便最佳化一组给定条件下的成像系统性能，比如调整组件11的Bo磁场以使该磁场维持在期望值范围之内。磁铁件22位于成像设备支架或者磁轭61的开口24中，或者位于固定的永久磁铁本体15的背面17上。如果需要，金属垫板29(比如铁垫板)可以插到磁轭61与永久磁铁件22之间。
作为选择，可移动永久磁铁填料26位于开口24中，如图3所示。利用任何合适的致动器28，可以使永久磁铁填料26在开口24中上下移动(即，沿着开口的轴线移动)，其中致动器28适合于移动可移动永久磁铁填料。例如，致动器28可以是任何合适的机械或电动机械装置，比如可以人工或机械地驱动以移动填料26的滑轮或轨道。金属垫板29，比如铁垫板可以被插在致动器28与填料26之间。如果需要，填料26可以在某些条件下从组件11中移出。
可移动永久磁铁本体22、26可以包括与固定的永久磁铁本体15相同或不同的永久磁铁材料。与永久磁铁本体15的磁化相比，永久磁铁可移动本体可以有正或负磁化强度。永久磁铁可移动本体相对于固定永久磁铁本体15移动，以调整磁铁组件的Bo磁场，使该磁场维持在期望值范围。如果需要，可移动永久磁铁本体22、26的开口24可以从背面17进入永久磁铁本体15，如图2B所示。这样，可移动磁铁本体22、26可以移入和移出开口24，以分别填充和暴露位于永久磁铁本体15中的开口24的端部。开口24最好仅仅延伸经由永久磁铁本体15路经的一部分。
在本发明的第二优选实施例中，固定的永久磁铁本体15包括至少两个部件。这些部件适宜沿垂直于磁场方向的方向层压(即，这些部件的厚度方向平行于磁场方向)。最好，每个部件由被粘合物质粘合在一起的多个正方形、六边形、梯形、环形区段或者其它成形状的块制成。环形区段是不规则四边形，具有下凹顶部或者短边以及凸起底部或长边。
图4显示了本体15的一个优选结构。本体15包括永久磁铁基座部分或本体31(如图5所示)和永久磁体空心环部分或本体35(如图6所示)。填充了垫片的凹部33由本体15的成像表面19中的台阶构成。
基座部分31最好具有圆柱形结构，如图5所示。基座部分31的第一和第二主表面41和42是圆柱体的“底部”和“顶部”表面(即，圆柱体的基本部分)。主表面41、42的直径大于圆柱体31的边缘表面43的高度。最好(但不是必须)，第一或者背面41是平的。第一表面41相当于适合附加到所述至少一层软磁材料13上的第一表面17(如图2A和图2B所示)。
第二表面42是阶梯状的，并且最好具有至少三个台阶21、23和25。基座部分31的第二表面42中的至少两个台阶(比如内台阶21和23)被机加工到第二表面42。如果需要，外台阶25可以包括基座部分31的原始表面。第二表面42的内部(比如台阶21和23以及台阶25的内部)包括永久磁铁组件11的成像表面19的内部。如上所述，内台阶23、25最好具有小于0.03米的高度。如果需要，最内或者中心台阶21可以包括一个突起(如图2B所示)，而不是凹槽(如图4和图5所示)。
空心环部分35被附加在基座部分31的第二表面42的外部。空心环部分35也具有圆柱形结构，其第一主表面48和第二主表面49是环形柱体35的基座表面，如图6所示。主表面48、49的直径大于环形部分的边缘表面50的高度。空心环部分35具有从第一基座表面48延伸到第二基座表面49的圆形开口51，它平行于磁场20的方向。空心环部分35在基座部分31的第二主表面42之上形成，使台阶或者环21、23和25经由开口51暴露。环形部分35的第一主表面48被附加到基座部分31的第二表面42上，而环形部分35的第二主表面49包括永久磁铁组件11的成像表面19的外部。这样，基座部分的第一和第二表面以及空心环部分的第一和第二表面基本上垂直于磁铁组件的磁场方向安排。
最好，环形部分35的第二表面49伸展至少0.05米，比如在基座部分31的第二表面42的外台阶25上方延伸约0.05至0.075米。环形部分35的宽度(即，内外径之差)优选为至少0.05米，比如约0.1至0.5米，最好为约0.25至0.3米。换言之，环形部分35的高度和宽度最好至少为0.05米。环形部分35的内直径形成凹部33。凹部33填充有金属垫片。垫片最好由非永久磁铁材料(比如铁和其它合适的金属以及合金)制成。
通过任何适当方式(比如粘合层、卡钉和螺钉)可以将永久磁铁本体15的部件31和35彼此固定，并将其附加到软磁材料层13。最好，诸如环氧树脂或者黏合剂之类的粘合物质层52被配备在基座部分31的第二表面42与空心环本体35的第一表面48之间。
圆柱形基座本体31和空心环本体35最好包括永久磁铁材料的多个正方形、六边形、梯形、环形区段成形块54，它们由粘合物质(如环氧树脂)粘合在一起。然而，本体31和35可以包括不是由各个块制成的单一本体。基座部分31最好包括至少两层永久磁铁块54。例如，基座部分31可以包括三层永久磁铁块54，如图2A所示。
本发明优选实施例的磁铁组件11适宜用于成像系统，比如MRI、MRT或者NMR系统。最好，MRI系统使用优选实施例的至少两个磁铁组件。这些磁铁组件被附加到MRI系统的磁轭支架上。
任何适当成形的磁轭可以用来支持磁铁组件。例如，磁轭通常包含第一部分、第二部分和连接第一和第二部分的至少一个第三部分，以使得成像容器形成在第一部分与第二部分之间。图7图示了根据本发明一个优选方面的MRI系统60的侧剖面图。该系统包括磁轭61，其底部或底板62支持第一磁铁组件11，而其顶部或者顶板63支持第二磁铁组件111。应当理解，“顶”和“底”是相对的术语，因为MRI系统60可以关于其侧面旋转，以使得磁轭包含左部和右部，而不是顶部和底部。成像容器65位于这些磁铁组件之间。
如上所述，第一磁铁组件11包括：至少一个永久磁铁本体15，包含暴露于成像容器65的成像(即，第二)表面19；和至少一个软磁材料层13，放置到至少一个永久磁铁15的背表面(即，第一表面)17与第一磁轭部62之间。第二磁铁组件111最好与第一组件11相同。第二磁铁组件111包括：至少一个永久磁铁本体115，包含暴露于成像容器65的成像(即，第二)表面119；和至少一个软磁材料层113，放置到至少一个永久磁铁115的背表面(即，第一表面)117与第二磁轭部63之间。表面19与表面119之间的成像容器65的最小高度最好约为0.2至0.6米。
MRI系统60最好不用形成在第一和第二磁铁组件11、111的永久磁铁15、115的成像表面19和119与成像容器65之间的极靴进行操作。然而，如果需要，可以增加非常薄的极靴，以进一步减少或者消除涡流的出现。MRI系统还包括常规的电子部件，比如可选梯度线圈、rf线圈67和图像处理器68(比如计算机)，图象处理器68将来自rf线圈67的数据/信号变换成图像，并可选择地存储、发射和/或显示该图像。如果需要，可以省略梯度线圈。这些元件被示意地显示在图7中。
图7进一步示出了MRI系统60的各种可选特征。例如，系统60可以可选择地包含一个床或者病人支撑架70，用于支持正在对其身体成像的病人69。系统60还可以可选择地包含严格固定病人身体的一部分(比如头部、臂部和腿部)的限制器71，以避免病人69移动正在成像的身体部分。磁铁组件11、111可以通过螺栓或者其它装置(如支架和/或粘结剂)附加到磁轭61上。
系统60可以有任何预期的尺寸。根据预期磁场强度、用于构成磁轭61和组件11、111的材料类型以及其它设计因素，选择系统每一部分的尺寸。
在本发明的一个优选实施例中，MRI系统60仅包括一个连接磁轭61的第一部分和第二部分62和63的第三部分64。例如，磁轭61可以有如图8所示的“C”形结构。“C”形磁轭61具有一个直的或弯曲的连接杆或者柱64，它连接磁轭的底部62和顶部63。
在本发明的另一个优选方面，MRI系统60具有不同的磁轭61结构，包括如图9所示的多个连接杆或柱64。例如，两个、三个、四个或多个连接杆或柱64可以连接支持磁铁组件11、111的磁轭部62和63。
在本发明另一优选方面，磁轭61包括一个单一管状体66，具有圆形或多边形剖面，比如六边形剖面，如图10所示。第一磁铁组件11被附加到管状体66内壁的第一部分62上，而第二磁铁组件111被附加到磁轭61的管状体66内壁的相对部分63上。如果需要，可以有附加到磁轭61上的两个以上的磁铁组件。成像容器65位于在管状体66的中空部分中。
成像设备(比如包含永久磁铁组件11的MRI60)利用磁共振成像技术对病人身体的一部分成像。病人69进入MRI系统60的成像容器65，如图7和图8所示。rf线圈67检测来自位于该容器65中的病人65身体的一部分的信号，并且利用处理器68(比如计算机)处理已检测的信号。该处理包括把来自线圈67的数据/信号转换成图像，并可选择地存储、发送和/或显示该图像。
下面说明制造第三优选实施例的未磁化材料的母体的方法。尽管为了方便将说明制造具有图4所示的结构的母体15的方法，但是应当理解，母体15可以有任何期望的结构并且可以利用任何期望的方法制作。
根据本发明第四优选实施例的方法，把多个未磁化材料块54放置在支架81上，如图12所示。最好，未磁化材料包括RMB合金，块54具有相同的成份。最好，支架81包括一个非磁性金属板或者盘，比如扁平的1/16英寸铝板，其上涂覆临时黏合剂。然而，也可以使用任何其它支架。盖子82(比如覆盖有临时黏合剂的第二铝板)被放置在块54之上。
最好堆叠至少两层块54。例如，可以堆叠三层块以形成固定的永久磁铁本体15的基座部分31。随后成形块54以便在移去盖子82和支架81之前形成第一母体，如图13所示。例如，第一母体可以包括基座部分31，如图5所示。
作为选择，可以在成形块之前先移去盖子82，然后。在此情况下，形成块54的第二层，并且将其粘连到块54的第一层。然后把另一个盖子放置在块的第二层上，在移去该盖之前可将块的第二层成形，以在块的第二层上形成至少一个台阶。可以重复这些步骤，以便形成与所需要的块层。然后成形块的最后层的上表面，以形成阶梯状表面。
可以通过任何期望的方法(比如射流)成形块。例如，射流把块54的矩形组件切割成圆柱形或环形部分31、35(例如，图13所示的部分31)。最好，在块54的组件成形期间，射流穿透支架81和盖子薄片82。
然后移去盖子薄片82，并用粘结材料83将多个块54彼此粘合，如图14所示。例如，把附加到支架薄片81上的已成形块54放置在环氧树脂底盘84中，并且把环氧树脂83(比如Resinfusion 8607环氧树脂)填入多个块54之间的缝隙中。如果需要，也可以把沙子、碎玻璃或者其它填充材料填入多个块54之间的缝隙中，以加强母体的块54之间的结合(bond)。最好，把环氧树脂83灌注到块54顶部之下的水平，以允许母体部31或35附加到另一个母体部上。然后从已成形的母体中移去支架薄片81。作为选择，在与环氧树脂83结合之后，例如通过射流可以把母体部31和35成形为预期形状(例如圆柱形本体)的较大本体15。此外，如上所述，可以在把台阶机加工到部分的表面的步骤之前，将用于每个部分(如部分31)的至少两层块相互粘结。
此外，如果需要，可以在灌注环氧树脂83之前，把脱卸薄片(releasesheet)附加到部分31和/或35的暴露的内和外表面上。在灌注环氧树脂83之后，移出脱卸薄片，暴露部分31和/或35的块54的裸露表面，以允许每个部分彼此粘结。如果需要，可以围着该部分的外径可选择地缠绕玻璃/环氧树脂混合物2-4mm(最好为3mm)以加强保护。
在形成部分31和35之后，通过在它们之间提供粘结层52来使它们如图4所示那样彼此互连。粘结层可以包括环氧树脂与沙子和/或玻璃或CA超强力胶水。部分31和35相互旋转15至45度(最好为约30度)以中断连续环氧树脂填充通道，以免扩散到整个结构中。
在形成母体15之后，用金属垫片(比如铁或其它金属垫片)填充凹部33。最好同时设计永久磁铁本体15和垫片尺寸，然后根据该设计形成永久磁铁本体15和垫片。例如，可以调整永久磁铁组件的尺寸，以便实现最容易地填充垫片的永久磁铁本体设计。
当设计垫片和永久磁铁本体尺寸时，检查给定设计点的随机扰动的垫片填充系统的能力。然后设计永久磁铁本体形状和尺寸，以最佳化组件的B0磁场和垫片填充能力，同时考虑操作期间的温度梯度。可以利用计算机仿真确定每个设计点的不均匀的范围，以确定如何用垫片填充扰动，生成用于每个设计点的垫片填充能力的标记，并拟合传递函数，以及最佳化用于垫片填充能力的磁铁组件的设计。
这样，制作永久磁铁组件的方法包括：形成至少两层未磁化材料块54，把所述至少两层块相互连接，以形成第一母体15的基座部分31，使所述至少两层块的厚度方向基本上垂直于基座部分的第一主表面41和第二主表面42。成形基座部分31的第二主表面42，以形成至少三个台阶21、23、25。可以在所述至少两层块相互连接之前或者之后，执行成形处理。
第一母体15的空心环部分35是用多个块未磁化材料块54构成的。空心环部分35可以基座部分31之前、之后或同时形成。空心环部分35被附加到基座部分42的第二主表面上，以形成第一母体15。例如，通过在基座部分31的第二主表面42上提供粘结材料层，然后把空心环部分35放在粘结材料层上，可以连接空心环部分15。然后磁化第一母体15，将其转变成第一永久磁铁本体15。
下面将结合本发明第四优选实施例说明制作永久磁铁组件11和MRI系统60的方法。把包括第一未磁化材料的母体附加到成像设备的支架或者磁轭上，再磁化第一未磁化材料，从而形成第一永久磁铁本体。例如，母体可以是由上述的部分31和35构成的本体15。
通过在把该本体附加到成像设备支架之前磁化未磁化的母体来形成上述第一和第二优选实施例的永久磁铁本体是最佳的。然而，如果需要，第一和第二优选实施例的永久磁铁本体也可以在被附加到支架或磁轭之前进行磁化。
制作成像装置如MRI、MRT或NMR系统的方法包括：提供一个支架；把包括第一未磁化材料的第一母体附加到第一支撑部分；以及在附加到第一母体之后，磁化第一未磁化材料，形成第一永久磁铁本体。包括与第一材料相同或不同的未磁化材料的第二母体最好被附加到第二支撑部，并且在附加到第二母体之后对其进行磁化以形成第二永久磁铁本体。
支架最好包含第一部分、第二部分和连接第一和第二部分的至少一个第三部分，使成像容器在第一和第二部分之间形成。例如，支架可以包括MRI系统60的图7、8、9或10中的磁轭61。第一和第二母体可以包括适合于用作永久磁铁的任何未磁化材料。如上所述，母体最好包括多个块RMB合金的组件，其中R包括至少一种稀土元素，M包括至少一种过渡金属元素。
如果需要，在磁化母体的未磁化材料之前，上述至少一层软磁材料层13被附加在未磁化材料的第一和第二母体与磁轭的相应部分之间。在附加母体之前，可以先把软磁材料层13附加到磁轭上；或者可以首先把层13附加到每个母体15上，然后再把层13和母体15附加到磁轭上。
在把母体或各本体附加到磁轭或支架之后，可以通过任何预期磁化方法磁化母体的未磁化材料。例如，磁化第一母体的优选步骤包括：在第一母体的周围设置线圈；对第一母体施加脉冲磁场，把第一母体的未磁化材料变换成至少一个第一永久磁铁本体；然后从第一永久磁铁本体去除线圈。同样，磁化第二母体的步骤(如果这样的本体存在)也包括：在第二母体的周围设置线圈；对第二母体施加脉冲磁场，把第二母体的未磁化材料变换成至少一个永久磁铁本体；然后从第二永久磁铁本体去除线圈。
相同或者不同线圈可以用来磁化第一和第二母体。例如，可以把第一线圈放置到第一母体的周围，并且把第二线圈放置到第二母体的周围。对这些线圈同时或顺序地施加脉冲电流或电压，以便对第一和第二母体施加脉冲磁场。作为选择，也可以仅仅使用一个线圈顺序地磁化第一和第二母体。首先把线圈放置到第一母体的周围并施加磁场以磁化第一母体。此后，在第二母体周围放置同一线圈并施加磁场以磁化第二母体。
放置在母体周围的线圈最好提供在外壳73中，外壳73贴合在位于磁轭61的部分62上的母体75周围，如图11所示。例如，对于具有圆柱形外部结构(比如图4所示的本体15)的母体75，外壳73包括空心环，其内径略大于母体75的外径。线圈位于外壳75壁内。
在外壳73中最好还设置冷却系统，以改善磁化处理。例如，冷却系统可以包括一个或多个放置到外壳73壁内的液体氮流通道。在磁化步骤期间，通过外壳73提供液体氮。最好通过线圈提供高于2.5特斯拉(最好高于3.0特斯拉)的磁场，以磁化母体的未磁化材料，比如RMB合金。
本发明的上述说明用于解释和说明目的，而不打算穷举或者把本发明限制到所公开的精确结构上，本发明的修改和变化能够依据上述教导作出或者从本发明的实践得到。可以选择附图和说明，以便解释本发明的原理以及实际应用。本发明的范围由所附权利要求以及其等同物定义。

Claims (10)

1、一种用于成像设备(60)的永久磁铁组件(11)，包括永久磁铁本体(15)，所述永久磁铁本体(15)具有第一表面(17)和适于面向成像设备的成像容器(65)的阶梯状第二表面(19)，其中阶梯状第二表面包含至少4个台阶(21、23、25、27)。
2、根据权利要求1所述的组件，其中永久磁铁本体(15)包括：
圆柱形基座部分(31)，具有附加到至少一层软磁材料(13)的第一主表面(41)，和具有至少三个台阶(21、23、25)的第二主表面(42)，其中基座部分的第二表面与基座部分的第一表面相对；和
空心环部分(35)，被附加到基座部分的第二表面的外部。
3、一种用于成像设备(60)的永久磁铁组件(11)，包括：
至少一层软磁材料(13)；和
永久磁铁本体(15)，包括：
圆柱形基座部分(31)，具有附加到至少一层软磁材料(13)的第一主表面(41)，和第二主表面(42)，该第二主表面与基座部分的第一主表面相对；和
空心环部分(35)，具有第一主表面(48)和第二主表面(49)，其中：
空心环部分(35)的第一主表面(48)被附加到基座部分的第二主表面(42)的外部；以及
空心环部分的第二主表面(49)伸出基座部分的第二主表面(42)的邻近部之上至少0.05米以形成凹部。
4、根据权利要求3所述的组件，其中：
基座部分(31)的第一和第二表面(41、42)和空心环部分的第一和第二表面(48、49)被排列成基本上垂直于磁铁组件的磁场方向(20)；
基座部分(35)包括至少两层永久磁铁块(54)；和
基座部分的第二主表面中的至少两个台阶(21、23、25)被机加工到第二表面(42)。
5、一种用于成像设备(10)的永久磁铁组件(11)，包括永久磁铁本体(15)，所述永久磁铁本体(15)具有第一表面(17)和适于面向成像设备的成像容器(65)的阶梯状第二表面(19)，其中阶梯状第二表面至少包括一个突起。
6、根据权利要求5所述的组件，其中：
阶梯状第二表面(19)包括多个环(21、23、25、27)；
中心台阶(21)包括实中心环；
外部台阶(23、25、27)包括多个空心环；和
实中心环(21)的高度大于邻近实中心环的第一空心环(23)的高度，但低于其它多个空心环(25、27)的高度。
7、根据权利要求1、3或5所述的组件，还包括可移动的永久磁铁本体(22、26)，可相对于永久磁铁本体(15)的第二表面(19)移动。
8、一种磁成像设备(60)，包括：
磁轭(61)，包括第一部分(62)、第二部分(63)以及连接第一和第二部分的至少一个第三部分(64)，使成像容器(65)在第一和第二部分之间形成；
附加到第一磁轭部分(62)上的权利要求1、3或5所述的永久磁铁组件(11)；
附加到第二磁轭部分(63)上的第二永久磁铁组件(11)，其中第二永久磁铁组件包括第二永久磁铁本体(115)，所述第二永久磁铁本体(115)具有第一表面(117)和适于面向成像设备的成像容器(15)的阶梯状第二表面(119)；以及
其中设备(60)在第一和第二磁铁组件(11、111)的永久磁铁本体(15、115)的成像表面与成像容器(65)之间不包含极靴或者梯度线圈。
9、一种制作永久磁铁组件(11)的方法，包括：
形成至少两层未磁化材料块(54)；
使所述至少两层块相互连接，以形成第一母体的基座部分(31)，基座部分具有第一主表面(41)和相对的第二主表面(42)，以使得所述至少两层块的厚度方向基本垂直于第二和第二主表面；
成形基座部分的第二主表面(42)，以在第二主表面中形成至少三个台阶(21、23、25)；
形成包括多个未磁化材料块(54)的第一母体的空心环部分(35)；
把空心环部分(35)附加到基座部分(31)的第二主表面(42)上，以形成第一母体；和
磁化第一母体以形成第一永久磁铁本体(15)。
10、根据权利要求9所述的方法，其中：
基座部分(31)包括圆柱形部分；
成形基座部分的第二主表面(42)的步骤包括机加工基座部分的第二主表面；
磁化步骤包括：
提供一个支架(61)，该支架包括第一部分(62)、第二部分(63)以及连接第一和第二部分的至少一个第三部分(64)，使成像容器(65)在第一和第二部分之间形成；
把第一母体附加到第一支架部分上；和
在附加第一母体本体的步骤之后，磁化第一母体中的未磁化材料，以形成第一永久磁铁本体(15)。
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