DE112017005052T5

DE112017005052T5 - Magnetauslegung

Info

Publication number: DE112017005052T5
Application number: DE112017005052.9T
Authority: DE
Inventors: Yiqiao Tang; Irfan Bulu; Yi-Qiao Song; Mark Flaum; Tancredi Botto; Shin Utsuzawa
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2017-10-05
Publication date: 2019-07-04
Also published as: CN109964288B; CN109964288A; US20190244737A1; WO2018067767A1; US11501901B2

Abstract

Bereitgestellt wird eine Magnetauslegung. Ein Verfahren passt eine Magnetfeldhomogenität eines Magneten durch Einbringen eines oder mehrerer Spalte zwischen Stücken der Magnetbaugruppe an.

Description

PRIORITÄT
Diese Anmeldung beansprucht Priorität der vorläufigen US-Anmeldungen Nr. 62/404575 und 62/504931 , deren Offenbarungen hiermit in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Gegenstand mit einbezogen werden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Auf dem Gebiet der magnetischen Resonanz ist das Sicherstellen einer hohen Feldhomogenität häufig eine Priorität, da die Feldhomogenität eine Anzahl von Eigenschaften beeinflussen kann, darunter Auflösung der chemischen Verschiebung, Genauigkeit der Relaxationszeit und Bewegungsartefakte in einem Magnetresonanzvermessungswerkzeug. Das Auslegen eines solchen homogenen Feldbereichs unter Verwendung von Permanentmagneten schließt häufig große Mengen an hochwertigem magnetischem Material ein, das sorgfältig ausgesucht wird, um eine Übereinstimmung mit der Modellierung sicherzustellen. Dieser Prozess kann zu Magneten führen, die kostspielig, schwierig herzustellen und in der Regel wesentlich größer als der homogene Feldbereich sind, den sie generieren.
KURZDARSTELLUNG
Diese Kurzdarstellung soll keine Haupt- oder entscheidenden Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren und soll auch nicht als Hilfestellung bei der Einschränkung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands herangezogen werden.
Es werden Magnetbaugruppen bereitgestellt. In einer Ausführungsform beinhaltet eine Magnetbaugruppe eine Vielzahl von Magneten (Komponenten) homogener Form, Magnetisierung und Größe, die durch Spalte zwischen den Komponenten getrennt sind, wobei die Spaltgrößen dazu ausgewählt werden, die Homogenität des Magnetfelds der Baugruppe an einer Achse im Verhältnis zu einer ähnlichen Magnetbaugruppe ohne Spalte zu erhöhen.
In einer Ausführungsform beinhaltet eine Magnetbaugruppe mehrere einzelne oder Gruppen von rechteckigen Magneten, wobei jeder einzelne Magnet oder jede Gruppe von rechteckigen Magneten von homogener Größe, Form und Magnetisierung ist, wobei jeder Magnet oder jede Gruppe von einem benachbarten Magneten oder einer benachbarten Gruppe durch einen Abstand beabstandet ist, dessen Größe von der Mitte der Baugruppe zum Ende der Baugruppe hin zunimmt, was ein homogeneres Feld als eine ähnliche Baugruppe bereitstellt, bei der die Magneten oder Gruppen nicht beabstandet sind. In einer Ausführungsform können die Gruppen von Magneten in einer U-förmigen Baugruppe angeordnet sein, die einen Kanal definiert, und es ist ein U-förmige Abschirmung bereitgestellt, die in dem Kanal angeordnet ist. Im Inneren der Abschirmung kann ein Magnetkernelement angeordnet sein, um das eine Spule gewickelt ist. Die Anordnung stellt eine elektromagnetische Baugruppe bereit, die besonders in NMR-Versuchen und -Messungen nützlich ist, aber nicht darauf beschränkt ist.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet die Magnetbaugruppe mehrere Ringkernmagneten oder mehrere Gruppen von Magneten, die kreisringförmig angeordnet sind, wobei die Ringkernmagneten oder Magnetgruppen einen homogenen Querschnitt aufweisen und durch wenigstens einen Spalt voneinander beabstandet sind, um die Homogenität des Magnetfelds der Baugruppe an einer Achse im Verhältnis zu einem ähnlichen Magneten oder einer ähnlichen Magnetbaugruppe ohne Spalte zu erhöhen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Baugruppe eine Vielzahl von Ringkernmagneten, die durch eine Vielzahl Spalte beabstandet sind.
In anderen Ausführungsformen sind ein oder mehrere Ringkernmagneten oder Gruppen von Magneten, die ringkernförmig angeordnet sind, von einer ferromagnetischen Abschirmung (in einer Shim-Ringanordnung) umgeben, wobei jedoch die Abschirmung einen oder mehrere Spalte darin aufweist, wobei die Spaltgröße(n) dazu ausgewählt ist bzw. sind, die Homogenität des Magnetfelds der Baugruppe an einer Achse im Verhältnis zu einer ähnlichen Magnetbaugruppe mit einer Abschirmung ohne Spalte zu erhöhen. In einigen Ausführungsformen können der Spalt oder die Spalte in Umfangsrichtung verlaufen, d. h. sich senkrecht zu der Ringkernachse und um diese herum erstrecken. In einigen Ausführungsformen können der Spalt oder die Spalte radial sein, d. h. sich an einer oder mehreren Positionen parallel zur Ringkernachse erstrecken. In einigen Ausführungsformen können sowohl in Umfangsrichtung als auch radial verlaufende Spalte in der Abschirmung benutzt werden.
In einigen Ausführungsformen werden Verfahren zum Auslegen und Generieren von Magnetbaugruppen bereitgestellt. In einem Verfahren wird Magnetisierungssimulationssoftware benutzt, um ein erwartetes Magnetfeld zu finden, das aus einem Linearmagneten erzeugt wird, und es wird ein Abstandsschema aus einem Profil des erwarteten Magnetfelds generiert. Das Abstandsschema wird wahlweise in einer Iteration der Simulationssoftware benutzt, der mehrere identische Magneten mit dem Abstandsschema bereitgestellt werden, um ein neues erwartetes Magnetfeld zu generieren. Es können weitere Iterationen benutzt werden, um das erwartete Magnetfeld zu optimieren, indem das Abstandsschema auf ein optimiertes Abstandsschema modifiziert wird. Eine Magnetbaugruppe mit mehreren identischen Magneten, die linear gemäß des Abstandsschemas angeordnet sind, vorgegeben von dem erwarteten Magnetfeldprofil oder dem optimierten Abstandsschema.
In einem anderen Verfahren wird eine Magnetbaugruppe erlangt, die einen oder mehrere Ringkernmagneten oder Gruppen von Magneten aufweist, die ringkernförmig angeordnet und von einer ferromagnetischen Abschirmung (in einer Shim-Ringanordnung) umgeben sind, und das Magnetfeld der Magnetbaugruppe wird geprüft. Die Abschirmung des Magneten wird dann modifiziert, indem sie geschnitten wird, um einen oder mehrere in Umfangsrichtung und/oder radial verlaufende Spalte zu generieren, wobei die Positionen und Größen der Spalte dazu ausgewählt werden, die Homogenität des Magnetfelds der Baugruppe zu erhöhen.
Figurenliste
Merkmale und Vorteile der beschriebenen Umsetzungen lassen sich durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leichter nachvollziehen.

1a und 1b sind jeweils eine perspektivische Ansicht einer Mehrkomponentenmagnetbaugruppe des Stands der Technik auf Grundlage einer Struktur mit wiederholten Einheiten mit einem Dreimagnetenblock und eine Schnittansicht dadurch;
2a und 2b veranschaulichen jeweils eine Mehrkomponentenmagnetbaugruppe des Stands der Technik wie in 1a mit einer bestimmten Länge und einem typischen Feldprofil dieser Baugruppe;
3a und 3b veranschaulichen jeweils eine Mehrkomponentenmagnetbaugruppe mit zunehmenden Spaltgrößen zwischen Komponenten und einem resultierenden Feldprofil der Baugruppe;
3c ist ein Diagramm der Spaltgrößen der Magnetbaugruppe aus 3a;
4a und 4b veranschaulichen jeweils eine beispielhafte Magnetbaugruppe, die mit Spalten an einer z-Achse verteilt ist, und Feldprofile für die Baugruppe ohne Spalte und mit ausgewählten Spaltgrößen;
5a und 5b veranschaulichen eine andere beispielhafte Magnetbaugruppe, die mit Spalten an einer z-Achse verteilt ist, und Feldprofile für die Baugruppe ohne Spalte und mit ausgewählten Spaltgrößen;
6a, 6b und 6c veranschaulichen einen Halbach-Ringkreismagneten des Stands der Technik und beispielhafte Feld- und Delta-Feldprofile für den Halbach-Ringkreismagneten des Stands der Technik;
7a, 7b und 7c veranschaulichen einen Halbach-Ringkreismagnet mit einem ausgewählten Umfangsspalt und beispielhafte Feld- und Delta-Feldprofile für diesen Magneten;
8 veranschaulicht eine Shim-Ringmagnetbaugruppe des Stands der Technik und ein Delta-Feldprofil für die Baugruppe;
9a und 9b-9e veranschaulichen eine Shim-Ringmagnetbaugruppe mit einem ausgelegten Umfangsspalt in der Abschirmung und die Delta-Feldprofile für Baugruppen mit unterschiedlichen ausgelegten Spaltbreiten in der Abschirmung;
10 veranschaulicht eine Shim-Ringmagnetbaugruppe des Stands der Technik ohne Spalte und das Delta-Feld für diese,
11 veranschaulicht die Shim-Ringmagnetbaugruppe aus 10, aber mit Umfangsspalten in der ferromagnetischen Abschirmung, und das Delta-Feld für diese;
12a, 12b und 12c veranschaulichen eine Shim-Ringmagnetbaugruppe mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden und einer Vielzahl ausgelegter radial verlaufender Spalte oder Schlitze in der Abschirmung und die resultierenden Delta-Felder an unterschiedlicher Achsen für dieselbe Auslegung;
13a, 13b und 13c veranschaulichen eine Shim-Ringmagnetbaugruppe mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden und einem einzelnen ausgelegten radial verlaufenden Spalt an einer ersten Position und die resultierenden Delta-Feldprofile für dieselbe Auslegung;
14a, 14b und 14c veranschaulichen eine Shim-Ringmagnetbaugruppe mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden und einem einzelnen ausgelegten radial verlaufenden Spalt an einer zweiten Position und die resultierenden Delta-Feldprofile für dieselbe Auslegung;
15a, 15b und 15c veranschaulichen eine Shim-Ringmagnetbaugruppe mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden und einem einzelnen ausgelegten radial verlaufenden Spalt an einer dritten Position und die resultierenden Delta-Feldprofile für dieselbe Auslegung;
16a, 16b und 16c veranschaulichen eine Shim-Ringmagnetbaugruppe mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden und einer Vielzahl ausgelegter radial verlaufender Spalte oder Schlitze in der Abschirmung und die resultierenden Delta-Felder an unterschiedlicher Achsen für dieselbe Auslegung;
17 veranschaulicht eine beispielhafte Magnetfeldkurve einer Magnetbaugruppe und optimale Spaltabstände zwischen Segmenten dieser Baugruppe zum Generieren eines resultierenden gewünschten homogenen Felds gemäß Umsetzungen der Magnetauslegung;
18 veranschaulicht einen beispielhaften Bohrlochstandort, an dem Ausführungsformen der Magnetauslegung verwendet werden können; und
19 veranschaulicht eine beispielhafte Rechenvorrichtung, die gemäß verschiedenen Umsetzungen der Magnetauslegung verwendet werden kann.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche Details dargelegt, um ein Verständnis einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Ein Durchschnittsfachmann wird jedoch verstehen, dass Systeme und/oder Vorgehensweisen ohne diese Details ausgeübt werden können und dass zahlreiche Abwandlungen oder Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen möglich sein können.
Außerdem schließen einige hier erörterte Beispiele Technologie aus der Ölfelddienstleistungsindustrie ein. Es versteht sich jedoch, dass die Techniken der Magnetauslegung auch in einem breiten Gebiet anderer Industrien außerhalb des Ölfelddienstleistungssektors nützlich sein können, darunter beispielsweise Bergbau, geologische Vermessung, chemische Verarbeitung usw.
In einem Aspekt können verschiedene Techniken und Technologien im Zusammenhang mit Magnetauslegung beispielsweise dazu verwendet werden, Permanentmagneten mit einer gewünschten räumlichen Feldverteilung über einem bestimmten Volumen bei einem gegebenen Kostenbudget auszulegen. Wenn beispielsweise ein Permanentmagnet in einer Kernspinresonanz(nuclear magnetic resonance - NMR)-Sonde wie etwa einer Kontaktsonde, einer Fluidanalysesonde oder einem Vermessungswerkzeug benutzt wird, können wünschenswerte räumliche Verteilungen des Magnetfelds mitunter Flächen mit konstantem homogenen Feld und/oder Flächen mit konstantem Feldgradienten in einer bestimmten Richtung beinhalten, d. h. Flächen, die als C1-, C2-Kontinuität aufweisend beschrieben werden können (ohne Beschränkung auf eine höhere Ordnung). In Fällen, in denen sich die NMR-Sonde oder die analysierte Probe auch bewegt, kann es auch wünschenswert sein, die Magnetfeldverteilung in der Bewegungsrichtung zu formen, etwa um einen erwünscht glatten Übergang zwischen einem Präpolarisationsfeldbereich (z. B. einem hohen Feldbereich) und einem Messfeldbereich (z. B. einem Sattelpunkt oder einem Gradientenbereich) zu ermöglichen. In einer möglichen Umsetzung kann ein glattes Profil gewünscht sein, um die Probenpolarisation beizubehalten, d. h. adiabatisch langsame Störungen während der Sondenbewegung einzubringen.
Es versteht sich, dass sich mit Permanentmagneten mit einfachen geometrischen Formen keine beliebigen Feldverteilungen erreichen lassen. Auch muss sich der Magnet in bestimmten Umgebungen, z. B. in einem NMR-Vermessungswerkzeug, an eine bestimmte Gehäuse- und/oder Formkontur anpassen, was den Auslegungsraum weiter einschränken kann. In einigen Ausführungsformen können einige erweiterte Magnetbaugruppen mehrere magnetische Blöcke mit unterschiedlichen Formen umfassen, die in unterschiedlichen Richtungen polarisiert sind (z. B. die Magnetbaugruppe, die im Werkzeug Combinable Magnetic Resonance (eine Marke von Schlumberger) (CMR) verwendet wird), wobei die magnetischen Blöcke kombiniert sind, um eine insgesamt starre Baugruppe zu bilden, in der einzelne Stücke mithilfe von Trägern, Klebstoffen, anderen Verbindungstechniken und/oder der Magnetkraft zwischen Komponenten eng aneinander gepackt gehalten werden.
Vor der Erörterung verschiedener Ausführungsformen ist es hilfreich, eine Auslegung des Stands der Technik zu betrachten. 1a und 1b sind jeweils perspektivische Ansichten einer Mehrkomponentenmagnetbaugruppe 100 des Stands der Technik. Die Baugruppe 100 beruht auf einer Struktur mit wiederholten Einheiten, die einen U-förmigen Block mit drei Magneten aufweist (größere Seitenmagneten 104 und einen kürzeren mittleren oder unteren Magneten 106), der ein Sattelpunktmagnetfeld erzeugt. Die Magnetbaugruppe 100 aus 1a und 1b kann beispielsweise mit NMR zur Bohrlochvermessung verwendet werden. In einer möglichen Umsetzung können die Seitenmagneten 104 einen Querschnitt von 1 mal 1 Zoll aufweisen und 2,75 Zoll lang sein, doch es können auch andere Abmessungen der Seitenmagneten 104 verwendet werden. Der untere Magnet 106 kann einen Querschnitt von 1 mal 1 Zoll aufweisen und 1 Zoll lang sein, doch es können auch andere Abmessungen des unteren Magneten 106 verwendet werden. In einem möglichen Aspekt können die drei Stücke (d. h. Seitenmagneten 104 und unterer Magnet 106) aneinander geklebt sein, um ein Segment oder eine Zelleneinheit zu bilden. In 1a sind dreißig Segmente 114 des Magneten 100 gezeigt, obwohl auch mehr oder weniger Segmente 114 verwendet werden können. Die Segmente 114 definieren einen U-förmigen Kanal 115.
In einer möglichen Ausführungsform, bei der jedes Magnetsegment 114 an ein benachbartes Segment geklebt ist, kann die gesamte Baugruppe als ein einzelner langer Magnet 100 mit einer homogenen Magnetisierung in der Mitte behandelt werden. In einem möglichen Aspekt kann dieses Magnetprofil in CMR ähnlich sein.
Wie in 1a und 1b des Stands der Technik zu erkennen ist, kann eine U-förmige Abschirmung 116 im Inneren des U-förmigen Kanals angeordnet sein, der durch die Segmente 114 definiert ist. Die Abschirmung 116 erstreckt sich um einen Kern 118 und wenigstens einen Abschnitt einer Spule (nicht gezeigt). Die Abschirmung 116 kann im Kanal 115 festgeklebt sein.
2a des Stands der Technik zeigt eine Magnetbaugruppe 200 ähnlich jener aus 1a mit vierundvierzig Magnetsegmenten 214 und einer Gesamtlänge von vierundvierzig Zoll. 2b veranschaulicht ein Feldprofil an der z-Achse (d. h. der Achse des Kanals) an einem Sattelpunkt über der Oberseite der Magnetbaugruppe 200, dessen Feldstärke B_o von 530 G bis 560 G an der z-Achse variiert. Aufgrund von Flankeneffekten steigt das Magnetfeld zu beiden Enden 203, 205 der Magnetbaugruppe 200 hin an, und der homogene Feldbereich (d. h. der Bereich mit einem Feld, das um weniger oder gleich 1 G (±1 G) variiert) in der Nähe der Mitte der Baugruppe 200 ist auf etwa zehn Zoll beschränkt. Es sei angemerkt, dass die Schultern der Magnetfeldkurve aus 2b sich auf eine Abschirmung beziehen, die in 2a nicht gezeigt ist.
Nun Bezug nehmend auf neue Ausführungsformen ist eine Magnetbaugruppe 300 zu sehen, die vierundvierzig U-förmige Magnetsegmente 314 von homogener Größe, Form und Magnetisierung benutzt, die die gleiche Größe, Form und Magnetisierung wie die der Magnetbaugruppe 200 aus 2a aufweisen. Anders als die Segmente 214 der Magnetbaugruppe 200 sind jedoch die Segmente 314 der Baugruppe 300 so angeordnet, dass sie Spalte 307 zwischen benachbarten Segmenten 314 beinhalten. Bei dem Spalt kann es sich um einen Luftspalt und/oder einen Spalt handeln, der aus anderen nicht durchlässigen und nicht magnetischen Materialien wie zum Beispiel Klebstoff, Kunststoff und Aluminium gebildet ist. In der Ausführungsform aus 3a nehmen die Spalte von der Mitte der Baugruppe zum Ende der Baugruppe an Größe zu. Zum Beispiel ist der Abstand von der Mitte auswärts mit zunehmenden Spaltgrößen ausgebildet (wobei in 3c Spalte in einer Richtung gezeigt sind), sodass die Gesamtlänge der Baugruppe 300 45,6 Zoll beträgt. Mit der bereitgestellten Anordnung wird ein homogeneres Magnetfeld generiert. Insbesondere ist in 3b zu sehen, dass das Feldprofil der Magnetbaugruppe 300 an der z-Achse (d. h. der Achse des Kanals) an einem Sattelpunkt über der Oberseite des Magneten 300 eine Variation der Feldstärke B_o von 497 G bis 510 G an der z-Achse aufweist. Es ist zu sehen, dass die Feldstärke an den mittleren dreißig Zoll der Baugruppe bei etwa 500 G (±1 G) stabil ist. Durch Hinzufügen ausgewählter Spalte zwischen den benachbarten Segmenten 314, wodurch die Größe von der Mitte auswärts zu den Enden 303, 305 zunimmt, kann eine Baugruppe von geringfügig (um unter 4 %) größerer Länge ein Magnetfeld generieren, das über eine um etwa 200 % (von zehn Zoll bis dreißig Zoll) größere Länge homogen ist.
Es versteht sich, dass die zunehmende Breite der Spalte zwischen benachbarten Segmente benutzt werden kann, wo vier Segmente oder mehr vorliegen.
Bezug nehmend auf 4a, 4b und 5a und 5b versteht es sich, dass die Segmente, die eine Magnetbaugruppe bilden, unterschiedliche Formate annehmen und in unterschiedlichen Richtungen polarisiert sein können. Wie in 4a zu sehen ist, beinhaltet somit eine Magnetbaugruppe 400 U-förmige Segmente 414, die aus Seitenmagneten 404 und einem unteren Magneten 406 gebildet sind, die parallel in der y-Richtung polarisiert sind, wohingegen in 5a eine Magnetbaugruppe 500 Segmente 514 beinhaltet, die aus Magneten 504 gebildet sind, die kollinear in der x-Richtung polarisiert sind. Wie bei den Segmenten 314 der Magnetbaugruppe 300 sind die Segmente 414 der Baugruppe 400 insbesondere nominell identisch (in Größe, Form und Magnetisierung) und sind an einer z-Achse mit Abständen (Spalten) d1, d2, d3 verteilt, die so ausgewählt sind, dass das resultierende Feld so homogen wie möglich ist. Das Magnetfeld der Magnetbaugruppe 400 ohne Spalte wird mit dem Magnetfeld mit einem optimierten Abstand in 4b verglichen. Es versteht sich, dass auch andere Formen von magnetischen Blöcken verwendet werden können (wie zum Beispiel gerundete Formen usw.), um verschiedene Zwecke zu erfüllen (z. B. in ein Werkzeug zu passen usw.). Es versteht sich auch, dass die verschiedenen Abstände d1, d2, ... dn zunehmend oder abnehmend gewählt werden können, um das Maß der Homogenität des Felds an der z-Achse zu maximieren. Ebenso sind die Segmente 514 der Baugruppe 500 nominell identisch und sind an einer z-Achse mit Abständen (Spalten) s1, s2, s3 verteilt, die so ausgewählt sind, dass das resultierende Feld so homogen wie möglich ist. Das Magnetfeld der Magnetbaugruppe 500 mit homogenem Abstand wird mit dem Magnetfeld mit gewünschtem nicht homogenen Abstand in 5b verglichen. Es versteht sich, dass auch andere Formen von magnetischen Blöcken verwendet werden können (wie zum Beispiel gerundete Formen usw.), um verschiedene Zwecke zu erfüllen (z. B. in ein Werkzeug zu passen usw.). Es versteht sich auch, dass die verschiedenen Trennungen s1, s2, ... sn zunehmend oder abnehmend gewählt werden können, um das Maß der Homogenität des Felds an der z-Achse zu maximieren.
In 6a ist ein Magnet 600 des Stands der Technik veranschaulicht, der in einer Halbach-Anordnung mit ringförmiger Form vorliegt. Der Magnet 600 ist allgemein ringkreisförmig und kann aus einer Vielzahl von allgemein identischen keilförmigen Elementen hergestellt sein. Obwohl die Außenfläche 603 des Magneten 600 polygonal (flache Außenkanten) gezeigt ist, versteht es sich, dass eine polygonale Fläche sich allgemein an eine runde Fläche annähert, wenn eine ausreichende Anzahl von Kanten bereitgestellt ist, und zu Zwecken der vorliegenden Beschreibung gelten beide als äquivalent, und der Magnet 600 wird als zylindrisch oder ringkreisförmig beschrieben. Es ist gezeigt, dass der Magnet 600 einen Außendurchmesser von drei Zoll, einen Innendurchmesser von einem Zoll (d. h. der ein zylindrisches Zentralloch 606 von einem Zoll definiert) und eine Länge von vier Zoll aufweist. Das Magnetfeld Bz an der x-Achse (der Achse des Zentrallochs), das sich aus dem Magneten 600 ergibt, d. h. das Feldstärkeprofil, ist in 6b gezeigt und variiert von etwa 0,65 Tesla bis 1,22 Tesla. Das Felddifferenzprofil (Delta-Feld) von der Mitte des Magneten ist in 6c gezeigt und erreicht rasch bei 4 mm (etwa 0,1 Zoll) von der Mitte -20 Gauß. Wenn ein Delta von 1 Gauß als homogenes Feld gilt, ist zu sehen, dass der Magnet 600 nur für etwa 1 mm auf jeder Seite der Mitte ein homogenes Feld bereitstellt.
Bezug nehmend auf 7a ist eine Magnetbaugruppe 700 veranschaulicht, die eine Halbach-Anordnung einer ringförmigen Form ist, welche im Wesentlichen identisch mit dem Magneten 600 aus 6a ist, mit Ausnahme dessen, dass ein Spalt von 2,8 mm (etwa 0,11 Zoll) 708 in der Mitte des Magneten angeordnet ist, wodurch zwei zylindrische Magnetelemente 718 definiert werden. Das Magnetfeld, das sich aus der Magnetbaugruppe 700 ergibt, ist in 7b zu sehen, und das Delta-Feld ist in 7c zu sehen. Insbesondere variiert das Magnetfeld Bz an der x-Achse (der Achse des Mittellochs), das sich aus dem Magneten 700 ergibt, von etwa 0,7 Tesla bis 1,15 Tesla (1 Tesla = 10⁴ Gauß). Die Felddifferenz (Delta-Feld) von der Mitte des Magneten ist für wenigstens 10 mm (5 mm auf jeder Seite der Mitte) allgemein konstant und erreicht erst in einem Abstand von etwa 10 mm von der Mitte 20 Gauß. An etwa 6 mm auf jeder Seite der Mitte wird ein Delta von 1 Gauß erlangt. Ein Vergleich von 7c mit 6c zeigt, dass die Länge des „homogenen“ Bz-Felds in der x-Richtung für die Magnetbaugruppe 700 zwischen zehn- und zwölfmal größer ist als die Länge des „homogenen“ Bz-Felds des Magneten 600.
Während die Magnetbaugruppe 700 aus 7a zwei Halbach-artige Magnetelemente 714 beinhaltet, die um einen Spalt von 2,8 mm beabstandet sind, versteht es sich, dass andere Spaltgrößen benutzt werden können, um die Homogenität des resultierenden Magnetfelds zu steigern.
In anderen Ausführungsformen kann eine Magnetbaugruppe 700 mehr als zwei Halbach-artige Magnetelemente beinhalten, die mit Spalten beabstandet sind, um die Homogenität des resultierenden Magnetfelds zu steigern. Die Spalte können von gleicher oder ungleicher Größe sein. In einer Ausführungsform sind die Spalte zur Mitte der Baugruppe größer und nehmen an Größe ab, während sie sich zu den Enden der Magnetbaugruppe erstrecken.
8 des Stands der Technik veranschaulicht eine schematische Darstellung einer anderen Art von Magnet, der als ein Shim-Ringmagnet 800 beschrieben ist, der in einigen Umsetzungen der Magnetauslegung verwendet werden kann. Eine mögliche Umsetzung eines Shim-Ringmagneten 800 ist beschrieben in: Nath, P. et al. „The ,Shim-a-ring‘ magnet: Configurable static magnetic fields using a ring magnet with a concentric ferromagnetic shim.“ Applied Physics Letters 102.20 (2013): 202409. Wie veranschaulicht, kann die Auslegung eines Shim-Ringmagneten 800 einen diametral magnetisierten, hohlen zylindrischen Permanentmagneten 802 beinhalten, der in einem konzentrischen ferromagnetischen Zylinder 804 angeordnet ist. Der ferromagnetische Ring 804 ist gemäß der Magnetfeldverteilung des zylindrischen Ringmagneten 802 magnetisiert, d. h. der ferromagnetische Ring 804 ist in einem kontinuierlichen Polarisationsmuster ähnlich einer Halbach-Auslegung magnetisiert. Auf diese Weise wird das Magnetfeld im Inneren des zentralen zylindrischen Lochs 806 des Ringmagneten 802 zu einer Überlagerung des Felds, das von dem Ringmagneten 802 und dem magnetisierten ferromagnetischen Ring 804 generiert wird.
Das Delta-Feldprofil an der x-Achse des Shim-Ringmagneten 800 mit einer Länge von etwa drei Zoll, einem Magnetinnendurchmesser von 0,5 Zoll, einem Magnetaußendurchmesser von 2 Zoll und einem Außendurchmesser des ferromagnetischen Zylinders von etwa 4 Zoll ist ebenfalls in 8 gezeigt. Das Delta-Feldprofil erscheint allgemein parabelförmig, und ein Delta von 1 Gauß wird etwa in einem Abstand von 4 mm von der Mitte des Magneten erreicht (was Homogenität über etwa 8 mm hinweg ergibt). Das Delta steigt bei etwa 10 mm von der Mitte auf etwa 9 Gauß an, und in einem Abstand von etwa 15 mm von der Mitte auf etwa 25 Gauß.
Bezug nehmend auf 9a ist ein Shim-Ringmagnet 900 mit einem hohlen zylindrischen Permanentmagneten 902 gezeigt, der im Inneren eines konzentrischen ferromagnetischen Zylinders oder einer Abschirmung 904 angeordnet ist, der bzw. die in zwei durch einen Spalt 908 getrennte Elemente 914 geteilt ist. Mit Ausnahme des Spalts sind die Abmessungen des Shim-Ringmagneten 900 die gleichen wie die des Magneten 800. Durch Steuern einer Breite des Spalts der Teilung im ferromagnetischen Zylinder kann das Magnetfeldprofil angepasst werden, wie in 9b-9e gezeigt, die Feldprofile an der x-Achse 908 der Shim-Ringmagnetbaugruppe veranschaulichen. Wie in 9b zu sehen ist, wird mit einem Spalt von 2 mm im ferromagnetischen Zylinder ein homogenes Feld über etwa 14 mm (7 mm auf jeder Seite der Mitte) der x-Achse des Magneten 900 generiert. Mit einem Spalt von 2,3 mm, wie in 9c zu sehen ist, erstreckt sich das homogene Feld um etwa 17 mm an der x-Achse des Magneten. Mit einem Spalt von 2,5 mm erstreckt sich das homogene Feld über etwa 20 mm der x-Achse des Magneten, wie in 9d zu sehen ist. Wie jedoch in 9e zu sehen ist, nimmt die Homogenität des Felds (im Verhältnis zur Feldhomogenität der 2 mm, 2,3 mm und 2,5 mm großen Spalte) auf etwa 10 mm an der x-Achse des Magneten ab, wenn der Spalt auf etwa 3 mm verlängert wird.
10 des Stands der Technik veranschaulicht eine andere Shim-Ringmagnetbaugruppe 1000 mit einem ringkreisförmigen inneren Magneten 1002, der einen zylindrischen Raum oder ein Loch 1006 definiert, und einem ferromagnetischen Zylinder 1004, der sich radial um den Magneten und in diesem Fall axial über diesen hinaus erstreckt. Das Delta-Magnetfeldprofil für die Baugruppe 1000 ist ebenfalls in 10 gezeigt. Das Delta-Magnetfeldprofil ist allgemein parabelförmig, wobei das allgemein homogene Feld ein Delta Bz von 1 Gauß oder weniger über etwa 8 mm an der x-Achse (4 mm auf jeder Seite der Mitte) aufweist.
Wenn die gleiche Shim-Ringbaugruppe 1000 aus 10 des Stands der Technik mit mehreren Spalten im ferromagnetischen Zylinder versehen ist, verbessert sich das Delta-Magnetfeldprofil deutlich. Insbesondere, wie in 11 zu sehen ist, ist die Baugruppe 1100 mit einem ringkreisförmigen inneren Magneten gezeigt, der einen zylindrischen Raum oder ein Loch definiert, und einem ferromagnetischen Zylinder 1104, der mit fünf Spalten 1108 versehen ist, die einen zentralen Spalt von 1 mm, zwei Spalte von 0,5 mm auf beiden Seiten des Mittelspalts und zwei Spalte von 1,25 mm weiter entfernt von der Mitte beinhalten. Das Delta-Magnetfeldprofil ist ebenfalls in 11 zu sehen und weist ein allgemein homogenes Feld mit einem Delta Bz von 1 Gauß oder weniger über etwa 20 mm an der x-Achse (10 mm auf jeder Seite der Mitte) auf. Somit zeigt das resultierende Magnetfeld Homogenität über eine um das 2,5-fache größere Strecke als die Anordnung ohne Teilung aus 10 auf.
Es versteht sich, dass eine Anzahl der Spalte 1108, mit einer beliebigen Art von Abmessung, in die Shim-Ringmagnetbaugruppe 1100 mit homogenem und/oder nicht homogenem Abstand einbezogen werden kann, um das Feldprofil wie gewünscht zu beeinflussen. In einem Aspekt können Anzahl, Position und/oder Größe der Spalte 1108 unter Verwendung von Software modelliert werden, die fähig ist, die Magnetfeldverteilung zu simulieren, um eine oder mehrere Konfigurationen von Spalten 1108 zu isolieren, die zu einem gewünschten Feldprofil mit magnetischer Homogenität über einem gewünschten Schwellenwert für eine gewünschte Strecke führen.
Gemäß einem weiteren Aspekt können radial verlaufende Spalte im ferromagnetischen Zylinder vorgesehen sein, um auf das Magnetfeldprofil einer Magnetbaugruppe einzuwirken. Diese radial verlaufenden Spalte können zusätzlich zu in Umfangsrichtung verlaufenden Spalten vorliegen oder bereitgestellt werden, auch wenn keine Umfangsspalte vorgesehen sind. Diese Spalte werden durch Ausnehmen von Material aus dem ferromagnetischen Zylinder bereitgestellt. Wie nachstehend beschrieben, kann somit nach dem Fertigen einer Shim-Ringmagnetbaugruppe das von der Magnetbaugruppe generierte Magnetfeld geprüft werden, und auf Grundlage des Musters der Nichthomogenität der Magnetbaugruppe können radial verlaufende Spalte aus dem ferromagnetischen Zylinder ausgenommen werden, um die Homogenität des Magnetfelds der Magnetbaugruppe zu steigern.
Bezug nehmend auf 12a ist eine Shim-Ringmagnetbaugruppe 1200 mit einem ringkreisförmigen Halbach-Ringmagneten 1202, der einen offenen Innenzylinder 1206 definiert, und einem ferromagnetischen Außenzylinder 1204 zu sehen, der den Magneten 1202 umgibt. Eine Nut oder ein Spalt 1212, die bzw. der in Umfangsrichtung verläuft, ist in der Mitte des ferromagnetischen Zylinders 1204 zu sehen, und zwei radial verlaufende Nuten oder Spalte 1220 von jeweils etwa zehn Grad sind um 180 Grad zueinander versetzt zu sehen und erstrecken sich wenigstens teilweise in den Zylinder. Wie in 12a gezeigt, sind die Nuten im Wesentlichen trapezförmig (mit einem gerundeten Ende) und erstrecken sich um etwa 70 % in den ferromagnetischen Zylinder. Das Delta-Magnetfeldprofil an der y- und z-Achse für die Magnetbaugruppe 1200 ist in 12b und 12c an zwei unterschiedlichen x-Wertpositionen (0 mm und 5 mm) zu sehen. Aufgrund der Verwendung von zwei radial verlaufenden Nuten 1220, die symmetrisch sind, versteht es sich, dass die Delta-Magnetfeldprofile allgemein symmetrisch sind.
Es versteht sich, dass eine beliebige Anzahl radial und/oder in Umfangsrichtung verlaufender Spalte oder Nuten mit gewünschten Formen, Größen, Ausrichtungen, Positionen usw. hinzugefügt, aus dem ferromagnetischen Ring eines Magneten ausgenommen werden kann, um die Eigenschaften des Magneten zu verändern und ein gewünschtes Feldprofil zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen können die Spalte oder Nuten eingebracht werden, um Nichthomogenitäten aufgrund von geringfügigen Anisotropien im Material, z. B. im ferromagnetischen Ring, zu überwinden. In anderen Ausführungsformen können die Spalte oder Nuten mit Material mit unterschiedlichen ferromagnetischen Eigenschaften als der Rest der ferromagnetischen Abschirmung gefüllt sein.
Beispielsweise veranschaulicht 13a einen Shim-Ringmagneten 1300 mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden, etwa 2 mm großen Spalt 1302, der durch die gesamte Dicke des ferromagnetischen Rings 1306 in der Mitte des Rings verläuft, und einem Schlitz (einer Nut) 1304 von etwa zehn Grad an der Oberseite des Rings 1306, der bzw. die durch die gesamte Dicke und Länge des ferromagnetischen Rings 1306 verläuft. Die Konfiguration mit dem Spalt 1302 und dem Schlitz 1304 in 13a ergibt Delta-Feldprofile, die in 13b und 13c an der z-Achse und an der Achse zu sehen sind. Während das Delta-Profil an der y-Achse symmetrisch ist, ist das Delta-Profil an der z-Achse dies nicht.
14a veranschaulicht einen weiteren beispielhaften Magneten 1400 mit einem Umfangsspalt 1402 und einem Schlitz 1404 in einem ferromagnetischen Ring 1406. Die Größe und Position des Spalts 1402 ist die gleiche wie bei dem Shim-Ringmagneten 1300 aus 13a, und die Größe des Schlitzes 1404 ist ebenso die gleiche wie in 13a, nur dass er um neunzig Grad gedreht ist. Die resultierenden Delta-Feldprofile an der z-Achse und y-Achse sind in 14b und 14c zu sehen. Während hier das Delta-Profil an der z-Achse symmetrisch ist, ist das Delta-Profil an der y-Achse dies nicht.
15a veranschaulicht noch einen weiteren beispielhaften Magneten 1500 mit einem Umfangsspalt 1502 und einem Radialschlitz 1504 in einem ferromagnetischen Ring 1506. Wieder ist die Konfiguration mit dem Spalt 1502 und dem Schlitz 1504 des Magneten 1500 mit Ausnahme der radialen Position des Schlitzes 1504 im Wesentlichen die gleiche wie die Konfiguration mit dem Spalt und dem Schlitz der Magneten 1300 und 1400. Die resultierenden Delta-Feldprofile an der z-Achse und an der y-Achse sind in 15b und 15c zu sehen und zeigen ein symmetrisches Delta-Profil an der z-Achse und ein asymmetrisches Profil an der y-Achse.
16a veranschaulicht wieder einen weiteren beispielhaften Magneten 1600 mit einem Umfangsspalt 1602 und zwei Radialschlitzen 1604 in einem ferromagnetischen Ring 1606. Die Konfiguration mit dem Spalt 1602 und dem Schlitz 1604 des Magneten 1600 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Konfiguration mit dem Spalt und dem Schlitz des Magneten 1200, nur dass die Schlitze durch die gesamte radiale Dicke des Rings 1606 verlaufen und schmaler (um jeweils etwa fünf Grad) als die Schlitze 1204 des Rings 1206 sind. Die Konfiguration mit dem Spalt 1602 und den Schlitzen 1604 des Magneten 1600 ergibt ein Delta-Feldprofil an der y-Achse und an der z-Achse, wie es in 16b und 16c zu sehen ist, und zeigt ein symmetrisches Delta-Profil an der z-Achse und der y-Achse.
Gemäß einem Aspekt ist eine Shim-Ring-artige Magnetbaugruppe dazu ausgelegt, ein wünschenswertes Magnetfeld bereitzustellen. Allerdings ist es möglich, dass das von der gefertigten Magnetbaugruppe generierte Magnetfeld nach der Fertigung aufgrund der inhärenten Nichthomogenität des benutzten magnetischen Materials weniger homogen als gewünscht ist. Anhand des zuvor ermöglichten Verständnisses der generierten Magnetfelder, wenn ein ferromagnetischer Ring um einen ringkreisförmigen Magneten mit Schlitzen versehen ist, wird die gefertigte Magnetbaugruppe daher in einer Ausführungsform verändert, indem ein oder mehrere Schlitze an einer oder mehreren gewünschten Positionen aus dem ferromagnetischen Ring ausgenommen werden, um die in Homogenität des Magnetfelds zu steigern. Insbesondere werden auf Grundlage des gemessenen Magnetfelds der gefertigten Magnetbaugruppe Position(en), Tiefe(n) und Breite(n) der Schlitze gewählt und ausgenommen, um die Homogenität des Magnetfelds zu steigern. In einer Ausführungsform kann das Ausnehmen iterativ erfolgen, d. h. nach und nach, und das Magnetbaugruppenmagnetfeld kann nach jeder Ausnehmung gemessen werden, um zu bestimmen, ob weiteres Material entfernt werden sollte.
In einem Aspekt kann Modellierungssoftware benutzt werden, um die Auswahl der Position, Tiefe und Breite der Schlitze zu unterstützen. Als nur ein Beispiel kann Software von ESRF, siehe z. B. Radia (European Synchrotron Radiation Facility), verwendet/modifiziert werden, um eine Definition der Form, Größe und Position der Magnetstücke und der Abschirmungsmaterialien zu ermöglichen, um das Magnetfeld im Raum zu berechnen. Nach dem Empfang einer Magnetbaugruppe kann somit das Magnetfeld an verschiedenen Achsen bestimmt werden. Wenn die erfassten Magnetfeldergebnisse nicht den Erwartungen oder Wünschen entsprechen, können die Ergebnisse umgekehrt in dem Modell verwendet werden, um den Magnetismus der verschiedenen Elemente der Magnetbaugruppe zu bestimmen. Dann können ein oder mehrere korrigierende Schlitze in der Software modelliert werden, bis eine oder mehrere Positionen, Tiefen und Breiten erlangt werden, die das homogenste Ergebnis bereitstellen. Dann werden ein oder mehrere Schlitze entsprechend aus dem ferromagnetischen Ring ausgenommen.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann das Magnetfeld einer linearen Magnetbaugruppe ebenso optimiert werden, indem zunächst das Magnetfeld gemessen wird, das von der Magnetbaugruppe ohne Spalte zwischen magnetischen Elementen generiert wird, und die magnetischen Elemente dann auf Grundlage des erfassten Felds beabstandet werden, um ein homogeneres Feld zu erzeugen. Die Beabstandung kann algorithmisch oder durch Verwendung eines Computerprogramms (z. B. Modellierung) oder auf Grundlage von Wissen und Versuch und Irrtum erfolgen. Zum Beispiel wurde das Magnetfeld einer Magnetbaugruppe, wie sie etwa in 2a gezeigt ist, mit dreißig identischen Magneten gemessen. Das Feld ist in 17 in Abhängigkeit von einem Abstand von einem Mittelpunkt der z-Achse gezeigt und reicht von etwa 500 Gauß bis 620 Gauß. In einer Ausführungsform wurden durch Benutzen von Software, die verwendet/modifiziert werden kann, um eine Definition der Größe, Form und Position der Magnetstücke zu ermöglichen, um das Magnetfeld zu berechnen, Spalte unterschiedlicher Größe von 0,1 mm bis 0,35 mm zwischen den magnetischen Stücken berechnet, um ein homogenes Magnetfeld (d. h. innerhalb von 1 Gauß) über die längste Strecke parallel zur z-Achse zu generieren. Die berechneten wünschenswerten Spalte sind in 17 als die Kreise zu sehen. In einer anderen Ausführungsform können die Spalte gemäß einem Polynom zweiter Ordnung berechnet werden. Zum Beispiel können die gewünschten Spaltabstände gemäß $\frac{S p a l t}{S p a l t_{B a s i s}} = c_{1} + c_{2} | \frac{B}{B_{B a s i s}} | + c_{3} {| \frac{B}{B_{B a s i s}} |}^{2}$
berechnet werden, wobei B das Magnetfeld an einer Position an der magnetischen Baugruppe ist, B_Basis das Basisfeld in der Mitte der Magnetbaugruppe ist und Spalt_Basis der Spalt ist, der das Basisfeld in der Mitte der Magnetbaugruppe bereitstellt. Es versteht sich, dass sich die Konstanten c₁, c₂ und c₃ des Polynoms abhängig von den Größen, Dicken und Formen der Magneten der Magnetbaugruppe ändern können. Zum Beispiel können c₁, c₂ und c₃ jeweils gleich 0,133, 0,72 und 0,16 festgelegt sein.
In einer Ausführungsform ist ein „homogenes“ Magnetfeld als innerhalb von 1 Gauß des Basisfelds liegend definiert. In einer anderen Ausführungsform ist ein „homogenes“ Magnetfeld als innerhalb von 2 Gauß des Basisfelds liegend definiert. In einer anderen Ausführungsform ist ein „homogenes“ Magnetfeld als innerhalb von 1 % des Basisfelds liegend definiert.
In einer möglichen Ausführungsform kann eine Baugruppe beabstandeter Magneten erreicht werden, indem die Position jeder Komponente unter Verwendung einer Kombination von Klebstoff, Abstandstücken und/oder externen Trägern fixiert wird. In einigen Fällen und nach dem Bestimmen einer wünschenswerten und/oder optimalen Anordnung und Beabstandung kann es praktisch sein, Magnetstücke einzeln und jeweils gefolgt von einem geeigneten Abstandsstück (z. B. Kunststoff oder anderes nicht magnetisches Material) und Klebstoff in einen hohlen Tragrahmen (wie etwa ein Parallelepiped und/oder einen hohlen halbzylindrischen Abschnitt) einzuführen. Das nächste Stück kann nach dem Aushärten des Klebstoffs eingeführt werden, in einigen Fällen nach dem Anwenden einer Kraft, um magnetischer Abstoßung zwischen den Stücken entgegenzuwirken.
In einem möglichen Aspekt kann zum Begrenzen oder Unterbinden von Fortpflanzungsfehlern aufgrund der Stapelung mehrerer Komponenten über eine größere Länge die Magnetbaugruppe auch geschaffen werden, indem kürzere Unterabschnitte kombiniert werden, die jeweils eine kleinere Anzahl von Magnetzelleneinheiten in einem unabhängigen Tragrahmen beinhalten. Jeder Unterabschnitt kann zugeschnitten werden, um die Längenvorgaben zu erfüllen, um den gewünschten Abstand in Bezug auf andere Magnetzelleneinheiten im nächsten Unterabschnitt zu erreichen.
In einer möglichen Umsetzung kann eine verteilte Magnetbaugruppe verschiedene ähnliche (und/oder analoge) Elemente beinhalten, die durch Spalte getrennt sind und/oder in die Spalte eingefügt wurden. Die Spalte können verjüngt sein (d. h. in ihrer Größe in Abhängigkeit von der Richtung zunehmen oder abnehmen), einschließlich mit gegebenen Auslegungsregeln wie etwa proportional zum lokalen Magnetfeld oder proportional zur Differenz zwischen dem lokalen Magnetfeld und dem gewünschten (oder Ziel-) Magnetfeld.
Es versteht sich, dass verjüngte Spalte Spalte mit variabler und/oder nicht homogener Spaltgröße beinhalten können.
In einem Aspekt kann der Spaltabstand zu einem erweiterten homogenen Feldbereich führen. Wenn ein Konstrukteur darauf beschränkt ist, eine gegebene, festgelegte Gruppe von Subkomponenten in einer Baugruppe zu verwenden, kann insbesondere ein adaptives, kompensierendes Abstandsschema benutzt werden, um die Feldhomogenität von der Baugruppe weitest möglich zu optimieren, woraus sich niedrigere Herstellungskosten ergeben. In einem Aspekt kann das Ausnehmen von einem oder mehreren Schlitzen nach der Herstellung in einem ferromagnetischen Ring einer Magnetbaugruppe zu einem ähnlichen Zweck angewandt werden.
In einer Umsetzung kann für eine gegebene Gruppe von Komponenten (d. h. Magnetblöcken) die Feldverteilung im Messbereich (Sattel, fester Gradient) verbessert und/oder optimiert werden; für ein sich bewegendes Werkzeug kann das Feldprofil axial verbessert und/oder optimiert werden; und/oder die Untersuchungstiefe eines Werkzeugs kann unter Verwendung von Aspekten der Magnetauslegung verbessert und/oder optimiert werden.
In einer Umsetzung kann ein Algorithmus verwendet werden, um Spaltgrößen zwischen homogenen Magneten einer Magnetbaugruppe in Abhängigkeit von lokalen Feldwerten der Magnetbaugruppe zu generieren.
In einer Ausführungsform können Aspekte der Magnetauslegung verwendet werden, um eine Länge eines homogenen Bereichs im Verhältnis zur Magnetgesamtlänge zu verbessern und/oder zu maximieren.
In einer Umsetzung können Positionierungsschrauben, -böcke oder -halterungen verwendet werden. In einem Aspekt können kurze Unterabschnitte in einer Baugruppe verwendet werden, um Fehlerfortpflanzung zu begrenzen.
In einem Aspekt kann die Magnetfeldhomogenität an einer gewünschten Achse wie etwa einer Werkzeug- und/oder Flusslinienachse für verschiedene Anwendungen (darunter beispielsweise zur Verwendung mit NMR-Technologien) angepasst und/oder verbessert werden, indem Spalte zwischen Magnetstücken eingebracht werden. Ein solches Auslegungskonzept kann bei verschiedenen Anwendungen angewandt werden, darunter beispielsweise NMR-Bohrlochvermessungswerkzeuge, Halbach-Magneten und Shim-Ringmagneten. In Ausführungsformen können sich die Spalte von der Mitte einer Magnetbaugruppe fort in der Größe verändern.
In einem Aspekt kann der (Spalt-) Abstand graduell, aber nicht homogen sein, und kann weiter abgestimmt werden, wenn spezifische Informationen zur Magnetisierung der ausgewählten Magnetabschnitte erlangt werden, z. B. durch Simulation.
Andere Abstimmungsverfahren können, ohne Beschränkung, das allmähliche Wegbewegen von Segmenten von der Ebene des homogenen Felds beinhalten. In einigen Umsetzungen kann das Ergebnis ein Magnet sein, bei dem insgesamt weniger Magnetmaterial verwendet wird, um ein Magnetfeld von beträchtlicher Homogenität zu erzielen.
In einer Ausführungsform kann eine Baugruppe aus Permanentmagnetblöcken mit Spalten (Luft, Kunststoff und/oder andere nicht magnetische Materialien) dazwischen eine flexiblere und besser anpassbare effektive Magnetisierungsdichte bereitstellen. Dies erfolgt im Allgemeinen in Abhängigkeit nicht nur von der Größe und Magnetisierung jedes Blocks, sondern auch von seiner relativen Position. In einer Ausführungsform kann die Größe jedes Spalts auf progressive Weise angepasst (d. h. verjüngt) werden, um die Feldhomogenität zu steigern und/oder zu optimieren.
Nachstehend werden mehrere Beispielanwendungen unter Verwendung derartiger Verjüngungstechniken beschrieben.
In einer Ausführungsform kann ausgehend von einer Baugruppe aus Magnetstücken oder -zellen, die nicht beabstandet sind, d. h. in einer ungestörten Konfiguration sind, eine wünschenswerte und/oder optimale Trennung zwischen den einzelnen Magnetstücken bestimmt werden, indem jeder Spalt proportional zum Wert des Magnetfelds in der ungestörten Konfiguration angepasst wird. Auf diese Weise können das Ausmaß und die Homogenität eines Feldmessbereichs gesteigert und/oder maximiert werden, wenn der Spalt zwischen Komponenten proportional zum ungestörten Magnetfeld angepasst wird (siehe beispielsweise 17).
In einer Umsetzung kann eine progressive Verjüngung des Abstands zwischen Magnetblöcken das Ausmaß des homogenen Bereichs steigern und/oder optimieren. Diese Verjüngung kann eine progressive Steigerung des axialen Abstands zwischen Blöcken ausgehend von der Mitte beinhalten. Dies kann beispielsweise verwendet werden, wenn die Magnetblöcke parallel zueinander und radial polarisiert und derart angeordnet sind, dass sich in der y-Richtung in einem gewissen Abstand von der Werkzeugachse ein homogenes Feld ergibt. Die Verjüngung kann dagegen auch eine progressive Verringerung des axialen Abstands zwischen Blöcken ausgehend von der Mitte der Baugruppe beinhalten, wie etwa wenn die Magnetblöcke kollinear angeordnet und quer zur Axialrichtung polarisiert sind, wodurch sich ein homogenes Feld in der x-Richtung ergibt.
In einem Aspekt kann der Auslegungsansatz mit verteilten Magnetbaugruppen eine Anzahl von Vorteilen gegenüber üblicheren Auslegungen bieten, bei denen die Magnetstücke eng nebeneinander gepackt sind. Ein Vorteil ist, dass das Ausmaß des homogenen Felds an einer Achse parallel zur Magnetbaugruppe zunimmt. Diese Wirkung kann besonders für einen sich schnell bewegenden NMR-Sensor wie etwa ein Bohrloch-NMR-Vermessungswerkzeug wünschenswert sein. Bei einem sich bewegenden NMR-Werkzeug kann die Zeit für eine Messung durch Δt = L/v eingeschränkt sein, wobei L das Ausmaß des Werkzeugmessbereichs (d. h. der Bereich des homogenen Felds oder Gradientenfelds) und v die Vermessungsgeschwindigkeit ist. Daher kann ein längerer Messbereich wünschenswert sein, um entweder die Empfindlichkeit, Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen oder eine höhere Geschwindigkeit zu ermöglichen. Bei einer traditionellen Magnetbaugruppe bringt ein erweiterter Messbereich den Aufwand für einen langen, teuren und schweren Magnet mit sich.
18 veranschaulicht einen Bohrlochstandort 2400, an dem Ausführungsformen einer Magnetauslegung gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen verwendet werden können. Der Bohrlochstandort 2400 kann an Land oder auf See angesiedelt sein. In diesem Beispielsystem wird ein Bohrloch 2402 in einer unterirdischen Formation in bekannter Weise durch Rotationsbohren gebildet. Ausführungsformen der Magnetauslegung können auch in Verbindung mit Bohrlochstandorten verwendet werden, an denen gerichtetes Bohren stattfindet.
Ein Bohrstrang 2404 kann im Bohrloch 2402 aufgehängt sein und eine Bohrgarnitur 2406 aufweisen, die einen Bohrmeißel 2408 an ihrem unteren Ende beinhaltet. Das Oberflächensystem kann eine Plattform- und Bohrturmbaugruppe 2410 aufweisen, die über dem Bohrloch 2402 angeordnet ist. Die Baugruppe 2410 kann einen Drehtisch 2412, eine Mitnehmerstange 2414, einen Haken 2416 und einen Bohrwirbel 2418 aufweisen. Der Bohrstrang 2404 kann durch den Drehtisch 2412 gedreht werden, der durch eine nicht gezeigte Einrichtung mit Strom versorgt wird und an einem oberen Ende des Bohrstrangs 2404 mit der Mitnehmerstange 2414 in Eingriff steht. Der Bohrstrang 2404 kann von einem Haken 2416 herabhängen, der durch die Mitnehmerstange 2414 und den Bohrwirbel 2418 an einem Kranblock (nicht gezeigt) angebracht ist, was eine Drehung des Bohrstrangs 2404 relativ zum Haken 2416 ermöglichen kann. Wie bekannt ist, kann auch ein Kraftdrehkopfsystem verwendet werden.
In dem Beispiel dieser Ausführungsform kann das Oberflächensystem ferner Bohrfluid oder Schlamm 2420 aufweisen, das bzw. der in einer Grube 2422 gelagert wird, die am Bohrlochstandort 2400 ausgebildet ist. Eine Pumpe 2424 kann das Bohrfluid 2420 über eine Öffnung im Wirbel 2418 ins Innere des Bohrstrangs 2404 befördern und bewirken, dass das Bohrfluid 2420 durch den Bohrstrang 2404 herabfließt, wie durch den Richtungspfeil 2426 angegeben. Das Bohrfluid 2420 kann über Öffnungen im Bohrmeißel 2408 aus dem Bohrstrang 2404 austreten und dann durch den Ringraum zwischen der Außenseite des Bohrstrangs 2404 und der Wand des Bohrlochs 2402 nach oben zirkulieren, wie durch die Richtungspfeile 2428 angegeben. Auf diese bekannte Weise kann das Bohrfluid 2420 den Bohrmeißel 2408 schmieren und Formationsabtragungen herauf zur Oberfläche tragen, während das Bohrfluid 2420 zur Rezirkulation an die Grube 2422 zurückgeleitet wird.
Die Bohrgarnitur 2406 der dargestellten Ausführungsform kann den Bohrmeißel 2408 sowie verschiedene Ausrüstungsteile 2430 beinhalten, darunter ein Vermessung-während-des-Bohrens(logging-while-drilling - LWD)-Modul 2432, ein Messung-während-des-Bohrens(measuring-while-drilling - MWD)-Modul 2434, ein Drehlenkungssystem und einen entsprechenden Motor, verschiedene andere Werkzeuge usw.
In einer möglichen Umsetzung kann das LWD-Modul 2432 in einer besonderen Art von Bohrkragen aufgenommen sein, der im Stand der Technik bekannt ist, und kann eines oder mehrere von einer Vielzahl unterschiedlicher Vermessungswerkzeuge wie etwa ein Kernspinresonanz(NMR-System)-Werkzeug, das eine Magnetbaugruppe benutzt, die in Bezug auf eine beliebige der zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde, ein direktionales Widerstandssystem und/oder ein Schallvermessungssystem usw. beinhalten. Das LWD-Modul 2432 kann Fähigkeiten zum Messen, Verarbeiten und Speichern von Informationen sowie zum Kommunizieren mit Oberflächenausrüstung beinhalten.
Das MWD-Modul 2434 kann ebenfalls in einer besonderen Art von Bohrkragen aufgenommen sein, der im Stand der Technik bekannt ist, und eine oder mehrere Vorrichtungen zum Messen von Eigenschaften der Bohrlochumgebung beinhalten, wie etwa Eigenschaften des Bohrstrangs und des Bohrmeißels. Das MWD-Modul 2434 kann ferner eine Vorrichtung (nicht gezeigt) zum Erzeugen von elektrischer Leistung für das Untertagesystem beinhalten. Dies kann einen Schlammturbinengenerator beinhalten, der durch den Fluss des Bohrfluids 2420 angetrieben wird, wobei es sich versteht, dass andere Leistungs- und/oder Batteriesysteme verwendet werden können. Das MWD-Modul 2434 kann eine oder mehrere von verschiedenen im Stand der Technik bekannten Messvorrichtungen beinhalten, beispielsweise eine Bohrdruckmessvorrichtung, eine Drehmomentmessvorrichtung, eine Vibrationsmessvorrichtung, eine Stoßmessvorrichtung, eine Ruckgleitmessvorrichtung, eine Richtungsmessvorrichtung und eine Neigungsmessvorrichtung.
Es versteht sich auch, dass mehr als ein LWD- und/oder MWD-Modul verwendet werden kann. Somit kann das Modul 2436 ein weiteres LWD- und/oder MWD-Modul beinhalten, wie etwa unter Bezugnahme auf die Module 2432 und 2434 beschrieben.
Es können verschiedene Systeme und Verfahren verwendet werden, um Informationen (Daten und/oder Befehle) von Ausrüstung 2430 an eine Oberfläche 2438 des Bohrlochstandorts 2400 zu übertragen. In einer Umsetzung können Informationen von einem oder mehreren Sensoren 2440 empfangen werden. Die Sensoren 2440 können an verschiedenen Stellen angeordnet sein und können aus beliebiger im Stand der Technik bekannter Mess- und/oder Erfassungstechnologie ausgewählt sein, darunter solche, die verschiedene Arten von Strahlung, elektrische oder magnetische Felder messen können, darunter Elektroden (wie etwa Stangen), Magnetometer, Spulen usw.
In einer möglichen Umsetzung können Informationen von der Ausrüstung 2430, darunter LWD-Daten und/oder MWD-Daten, für verschiedene Zwecke benutzt werden, darunter das Lenken des Bohrmeißels 2408 und diesem zugehöriger Werkzeuge, Charakterisieren einer Formation 2442 um das Bohrloch 2402, Charakterisieren von Fluiden im Bohrloch 2402 usw. Beispielsweise können Informationen von der Ausrüstung 2430 verwendet werden, um ein oder mehrere untergeordnete Bilder von verschiedenen Abschnitten des Bohrlochs 2402 zu erstellen.
In einer Umsetzung kann ein Vermessungs- und Steuersystem 2444 vorhanden sein. Das Vermessungs- und Steuersystem 2444 kann verschiedene Informationen von verschiedenen Quellen, darunter der Ausrüstung 2430, empfangen und verarbeiten. Das Vermessungs- und Steuersystem 2444 kann auch verschiedene Ausrüstungsteile steuern, wie etwa die Ausrüstung 2430 und den Bohrmeißel 2408.
Das Vermessungs- und Steuersystem 2444 kann auch mit verschiedenen Ölfeldanwendungen verwendet werden, darunter Vermessung während des Bohrens, künstliches Anheben, Messung während des Bohrens, Wireline usw. Auch kann das Vermessungs- und Steuersystem 2444 an der Oberfläche 2438, unter der Oberfläche 2438, nah am Bohrloch 2402, entfernt vom Bohrloch 2402 oder eine beliebige Kombination davon angeordnet sein.
In einer möglichen Umsetzung beispielsweise können Informationen von der Ausrüstung 2430 und/oder den Sensoren 2440 von dem Vermessungs- und Steuersystem 2444 an einer oder mehreren Positionen verarbeitet werden, darunter beliebige im Stand der Technik bekannte Konfigurationen, wie etwa in einer oder mehreren Handvorrichtungen nah am und/oder entfernt vom Bohrlochstandort 2400, an einem Computer in einer Fernsteuerzentrale usw. In einem Aspekt kann das Vermessungs- und Steuersystem 2444 dazu verwendet werden, Bilder des Bohrlochs 2402 und/oder der Formation 2442 aus Informationen zu erstellen, die es beispielsweise von der Ausrüstung 2430 und/oder von verschiedenen anderen Werkzeugen, darunter Wireline-Werkzeugen, empfängt. In einer möglichen Umsetzung kann das Vermessungs- und Steuersystem 2444 auch verschiedene Aspekte der Magnetauslegung wie hier beschrieben durchführen, um verschiedene Messungen und/oder Informationen zu verarbeiten.
In anderen Ausführungsformen umfasst ein Bohrlochwerkzeug ein Kernspinresonanz(NMR-System)-Werkzeug, das eine Magnetbaugruppe benutzt, die in Bezug auf beliebige der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde.
19 veranschaulicht eine beispielhafte Vorrichtung 2500 mit einem Prozessor 2502 und Speicher 2504 zum Unterbringen eines Magnetauslegungsmoduls 2506, das dazu konfiguriert ist, verschiedene Ausführungsformen der Magnetbaugruppenauslegung umzusetzen, wie sie in dieser Offenbarung erörtert werden. Der Speicher 2504 kann auch eine oder mehrere Datenbanken enthalten und kann eine oder mehrere Formen von flüchtigen Datenspeichermedien wie etwa Speicher mit dynamischem Zugriff (random access memory - RAM) und/oder eine oder mehrere Formen von nichtflüchtigen Speichermedien (wie etwa Nurlesespeicher (read-only memory - ROM), Flash-Speicher und so weiter) beinhalten.
Die Vorrichtung 2500 ist ein Beispiel einer Rechenvorrichtung oder programmierbaren Vorrichtung und soll keine Einschränkung hinsichtlich des Verwendungsumfangs oder des Funktionsumfangs der Vorrichtung 2500 und/oder ihrer möglichen Architekturen nahelegen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 2500 eine oder mehrere Rechenvorrichtungen, programmierbare Logiksteuerungen (programmable logic controllers - PLCs) usw. umfassen.
Ferner ist die Vorrichtung 2500 nicht so zu verstehen, dass sie Abhängigkeiten zu einer oder einer Kombination von Komponenten aufweist, die in der Vorrichtung 2500 dargestellt sind. Beispielsweise kann die Vorrichtung 2500 einen oder mehrere von einem Computer, wie etwa einem Laptop-Computer, einem Desktop-Computer, einem Mainframe-Computer usw. oder eine beliebige Kombination oder Ansammlung davon beinhalten.
Die Vorrichtung 2500 kann auch einen Datenbus 2508 beinhalten, der dazu konfiguriert ist, es verschiedenen Komponenten und Vorrichtungen, wie etwa unter anderem Komponenten wie den Prozessoren 2502, dem Speicher 2504 und lokalem Datenspeicher 2510 zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren.
Der Datenbus 2508 kann eine oder mehrere von unterschiedlichen Arten von Datenbusstrukturen beinhalten, darunter ein Speicherbus oder eine Speichersteuereinrichtung, ein Periphiebus, ein beschleunigter Grafikport und ein Prozessor- oder lokaler Datenbus, der beliebige von verschiedenen Datenbusarchitekturen verwendet. Der Datenbus 2508 kann auch drahtgebundene und/oder drahtlose Datenbusse beinhalten.
Der lokale Datenspeicher 2510 kann feste Medien (z. B. RAM, ROM, ein Festplattenlaufwerk usw.) sowie Wechselmedien (z. B. ein Flash-Speicherlaufwerk, einen Wechseldatenträger, optische Disks, magnetische Disks und so weiter) beinhalten.
Es können auch eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe(E/A)-Vorrichtungen 2512 über eine Benutzerschnittstellen(user interface - UI)-Steuereinrichtung 2514 kommunizieren, die entweder direkt oder über den Datenbus 2508 mit den E/A-Vorrichtungen 2512 verbunden sein können.
In einer möglichen Umsetzung kann eine Netzschnittstelle 2516 über ein verbundenes Netz mit außerhalb der Vorrichtung 2500 kommunizieren, und in einigen Umsetzungen mit Hardware kommunizieren, wie etwa der Ausrüstung 2430, dem einen oder den mehreren Sensoren 2440 usw.
In einer möglichen Ausführungsform kann die Ausrüstung 2430 mit der Vorrichtung 2500 über den Datenbus 2508, wie etwa einen USB-Port, als Eingabe/Ausgabe(E/A)-Vorrichtung(en) 2512 kommunizieren.
Ein Medienlaufwerk/eine Medienschnittstelle 2518 kann ein greifbares Wechselmedium 2520 akzeptieren, wie etwa Flash-Laufwerke, optische Disks, Wechseldatenträger, Softwareprodukte usw. In einer möglichen Umsetzung können Logik, Rechenanweisungen und/oder Softwareprogramme, die Elemente des Magnetauslegungsmoduls 2506 umfassen, auf Wechselmedien 2520 vorliegen, die von dem Medienlaufwerk/der Medienschnittstelle 2518 gelesen werden können.
In einer möglichen Ausführungsform können die Eingabe/Ausgabe(E/A)-Vorrichtung(en) 2512 es einem Benutzer ermöglichen, Befehle und Informationen für die Vorrichtung 2500 einzugeben, und auch ermöglichen, dass dem Benutzer und/oder anderen Komponenten oder Vorrichtungen Informationen präsentiert werden. Beispiele für Eingabevorrichtung(en) 2512 beinhalten beispielsweise Sensoren, eine Tastatur, eine Zeigersteuervorrichtung (z. B. eine Maus), ein Mikrofon, einen Scanner und beliebigen andere im Stand der Technik bekannte Eingabevorrichtungen. Beispiele für Ausgabevorrichtungen beinhalten eine Anzeigevorrichtung (z. B. einen Monitor oder Projektor), Lautsprecher, einen Drucker, eine Netzwerkkarte und so weiter.
Verschiedene Prozesse des Magnetauslegungsmoduls 2506 können hier im allgemeinen Kontext von Software oder Programmmodulen beschrieben sein, oder die Techniken und Module können in reiner Rechenhardware umgesetzt sein. Software beinhaltet allgemein Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen und so weiter, die bestimmte Aufgaben durchführen oder bestimmte abstrakte Datentypen umsetzen. Eine Umsetzung dieser Module und Techniken kann auf einem greifbaren computerlesbaren Medium gespeichert oder über dieses übertragen werden. Ein computerlesbares Medium kann ein beliebiges verfügbares Datenspeichermedium oder Medium sein, das greifbar ist und auf das eine Rechenvorrichtung zugreifen kann. Ein computerlesbares Medium kann daher ein Computerspeichermedium umfassen. Ein „Computerspeichermedium“ bezeichnet greifbare Medien und beinhaltet flüchtige und nichtflüchtige, auswechselbare und nicht auswechselbare greifbare Medien, die zum Speichern von Informationen wie etwa computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten umgesetzt sind. Zu Computerspeichermedien gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, RAM, ROM, EEPROM, Flash-Speicher und andere Speichertechnologie, CD-ROM, Digital Versatile Disks (DVD) oder andere optische Speicher, Magnetkassetten, Magnetbänder, Magnetdisk-Speicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder beliebige andere greifbare Medien, die zum Speichern der gewünschten Informationen verwendet werden können und auf die ein Computer zugreifen kann.
In einer möglichen Umsetzung kann die Vorrichtung 2500 oder eine Vielzahl derselben am Bohrlochstandort 2400 verwendet werden. Dies kann die Verwendung in verschiedenen Ausrüstungsteilen 2430, im Vermessungs- und Steuersystem 2444 usw. beinhalten.
Obwohl vorstehend nur einige Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann ohne Weiteres verstehen, dass viele Abwandlungen an den Ausführungsbeispiele möglich sind, ohne wesentlich von dieser Offenbarung abzuweichen. Entsprechend ist vorgesehen, dass diese Abwandlungen in den Umfang dieser Offenbarung fallen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist. Auch können Ausführungsformen ohne beliebige hier nicht ausdrücklich beschriebene Komponenten durchgeführt werden.
In den Ansprüchen sollen Mittel-plus-Funktion-Klauseln die hier beschriebenen Strukturen in ihrer Ausübung der genannten Funktion abdecken, und nicht nur Strukturäquivalente, sondern auch äquivalente Strukturen. Obwohl also ein Nagel und eine Schraube keine Strukturäquivalente sein mögen, da ein Nagel eine zylindrische Oberfläche nutzt, um Holzteile aneinander zu sichern, während eine Schraube eine schneckenförmige Oberfläche nutzt, um Holzteile aneinander zu sichern, können ein Nagel und eine Schraube äquivalente Strukturen sein. Es ist die ausdrückliche Absicht der Anmelderin, sich nicht auf 35 U.S.C. § 112, Absatz 6 bezüglich der Einschränkungen der hier aufgeführten Ansprüche zu berufen, es sei denn bezüglich solcher, die ausdrücklich die Worte „Mittel zum“ zusammen mit der zugehörigen Funktion verwenden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62404575 [0001]
US 62504931 [0001]

Claims

Verfahren, umfassend: Erlangen einer Vielzahl von homogenen Magnetstücken; und Zusammenbauen der homogenen Magnetstücke als eine Magnetbaugruppe mit wenigstens einem Spalt zwischen den Magnetstücken, wobei das Zusammenbauen Auswählen einer jeweiligen Breite für jeden wenigstens einen Spalt beinhaltet, wodurch die Homogenität eines resultierenden Magnetfeldbereichs der Magnetbaugruppe mit dem wenigstens einen Spalt im Verhältnis zu einem Magnetfeldbereich einer Magnetbaugruppe mit den gleichen Stücken, aber ohne den wenigstens einen Spalt, erweitert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Magnetstücke der Magnetbaugruppe linear angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Magnetstücke wenigstens vier Magnetstücke umfassen und der wenigstens eine Spalt wenigstens drei Spalte mit wenigstens einem mittleren Spalt umfasst, wobei die Breiten der Spalte auf beiden Seiten eines mittleren Spalts größer als die Breite des mittleren Spalts sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Magnetstücke mehr als vier Magnetstücke umfassen und der wenigstens eine Spalt mehr als drei Spalte umfasst, wobei die Breiten der Spalte vom mittleren Spalt weg zunehmen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Breiten der Spalte gemäß einem Polynom zweiter Ordnung gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Polynom zweiter Ordnung gemäß $\frac{S p a l t}{S p a l t_{B a s i s}} = c_{1} + c_{2} | \frac{B}{B_{B a s i s}} | + c_{3} {| \frac{B}{B_{B a s i s}} |}^{2}$
ist, wobei B das Magnetfeld an einer Position an der magnetischen Baugruppe ist, B_Basis das Basisfeld in der Mitte der Magnetbaugruppe ist, Spalt_Basis der Spalt ist, der das Basisfeld in der Mitte der Magnetbaugruppe bereitstellt, und c₁, c₂ und c₃ Konstanten sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswählen einer jeweiligen Breite für jeden wenigstens einen Spalt Modellieren von Magnetbaugruppen mit der Größe, der Form und dem Magnetismus der Magnetstücke als Eingaben in ein Modell und mit Spaltbreite als eine Variable und Ermitteln wenigstens einer jeweiligen Spaltbreite umfasst, die die Länge von Homogenität des resultierenden Magnetfeldbereichs der Magnetbaugruppe optimiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Magnetstücke jeweils magnetische Segmente umfassen, die in einer U-Form angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Anordnen nicht magnetischer Abstandsstücke zwischen den U-förmigen magnetischen Segmenten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Magnetstücke der Magnetbaugruppe jeweils ringkreisförmig sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Auswählen der jeweiligen Breite und damit das Erweitern der Homogenität eines resultierenden Magnetfeldbereichs der Magnetbaugruppe Auswählen einer jeweiligen Breite zum Maximieren der Länge der Homogenität des resultierenden Magnetfeldbereichs umfasst.
Verfahren, umfassend: Anpassen einer Magnetfeldhomogenität einer Magnetbaugruppe, die aus einem ringkreisförmigen Magneten und einem ferromagnetischen Ring gebildet ist, der sich um den ringkreisförmigen Magneten erstreckt, durch Einbringen von wenigstens einem Spalt oder Schlitz in den ferromagnetischen Ring, um Homogenität eines resultierenden Magnetfeldbereichs der Magnetbaugruppe mit dem Spalt oder Schlitz im ferromagnetischen Ring im Verhältnis zu einem Magnetfeldbereich einer Magnetbaugruppe mit dem gleichen ringkreisförmigen Magneten und ferromagnetischen Ring, aber ohne den wenigstens einen Spalt oder Schlitz im ferromagnetischen Ring, zu erweitern.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Spalt oder Schlitz wenigstens einen in Umfangsrichtung verlaufenden Spalt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der wenigstens eine in Umfangsrichtung verlaufende Spalt oder Schlitz eine Vielzahl in Umfangsrichtung verlaufender Spalte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl in Umfangsrichtung verlaufender Spalte von nicht homogener Breite ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei sich der wenigstens eine in Umfangsrichtung verlaufende Spalt vollständig durch den ferromagnetischen Ring erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Einbringen Messen des Magnetfelds der Magnetbaugruppe ohne den wenigstens einen Spalt oder Schlitz und Ausnehmen wenigstens eines radial verlaufenden Schlitz auf Grundlage des Messens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich der wenigstens eine radial verlaufende Schlitz vollständig durch den ferromagnetischen Ring erstreckt.
Magnetbaugruppe, umfassend: eine Vielzahl von homogenen Magnetstücken, die mit wenigstens einem Spalt zwischen den Magnetstücken angeordnet sind, wobei der Spalt eine Breite aufweist, um die Homogenität eines resultierenden Magnetfeldbereichs der Magnetbaugruppe im Verhältnis zu einem Magnetfeldbereich einer Magnetbaugruppe mit den gleichen Stücken, aber ohne den wenigstens einen Spalt, zu erweitern.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 19, wobei die Magnetstücke mehr als vier Magnetstücke umfassen, die linear angeordnet sind, und der wenigstens eine Spalt mehr als drei Spalte umfasst, wobei die Breiten der Spalte von einem mittleren Spalt weg zunehmen.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 20, wobei die Breiten der Spalte einem Polynom zweiter Ordnung folgen.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 21, wobei das Polynom zweiter Ordnung gemäß $\frac{S p a l t}{S p a l t_{B a s i s}} = c_{1} + c_{2} | \frac{B}{B_{B a s i s}} | + c_{3} {| \frac{B}{B_{B a s i s}} |}^{2}$
ist, wobei B das Magnetfeld an einer Position an der magnetischen Baugruppe ist, B_Basis das Basisfeld in der Mitte der Magnetbaugruppe ist, Spalt_Basis der Spalt ist, der das Basisfeld in der Mitte der Magnetbaugruppe bereitstellt, und c₁, c₂ und c₃ Konstanten sind.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 19, wobei die Magnetstücke ringkreisförmige Magnetstücke umfassen.
Magnetbaugruppe, umfassend: einen ringkreisförmigen Magneten und einen ferromagnetischen Ring, der sich um den ringkreisförmigen Magneten erstreckt und wenigstens einen Spalt oder Schlitz aufweist, der die Homogenität eines resultierenden Magnetfeldbereichs der Magnetbaugruppe im Verhältnis zu einem Magnetfeldbereich einer Magnetbaugruppe mit dem gleichen ringkreisförmigen Magneten und ferromagnetischen Ring, aber ohne den wenigstens einen Spalt oder Schlitz im ferromagnetischen Ring, erweitert.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 24, wobei der Spalt oder Schlitz wenigstens einen in Umfangsrichtung verlaufenden Spalt umfasst.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 25, wobei der wenigstens eine in Umfangsrichtung verlaufende Spalt oder Schlitz eine Vielzahl in Umfangsrichtung verlaufende Spalte umfasst.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 26, wobei die Vielzahl in Umfangsrichtung verlaufende Spalte von nicht homogener Breite ist.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 25, wobei sich der wenigstens eine in Umfangsrichtung verlaufende Spalt vollständig durch den ferromagnetischen Ring erstreckt.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine Spalt oder Schlitz wenigstens einen radial verlaufenden Schlitz umfasst.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 29, wobei sich der wenigstens eine radial verlaufende Schlitz vollständig durch den ferromagnetischen Ring erstreckt.