專利名稱：產(chǎn)生數(shù)倍于永磁材料剩磁磁密強磁場的永磁機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強磁場永磁機構(gòu)。
前人已提出了一種特殊的永磁結(jié)構(gòu)，由分塊的永磁體組成球體或圓柱體，分別稱為魔球和魔環(huán)，每個永磁塊的充磁方向按一定角度差變化，在球體或圓柱體中間的空腔內(nèi)將產(chǎn)生方向和大小都基本一致的均勻磁場，其磁通密度的大小為B=kBrlnR2R1]]>其中Br為永磁材料的剩磁磁密，R1和R2分別表示其內(nèi)徑與外徑，對于魔球k＝4/3，對于魔環(huán)k＝1。
從理論上說，根據(jù)上面的算式，只要無限增大外徑與內(nèi)徑之比，上述永磁結(jié)構(gòu)就可以產(chǎn)生無限大的場強，但是實際情況并非如此，一方面，隨著魔環(huán)的外徑與內(nèi)徑比(R2/R1)不斷增大，磁體的體積和重量也同樣迅速增大，這使得制造磁體的成本迅速增加，更重要的是，當(dāng)內(nèi)部氣隙磁場不斷增強并大于永磁材料的矯力時，充磁方向與氣隙磁場方向相反的永磁塊中靠近氣隙的部分就不可避免地發(fā)生去磁，去磁現(xiàn)象使永磁體的磁性產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞，從而使氣隙場強無法達到預(yù)期的大小和均勻度，此外，與永磁體充磁方向相同的強磁場將會引起永磁材料的飽和現(xiàn)象，這將造成永磁材料的工作點處于其磁滯回線的第一象限而不是正常工作狀態(tài)的第二象限，同時，由于各永磁塊充磁方向均不相同，彼此間存在相當(dāng)大的排斥力或吸引力，且磁場越強，磁力就越大，越不容易實現(xiàn)各永磁塊的粘合與裝配，由于這些分析、設(shè)計技術(shù)和制造工藝上的諸多難題，使得采用永磁體產(chǎn)生強磁場很難實現(xiàn)。
本發(fā)明產(chǎn)生強磁場的永磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計是這樣實現(xiàn)的永磁體由8～64塊梯形截面的釹鐵硼永磁塊組成(如

圖1所示)，每個永磁塊的充磁方向各不相同，相鄰磁塊的充磁方向依次相差360°/n度角(n為永磁塊數(shù))，整個磁體的截面積為正n邊形(n等于8～64)，在水平方向和垂直方向上的45°角度范圍內(nèi)永磁塊的中間部分嵌入軟磁材料，在水平方向上靠近圓心部分是非磁性金屬，為非磁性不銹鋼(或鋁)，中心部分的小多邊形所包圍的區(qū)域為氣隙，為強磁場工作空間，各組件用特種膠粘合成為中空的正多棱柱，最外面用非磁性金屬外殼卡緊固定。
其中，強磁場永磁體可在工作空間內(nèi)產(chǎn)生磁通密度等于永磁材料剩磁磁密3倍以上的均勻磁場，軸向(即垂直于紙面方向)長度越長，則工作空間的磁場越均勻，當(dāng)采用釹鐵硼永磁材料時，工作空間磁密可達到4T左右；每個磁塊的充磁方向各不相同，相鄰磁塊的充磁方向依次相差360°/n角，如圖2中的箭頭所示，圖2中n＝8，充磁方向依次相差角度為45°，整個磁體的截面形狀為正n邊形，在水平方向和垂直方向上的45°角度范圍內(nèi)永磁塊的中間部分嵌入軟磁材料，為工業(yè)純鐵，其尺寸兩兩相同，安裝在靠近中心位置，如圖2中陰影部分，此時共有4塊軟磁材料，在水平方向上放置的軟磁材料靠近圓心部分是非磁性金屬，為非磁性不銹鋼，中心部分的小正八邊形所包圍的區(qū)域為氣隙，為強磁場工作空間，各組件用特種膠粘合成為中空的正八棱柱，最外面用非磁性金屬外殼卡緊固定。
將軟鐵部分面向氣隙的表面可做成弧形曲面而不是平面，可以提高氣隙內(nèi)磁場的均勻度。
本發(fā)明的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，制作安裝容易，利用軟磁材料工業(yè)純鐵和非磁性金屬不銹鋼鑲嵌在永磁體內(nèi)，可增加所產(chǎn)生的磁場強度，工作空間磁密可超過永磁材料剩磁磁密的3倍以上，當(dāng)使用釹鐵硼永磁材料時，磁通密度可達4T左右，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備和某些軍事裝備中。
其結(jié)構(gòu)由圖2所示，為8個磁塊組成，圖中1釹鐵硼永磁塊，2、3、4、5為軟磁材料、工業(yè)純鐵，6、7為非磁性金屬，非磁性不銹鋼，8為中空的強磁場工作空間，9為非磁性金屬外殼。
每個磁塊的充磁方向由圖3所示，依次相差45°角，如果多個磁塊，充磁方向依次相差360°/n度，n為偶數(shù)個永磁塊數(shù)，其中實施例之一尺寸如圖4所示，整個磁塊寬度為414.20mm，工作空腔內(nèi)徑24.2mm，軸向長度為85mm，由于上述強磁場永磁體是由軟磁材料和永磁材料組合而成的，軟磁材料的磁特性是非線性的(如圖5所示的磁化曲線)，因此很難求出其磁場分布的解析解，為了進行該磁體的優(yōu)化設(shè)計，需要采用與磁場數(shù)值分析相結(jié)形狀位置優(yōu)化方法。本發(fā)明采用磁場有限元分析和遺傳算法、復(fù)合型法相結(jié)合的計算機軟件取得優(yōu)化設(shè)計方案。
軟磁材料的作用軟磁材料的磁導(dǎo)率是永磁材料的數(shù)千倍，其作用為匯聚永磁塊產(chǎn)生的磁通，增強氣隙部分的磁場，并吸引靠近磁極極面的氣隙磁通，以此削弱去磁場的作用。當(dāng)工作空間磁密達到4T時，軟鐵內(nèi)的某些部分磁密也將達到4T以上。這是因為但在圖2所示的永磁結(jié)構(gòu)中，由于永磁塊的特殊結(jié)構(gòu)，在局部產(chǎn)生了很強的磁場強度，相當(dāng)于很高的激磁安匝，自然就造成軟鐵材料的局部高磁密。
其中圖2和圖3為本發(fā)明強磁場的永磁機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中永磁塊數(shù)等于8；圖4強磁場永磁機構(gòu)尺寸舉例，(工作區(qū)空腔內(nèi)徑24.2mm，軸向長度85mm)；圖5工業(yè)純鐵DT4的磁化曲線圖；圖6強磁場永磁機構(gòu)的磁力線分布圖；圖7強磁場永磁體中心區(qū)域磁力線分布圖；圖8軟磁材料端面為平面時氣隙附近的磁力線分布圖；圖9軟磁材料端面為平面時氣隙附近磁密大小的分布圖，工作區(qū)域中白色部分為均勻區(qū)；圖10軟磁材料端面為弧形曲面時氣隙附近的磁力線分布圖；圖11軟磁材料端面為弧形曲面時氣隙附近的磁密分布圖，工作區(qū)域中白色部分為均勻區(qū)，與圖9相比較均勻區(qū)已擴大。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生數(shù)倍于永磁材料本身剩磁磁密強磁場的永磁機構(gòu)，其特征在于永磁體由8～64塊梯形截面的釹鐵硼永磁塊組成，每個磁塊的充磁方向各不相同，相鄰磁塊的充磁方向依次相差360°/n度角，整個磁體的截面積為正n邊形(n為8～64)，在水平方向和垂直方向上的45°角度范圍內(nèi)永磁塊的中間部分嵌入軟磁材料，為工業(yè)純鐵，安裝在靠近中心位置，在水平方向上放置的軟磁材料靠近圓心部分是非磁性金屬，為非磁性不銹鋼，中心部分的小正八邊形所包圍的區(qū)域為氣隙，為強磁場工作空間，各組件用膠粘合成為中空的正八棱柱，最外面用非磁性金屬外殼卡緊固定。
2.按權(quán)利要求1所述的強磁場永磁體，其特征在于永磁體由8塊梯形截面的釹鐵硼永磁塊(1)組成，每個磁塊的充磁方向各不相同，相鄰磁塊的充磁方向依次相差45°角，整個磁體的截面積為正八邊形，上下左右間隔磁塊中間部分是軟磁材料(2)、(3)、(4)、(5)，為工業(yè)純鐵，在四塊當(dāng)中，兩兩尺寸相同，安裝在靠近中心的位置左右兩側(cè)靠近圓心部分是非磁性金屬(6)、(7)，為非磁性不銹鋼，中心部分的小正八邊形所包圍的區(qū)域為氣隙(8)，為強磁場工作空間，各組件用膠粘合成為中空的正八棱柱，最外面用非磁性金屬外殼(9)卡緊固定。
3.按權(quán)利要求1所述的強磁場永磁機構(gòu)，其特征在于將軟鐵部分面向氣隙的表面可做成弧形曲面而不是平面，可以提高氣隙內(nèi)磁場的均勻度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種強磁場永磁機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)中永磁材料部分由8～64塊梯形截面的釹鐵硼永磁塊組成，每個相鄰永磁塊的充磁方向依次相差360°/n度角，整個磁體的截面積為正n邊形(n為8～64)，在水平方向和垂直方向上的45°角度范圍內(nèi)永磁塊的中間為工業(yè)純鐵，靠近中心位置，在水平方向上放置的軟磁材料為非磁性金屬，非磁性不銹鋼或鋁，中心部分包圍的區(qū)域為氣隙，為強磁場工作空間，各組件用膠粘合成為中空的正八棱柱，最外面用非磁性金屬外殼卡緊固定。優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，利用軟磁材料工業(yè)純鐵和非磁性金屬不銹鋼，磁通密度達到永磁材料本身剩磁磁密3倍以上，對于釹鐵硼永磁材料，磁密可達4T左右，可廣泛應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域中。
文檔編號H01F1/032GK1440040SQ03111030
公開日2003年9月3日 申請日期2003年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月20日
發(fā)明者謝德馨, 曾林鎖, 白保東, 曹輝 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)