一種永磁螺管磁體的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種永磁磁體。
【背景技術】
[0002]等離子體廣泛應用在空間、材料、微電子、環(huán)境與能源等領域。螺旋波放電等離子體是一種具有高離化率的高密度等離子體，在等離子體加工，如薄膜沉積、刻蝕，材料表面處理，聚變等離子體、空間等離子體以及基礎等離子體研究等領域得到廣泛的重視。螺旋波是一種在有限直徑、軸向磁化的圓柱形等離子體中傳播的具有哨聲波模式的波，螺旋波等離子裝置通常采用一個或多個電磁線圈用于提供軸向外加磁場。電磁線圈不僅需要龐大的直流電源，而且焦耳熱損失很大，需要配備外圍冷卻設施。這就使得電磁線圈成本高、能耗大、體積(重量)大、對于在外形尺寸、重量以及操控性有嚴格要求的場合并不適用。隨著永磁材料性能的提高，工業(yè)化生產的蓬勃發(fā)展，人們越來越多地采用永磁材料來產生各種空間分布的磁場。中國專利CN1862718B提出了一種管形對極永磁磁體，產生極性沿圓周方向不變的強磁場；中國專利CN1866700B提出了一種圓筒型永磁磁系，在圓柱形空間產生正弦波形周期性的徑向氣隙磁場。上述管形或圓筒型永磁磁體采用多個具有軸對稱性磁矩的永磁磁環(huán)串聯(lián)，利用磁環(huán)分解后的軸向磁場與徑向磁場的相互迭加使得磁環(huán)內部或外部的圓柱空間的磁場強度大幅度提升，從而有效地減小了磁體體積和重量、提升了永磁材料利用率。然而，上述磁路結構的非有效磁場空間，仍存在漏磁，特別是在軸向兩端部、漏磁較大，這不但降低了有效磁場空間的磁場強度和磁場均勻度，而且會對周圍的電磁設備產生干擾和影響。
【發(fā)明內容】
[0003]為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提出一種低漏磁的永磁螺管磁體。
[0004]本發(fā)明由2n+3個磁環(huán)和導磁性的外殼組成，n>2 ；2n+3個磁環(huán)沿軸向依次疊加，夕卜殼同軸置于2n+3個磁環(huán)的外周，組成中空的圓柱體。圓柱體的內部圓柱空間為磁場空間。每個磁環(huán)的幾何結構和磁化方向具有軸對稱性。第2號磁環(huán)到第2n+2號磁環(huán)組成主磁路，磁化方向從第2號磁環(huán)到第2n+2號磁環(huán)按逆時針變化，從任一軸截面看，相鄰磁環(huán)的磁化方向相差360° /2n。端磁環(huán)即第I號和第2n+3號磁環(huán)，和中磁環(huán)即第n+2號磁環(huán)的磁化方向均為軸向，且端磁環(huán)和中磁環(huán)的磁化方向相反；第2號磁環(huán)和第2n+2號磁環(huán)的磁化方向均為徑向，且磁化方向相反。端磁環(huán)、第2號磁環(huán)和第2n+2號磁環(huán)的軸向長度為其余磁環(huán)軸向長度的1/2。端磁環(huán)的兩端以及其余磁環(huán)的外周面為導磁性外殼。
[0005]本發(fā)明主磁路利用磁環(huán)分解后的軸向磁場與徑向磁場的相互迭加，使得磁環(huán)內部圓柱空間的磁場強度大幅度提升，同時大大降低了磁環(huán)外周空間的漏磁。端磁塊的充磁方向和中磁塊相反，且兩個端磁塊的磁勢等于中磁塊的磁勢，在降低端部漏磁的同時提高了永磁磁體的利用率；磁環(huán)外周為導磁性外殼容納磁環(huán)外周的磁力線，進一步將外殼外周5mm處的漏磁降低到10Gs以下。
[0006]本發(fā)明結構簡單，重量輕、體積小，外周無漏磁。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明【具體實施方式】的示意圖，圖中I為磁環(huán)，2為外殼，3為磁場空間，00’為軸線；箭頭表示磁環(huán)的磁化方向；
[0008]圖2是本發(fā)明實施例軸截面磁通密度矢量分布；
[0009]圖3是發(fā)明實施例軸線上的磁場分布；
[0010]圖4本發(fā)明實施例距磁體外表面5mm的軸向直線路徑上的磁場分布；
[0011]圖5是本發(fā)明實施例距磁體外表面5mm的徑向直線路徑上的磁場分布。
【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發(fā)明。
[0013]圖1為本發(fā)明的具體實施例。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明由9個磁環(huán)1，即2n+3 = 9個磁環(huán)I和導磁性的外殼2組成、η = 3 ;9個磁環(huán)沿軸線00’依次疊加，外殼2同軸置于9個磁環(huán)的外周，組成中空的圓柱體。圓柱體的內部空間3為磁場空間。9個磁環(huán)I的幾何結構和磁化方向具有軸對稱性；第2#磁環(huán)到第8#磁環(huán)組成主磁路，磁化方向從第2#磁環(huán)到第8#磁環(huán)按逆時針變化。從任一軸截面看，主磁路中相鄰磁環(huán)的磁化方向相差60°。端磁環(huán)即第1#和第9#磁環(huán)，和中磁環(huán)即第5#磁環(huán)的磁化方向均沿軸線00’的方向，且第1#和第9#磁環(huán)的磁化方向沿00’向下、第5#磁環(huán)的磁化方向沿00’向上；第2#和第8#磁環(huán)的磁化方向均為徑向，且第2#磁環(huán)的磁化方向背離軸線00’、第8#磁環(huán)的磁化方向指向軸線00’。第1#和第9#磁環(huán)、第2號和第8號磁環(huán)的軸向長度為其余5個磁環(huán)軸向長度的1/2。第1#和第9#磁環(huán)軸向兩端以及其余7個磁環(huán)的外周面為導磁性的外殼2。
[0015]當永磁材料為釹鐵硼，剩磁Br= 1.3Τ，相對磁導率μ r= 1.05，磁環(huán)內徑70mm、厚35mm，第1#和第9#磁環(huán)、第2號和第8號磁環(huán)的軸向長度為7.5mm，其余5個磁環(huán)軸向長度為15mm時，整個磁體的外形尺寸Φ 155mm*130mm，重14kg。
[0016]圖2為其軸截面上的磁場矢量分布，其中箭頭大小代表磁場大小。可以看出，氣隙內不但存在軸向磁場，還存在徑向磁場。在氣隙軸向中間區(qū)域，主要為軸向磁場；在軸線00’上，基本為軸向磁場。軸線上的磁場分布如圖3所示，其中橫坐標140mm對應磁體軸向中心?？梢钥闯?，氣隙中心軸向磁場為0.525T。
[0017]距磁體外表面5mm的典型軸向和徑向直線路徑上的磁場分布分別如圖4和圖5所示，其中圖4中橫坐標70mm對應磁體軸向中心，圖5中橫坐標O點對應磁氣隙中心，即r =0，r e [O, 35mm]為磁場空間。可以看出，除磁場空間兩端部外，磁體外周5mm處漏磁小于10Gs0
【主權項】
1.一種永磁螺管磁體，其特征在于:所述永磁螺管磁體的幾何結構具有軸對稱性，由2n+3個磁環(huán)(I)、導磁性的外殼(2)和圓柱形的磁場空間(3)組成；所述永磁螺管磁體在圓柱形空間產生具有軸對稱性的磁場，且在磁場空間(3)的軸向中間區(qū)域主要產生軸向磁場；2n+3個磁環(huán)(I)沿軸向依次疊加，2n+3個磁環(huán)(I)的內部圓柱空間為磁場空間(3)，外殼⑵同軸置于2n+3個磁環(huán)⑴的外周，n>2。2.按照權利要求1所述的永磁螺管磁體，其特征在于:每個磁環(huán)的幾何結構和磁化方向具有軸對稱性；第2號磁環(huán)到第2n+2號磁環(huán)組成主磁路，磁化方向從第2號磁環(huán)到第2n+2號磁環(huán)按逆時針變化，從任一軸截面看，相鄰磁環(huán)的磁化方向相差360° /2n ;端磁環(huán)即第I號磁環(huán)和第2n+3號磁環(huán)，和中磁環(huán)即第n+2號磁環(huán)的磁化方向均為軸向，且端磁環(huán)和中磁環(huán)的磁化方向相反；第2號磁環(huán)和第2n+2號磁環(huán)的磁化方向均為徑向、且磁化方向相反。3.按照權利要求2所述的永磁螺管磁體，其特征在于:所述的端磁環(huán)、第2號磁環(huán)和第2n+2號磁環(huán)的軸向長度為其余磁環(huán)軸向長度的1/2。
【專利摘要】一種永磁螺管磁體，其幾何結構具有軸對稱性，由2n+3個磁環(huán)(1)、n>2，導磁性的外殼(2)和圓柱形的磁場空間(3)組成。在圓柱形空間產生具有軸對稱性的磁場，且在磁場空間(3)的軸向中間區(qū)域主要產生軸向磁場。2n+3個磁環(huán)(1)沿軸向依次疊加，2n+3個磁環(huán)(1)的內部圓柱空間為磁場空間(3)，外殼(2)同軸置于2n+3個磁環(huán)(1)的外周。本發(fā)明的主磁路由中間2n+1個磁環(huán)(1)組成，利用磁環(huán)分解后的軸向磁場與徑向磁場相互迭加使磁場空間(3)的磁場強度大幅度提升；主磁路兩端采用與第n+2號磁環(huán)磁矩相反的端磁環(huán)，同時在2n+3個磁環(huán)(1)的外周安裝導磁性的外殼(2)，降低了磁體外周的漏磁。
【IPC分類】H01F7/02
【公開號】CN105161249
【申請?zhí)枴緾N201510673965
【發(fā)明人】趙凌志, 彭愛武, 劉保林, 王 鋒, 李然, 李建, 夏琦, 董增仁, 沙次文
【申請人】中國科學院電工研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月16日