[其他]永磁多極磁體

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000006663
• 申請日: 1985-09-04
• 公開（公告）號: CN85106663B
• 公開（公告）日: 1988-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐建銘;劉茂三;徐清
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院高能物理研究所
• 代理公司: 中國科學(xué)院化學(xué)科研所
• 代理人: 湯保平

本發(fā)明是新型永磁多極磁體，它適用于永磁電機(jī)、加速器、核磁共振斷層成象裝置等方面。只需要采用徑向磁化的永磁塊，或者沿方位角調(diào)變永磁體的內(nèi)、外緣曲線，或者調(diào)變永磁塊的寬度，即可形成所需要的２Ｎ極磁場。由于永磁塊磁化方向相同，所以加工工藝簡單，原材料利用率高，磁體外面還可以加軟鐵屏蔽，以提高磁場強(qiáng)度，節(jié)省永磁材料。

本發(fā)明屬于永磁多極磁體。此類多極磁體可用于永磁電機(jī)，加速器、帶電粒子輸運系統(tǒng)，核磁共振斷層成象裝置，磁耦合器及其他使用永磁多極磁體的地方。

目前制造的永磁多極磁體有兩類。一類是混合型，即用永磁材料代替一般電磁鐵的勵磁繞組，提供磁勢。磁場分布形式靠軟鐵磁極來保證。這種磁體的缺點是永磁材料利用得不夠有效。

另一種為漸變磁化方向型。它不使用軟鐵材料。磁場分布形式靠沿著磁體方位角調(diào)變永磁材料的磁化方向來保證。圖1是它的工作原理圖。圖1中（1）是永磁塊，圖中箭頭表示當(dāng)?shù)氐拇呕较颉＃ê竺娴膸讖垐D里，箭頭也表示磁化方向，（1）指永磁塊，以后就不再重復(fù)了）用經(jīng)典電磁學(xué)能精確計算任意分布形式的永磁體所形成的磁場。可以證明，在圖1中，如果在方位角θ′處的永磁材料的磁化方向和該點徑向之間的夾角為Nθ′〔圖1中N＝1〕在理想的二維情況下，可形成2N極磁場。實際建造這種磁體時要將磁體環(huán)分成若干塊，各塊的截面形狀可為扇形、梯形、矩形或圓形等。各永磁塊的磁化方向隨它的中心線所處的方位角而調(diào)變。圖2是分成16塊梯形截面的永磁體示意圖。圖3是采用圓柱形永磁塊的四級永磁體示意圖。圖3中（1）是永磁塊，（2）是結(jié)構(gòu)框架，用非磁材料制成。在此情況下，形成的磁場以2N極為主，還有一些寄生諧波，其大小視磁體選用的參數(shù)而定。漸變磁化方向型能充分利用永磁材料的效能，但有兩個主要缺點。

一是永磁材料取向性很強(qiáng)，從取向性強(qiáng)的原材料中，切取不同磁化方向的永磁塊，工藝復(fù)雜，原材料利用率低，角度誤差也比較大。

二是由于有些永磁塊的磁化方向是切線方向，不宜加軟鐵屏蔽罩。而軟鐵屏蔽罩既能提高磁場強(qiáng)度，又能屏蔽鄰近鐵磁體的干擾。

日本專利“特開昭59-139842”提出了用徑向磁化永磁塊制造電動機(jī)永磁體的設(shè)計。其設(shè)計只提出“磁極的內(nèi)緣、外緣或內(nèi)外緣同時呈緩和的山坡狀”。

本發(fā)明提出兩種永磁多極磁體設(shè)計，給出磁極形狀及所形成的磁場分布公式。這兩種磁體都只采用徑向（離心和向心）磁化的永磁塊，因而磁場制造工藝簡單，能充分利用原材料，降低造價。并可使用軟鐵屏蔽，以提高磁場強(qiáng)度，節(jié)省永磁材料，并屏蔽鄰近的鐵磁體的干擾。

從原理上講，本發(fā)明并不一定采用徑向磁化的永磁塊，也可以采用與徑向成某一固定夾角β的永磁塊。只要按本發(fā)明提出的設(shè)計，均能形成2N極磁場。并且由于所有永磁塊磁化方向相同，都有加工簡單，能充分利用原材料的優(yōu)點。不過，只有采用徑向磁化永磁塊時，才能使用軟鐵屏蔽。

一種永磁多極磁體，等分成2N等份，相鄰等份的磁化方向交替為離心和向心。磁體徑向厚度沿方位角θ′按一定規(guī)律調(diào)變。為此目的，永磁體外緣曲線是R₀＝R+｜AsinNθ′｜，而內(nèi)緣曲線是R₁＝R₀-｜AsinNθ′｜。圖4是一個N＝1的這種磁體的原理圖，圖中（1）是永磁塊，（2）是軟鐵屏蔽罩。式中θ′是方位角，A為常數(shù)，依賴于休求的磁場強(qiáng)度。R₀由要求的孔徑?jīng)Q定。理想的二維情況下，可以產(chǎn)生2N極磁場。只保留到（A/R₀）²項時，磁體的內(nèi)部區(qū)域磁勢的表達(dá)式為：ψ（r.θ）＝-4n｜AM｜rNsinNθ·F（R₀，A，N）。式中r，θ是觀察點坐標(biāo)，F(xiàn)（R₀，A，N）是R₀O，A，N的函數(shù)，M是永磁材料的磁化強(qiáng)度。上式所表示的是純2N極磁場的磁勢。實現(xiàn)上述方案時，磁體的內(nèi)外緣不一定是光滑曲線，磁體也要分成若干塊。每塊的磁化方向是中心線處的徑向方向（或與徑向成β角）。各塊厚度不同，使內(nèi)外緣是接近理想曲線的階躍形折線，各磁塊可以是扇形、梯形或矩形。這樣，除要求的2N極磁場外，也會有寄生諧波。應(yīng)該合適地選擇參數(shù)，降低它們的幅值，也可設(shè)法補(bǔ)償。這一情形，和漸變磁化方向型相似。