[發(fā)明專利]一種磁性器件的設(shè)計方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911023364.0
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110975964B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅萬居;胡海韜;白波;黃志強(qiáng);袁寶;童欣
• 申請（專利權(quán)）人: 散裂中子源科學(xué)中心;中國科學(xué)院高能物理研究所
• 主分類號: B01L9/02
• 分類號: B01L9/02
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 李小焦;郭燕

本申請公開了一種磁性器件的設(shè)計方法及其應(yīng)用。本申請磁性器件的設(shè)計方法，包括以下步驟：(1)將磁性器件分為至少兩部分；(2)分別對各部分進(jìn)行磁化，各部分磁化的方向以拼接后相鄰兩部分能夠形成閉合磁路為準(zhǔn)；(3)將磁化后的各部分組裝成一個完整的磁性器件。本申請的磁性器件的設(shè)計方法，通過將磁性器件分為至少兩部分，并對各部分分別進(jìn)行磁化，然后再組裝成具有閉合磁路的磁性器件，使得磁性器件對周圍磁場反應(yīng)不敏感，對周圍磁性物體的磁作用力非常微弱，從而減小對外部磁場設(shè)備的相互影響，提高磁性設(shè)備的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及磁性器件設(shè)計領(lǐng)域，特別是涉及一種磁性器件的設(shè)計方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

在大型科學(xué)研究平臺上，如散裂中子源、反應(yīng)堆中子源和同步輻射光源等，常常用到強(qiáng)磁場樣品環(huán)境設(shè)備。強(qiáng)磁場樣品環(huán)境下能夠觀測物質(zhì)對外部磁場的響應(yīng)、以及物性隨磁場的變化，因而可以發(fā)現(xiàn)許多新的現(xiàn)象。為了提供很強(qiáng)的磁場，常用到超導(dǎo)磁體。目前超導(dǎo)磁體最大能夠提供20多特斯拉的恒穩(wěn)磁場，常用的超導(dǎo)磁體也能提供10特斯拉左右的磁場。一般情況下，如果超導(dǎo)磁體在設(shè)計制造時不考慮磁性屏蔽措施，其周圍雜散場也相應(yīng)比較高。由于這種樣品環(huán)境設(shè)備需要安裝到大型科學(xué)平臺的譜儀的樣品臺上進(jìn)行實驗，因此樣品臺及周圍操作臺的材料也必須加以細(xì)致考慮，以防止受到超導(dǎo)磁體雜散場誘導(dǎo)而產(chǎn)生較強(qiáng)的磁性，這種磁性又反過來作用于超導(dǎo)磁體線圈，從而對超導(dǎo)磁體本身形成威脅甚至破壞。

樣品臺以及操作臺作為結(jié)構(gòu)性承載支架，需要具有較大的機(jī)械強(qiáng)度。鋼材自然是樣品臺以及操作臺很重要的材料選項之一，因為它既具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度又具有較好的加工性能。但是大多數(shù)鋼材具有一定的易磁化性能，因此對超導(dǎo)磁體形成潛在的威脅。有一種特種316不銹鋼，它的結(jié)構(gòu)為奧氏體，是無磁性的。但是，缺點是它的造價特別昂貴，是普通鋼鐵的十幾倍。而且，在焊接加工后在焊縫周圍有可能產(chǎn)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變而變成易磁化。

除此之外，還可以考慮為超導(dǎo)磁體設(shè)計磁屏蔽。增加了磁屏蔽的超導(dǎo)磁體雜散場可以做到非常小，但是一般的樣品臺留給樣品環(huán)境設(shè)備的安裝空間非常有限，屏蔽結(jié)構(gòu)將占用超導(dǎo)磁體本身的空間，從而限制超導(dǎo)磁體設(shè)計強(qiáng)磁場的上限。因此，這條途徑只在磁場強(qiáng)度不是要求非常高的時候適用，而希望發(fā)揮超導(dǎo)磁體的最大潛能，一般不考慮外部磁場屏蔽的設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的是提供一種新的磁性器件的設(shè)計方法及其應(yīng)用。

本申請采用了以下技術(shù)方案：

本申請的一方面公開了一種磁性器件的設(shè)計方法，包括以下步驟，

(1)將磁性器件分為至少兩部分；

(2)分別對各部分進(jìn)行磁化，各部分磁化的方向以拼接后相鄰兩部分能夠形成閉合磁路為準(zhǔn)；

(3)將磁化后的各部分組裝成一個完整的磁性器件。

其中，將磁性器件分為至少兩部分，可以是磁性器件本身由多部分組成，本申請將其人為分成至少兩部分；也可以是將一個一體化的完整的磁性器件切割成至少兩部分，或者在鑄造時，直接制成一套至少兩部分組成的形狀互補(bǔ)的磁性器件。總的來說，就是將磁性器件分成不同的部分進(jìn)行磁化，然后再組裝成一個完整的磁性器件。

可以理解，本申請對各部分進(jìn)行磁化的目的是為了使各部分組裝成一個磁性器件后，能夠形成閉合磁路；因此，各部分的磁化方向可以根據(jù)具體情況而定，例如，如圖1所示，磁性器件被分割成左右兩部分，兩部分按照上下方向進(jìn)行磁化，則左部分的上部為N極、下部為S極，右部分的上部為S極、下部為N極，兩部分組合后則形成一個從左部分起由下至上的順時針的閉合磁路。如果同樣是分割成左右兩部分，但是，兩部分按照左右方向進(jìn)行磁化，如圖4所示，則左部分的左邊為S極、右邊為N極，同樣的，右部分的左邊為S極、右邊為N極，兩部分組合后則在端部形成閉合磁路，即圖4所示的兩端的虛線。