[发明专利]一种避免异常磁化的强磁场永磁机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种强磁场永磁机构，特别是涉及一种避免异常磁化的强磁 场永磁机构，是对现有强磁场永磁机构的改进，属于永磁强磁场技术。

背景技术

传统永磁机构一般由永磁体和软铁磁极构成，气隙场强无法超过永磁材 料剩磁Br，即使采用剩磁为1.2T的钕铁硼，气隙场强一般也不超1T，要 获得超过永磁材料剩磁的磁场，必须采用特殊的永磁体结构方案。

魔环是一截全部由永磁材料制成的空心圆柱体，令永磁材料充磁方向沿 圆柱体圆周作不同规律的变化，在空心圆柱体内部可获得二极、四极、六极 等不同极数的磁场。理想二极魔环的空腔内是完全均匀的磁场，周围没有漏 磁场，可以在空腔内产生永磁材料本身剩磁数倍的强磁场，这种结构具有重 量轻、结构紧凑等优点。但理想的魔环在工程上是办不到的，实际可行的办 法是把连续的结构离散为若干块曲边梯形，每块梯形磁体的磁化方向仍保持 原来的变化规律，此时魔环中心气隙磁场为：

式中n为魔环离散单元数，B_r为永磁材料剩磁，r₁、r₂分别为魔环内、 外径。理论上魔环结构的磁体可以产生无限大的磁场，但实际上随着内外径 比值的增大，魔环内容易出现下列异常磁化现象，使气隙磁场低于理想值：

1.局部过饱和。强磁永磁机构中出现了局部合成磁场大于该处永磁材 料本身剩磁，而且二者方向相同，当合成磁场大于永磁材料饱和感应强度时 即出现局部过饱和问题。

2.局部退磁。强磁永磁机构中地出现了局部合成磁场大于该处永磁材 料内禀矫顽力，而且方向与剩磁相反，即出现局部不可逆退磁问题。

3.旋转磁化。永磁机构装配过程中局部合成磁场磁化方向与大小不断 改变，每个磁体磁化强度的大小和方向均随外界合成磁场的变化而改变，于 是出现了旋转磁化。

美国卫星状况中心某核子漂移管的直线加速器使用了一种16单元四极 魔环，其内径为18.5mm，高为35.00mm，魔环中心气隙处场强达4.64T， 各永磁块间即非粘接也非螺栓固定，而是采用一铝环安装在魔环外面起固定 作用。

日本国家放射科学研究院一台加速器用的是增强型12单元永磁魔环， 该魔环的内径为6mm，外径为200mm，高为150mm。魔环因内外径之比较大， 在内部靠近气隙处不可避免的出现退磁，为降低退磁作用，在原来全部由永 磁体钕铁硼组成的魔环中引入了软铁作为磁极。因为没有充分考虑局部饱 和、局部退磁和旋转磁化等异常磁化现象，装配后气隙处磁感应强度为3.9T， 比预期设计值低14％。

为了解决上述退磁和饱和问题，本申请人曾提出了一种增强型魔环结 构，见公开号为CN1440040的中国发明专利《产生数倍于永磁材料剩磁磁密 强磁场的永磁机构》，在原来全部由永磁材料铁氧体组成的魔环中引入了软 磁材料，其结构中永磁材料部分由8～64块梯形截面的钕铁硼永磁块组成， 每个相邻永磁块的充磁方向依次相差360°/n度角，整个磁体的截面积为正 n边形(n为8～64)，在水平方向和垂直方向上的45°角度范围内永磁块的 中间为工业纯铁，靠近中心位置，在水平方向上放置的软磁材料为非磁性金 属，非磁性不锈钢或铝，中心部分包围的区域为气隙，为强磁场工作空间， 各组件用胶粘合成为中空的正八棱柱，最外面用非磁性金属外壳卡紧固定。 从说明书附图中可以看出，该魔环中部两块软磁材料由宽变窄，使得磁路中 的磁通逐渐聚集、压缩到气隙内，好象电子设备中经常采用削尖的极头起聚 磁的作用，从而达到增强磁场强度的目的。但该魔环中有效区气隙磁场仍比 较低，这是因为尽管上下软铁磁极的加入起到了明显的聚磁作用，但中心气 隙两侧水平方向上的非磁性金属区域相当于开路，削弱了中心气隙磁场。另 外，上下软铁磁极相对中心气隙来说底边较窄，造成软铁磁极正下方磁场较 强，而气隙的左右两侧磁场较弱，所以破坏了中心有效区磁场的均匀性。若 想获得场强高于4T并且比较均匀的磁场，必须设计新型的永磁魔环机构。

发明内容