[发明专利]一种改进的Halbach阵列永磁体装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于电子加速器、核磁共振仪静磁场发生装置、永磁电机中的一种永磁机构。

背景技术

美国劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家K.Halbach博士提出了一种有趣的磁体结构，这种阵列磁体能够在磁体的一侧汇聚磁力线，而在另一侧则消弱磁力线。K.Halbach博士对这种磁体结构的原理给出了详细的推导和论述。给出了由16个梯形磁块拼合而成的4极圆柱形磁体的设计实例。学术界将这种磁体阵列方式称为Halbach阵列(Halbach Arrays)，圆柱形磁体采用Halbach阵列时，就是众所周知的“永磁魔环”。Halbach阵列磁体以其独特的结构和良好的磁场特性，得到了科研人员的广泛重视，对其进行了深入研究并得到了广泛应用。

依据K.Halbach的分析和推论，圆柱磁体产生的均匀磁场受如下参数影响：圆柱磁体的内外半径r_i和r_o，磁性材料的磁化矢量。在实际中，采用现有永磁磁体的生产制造工艺和加工设备很难构建磁化方向随位置连续变化的磁体。因此，在实际设计与制造中，往往采用若干块截面形状为扇形、梯形、正方形或圆形磁块构成圆柱形磁体，各个磁块的磁化方向近似构成连续的磁化方向。梯形、圆形和正方形磁块相对于扇形磁块构造圆柱体时，在原理上不可避免的已经引入了几何误差，导致圆柱磁体的磁场沿周向受到高阶谐波磁场分量的干扰，磁场均匀度降低。因此，K.Halbach建议采用具有最大填充因子的扇形磁块构建圆柱磁体。但扇形磁块在安装时存在明显的同性相斥的情况，因而安装很复杂也很困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有Halbach阵列永磁体的缺点，提供一种改进的Halbach阵列永磁体。该永磁体的磁场空间利用率高、均匀度高，磁体的体积小、重量轻、漏磁少，安装方便。

本发明提供了一种改进的Halbach阵列永磁体装置，该永磁体装置为中空圆柱体形永磁体，沿圆周方向等分为N＝2^M块，M为大于2的整数，其特征在于：该永磁体装置的每一个等分块的轴向横截面为新月形。

该永磁体装置由轴向横截面为新月形的磁块拼合而成，磁块之间用强力胶粘接在一起。中空圆柱体的空腔内是均匀的磁场。

本发明的优点在于：结构简单、安装方便、磁场空间利用率大、均匀度高、体积小、重量轻、漏磁小。

附图说明

图1是由8块磁体组成的本发明具体实施方式的结构示意图。图中：1、2、3、4、5、6、7、8为新月形永磁体。

图2是本发明具体实施方式的横截面示意图。

图3是由16块轴向横截面为扇形的磁体组成的Halbach阵列永磁体的横截面示意图。

图4是由16块磁体组成的本发明具体实施方式的横截面示意图。

图5是新月形离散磁块结构的构建图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明具体实施方式为由大小相等、形状相同的8块横截面为新月形的永磁体1、2、3、4、5、6、7、8，通过强力胶粘连构成一个中空的圆柱体。中空圆柱体的空腔内是均匀的磁场。图1中实箭头所示为各组磁块磁化方向，空心箭头为圆柱形永磁体内磁场方向。