[发明专利]一种奇数层的Halbach阵列永磁体装置的设计与制作方法

摘要

本发明公开提出了一种奇数层的Halbach阵列永磁体装置，包含了设计方法和制作方法。该设计方法是通过建立奇数层Halbach阵列磁体的磁场等效数学模型来实现各层间距离的优化计算，根据该设计获得的Halbach阵列永磁体装置磁场均匀度高，磁体的体积小、重量轻，适用于小型化、便携式的核磁共振系统，具有广泛的应用前景。同时，本发明对奇数层的Halbach阵列永磁体装置进行了加工安装，该制作方法加工成本低，安装方便，降低了仪器造价。

主权项

一种奇数层的Halbach阵列永磁体装置的设计方法，奇数层Halbach阵列永磁体装置包括奇数层的磁体，且所述磁体包括：设置于中心的中心层磁体以及设置于所述中心层磁体外侧的外层磁体，所述中心层磁体的高度为H0，所述外层磁体的高度为H1，其特征在于，所述奇数层的Halbach阵列永磁体装置的设计方法用于确定每层所述磁体之间的距离，具体包括以下步骤：S.1建立奇数层Halbach磁体的中心轴磁场等效数学模型，其计算公式如下：f(x)=Σi=1(m-1)/2((1+(x+ti)2)-3/2+(1+(x+ti)2)-3/2+k(1+x2)-3/2)]]>其中，x＝z/r，t1＝S1/r，t2＝S2/r，...，t(m‑1)/2＝S(m‑1)/2/r，Si为每层所述磁体之间的距离(i＝1，2，…，(m‑1)/2)，k＝H0/H1，z为中心轴上的距离，r为奇数层的Halbach阵列永磁体装置的等效半径，m为层数(m为奇数，且m＞＝3)；令F(t1，t2，…，t(m‑1)/2，k)＝min{abs(f”(0))+abs((f(s/r)‑f(0))/f(0))}；S.2设定参数(t1，t2，…，t(m‑1)/2，k)的初始范围，其中t1＜t2＜…＜t(m‑1)/2，其范围选择根据层数的不同而不同；S.3设定步长，在参数的范围均匀取值，并将每组参数代入目标函数F中，寻找令F值最小的一组参数；S.4增加限制条件如下，判断步骤S.3所得到的参数是否满足以下限制条件：(∫0smax(λ,|f(z)-f(0)f(0)|)dz-λ·s)·106=0]]>其中：λ＝ΔB/B，表示磁场的均匀度；若参数满足限制条件，则进行仿真验证，若仿真验证结果满足要求，则输出最优参数，所述奇数层的Halbach阵列永磁体装置的设计方法结束；若参数不满足限制条件或仿真验证结果不满足要求，则对参数进行遗传操作处理，得到新的参数，重复步骤S.3‑S.4。