專利名稱：永磁體磁場產(chǎn)生器和產(chǎn)生可變磁場的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁體磁場產(chǎn)生器。
背景技術(shù)：
偶極環(huán)(dipole-ring)磁性回路包括以環(huán)狀排列的多個(gè)磁體元件，使得這些磁體 元件的磁化方向可以在該環(huán)的每半圓周完全旋轉(zhuǎn)一周。該偶極環(huán)磁性回路被配置成在該環(huán) 內(nèi)的內(nèi)部空間中產(chǎn)生基本單向的磁場。這種偶極環(huán)磁性回路被廣泛用于例如磁共振成像 (MRI)設(shè)備、半導(dǎo)體裝置制造工藝以及用于基礎(chǔ)研究的均勻磁場產(chǎn)生器。以往，使用普通電 磁體、超導(dǎo)電磁體等作為用于產(chǎn)生單軸均勻磁場的產(chǎn)生器。然而，作為高性能稀土永磁體的 最新發(fā)展結(jié)果，稀土永磁體(在下文中也將其簡稱為“永磁體”)已經(jīng)被重點(diǎn)用于例如2T或 以下的弱磁場的均勻磁場產(chǎn)生器。偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器的特征之一是能在該磁場產(chǎn)生器內(nèi)的內(nèi)部空間中形成基本單 向并且具有基本均勻強(qiáng)度的磁場。在此，假定在該磁場產(chǎn)生器內(nèi)的內(nèi)部空間中產(chǎn)生的NS磁 場的方向(Y軸方向)是0°，考慮該空間中每個(gè)點(diǎn)處的磁場矢量的角度(在下文中稱之為 “傾斜角”)。由于該磁場產(chǎn)生器的特性，在該裝置的環(huán)的中心軸附近該傾斜角大致為0°，但 是越靠近該磁場產(chǎn)生器的內(nèi)壁越惡化，即表現(xiàn)為增加的傾向。因此，試圖減小該傾斜角(見 日本特開2005-56903號(hào)公報(bào))。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的目的是提供一種此前不能實(shí)現(xiàn)的能夠產(chǎn)生可變磁場的高性能偶極環(huán)磁 性回路。用于解決問題的方案本發(fā)明提供一種包括兩個(gè)具有不同外徑的偶極環(huán)的可變磁場產(chǎn)生器。該可變磁場 產(chǎn)生器可以通過固定內(nèi)偶極環(huán)并使外偶極環(huán)圍繞該磁性回路的內(nèi)徑的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)來產(chǎn)生 可變磁場。具體來說，本發(fā)明可提供一種永磁體磁場產(chǎn)生器，其包括共有中心軸的內(nèi)偶極環(huán) 和外偶極環(huán)以及包圍所述偶極環(huán)的軛，其中在內(nèi)偶極環(huán)內(nèi)的空間中產(chǎn)生單向可變磁場。該 產(chǎn)生器包括用于固定內(nèi)偶極環(huán)的緊固件以及用于允許外偶極環(huán)圍繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)件。 內(nèi)偶極環(huán)和外偶極環(huán)分別具有以環(huán)形排列的多個(gè)永磁體，并且每個(gè)偶極環(huán)中的多個(gè)永磁體 以該永磁體的磁化方向在該環(huán)的每半圓周完全旋轉(zhuǎn)一周的方式排列。本發(fā)明還可以提供一種使用共有中心軸的內(nèi)偶極環(huán)和外偶極環(huán)來產(chǎn)生可變磁場 的方法。該方法包括如下步驟固定內(nèi)偶極環(huán)并使外偶極環(huán)圍繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在內(nèi)偶極 環(huán)內(nèi)的空間中產(chǎn)生單向可變磁場。發(fā)明效果本發(fā)明能容易地制造可變磁場偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器，并且還可以增加該裝置的尺寸
3以用于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，因?yàn)樵撗b置能夠穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)，不會(huì)由于其振動(dòng)而移位。


圖1是示出包括一個(gè)偶極環(huán)的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器的截面圖，該圖是沿著垂直于偶 極環(huán)的中心軸的平面取得的。圖2的㈧和圖2的⑶分別是示出包括在彼此相反的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)偶極環(huán) 的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器的截面圖，該圖是沿著垂直于這兩個(gè)偶極環(huán)的共同中心軸的平面取得 的。圖2的(A)示出偶極環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)開始之前的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器，而圖2的(B)示出偶極環(huán) 轉(zhuǎn)動(dòng)開始之后的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器。圖3的(A)和圖3的(B)分別是示出內(nèi)偶極環(huán)固定而外偶極環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的偶極環(huán)磁場 產(chǎn)生器的截面圖，該圖是沿著垂直于這兩個(gè)偶極環(huán)的共同中心軸的平面取得的。圖3的(A) 示出偶極環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)開始之前的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器，而圖3的(B)示出偶極環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)開始之后的 偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器。圖4示出包括小齒輪和對齒輪的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器的例子。圖5的(A)和圖5的(B)分別示出包括位于外偶極環(huán)的頂部和底部的水平面保持 器的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器的例子。圖5的(A)是平面圖，而圖5的(B)是前視圖。圖6示出實(shí)施例1中使用的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器的每個(gè)磁體的磁化方向。圖7示出包括軸承的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器的例子。
具體實(shí)施例方式圖1是示出包括一個(gè)偶極環(huán)的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器的截面圖，該圖是沿著垂直于偶 極環(huán)的中心軸的平面取得的。圖2的(A)和圖2的(B)分別是示出包括兩個(gè)偶極環(huán)的偶極 環(huán)磁場產(chǎn)生器的截面圖，該圖是沿著垂直于這兩個(gè)偶極環(huán)的共同中心軸的平面取得的。圖1示出包括一個(gè)偶極環(huán)14的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器10。偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器10包括 組成磁體14a 14z和包圍這些磁體的軛15。偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器10可以在偶極環(huán)14內(nèi)的 內(nèi)部空間11中產(chǎn)生單向磁場。圖2的㈧和圖2的⑶示出包括內(nèi)偶極環(huán)22和外偶極環(huán)24的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生 器20。這兩個(gè)偶極環(huán)在彼此相反的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2的(A)示出偶極環(huán)22和24轉(zhuǎn)動(dòng)開始 之前的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器20，而圖2的(B)示出偶極環(huán)22和24轉(zhuǎn)動(dòng)開始之后的偶極環(huán)磁 場產(chǎn)生器20。偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器20在相反方向上以相同的相位的轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)偶極環(huán)22和外偶 極環(huán)24，從而在內(nèi)部空間21中產(chǎn)生單向可變磁場。內(nèi)偶極環(huán)22和外偶極環(huán)24被軛25包 圍。D2a和D2b分別表示轉(zhuǎn)動(dòng)開始之前和之后產(chǎn)生的磁場的大小和方向。制造單個(gè)圓形偶極環(huán)是困難的，制造必須由雙偶極環(huán)形成的可變磁場偶極環(huán)更加 困難。因此，利用傳統(tǒng)技術(shù)，即使能設(shè)計(jì)出包括可變磁場偶極環(huán)的設(shè)備，也無法制造出實(shí)際 使用的設(shè)備。作為設(shè)計(jì)偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器以具有適合于工業(yè)上廣泛使用的均勻磁場空間的形 狀并進(jìn)一步采用能夠產(chǎn)生可變磁場的結(jié)構(gòu)的結(jié)果，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在外部周長和高度 之間存在規(guī)律。這樣，發(fā)明人完成了本發(fā)明。本發(fā)明涉及包括兩個(gè)偶極環(huán)的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖3的(A)和圖3的(B)分別是示出包括內(nèi)偶極環(huán)32和外偶極環(huán)34的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器30 的截面圖，該圖是沿著垂直于這兩個(gè)偶極環(huán)的中心軸的平面取得的。內(nèi)偶極環(huán)32固定，而 外偶極環(huán)34轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3的(A)示出偶極環(huán)34轉(zhuǎn)動(dòng)開始之前的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器30，而圖 3的(B)示出偶極環(huán)34轉(zhuǎn)動(dòng)開始之后的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器30。偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器30包括 雙偶極環(huán)。當(dāng)外偶極環(huán)34轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)偶極環(huán)32固定時(shí)，在內(nèi)部空間31中產(chǎn)生的磁場發(fā)生變 化，由此產(chǎn)生可變磁場。內(nèi)偶極環(huán)32和外偶極環(huán)34被軛35包圍。D3a和D3b分別表示轉(zhuǎn)動(dòng) 開始之前和之后產(chǎn)生的磁場的大小和方向。該可變磁場偶極環(huán)具有可以迅速改變磁場并且磁場的變化不會(huì)導(dǎo)致傾斜角增加 和偶極環(huán)的內(nèi)徑側(cè)磁場均勻度降低的特征。用于一般的可變磁場設(shè)備的電磁體或超導(dǎo)電磁體與可變磁場偶極相比會(huì)產(chǎn)生較 差的磁場均勻度并需要較長的磁化和去磁化時(shí)間，因此不太適合于需要均勻且強(qiáng)度多變的 磁場的應(yīng)用。因此，組成磁體優(yōu)選使用從由Nd-Fe-B型、Sm-Co型和Sm-N-Fe型構(gòu)成的組中 選擇的大致梯形或扇形的稀土永磁體。優(yōu)選將組成磁體分成4至60個(gè)部分?？紤]到磁效率和磁性回路加工的容易性，可 以更優(yōu)選將其分成12至36個(gè)部分。通過公知的方法，例如用環(huán)氧樹脂等粘合劑粘合或者 置于容器中，使由此分成的磁體形成完整的環(huán)。內(nèi)偶極環(huán)的外徑和內(nèi)徑的尺寸以及外偶極環(huán)的外徑和內(nèi)徑的尺寸可以不受限制。 為了允許擴(kuò)展可變磁場的強(qiáng)度范圍，優(yōu)選比率(Τ/Γ。)可以為0.7至1.0，其中Ti代表內(nèi)偶 極環(huán)的厚度，T。代表外偶極環(huán)的厚度。厚度Ti是內(nèi)偶極環(huán)的外徑尺寸和內(nèi)徑尺寸之間的差， 厚度T。是外偶極環(huán)的外徑尺寸和內(nèi)徑尺寸之間的差。軛包圍內(nèi)偶極環(huán)和外偶極環(huán)。優(yōu)選該軛可以由圓形鐵磁材料或非磁性材料制成。 與使用非磁性材料相比，使用鐵磁材料可以稍微提高磁效率。鐵磁材料可以包括鐵等，非磁 性材料可以包括鋁、SUS、樹脂等。優(yōu)選該軛不僅覆蓋內(nèi)偶極環(huán)和外偶極環(huán)，而且覆蓋除了用于要處理的物體進(jìn)入和 退出內(nèi)部空間的部分以外的整個(gè)磁場產(chǎn)生器。該軛也可以通過在該部分處提供可打開和關(guān) 閉的門來覆蓋整個(gè)磁場產(chǎn)生器。以特定的周期在該環(huán)的徑向上磁化包括永磁體的組成磁體。當(dāng)在該環(huán)的內(nèi)徑側(cè)從 中心軸觀看時(shí)，位于相對極的每兩個(gè)組成磁體以180°的角度差磁化。此外，相鄰的組成磁 體在不同的方向上被磁化，使得該組成磁體的磁化方向在由該磁體形成的環(huán)的每半圓周完
全旋轉(zhuǎn)一周?？勺兇艌雠紭O環(huán)典型地在磁性回路的內(nèi)徑側(cè)包括圓柱形空間的均勻磁場，并且利 用該空間中的磁場。另外，該可變磁場偶極環(huán)是包括外偶極環(huán)和內(nèi)偶極環(huán)的磁場產(chǎn)生器，這 兩個(gè)偶極環(huán)一般采用圖1中所示的磁結(jié)構(gòu)。通過在相反方向上并且以相同相位轉(zhuǎn)動(dòng)這兩個(gè)偶極環(huán)可以理想地改變在所述環(huán) 的內(nèi)徑側(cè)產(chǎn)生的磁場。通常需要針對內(nèi)偶極環(huán)和外偶極環(huán)分別安裝分開的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此 它們的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是非常復(fù)雜的。此外，為了轉(zhuǎn)動(dòng)包括兩個(gè)偶極環(huán)的磁場產(chǎn)生器，其中每個(gè)偶 極環(huán)產(chǎn)生非常強(qiáng)的磁場，需要在該磁場產(chǎn)生器中安裝具有對應(yīng)于該磁場的吸引和排斥的強(qiáng) 轉(zhuǎn)動(dòng)力的堅(jiān)固裝置。根據(jù)本發(fā)明，該永磁磁場產(chǎn)生器優(yōu)選包括用于固定內(nèi)偶極環(huán)的緊固件和用于當(dāng)偶
5極環(huán)的中心軸成為轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸時(shí)允許外偶極環(huán)圍繞該中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)件。通過固定內(nèi)偶 極環(huán)，只需要為外偶極環(huán)安裝用于改變磁場的機(jī)構(gòu)，因此轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)量減少一半。用于固定內(nèi)偶極環(huán)的緊固件可以包括例如螺栓和焊件。該緊固件能夠?qū)?nèi)偶極環(huán) 固定到固定基座的架上。該架靠近偶極環(huán)的一個(gè)或多個(gè)部分需要由非磁性材料制成，但是 遠(yuǎn)離偶極環(huán)的一個(gè)或多個(gè)部分可以由鐵等鐵磁材料制成。例如，位于遠(yuǎn)離偶極環(huán)的對齒輪、 減速器等可以由鐵等鐵磁材料制成。在制造通常難以提供足夠非磁性材料的大產(chǎn)生器時(shí)， 這是有利的。外偶極環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸必須與內(nèi)偶極環(huán)的內(nèi)徑的中心軸完全一致。這是因?yàn)閮?nèi)偶極環(huán) 和外偶極環(huán)需要總是同心排列，以提高可變磁場的均勻性并抑制傾斜角。因此，外偶極環(huán)必 須不變動(dòng)其中心軸地嚴(yán)格地轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選所述轉(zhuǎn)動(dòng)件包括轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和用于傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)力的轉(zhuǎn)動(dòng)力 傳遞機(jī)構(gòu)。外偶極環(huán)可以通過該轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選該轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括馬達(dá)、液壓和操作者的手(當(dāng)該裝置小時(shí))。優(yōu)選轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)包括齒輪和同步帶。例如，該轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)可以包括設(shè)置 在外偶極環(huán)的外周表面或者隔著軛設(shè)置在外偶極環(huán)的外周表面的外齒輪(大齒輪)；以及 與外齒輪嚙合并由轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的小齒輪(pinion gear:行星齒輪)。如果軛固定到外偶極環(huán)并與外偶極環(huán)一體化，則外齒輪可以被設(shè)置在外偶極環(huán)的 外周表面而軛夾在外齒輪和外偶極環(huán)的外周表面之間。另一方面，如果軛不固定到外偶極 環(huán)，則可以將外齒輪設(shè)置在外偶極環(huán)的外周表面，可以將圓柱齒輪(內(nèi)齒輪)設(shè)置于軛，并 且可以將小齒輪設(shè)置為與外齒輪和內(nèi)齒輪嚙合。這種結(jié)構(gòu)使軛與外偶極環(huán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。為了 盡可能地減小轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺度并簡化轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，優(yōu)選將軛固定到外偶極環(huán)并與外偶極環(huán)一 體化。可以將轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置附著到用于固定內(nèi)偶極環(huán)的基座上。這樣，固定基座可以具 有用于固定內(nèi)偶極環(huán)的裝置的作用并且還具有作為固定用于驅(qū)動(dòng)外偶極環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝 置的裝置的作用。優(yōu)選在關(guān)于外偶極環(huán)的中心軸與小齒輪旋轉(zhuǎn)對稱的位置設(shè)有與外齒輪嚙合的至 少一個(gè)對齒輪。例如，當(dāng)安裝一個(gè)小齒輪和一個(gè)對齒輪時(shí)，優(yōu)選將具有與小齒輪相同形狀的對齒 輪排列在從外偶極環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸觀看時(shí)與小齒輪的位置相對的位置。換句話說，假定將 小齒輪的位置設(shè)為0°，則對齒輪的位置為180° (旋轉(zhuǎn)半周)。當(dāng)安裝一個(gè)小齒輪和兩個(gè) 對齒輪時(shí)，假定將小齒輪的位置設(shè)為0°，則對齒輪的位置分別為120° (旋轉(zhuǎn)三分之一周) 和240° (旋轉(zhuǎn)三分之二周)。即使在該轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中僅配置一個(gè)小齒輪，也可以抑制由該裝置的震動(dòng)導(dǎo)致的 中心軸的變動(dòng)或移位。然而，由于較大的裝置具有更大的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，可以安排多個(gè)對齒輪來 保持該裝置，從而抑制中心軸的變動(dòng)或移位。注意，為了抑制中心軸的變動(dòng)或移位，可以與 轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)分開地提供對齒輪，但是也可以通過連接到轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置使對齒輪形成為 具有轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞功能的小齒輪。此外，盡管小齒輪可以由磁性材料或非磁性材料制成，但是 為了減小從該磁性回路泄露的磁場，它優(yōu)選采用磁性材料。圖4示出包括小齒輪和對齒輪的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器的例子。圖4示出包括內(nèi)偶極環(huán)42和外偶極環(huán)44的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器40。在偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器40中，內(nèi)偶極環(huán)42固 定在基座49上。當(dāng)外偶極環(huán)44轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在內(nèi)部空間41中產(chǎn)生的磁場變化，從而產(chǎn)生可變 磁場。外齒輪46設(shè)置在軛45的外周表面上，軛45固定在外偶極環(huán)44上。由轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝 置(未示出)驅(qū)動(dòng)的小齒輪47與外齒輪46嚙合。在外偶極環(huán)44從小齒輪47的位置圍繞 其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)半周(180° )的位置，以與外齒輪46嚙合的方式設(shè)有對齒輪48。外齒輪46 和對齒輪48固定在基座49上。內(nèi)徑為60mm的小產(chǎn)生器的扭矩通常為50Nm，內(nèi)徑為300mm的大產(chǎn)生器的扭矩通常 為IOOONm或以下。轉(zhuǎn)速不具體限制于特定值。然而，在包括內(nèi)徑為60mm至IOOmm且外徑為120mm至 200mm的內(nèi)偶極環(huán)和內(nèi)徑為120mm至200mm且外徑為280mm至300mm的外偶極環(huán)的產(chǎn)生器的 情況下，考慮到不需要快速改變內(nèi)部空間中產(chǎn)生的可變磁場這一事實(shí)，其轉(zhuǎn)速優(yōu)選為Irpm 至5rpm,更優(yōu)選為Irpm至3rpm0轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)一般可以包括手動(dòng)、電動(dòng)和液壓傳遞機(jī)構(gòu)。可以與這些機(jī)構(gòu)中的 任一個(gè)結(jié)合使用減速器以減小驅(qū)動(dòng)力。此外，根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)動(dòng)力，可能希望配置一個(gè)或多 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)。為了保持轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，除了抑制轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸的變動(dòng)或移位以外，還必須嚴(yán)格保持內(nèi) 偶極環(huán)和外偶極環(huán)的水平位置。因此，優(yōu)選還使用水平面保持器。水平面保持器可以包括但不具體限于凸輪從動(dòng)件。該凸輪從動(dòng)件可以用于防止外 偶極環(huán)的垂直移位。在此，外偶極環(huán)的垂直移位意指外齒輪在垂直于圖5的(A)的紙張的 方向上相對于內(nèi)偶極環(huán)的移位。使用凸輪從動(dòng)件不僅能夠修正位置，而且還能夠使外偶極 環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)。該凸輪從動(dòng)件優(yōu)選用于抑制外偶極環(huán)的磁體的垂直振動(dòng)的重物(優(yōu)選為非 磁性材料)。圖5的㈧和圖5的⑶示出包括位于外偶極環(huán)的頂部和底部的水平面保持器的 偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器。圖5的㈧是平面圖，而圖5的⑶是前視圖。圖5的㈧和圖5的 (B)示出包括內(nèi)偶極環(huán)52和外偶極環(huán)54的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器50。在偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器50 中，內(nèi)偶極環(huán)52不僅固定在基座59上，而且還固定在上表面支撐板60上。當(dāng)外偶極環(huán)54 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在內(nèi)部空間51中產(chǎn)生的磁場變化，從而產(chǎn)生可變磁場。外齒輪56設(shè)置在軛55的 外周表面上。由轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(術(shù)示出)驅(qū)動(dòng)的小齒輪57與外齒輪56嚙合。在外偶極環(huán) 54從小齒輪57的位置圍繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)半周(180° )的位置，以與外齒輪56嚙合的方式 設(shè)有對齒輪58。小齒輪57和對齒輪58的軸都固定在基座59和上表面支撐板60上。優(yōu)選在外偶極環(huán)54的頂部和底部以垂直對稱的方式安裝四個(gè)水平面保持器。因 此，優(yōu)選偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器50包括基座59上的四個(gè)水平面保持器61a至61d和上表面支 撐板60上的四個(gè)水平面保持器62a至62d。然而，應(yīng)該注意，盡管所述水平面保持器的排列 優(yōu)選是對稱的，但是該排列不局限于在偶極環(huán)的頂部和底部的四個(gè)水平面保持器垂直對稱 排列?？梢园才潘膫€(gè)或更多個(gè)水平面保持器，只要其排列垂直和水平對稱即可。一般來說，可變磁場偶極環(huán)的可變磁場機(jī)構(gòu)可以持續(xù)工作。因此，優(yōu)選在內(nèi)偶極環(huán) 和外偶極環(huán)之間的摩擦部分中提供用于減小轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦的抗摩擦環(huán)。圖3中的抗摩擦環(huán)33、 圖4中的抗摩擦環(huán)43和圖5中的抗摩擦環(huán)53是抗摩擦環(huán)的例子?？鼓Σ镰h(huán)的材料沒有特別限制。然而，抗摩擦環(huán)優(yōu)選由非磁性材料制成，以便不會(huì)
7使外偶極環(huán)的磁場惡化。優(yōu)選抗偶極環(huán)包括由MC尼龍、聚縮醛等樹脂或者由不銹鋼制成的 軸承。內(nèi)徑為300mm或更大的大產(chǎn)生器的抗摩擦環(huán)的厚度優(yōu)選最多50mm左右。內(nèi)偶極 環(huán)和外偶極環(huán)之間的空間可以是封閉的空間，因此抗摩擦環(huán)不一定是單一體，可以包括分 開的部分。該永磁體磁場產(chǎn)生器優(yōu)選包括用于可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐外偶極環(huán)的的軸承。例如，為了 允許外偶極環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)偶極環(huán)固定，可以在分別形成于內(nèi)偶極環(huán)和外偶極環(huán)的法蘭部分之 間提供軸承。該軸承優(yōu)選包括但不限于滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承、磁軸承和流體軸承。該軸承可以是 單級(jí)軸承，或者為了減小馬達(dá)等轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載也可以是兩級(jí)或多級(jí)軸承。圖7示出包括滾珠軸承或滾柱軸承的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器的例子。圖7示出包括內(nèi) 偶極環(huán)72和外偶極環(huán)74并且能夠在內(nèi)部空間71中產(chǎn)生可變磁場的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器70。 在偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器70中，內(nèi)偶極環(huán)72固定在基座79上，外偶極環(huán)74與內(nèi)偶極環(huán)72同 軸排列并且由軸承80可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐。轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(例如，馬達(dá)81)的功率通過與馬達(dá)81 耦合的小齒輪77和設(shè)置在外偶極環(huán)74上固定的軛75的外周表面上的外齒輪(大齒輪)76 傳遞到外偶極環(huán)74。結(jié)果，外偶極環(huán)74以預(yù)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。<實(shí)施例1>制造了與圖5中所示的產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)相同的偶極環(huán)磁場產(chǎn)生器。該偶極環(huán)磁場產(chǎn) 生器包括內(nèi)偶極環(huán)(內(nèi)徑60mm，外徑145mm，高度200mm)和外偶極環(huán)(內(nèi)徑155mm，外 徑230mm，高度200mm)，并且所述環(huán)的每個(gè)永磁體(釹稀土磁體)的磁化方向與圖6中所 示的相同。由聚縮醛樹脂制成并且具有5mm厚度的環(huán)被用作抗摩擦環(huán)。由碳鋼制成的正齒 輪(商業(yè)產(chǎn)品)被用作驅(qū)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)的小齒輪。與該小齒輪同類型的齒輪被用作對齒輪并 且不連接到馬達(dá)而是連接到外偶極環(huán)。外偶極環(huán)的磁體轉(zhuǎn)動(dòng)(2rpm)而內(nèi)偶極環(huán)的磁體固定，測量在環(huán)的內(nèi)徑側(cè)產(chǎn)生的 磁場。在此應(yīng)當(dāng)注意，由于內(nèi)偶極環(huán)固定，所以所產(chǎn)生的磁場的方向逐步改變。因此，以如下 方式測量主磁場。首先，將整個(gè)產(chǎn)生器放在轉(zhuǎn)盤上，并且將霍爾元件放在內(nèi)徑的中心。接下 來，轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)裝置。然后，在霍爾元件檢測到最高磁場的轉(zhuǎn)動(dòng)位置用高斯計(jì)測量均勻磁場空 間中的磁場。在此，該均勻磁場空間是直徑16. 5mm且高度33mm的圓柱形狀，更具體來說， 是半徑8. 25mm并且從這兩個(gè)偶極環(huán)的中心軸的中心(在中心軸上所述環(huán)的高度的中點(diǎn)) 向兩側(cè)垂直延伸16. 5mm的圓柱形狀。表1示出結(jié)果。表 1 如表1中所示，發(fā)現(xiàn)隨著外偶極環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場從OT改變到大約0.5T。還發(fā)現(xiàn)在 從該可變磁場磁性回路產(chǎn)生的磁場的任意強(qiáng)度磁場的均勻度和表示磁場方向的傾斜角都 很好。 本發(fā)明的磁場產(chǎn)生器可以在內(nèi)部空間中容易地產(chǎn)生可變磁場，因此對磁體制造工 藝、磁場中的半導(dǎo)體熱處理工藝、半導(dǎo)體制造工藝等是有利的。
權(quán)利要求
一種永磁體磁場產(chǎn)生器，包括共有中心軸的內(nèi)偶極環(huán)和外偶極環(huán)；包圍所述偶極環(huán)的軛；用于固定所述內(nèi)偶極環(huán)的緊固件；以及用于允許所述外偶極環(huán)圍繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)件，其中，在所述內(nèi)偶極環(huán)內(nèi)的空間中產(chǎn)生單向可變磁場，所述內(nèi)偶極環(huán)和所述外偶極環(huán)分別具有以環(huán)形排列的多個(gè)永磁體，并且每個(gè)所述偶極環(huán)中的所述多個(gè)永磁體以允許所述永磁體的磁化方向在該環(huán)的每半圓周完全旋轉(zhuǎn)一周的方式排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁體磁場產(chǎn)生器，其中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)件包括轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和用于傳遞所述轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)力的轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞 機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)件允許所述外偶極環(huán)通過所述轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁體磁場產(chǎn)生器，其中， 所述轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于所述外偶極環(huán)的外周表面的外齒輪，或者隔著所述軛設(shè)置于所述外偶極環(huán)的外 周表面的外齒輪；以及與所述外齒輪嚙合并由所述轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的小齒輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁體磁場產(chǎn)生器，其中，還包括與所述外齒輪嚙合并且位于關(guān)于所述中心軸與所述小齒輪的位置旋轉(zhuǎn)對稱的 位置處的至少一個(gè)對齒輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的永磁體磁場產(chǎn)生器，其中， 還包括用于可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐所述外偶極環(huán)的軸承。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的永磁體磁場產(chǎn)生器，其中， 還包括在所述內(nèi)偶極環(huán)和所述外偶極環(huán)之間的抗摩擦環(huán)，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的永磁體磁場產(chǎn)生器，其中，還包括在所述內(nèi)偶極環(huán)和所述外偶極環(huán)之間的抗摩擦環(huán)，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦。
8.—種產(chǎn)生可變磁場的方法，其中， 包括如下步驟使與固定的內(nèi)偶極環(huán)共有中心軸的外偶極環(huán)圍繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以在所述內(nèi)偶極環(huán)內(nèi)的 空間中產(chǎn)生單向可變磁場。全文摘要
本發(fā)明是一種永磁體磁場產(chǎn)生器和產(chǎn)生可變磁場的方法，提供高性能的可變磁場偶極環(huán)磁性回路。具體來說，提供一種包括共有中心軸的內(nèi)偶極環(huán)和外偶極環(huán)以及包圍兩個(gè)所述偶極環(huán)的軛的永磁體磁場產(chǎn)生器，其中在內(nèi)偶極環(huán)內(nèi)的空間中產(chǎn)生單向可變磁場。該產(chǎn)生器包括用于固定內(nèi)偶極環(huán)的緊固件和用于允許外偶極環(huán)圍繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)件。在該產(chǎn)生器中，內(nèi)偶極環(huán)和外偶極環(huán)分別具有以環(huán)狀排列的多個(gè)永磁體，使得該永磁體的磁化方向可以在該環(huán)的每半圓周完全旋轉(zhuǎn)一周。
文檔編號(hào)G01R33/383GK101900797SQ201010123099
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者樋口大 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社