專利名稱：一種二極永磁磁體及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種永磁磁體及其制造方法。
背景技術：
更高場強，更高均勻度，重量更輕是物理實驗設備，核磁共振系統(tǒng)對磁體的普遍要 求。永磁磁體以其節(jié)約能源，雜散場小，成本低廉等優(yōu)點，在核磁共振成像系統(tǒng)，物理實驗裝 置等領域得到廣泛的應用MRI (磁共振成像儀)中的磁體是此類型磁體的典型應用。MRI是二十世紀八十 年代開始進入實用階段的醫(yī)療影像診斷設備，是當今發(fā)現(xiàn)和診斷早期癌癥及其他多種疾病 的最先進的臨床影像診斷設備之一。MRI的工作原理是將人體置于特殊設計的磁場中，然 后用射頻磁場脈沖激發(fā)人體內(nèi)的氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量；在停止射頻脈 沖后，氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號，并將吸收的能量釋放出來，被人體外的接收器收 錄，經(jīng)電子計算機處理獲得圖像。MRI中的主要部件是用于產(chǎn)生空間磁場的磁體裝置。為了得到清晰真實的圖像，對患者進行準確診斷，MRI要求其中的磁體裝置能夠產(chǎn) 生均勻分布、具有足夠場強的工作區(qū)磁場。MRI按照功能和圖像質(zhì)量通?？煞譃楦邎鲂?工 作區(qū)場強為3特斯拉以上)、中場型(工作區(qū)場強為1 士0. 5特斯拉)和低場型(工作區(qū)場 強為0. 4特斯拉及以下)。工作區(qū)場強越高，信號的信噪比就越高，就能獲得更清晰，包含更 豐富信息的圖像。因此，與低場型MRI相比，高場型和中場型MRI具有很大的優(yōu)勢。目前， MRI用磁體裝置中經(jīng)常使用的磁體有電磁體和永磁磁體。其中電磁體又分為超導電磁體和 常規(guī)電磁體。常規(guī)電磁體，因其重量大，使用成本高等缺點已較少采用。超導磁體能產(chǎn)生較 強磁場，但是其制造成本非常昂貴，且結構復雜，所以使用超導磁體的MRI不僅售價高、運 行費用和維護費用也高。永磁磁體以其造價低廉，使用維護成本低，易于推廣等優(yōu)點越來越 受到關注。但常規(guī)永磁磁體所能產(chǎn)生的磁場較低，因此需要一種新型的永磁磁體以提供更 高的場強，從而提高永磁MRI系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)永磁磁體的典型結構有C型磁體，有框式磁體，以及Halbach魔環(huán)磁體等。如 圖1所示傳統(tǒng)的C形磁體和框式結構磁體由軛鐵、永磁材料和極靴三部分構成，軛鐵1、極靴 2、永磁磁體3，其中永磁磁體3分別連接在磁軛1的上下兩端，且上下對置，極靴2分別設 置在永磁磁體3面相氣隙的端面上，在極靴2之間的空間為氣隙，根據(jù)均勻區(qū)要求的不同， 取氣隙中的一部分為磁體工作區(qū)。圖1中，永磁磁體3中的箭頭表示該磁體的磁化方向， 氣隙中的箭頭表示產(chǎn)生的工作區(qū)磁場方向。除此之外，現(xiàn)有技術中根據(jù)軛鐵的結構形式不 同還有四柱式結構、兩柱式結構等。上述MRI用磁體裝置可以參考IEEE TRANSACTI0NS0F APPLIEDSUPERCONDUCTIVITY, VOL. 14，NO. 2，JUNE 2004，或者由 Μ. Τ. Vlaardingerbroek 和 J. A. Den Boer 編寫的第二版的 MAGNETICRESONANCEIMAGING 第一章第 1. 3. 1 節(jié)的內(nèi)容。在現(xiàn)有技術中，MRI用永磁磁體裝置的工作區(qū)場強只有0. 4特斯拉及以下，場強較 低，而中場型和高場型的MRI —般都要采用超導磁體。這是因為按照目前的結構，如果要在 工作區(qū)產(chǎn)生較高的磁場強度，所需采用的永磁磁體量，和由此帶來的磁軛體積的增大，將會
4使得永磁磁體及包括該永磁磁體的MRI的重量達到難以接受的程度。例如，如果要達到工 作區(qū)場強為1 士0.5特斯拉的中場型MRI的標準，需要6 12噸重量的永磁磁體。因此，現(xiàn) 有技術中，尚沒有使用永磁磁體的中、高場MRI。但較低的工作區(qū)場強，使得信號信噪比降 低，不能運行高速脈沖序列，增加檢測時間。與超導MRI相比，在圖像清晰度，獲取的信息種 類和含量都嚴重不足。CN1116311A公開了一種用于磁共振成像設備中的磁場發(fā)生裝置CN2404130Y公 開了一種用于磁共振成像系統(tǒng)的磁體裝置；CN 2430698Y公開了一種無堵漏磁極的C型磁 共振成像永磁磁體；CN1371000A公開了一種全開放磁共振成像儀；CN1400473A公開了一 種磁共振成像系統(tǒng)用永久磁體裝置；CN2542225Y公開了一種兩立柱開放式C型永磁型磁 共振磁體；CN1491613A公開了一種用于磁共振成像的磁場產(chǎn)生裝置的磁性件的裝配方法 CN1588582A公開了一種薄片形磁場全開放磁共振成像儀主磁體；CN1877757A公開了一種 永磁磁體和包括該磁體的MRI用磁體裝置及其制造方法。也都與圖1所示的MRI磁體一樣， 存在工作區(qū)場強比較低的缺點，工作區(qū)場強只有0. 4特斯拉及以下，不能應用于中、高場型 MRI。因此，在保持開放度不變、磁材用量和磁體主要尺寸和總重量不變的前提下，如何提高 永磁磁體的磁場強度，得到具有更高工作區(qū)場強的永磁MRI磁體成為本領域一個難題。傳統(tǒng)永磁磁體結構多為永磁材料的二維排布(永磁材料磁化方向的二維排布)， 或永磁材料的體積堆積。如圖1所示。在獲得較高磁場的同時，磁體的重量與成本迅速上 升。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺點，提出一種二極永磁磁體及其制造方法。本 發(fā)明將傳統(tǒng)磁體中永磁材料的二維排布改為三維排布，使磁體在近氣隙處能布置更多的永 磁材料，提高了永磁材料的利用率，從而可在氣隙中獲得較大范圍的高場強高均勻度磁場， 另外由于永磁磁體布置方式的變化使得磁體體積減小，磁軛的重量也大為減輕。通過計算 機電磁場有限元仿真軟件計算，在相同尺寸的氣隙中獲得同樣的磁場分布形態(tài)，該種磁體 較傳統(tǒng)C形結構磁體節(jié)省永磁材料60 %，節(jié)省軟磁材料80 %。本發(fā)明永磁磁體可應用于但不限于MRI系統(tǒng)。本發(fā)明提供的二極永磁磁體由多棱柱極頭、六面體永磁塊、周側(cè)角磁塊、多棱柱永 磁塊、斜向角磁塊和軟磁軛鐵組成。磁體有兩個上下相對放置的由軟磁材料制造的多棱柱 極頭，以其相對位置分別定義為上多棱柱極頭和下多棱柱極頭，每個多棱柱極頭棱數(shù)為N， 有N個側(cè)面(N為大于2的自然數(shù))。多棱柱極頭的側(cè)面放置有N個六面體永磁塊，分別與 多棱柱極頭N個側(cè)面一一對應。在每個多棱柱極頭的非極面端面上放置一塊多棱柱永磁 塊，多棱柱永磁塊的棱數(shù)和多棱柱極頭棱數(shù)相同。可根據(jù)所需的場強及場形的要求，在各六 面體永磁塊之間的角空間內(nèi)填充周側(cè)角磁塊，在位于多棱柱永磁塊各側(cè)面和六面體永磁塊 間的空間內(nèi)填充斜向角磁塊，也可以部分添加或不添加周側(cè)角磁塊或斜向角磁塊。周側(cè)角 磁塊和斜向角磁塊均為三棱柱形的永磁塊。上多棱柱極頭和其周圍相應的六面體永磁塊、 周側(cè)角磁塊、多棱柱永磁塊和斜向角磁塊組成上極系，下多棱柱極頭及其周圍相應的六面 體永磁塊、周側(cè)角磁塊、多棱柱永磁塊和斜向角磁塊組成下極系；上、下極系形狀具有對稱 性，通過軟磁軛鐵連接與屏蔽上下極系形成二極永磁磁體；上、下多棱柱極頭間的空間為有
5效磁場空間，在軟磁軛鐵上留有開口以提供通向磁場空間的通路。上極系的各永磁塊的磁化方向如下所述圍繞上多棱柱極頭的N個六面體永磁塊 磁化方向為垂直于所依附的多棱柱極頭側(cè)面，指向上多棱柱極頭；上多棱柱永磁塊的磁化 方向為沿多棱柱永磁塊的棱邊指向上多棱柱極頭；各周側(cè)角磁塊的磁化方向為垂直于周側(cè) 角磁塊的遠離上多棱柱極頭的側(cè)面，指向上多棱柱極頭；各斜向角磁塊的磁化方向為垂直 于斜向角磁塊的遠離上多棱柱極頭的側(cè)面，指向該側(cè)面所對的棱邊。下極系的各永磁塊的磁化方向為N個六面體永磁塊磁化方向為垂直于所依附的 下多棱柱極頭側(cè)面，背離下多棱柱極頭；下多棱柱永磁塊的磁化方向為沿棱邊指向遠離下 多棱柱極頭的方向；各周側(cè)角磁塊的磁化方向為垂直于周側(cè)角磁塊的遠離下多棱柱極頭的 側(cè)面，背離該側(cè)面所對的棱邊；各斜向角磁塊的磁化方向為垂直于斜向角磁塊的遠離多棱 柱極頭的側(cè)面，背離該側(cè)面所對的棱邊方向。本發(fā)明所述的二極永磁磁體可采用如下兩種方式制造。需要說明的是在下述兩種 方法中各永磁塊可由標準永磁塊粘接后加工成所需的形狀或直接使用，也可由標準永磁塊 經(jīng)加工后再粘接為所需形狀而成，或直接定制所需尺寸的永磁塊；軛鐵可由通常用做軛鐵 材料的軟磁材料用一般加工方法獲得；多棱柱極頭可用性能較好的軟磁材料(如電工純 鐵，1J22軟磁合金等)用相應的加工方法和熱處理方法加工而成。本發(fā)明二極永磁磁體制造方法一將整個永磁磁體依照上、下極系及與其連接屏蔽的軟磁軛鐵分為兩個單側(cè)磁體 (上磁體和下磁體)和用來連接兩單側(cè)磁體的周側(cè)軛鐵板。每個單側(cè)磁體由其外圍的多 邊形軛鐵框、位于多邊形軛鐵框中央的多棱柱極頭、放置在多邊形軛鐵框和多棱柱極頭之 間的六面體永磁塊、放置在多棱柱極頭上非極面端面上的多棱柱永磁塊、放置在各六面體 永磁塊間的周側(cè)角磁塊、位于六面體永磁塊和多棱柱永磁塊之間的斜向角磁塊、安置在斜 向角磁塊斜面上連結多邊形軛鐵框和頂軛鐵板的角側(cè)軛鐵板，以及安置在多棱柱永磁塊頂 面，位于單側(cè)磁體頂端與角側(cè)軛鐵板連接的頂軛鐵板構成。其中，多棱柱永磁塊橫截面和多 棱柱極頭橫截面形狀一致大小相等，多棱柱極頭的棱數(shù)N視實際應用情況確定，根據(jù)多棱 柱極頭棱數(shù)的二倍確定多邊形軛鐵框邊數(shù)2*N，多邊形軛鐵框有相間的N條邊的邊長與多 棱柱極頭邊長一致。將兩個單側(cè)磁體對置并以周側(cè)軛鐵板連接即構成所述的磁體裝置。安裝時首先固定多邊形軛鐵框，用鋁制或其他非磁材料制造的占位假塊確定多棱 柱極頭與多邊形軛鐵框的相對位置。然后用相應的工具將各磁塊安裝到位，并替換出相應 的假塊。各磁塊的安裝步驟如下1、將各六面體磁塊環(huán)繞多棱柱極頭，裝入相應的多棱柱極 頭與多邊形軛鐵框邊長相等的對應面之間的空間；2、在相鄰六面體磁塊與多邊形軛鐵框形 成的空間內(nèi)安裝周側(cè)角磁塊；3、將已連接在頂軛鐵板上的多棱柱磁塊安置到多棱柱極頭不 朝向氣隙側(cè)的端面；4、在多棱柱磁塊側(cè)面與六面體磁塊間的直角空間安置已連接在角側(cè)軛 鐵板上的斜向角磁塊。另一側(cè)磁體與該側(cè)安裝方式安裝順序相同，只是各對應永磁磁塊的 磁化方向均反向，各永磁塊的磁化方向如前所述。最后將兩個方向相反的單側(cè)磁體用周側(cè) 軛鐵板連接，即構成了所述的磁體裝置。本發(fā)明永磁磁體的制造方法二該制造方法可適用本發(fā)明所述的多棱柱極頭棱數(shù)為4的磁體裝置。整個磁體裝置 由八邊形通道軛鐵、四棱柱極頭、四棱柱永磁塊、六面體側(cè)磁塊、中央角磁塊、外側(cè)角磁塊、
6外側(cè)角磁塊襯鐵、周側(cè)角磁塊、周側(cè)角磁塊襯鐵、六面體前后磁塊和軛鐵蓋板組成。其中四 棱柱極頭對應于磁體結構中的多棱柱極頭，四棱柱永磁塊對應于磁體結構中的多棱柱永磁 塊，中央角磁塊和外側(cè)角磁塊對應于磁體結構中所述的斜向角磁塊，六面體側(cè)磁塊和六面 體前后磁塊對應磁體結構中所述的六面體磁塊，周側(cè)角磁塊襯鐵、軛鐵蓋板和部分八邊形 通道軛鐵對應于磁體結構中所述的周側(cè)軛鐵板。 安裝時首先安置由八個軛鐵板組成的八邊形通道軛鐵，將兩極頭正對放入通道軛 鐵內(nèi)，用占位假塊確定兩極頭的相對位置以及極頭與軛鐵框的相對位置并固定；然后開始 用相應工具將各磁塊安置到位，并替換出相應的假塊。各磁塊的安裝步驟如下1、置入與 氣隙中磁場方向一致的分別位于兩極頭和通道軛鐵之間的兩四棱柱永磁塊；2、在兩極頭兩 側(cè)，和通道軛鐵之間置入垂直于極頭側(cè)面的六面體側(cè)磁塊；3、裝入位于兩極頭上下的永磁 塊和兩極頭兩側(cè)的六面體側(cè)磁塊間的中央角磁塊；4、預先將特定方向的外側(cè)角磁塊粘接于 外側(cè)角磁塊襯鐵上形成四組外側(cè)角磁塊組件，分別沿通道軛鐵推入磁體；5、預先將特定方 向的周側(cè)角磁塊粘接于周側(cè)角磁塊襯鐵上形成八組周側(cè)角磁塊組件，分別沿通道軛鐵推入 磁體；6、裝入六面體前后磁塊。最后安裝位于通道軛鐵開口前后的軛鐵蓋板，即構成所述的 磁體裝置。
圖1為傳統(tǒng)永磁磁體結構示意圖，軛鐵1、極靴2、永磁磁體3 ；圖2為制造方法一所述磁體裝置一端的結構圖與裝配順序圖；圖2a為多棱柱極頭4與多邊形軛鐵框5相對位置示意圖；圖2b為六面體永磁塊6安裝示意圖；圖2c為周側(cè)角磁塊7安裝示意圖；圖2d為多棱柱永磁塊9及頂軛鐵8安裝示意圖；圖2e為斜向角磁塊10和角側(cè)軛鐵板11安裝示意圖；圖3為制造方法一所述磁體的總結構圖與雙端加周側(cè)軛鐵板裝配圖，兩正對的極 板面間的空間即為有效磁場空間，單側(cè)磁體12，周側(cè)軛鐵板13 ；圖4為制造方法一所述磁體的內(nèi)部結構及各永磁材料磁化方向；圖4a為制造方法一所述磁體結構和截面位置示意圖；圖4b為圖4a所示截面al-bl-cl-dl截面圖，圖中箭頭為相應磁塊的磁化方向；圖4c為為圖4a所示截面a2-b2-C2_d2截面圖，圖中箭頭為相應磁塊的磁化方向；圖4d為為圖4a所示截面a3-b3-C3_d3截面圖，圖中箭頭為相應磁塊的磁化方向；圖5為方法二所述磁體的結構圖與裝配順序圖；圖5a為多棱柱極頭15與八邊形通道軛鐵14相對位置示意圖；圖5b為四棱柱永磁塊16安裝示意圖；圖5c為六面體側(cè)磁塊17安裝示意圖；圖5d為中央角磁塊18安裝示意圖；圖5e為外側(cè)角磁塊19和外側(cè)角磁塊襯鐵20安裝示意圖；圖5f為周側(cè)角磁塊21和周側(cè)角磁塊襯鐵22安裝示意圖；圖5g為六面體前后磁塊23安裝示意7
圖5h為軛鐵蓋板24安裝示意圖，也是磁體裝配完成圖；圖6為制造方法二所述磁體的內(nèi)部結構及各永磁材料磁化方向示意圖；圖6a為制造方法二所述磁體結構和截面位置示意圖；圖6b為圖6a所示截面al-bl-cl-dl截面圖，圖中箭頭為相應磁塊的磁化方向；圖6c為圖6a所示截面a2-b2-C2_d2截面圖，圖中箭頭為相應磁塊的磁化方向；圖6d為圖6a所示截面a3-b3-C3_d3截面圖，圖中箭頭為相應磁塊的磁化方向；圖6e為圖6a所示截面a4-C4_d4截面圖，圖中箭頭為相應磁塊的磁化方向。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明的二極永磁磁體由多棱柱極頭、六面體永磁塊、周側(cè)角磁塊、多棱柱永磁 塊、斜向角磁塊和軟磁軛鐵組成。磁體有兩個相對放置的由軟磁材料制造的多棱柱極頭，以 其相對位置分別定義為上多棱柱極頭和下多棱柱極頭，每個多棱柱極頭棱數(shù)為N，有N個側(cè) 面(N為大于2的自然數(shù))。多棱柱極頭的側(cè)面放置有N個六面體永磁塊，分別與多棱柱極 頭N個側(cè)面一一對應。 本發(fā)明的二極永磁體有兩種實施方式。實施例1中，多棱柱對極4由軟磁材料制造，在每個多棱柱對極4的每個側(cè)面上放 置與之側(cè)面形狀相致的六面體永磁塊6。兩個多棱柱永磁塊9分別放置在多棱柱對極的非 極面端面上，每個多棱柱永磁塊的棱數(shù)和多棱柱極頭棱數(shù)相同。多棱柱極頭側(cè)面各六面體 永磁塊之間的空間填充周側(cè)角磁塊7。位于多棱柱永磁塊各側(cè)面和六面體永磁塊間的空間 填充斜向角磁塊10。周側(cè)角磁塊和斜向角磁塊均為二棱柱形的永磁塊。所述的周側(cè)角磁 塊和斜向角磁塊可根據(jù)所需的場強及場形的要求，全部添加或部分添加，或者不添加。上多 棱柱極頭和其周圍相應的六面體永磁塊6、周側(cè)角磁塊7、多棱柱永磁塊9和斜向角磁塊10 組成上極系，下多棱柱極頭及其周圍相應的六面體永磁塊，周側(cè)角磁塊、多棱柱永磁塊和斜 向角磁塊組成下極系；上、下極系的形狀具有對稱性。各極系及其各自周圍的軛鐵分別組成 單側(cè)磁體12，如圖3a。通過周側(cè)軛鐵板13連接兩正對的單側(cè)磁體成二極永磁磁體，如圖3b 所示。上、下多棱柱極頭間的空間為有效磁場空間，在軟磁軛鐵上留有必要的開口以提供通 向磁場空間的通路。圖4所示為實施1的各永磁塊的磁化方向在磁體的一側(cè)極頭周圍，所述各永磁塊 的磁化方向為六面體永磁塊6的磁化方向為垂直于所依附的多棱柱極頭側(cè)面，指向多棱 柱極頭內(nèi)；多棱柱永磁塊9的磁化方向為沿多棱柱永磁塊的棱邊指向多棱柱極頭；周側(cè)角 磁塊7的磁化方向為垂直于周側(cè)角磁塊的背向多棱柱極頭的側(cè)面，指向靠近多棱柱極頭的 棱邊；斜向角磁塊10的磁化方向為垂直于斜向角磁塊的遠離多棱柱極頭的側(cè)面，指向該側(cè) 面所對的棱邊方向。在磁體的另一側(cè)極頭周圍，所述各永磁塊的磁化方向為六面體永磁塊 6的磁化方向為垂直于所依附的多棱柱極頭側(cè)面，背離多棱柱極頭；多棱柱永磁塊9的磁化 方向為沿棱邊指向遠離多棱柱極頭的方向；周側(cè)角磁塊7的磁化方向為垂直于周側(cè)角磁塊 的遠離多棱柱極頭的側(cè)面，背向該側(cè)面所對的棱邊方向；斜向角磁塊10的磁化方向為垂直 于斜向角磁塊的遠離多棱柱極頭的側(cè)面，背向該側(cè)面所對的棱邊方向。所述的各個永磁塊 除在必須保留的空間開口處，均由軟磁軛鐵彼此連接，共同構成整個磁體。實施例2
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多棱柱對極15由軟磁材料制造，在每個多棱柱對極的每個側(cè)面上放置與之側(cè)面 形狀相一致的六面體永磁塊17和23。兩個多棱柱永磁塊16分別放置在多棱柱對極的非極 面端面上，每個多棱柱永磁塊的棱數(shù)和多棱柱極頭棱數(shù)相同。多棱柱極頭側(cè)面各六面體永 磁塊之間的空間填充周側(cè)角磁塊21。位于多棱柱永磁塊各側(cè)面和六面體永磁塊間填充斜向 角磁塊18和19。周側(cè)角磁塊和斜向角磁塊均為三棱柱形的永磁塊。也可根據(jù)所需的場強 及場形的要求，全部添加、部分添加或不添加所述的周側(cè)角磁塊和斜向角磁塊。上多棱柱極 頭和其周圍相應的六面體永磁塊17和23、周側(cè)角磁塊21、多棱柱永磁塊16和斜向角磁塊 18和19組成上極系，下多棱柱極頭及其周圍相應的六面體永磁塊、周側(cè)角磁塊、多棱柱永 磁塊和斜向角磁塊組成下極系；上、下極系形狀具有對稱性，通過軟磁軛鐵14、20、22和24 連接與屏蔽上下極系形成二極永磁磁體；上、下多棱柱極頭間的空間為有效磁場空間，在軟 磁軛鐵上留有必要的開口以提供通向磁場空間的通路。圖6所示了為實施例2各永磁塊的磁化方向在磁體的一側(cè)極頭周圍，所述各永磁 塊的磁化方向為六面體永磁塊17和23的磁化方向為垂直于所依附的多棱柱極頭側(cè)面， 指向多棱柱極頭內(nèi)；多棱柱永磁塊16的磁化方向為沿多棱柱永磁塊的棱邊指向多棱柱極 頭；周側(cè)角磁塊21的磁化方向為垂直于周側(cè)角磁塊的背向多棱柱極頭的側(cè)面，指向靠近多 棱柱極頭的棱邊；斜向角磁塊18和19的磁化方向為垂直于斜向角磁塊的遠離多棱柱極頭 的側(cè)面，指向該側(cè)面所對的棱邊方向。在磁體的另一側(cè)極頭周圍，所述各永磁塊的磁化方向 為六面體永磁塊17和23的磁化方向為垂直于所依附的多棱柱極頭側(cè)面，背離多棱柱極 頭；多棱柱永磁塊16的磁化方向為沿棱邊指向遠離多棱柱極頭的方向；各周側(cè)角磁塊21 的磁化方向為垂直于周側(cè)角磁塊的遠離多棱柱極頭的側(cè)面，背向該側(cè)面所對的棱邊方向； 斜向角磁塊18和19的磁化方向為垂直于斜向角磁塊的遠離多棱柱極頭的側(cè)面，背向該側(cè) 面所對的棱邊方向。所述的各個永磁塊除在必須保留的空間開口處，均由軛鐵14、20、22和 24彼此連接，共同構成整個磁體結構。本發(fā)明永磁磁體的制造方法為實施例1 將整個永磁磁體依照兩個多棱柱極頭及分別包圍在其周圍永磁材料間的相對位 置劃分為上下兩個單側(cè)磁體12和用來連接兩單側(cè)磁體的周側(cè)軛鐵板13，如圖3a和圖3b所
7J\ ο每個單側(cè)磁體12由多邊形軛鐵框5，中央的多棱柱極頭4，六面體永磁塊6，多棱柱 永磁塊9，周側(cè)角磁塊7，斜向角磁塊10，角側(cè)軛鐵板11以及頂軛鐵板8構成。圖2為本制造方法所述單側(cè)磁體的結構與裝配順序圖。本實施例的裝配順序由圖 2a-圖2b-圖2c-圖2d-圖2e的排序進行。首先裝配一個單側(cè)磁體12 如圖2a所示，將多 棱柱極頭4置于于多邊形軛鐵框5的中央，多邊形軛鐵框5置于于單側(cè)磁體外圍；如圖2b 所示，在多邊形軛鐵框5和多棱柱極頭4之間填充六面體永磁塊6 ；如圖2c所示，在各六面 體永磁塊間安裝周側(cè)角磁塊7 ；如圖2d所示，將多棱柱永磁塊9放置在多棱柱極頭4的上 底面之上，將頂軛鐵板8安裝在多棱柱永磁塊9頂面位于單側(cè)磁體的頂端，連接頂軛鐵板8 與角側(cè)軛鐵板11 ；如圖2e所示，在六面體永磁塊6和多棱柱永磁塊9之間填充斜向角磁塊 10，將軛鐵板11安裝在斜向角磁塊10的斜面上，連結多邊形軛鐵框5和頂軛鐵板8。單側(cè) 磁體(12)裝配完畢，將上、下兩個單側(cè)磁體(12)對置并以周側(cè)軛鐵板連接即構成所述的磁體。所述的多棱柱永磁塊9橫截面和多棱柱極頭4的橫截面形狀相同大小一致，多棱 柱極頭4的棱數(shù)N視實際應用情況確定，根據(jù)多棱柱極頭4棱數(shù)的二倍確定多邊形軛鐵框 邊數(shù)2*N，多邊形軛鐵框有相間的N條邊的邊長和多棱柱極頭邊長與六面體永磁塊相配合 面的邊長一致。磁體中各永磁磁塊的磁化方向如圖4所示，兩個對置的單側(cè)磁體內(nèi)，各對應永磁 塊的磁化方向相反，圖4a中，為了清楚地表明內(nèi)部永磁塊的磁化方向，設立的三個橫截面， 圖示磁體上側(cè)磁體橫截面al-bl-cl-dl，表示在圖4b，各永磁塊的磁化方向為背離多棱柱 極頭向外；圖示磁體下側(cè)磁體a2-b2-c2-d2，表示在圖4c，各永磁塊的磁化方向為指向多棱 柱極頭；磁體縱截面a3-b3-c3-d3，表示在圖4d，由于磁體為軸對稱結構故只做了一個縱 截面。磁化方向如圖中箭頭所示，可見在上部的單側(cè)磁體永磁塊的磁化方向背離多棱柱極 頭向外，在下側(cè)單側(cè)磁體永磁塊的磁化方向指向極頭。圖2、圖3所示為本發(fā)明永磁磁體制造方法一的一個實施例。如圖2a所示，此實 施例為五邊形極頭(極頭棱數(shù)N = 5)，對應十邊形(2*N= 10)軛鐵框。整個磁體由兩個 正五邊形極頭4，面向氣隙側(cè)裝有調(diào)節(jié)場形的勻場環(huán)；兩個十邊形軛鐵框5 ；六面體永磁塊6 兩個單側(cè)磁體共10塊；位于六面體永磁塊間的周側(cè)角磁塊7，兩個單側(cè)磁體共10塊；五棱 柱永磁塊9為兩件正五棱柱；六面體永磁塊與多棱柱間的斜向角磁塊10，兩個單側(cè)磁體共 10件。各個永磁塊其各自的磁化方向如圖4所示，均由標準釹鐵硼永磁塊線切割后充磁粘 接而成。兩頂軛鐵板8為比多棱柱永磁塊截面略大的正五邊形，粘接在多棱柱永磁塊頂端 與角側(cè)軛鐵板連接；角側(cè)軛鐵板11兩個單側(cè)磁體共十件，側(cè)截面為平行四邊形，連接多邊 形軛鐵框和頂軛鐵板；周側(cè)軛鐵板13兩個單側(cè)磁體共共八件。安裝前，粘接角側(cè)軛鐵板到 斜向角磁塊斜面，粘接頂軛鐵板到五棱柱永磁塊，安裝中前述粘接組件作為整體裝入磁體 內(nèi)。磁體分為兩個單側(cè)磁體用上述零部件分別裝配，最后用周側(cè)軛鐵板連接。安裝時，首先 固定軛鐵框，并用與六面體永磁塊尺寸一致尺寸偏差略大的鋁制占位假塊固定多棱柱極頭 與軛鐵框的相對位置。然后用一般磁體的機械安裝工具按照圖2所示的所述的裝配順序 先裝入六面體永磁塊，接下來在相鄰的六面體永磁塊間的空間內(nèi)裝入周側(cè)角磁塊，再將粘 結在一起的五棱柱永磁塊和頂軛鐵板安置到五棱柱極頭的上表面，最后裝入斜向角磁塊和 角側(cè)軛鐵板組件。將相應的各磁塊安置到位，即完成一單側(cè)磁體13。另一單側(cè)磁體安裝方 法相同，只是應注意各對應永磁磁塊的磁化方向均相反。兩個單側(cè)磁體分別安裝完畢后，固 定一個單側(cè)磁體。吊起另一個單側(cè)磁體，將二者對正后安裝周側(cè)軛鐵板。安裝完成后磁體 內(nèi)部結構和磁體內(nèi)永磁塊的磁化方向如圖4所示。圖4a中，為了清楚地表明內(nèi)部永磁塊的 磁化方向，設立的三個橫截面，圖示磁體上側(cè)磁體橫截面al-bl-cl-dl，顯示在圖4b ；圖示 磁體下側(cè)磁體a2-b2-c2-d2，顯示在圖4c ；磁體縱截面a3-b3-C3_d3，顯示在圖4d，由于磁體 為軸對稱結構故只做了一個縱截面。磁化方向如圖4b、圖4c和圖4d中箭頭所示。本發(fā)明 方法一所述的一種磁體即告完成。除周側(cè)軛鐵板外，在極頭外圍不影響工作氣隙的前提下 布置若干保持兩單側(cè)磁體間距的非磁材料支撐塊。裝配完成后的磁體，總質(zhì)量300kg，氣隙 60mm,中心場強不低于1. 5T。實施例2本實施例的制造方法適用于本發(fā)明所述的多棱柱極頭棱數(shù)為4的磁體的制造。整
10個磁體由八邊形通道軛鐵14、四棱柱極頭15、四棱柱永磁塊16、六面體側(cè)磁塊17、中央角磁 塊18、外側(cè)角磁塊19、外側(cè)角磁塊襯鐵20、周側(cè)角磁塊21、周側(cè)角磁塊襯鐵22、六面體前后 磁塊23和軛鐵蓋板24構成。圖5為本制造方法所述磁體結構與裝配順序圖。如圖5a所 示，將兩個上下對稱布置的四棱柱極頭15安裝在八邊形通道軛鐵14內(nèi)部空間的中央，在磁 體外圍安裝八邊形通道軛鐵14 ；如圖5b所示，將四棱柱永磁塊16安裝在兩個四棱柱極頭 15的非極面端面和八邊形通道軛鐵14之間；如圖5c所示，六面體側(cè)磁塊17安裝于四棱柱 極頭15兩個側(cè)面和八邊形通道軛鐵14之間；如圖5d所示，在六面體側(cè)磁塊17、四棱柱永磁 塊16和八邊形通道軛鐵14所圍空間中安裝中央角磁塊18 ；如圖5e所示，在四棱柱永磁塊 16的前后兩個側(cè)面安裝外側(cè)角磁塊19 ；在外側(cè)角磁塊19的斜面與八邊形通道軛鐵14的內(nèi) 表面之間安裝外側(cè)角磁塊襯鐵20，外側(cè)角磁塊襯鐵20用以連接外側(cè)角磁塊19與八邊形通 道軛鐵14 ；如圖5f所示，在六面體側(cè)磁塊17的前、后兩面安裝周側(cè)角磁塊21，周側(cè)角磁塊 21的一直角面緊貼六面體側(cè)磁塊17的前面或后面，周側(cè)角磁塊21的斜面與相鄰的八邊形 通道軛鐵14成45度角；在周側(cè)角磁塊21的斜面和八邊形通道軛鐵14之間安裝周側(cè)角磁 塊襯鐵22，外側(cè)角磁塊襯鐵20連接周側(cè)角磁塊21和八邊形通道軛鐵14 ；如圖5g所示，在 四棱柱極頭15的前、后兩面安裝六面體前后磁塊23，六面體前后磁塊23嵌入周側(cè)角磁塊 21和外側(cè)角磁塊19所形成的空間；如圖5h所示，在磁體前面和后面安裝軛鐵蓋板24，封閉 八邊形通道軛鐵14開口，屏蔽漏磁。上述組件共同構成整個磁體。本實施例中，四棱柱極 頭15對應于本發(fā)明所述的二極永磁磁體中的多棱柱極頭，四棱柱永磁塊16對應于所述的 二極永磁磁體中的多棱柱永磁塊，中央角磁塊18和外側(cè)角磁塊19對應于所述的二極永磁 磁體中的斜向角磁塊，六面體側(cè)磁塊17和六面體前后磁塊23對應所述的二極永磁磁體中 的六面體磁塊，周側(cè)角磁塊襯鐵22、軛鐵蓋板24和部分八邊形通道軛鐵14對應于所述的二 極永磁磁體中的周側(cè)軛鐵板。 在本實施例磁體內(nèi)部兩個對置的四棱柱極頭15周圍，各對應永磁塊的磁化方向 相反，磁體中各永磁磁塊的磁化方向如圖6中的箭頭所示。圖6a中，為了清楚地表明內(nèi) 部永磁塊的磁化方向，設立的四個截面，圖示磁體磁體截面al-bl-cl-dl，顯示在圖6b，截 面a2-b2-c2-d2，顯示在圖6c，可見在圖示磁體上極頭周圍的各永磁塊的磁化方向為指向 多棱柱極頭，而在圖示磁體下極頭周圍的各永磁塊的磁化方向為背離多棱柱極頭向外，各 個極頭周圍對應永磁材料的磁化方向相反；磁體截面a3-b3-c3-d3，顯示在圖6d，磁體截面 a4-b4-c4-d4,顯示在圖6e，可見在兩水平截面上磁體上下兩極頭四周對應位置的永磁材料 的磁化方向也是相反的。在圖示磁體上極頭周圍的各永磁塊的磁化方向為指向多棱柱極 頭，而在圖示磁體下極頭周圍的各永磁塊的磁化方向為背離多棱柱極頭向外。圖5、圖6所 示為本發(fā)明永磁磁體制造方法二的一個實施例。此例所示為四邊形極頭(N = 4)，對應八 邊形(2*N = 8)軛鐵框。磁體由四棱柱極頭15兩件，面向氣隙側(cè)裝有調(diào)節(jié)場形的勻場環(huán)； 由八塊軛鐵板構成的八邊形通道軛鐵14，1件；四棱柱永磁塊16，2件；六面體側(cè)磁塊17，4 件；中央角磁塊，18，4件；外側(cè)角磁塊19，4件；周側(cè)角磁塊21，4件；六面體前后磁塊23，4 件；外側(cè)角磁塊襯鐵20，4件；周側(cè)角磁塊襯鐵22，4件；軛鐵蓋板24，4件。各個永磁塊的 磁化方向如圖6所示，各個永磁塊均由標準釹鐵硼永磁塊線切割后充磁粘接而成。安裝前 首先粘接外側(cè)角磁塊和外側(cè)角磁塊襯鐵的兩斜面，形成外側(cè)角磁鐵組件4件，粘接周側(cè)角 磁塊和周側(cè)角磁塊襯鐵的兩斜面，形成8件周側(cè)角磁塊組件。其余部件的安裝使用上述零
11件按照圖5的安裝順序進行，首先安置并固定由八個軛鐵板組成的八邊形通道軛鐵，將兩 個上下對稱布置的四棱柱極頭15安裝在八邊形通道軛鐵14內(nèi)部空間的中央，并用與六面 體永磁塊和四棱柱永磁塊尺寸一致，尺寸偏差略大的鋁制占位假塊固定四棱柱極頭與軛鐵 框的相對位置。然后用一般磁體的機械安裝工具按照圖5a_圖5h所示的安裝順序?qū)⑾鄳?的各磁塊安置到位。最后安裝四塊軛鐵蓋板，屏蔽端部漏磁。磁體內(nèi)部結構和磁體內(nèi)永磁 塊的磁化方向如圖6所示。圖6a中，為了清楚地表明內(nèi)部永磁塊的磁化方向，設立的4個 截面，磁體上垂直于磁體進深方向縱截面al-bl-cl-dl，其剖面顯示在圖6b ；磁體上沿磁體 進深方向縱截面a2-b2-c2-d2，顯示在圖6c ；磁體上部橫截面a3-b3-C3_d3切過周側(cè)角永磁 塊、極頭側(cè)面六面體永磁塊和極頭，顯示在圖6d，磁體下部橫截面a4-b4-c4-d4切過周側(cè)角 永磁塊、極頭側(cè)面六面體永磁塊和極頭，顯示在圖6e。磁化方向如各圖中箭頭所示。建議在 極頭外圍不影響工作氣隙的前提下布置若干支撐塊以保持上下各永磁塊間以及兩極頭間 的相對位置。本發(fā)明實施例2的磁體裝配完成。該磁體重量800kg，60mm氣隙空間，中心場 強 1. 5T。
權利要求
一種二極永磁磁體，其特征在于，所述的永磁磁體由兩個上下相對放置的多棱柱極頭、六面體永磁塊、周側(cè)角磁塊、多棱柱永磁塊、斜向角磁塊和軟磁軛鐵組成；每個多棱柱極頭棱數(shù)為N，有N個側(cè)面，多棱柱極頭的側(cè)面放置有與多棱柱極頭側(cè)面形狀一致的N個六面體永磁塊，分別與多棱柱極頭N個側(cè)面一一對應，N為大于2的自然數(shù)；在每個多棱柱極頭的非極面端面上放置一塊多棱柱永磁塊，多棱柱永磁塊的棱數(shù)和多棱柱極頭棱數(shù)相同；在各六面體永磁塊之間的角空間內(nèi)填充周側(cè)角磁塊，在位于多棱柱永磁塊各側(cè)面和六面體永磁塊間的空間內(nèi)填充斜向角磁塊，上多棱柱極頭和其周圍相應的六面體永磁塊、周側(cè)角磁塊、多棱柱永磁塊和斜向角磁塊組成上極系，下多棱柱極頭及其周圍相應的六面體永磁塊、周側(cè)角磁塊、多棱柱永磁塊和斜向角磁塊組成下極系；所述的上極系和下極系形狀具有對稱性，所述的上極系和下極系通過軟磁軛鐵連接與屏蔽，形成二極永磁磁體；軟磁軛鐵上留有開口。
2.按照權利要求1所述的二極永磁磁體，其特征在于，所述的上極系的各永磁塊的磁 化方向為圍繞上多棱柱極頭的N個六面體永磁塊的磁化方向為垂直于所依附的多棱柱極 頭側(cè)面，指向上多棱柱極頭；上多棱柱永磁塊的磁化方向為沿多棱柱永磁塊的棱邊指向上 多棱柱極頭；各周側(cè)角磁塊的磁化方向為垂直于周側(cè)角磁塊的遠離上多棱柱極頭的側(cè)面， 指向上多棱柱極頭；各斜向角磁塊的磁化方向為垂直于斜向角磁塊的遠離上多棱柱極頭的 側(cè)面，指向該側(cè)面所對的棱邊；所述的下極系的各永磁塊的磁化方向為N個六面體永磁塊 磁化方向為垂直于所依附的下多棱柱極頭側(cè)面，背離下多棱柱極頭；下多棱柱永磁塊的磁 化方向為沿棱邊指向遠離下多棱柱極頭的方向；各周側(cè)角磁塊的磁化方向為垂直于周側(cè)角 磁塊的遠離下多棱柱極頭的側(cè)面，背離該側(cè)面所對的棱邊；各斜向角磁塊的磁化方向為垂 直于斜向角磁塊的遠離多棱柱極頭的側(cè)面，背離該側(cè)面所對的棱邊方向。
3.按照權利要求1或2所說的二極永磁磁體，其特征在于，或者在所述的各六面體永磁 塊之間的角空間內(nèi)不填充或部分填充周側(cè)角磁塊，在位于多棱柱永磁塊各側(cè)面和六面體永 磁塊間的空間內(nèi)不填充或部分填充斜向角磁塊；所述的周側(cè)角磁塊和斜向角磁塊均為三棱 柱形的永磁塊。
4.一種如權利要求1所述的二極永磁磁體的制造方法，其特征在于將整個永磁磁體依 照兩個多棱柱極頭及分別包圍在其周圍永磁材料間的相對位置劃分為上下兩個單側(cè)磁體 (12)和用來連接兩單側(cè)磁體的周側(cè)軛鐵板(13)；每個單側(cè)磁體(12)由其外圍的多邊形軛 鐵框(5)、位于多邊形軛鐵框中央的多棱柱極頭(4)、放置在多邊形軛鐵框(5)和多棱柱極 頭(4)之間的六面體永磁塊(6)、放置在多棱柱極頭上非極面端面上的多棱柱永磁塊(9)、 放置在各六面體永磁塊(6)之間的周側(cè)角磁塊(7)、位于六面體永磁塊(6)和多棱柱永磁塊 (9)之間的斜向角磁塊(10)、安裝在斜向角磁塊(10)斜面上連結多邊形軛鐵框和頂軛鐵板 的角側(cè)軛鐵板(11)，以及安置在多棱柱永磁塊頂面，位于單側(cè)磁體頂端與角側(cè)軛鐵板連接 的頂軛鐵板(8)構成；首先裝配一個單側(cè)磁體(12)將多棱柱極頭(4)置于于多邊形軛鐵框(5)的中央，多 邊形軛鐵框(5)置于于單側(cè)磁體外圍；在多邊形軛鐵框(5)和多棱柱極頭(4)之間填充六 面體永磁塊(6)；在各六面體永磁塊間安裝周側(cè)角磁塊(7)；然后將多棱柱永磁塊(9)安裝 在多棱柱極頭(4)的上底面之上，將頂軛鐵板(8)安裝在多棱柱永磁塊(9)頂面位于單側(cè) 磁體(12)的頂端，連接頂軛鐵板(8)與角側(cè)軛鐵板(11)；在六面體永磁塊(6)和多棱柱永磁塊(9)之間填充斜向角磁塊(10)，將軛鐵板(11)安裝在斜向角磁塊(10)的斜面上，連 結多邊形軛鐵框(5)和頂軛鐵板⑶；單側(cè)磁體(12)裝配完畢，將上、下兩個單側(cè)磁體(12) 對置并以周側(cè)軛鐵板連接即構成所述的磁體。
5. 一種如權利要求1所述的永磁磁體制造方法，其特征在于，所述的永磁磁體的裝配 順序如下將兩個上下對稱布置的四棱柱極頭(15)安裝在八邊形通道軛鐵(14)內(nèi)部空間 的中央，在磁體外圍安裝八邊形通道軛鐵(14)；將四棱柱永磁塊(16)安裝在兩個四棱柱極 頭(15)的非極面端面和八邊形通道軛鐵(14)之間，將六面體側(cè)磁塊(17)安裝于四棱柱 極頭(15)的兩個側(cè)面和八邊形通道軛鐵(14)之間；然后在六面體側(cè)磁塊(17)、四棱柱永 磁塊(16)和八邊形通道軛鐵(14)所圍成的空間內(nèi)安裝中央角磁塊(18)，在四棱柱永磁塊 (16)的前后兩個側(cè)面安裝外側(cè)角磁塊(19)，在外側(cè)角磁塊(19)的斜面與八邊形通道軛鐵 (14)的內(nèi)表面之間安裝外側(cè)角磁塊襯鐵(20)，外側(cè)角磁塊襯鐵(20)連接外側(cè)角磁塊(19) 與八邊形通道軛鐵(14)；再在六面體側(cè)磁塊(17)的前、后兩面安裝周側(cè)角磁塊(21)，周側(cè) 角磁塊(21)的一直角面緊貼六面體側(cè)磁塊(17)的前面或后面，周側(cè)角磁塊(21)的斜面與 相鄰的八邊形通道軛鐵(14)成45度角；在周側(cè)角磁塊(21)的斜面和八邊形通道軛鐵(14) 之間安裝周側(cè)角磁塊襯鐵(22)，外側(cè)角磁塊襯鐵(20)連接周側(cè)角磁塊(21)和八邊形通道 軛鐵(14)；并在四棱柱極頭(15)的前、后兩面安裝六面體前后磁塊(23)，六面體前后磁塊 (23)嵌入周側(cè)角磁塊(21)和外側(cè)角磁塊(19)所形成的空間；在磁體前面和后面安裝軛鐵 蓋板(24)，封閉八邊形通道軛鐵(14)開口，屏蔽漏磁；所述的制造方法適用于所述的多棱 柱極頭棱數(shù)為4的磁體。
全文摘要
一種二極永磁磁體，兩個多棱柱極頭上下相對放置，多棱柱極頭的側(cè)面放置有與多棱柱極頭側(cè)面形狀一致的六面體永磁塊。在每個多棱柱極頭的非極面端面上放置一塊多棱柱永磁塊，多棱柱永磁塊的棱數(shù)和多棱柱極頭棱數(shù)相同。在各六面體永磁塊之間的角空間內(nèi)可填充周側(cè)角磁塊，在位于多棱柱永磁塊各側(cè)面和六面體永磁塊間的空間內(nèi)可填充斜向角磁塊，上多棱柱極頭和其周圍相應的六面體永磁塊、周側(cè)角磁塊、多棱柱永磁塊和斜向角磁塊組成上極系，下多棱柱極頭及其周圍相應的六面體永磁塊、周側(cè)角磁塊、多棱柱永磁塊和斜向角磁塊組成下極系；所述的上極系和下極系形狀具有對稱性，所述的上極系和下極系通過軟磁軛鐵連接與屏蔽，形成二極永磁磁體。
文檔編號H01F7/02GK101901663SQ20101011752
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月3日 優(yōu)先權日2010年3月3日
發(fā)明者張曉兵, 楊文暉, 王慧賢, 王錚, 胡麗麗 申請人:中國科學院電工研究所