[发明专利]一种磁性器件的设计方法及其应用

说明书

本申请公开了一种磁性器件的设计方法及其应用。本申请磁性器件的设计方法，包括以下步骤：(1)将磁性器件分为至少两部分；(2)分别对各部分进行磁化，各部分磁化的方向以拼接后相邻两部分能够形成闭合磁路为准；(3)将磁化后的各部分组装成一个完整的磁性器件。本申请的磁性器件的设计方法，通过将磁性器件分为至少两部分，并对各部分分别进行磁化，然后再组装成具有闭合磁路的磁性器件，使得磁性器件对周围磁场反应不敏感，对周围磁性物体的磁作用力非常微弱，从而减小对外部磁场设备的相互影响，提高磁性设备的安全性。

技术领域

本申请涉及磁性器件设计领域，特别是涉及一种磁性器件的设计方法及其应用。

背景技术

在大型科学研究平台上，如散裂中子源、反应堆中子源和同步辐射光源等，常常用到强磁场样品环境设备。强磁场样品环境下能够观测物质对外部磁场的响应、以及物性随磁场的变化，因而可以发现许多新的现象。为了提供很强的磁场，常用到超导磁体。目前超导磁体最大能够提供20多特斯拉的恒稳磁场，常用的超导磁体也能提供10特斯拉左右的磁场。一般情况下，如果超导磁体在设计制造时不考虑磁性屏蔽措施，其周围杂散场也相应比较高。由于这种样品环境设备需要安装到大型科学平台的谱仪的样品台上进行实验，因此样品台及周围操作台的材料也必须加以细致考虑，以防止受到超导磁体杂散场诱导而产生较强的磁性，这种磁性又反过来作用于超导磁体线圈，从而对超导磁体本身形成威胁甚至破坏。

样品台以及操作台作为结构性承载支架，需要具有较大的机械强度。钢材自然是样品台以及操作台很重要的材料选项之一，因为它既具有较强的机械强度又具有较好的加工性能。但是大多数钢材具有一定的易磁化性能，因此对超导磁体形成潜在的威胁。有一种特种316不锈钢，它的结构为奥氏体，是无磁性的。但是，缺点是它的造价特别昂贵，是普通钢铁的十几倍。而且，在焊接加工后在焊缝周围有可能产生奥氏体向马氏体转变而变成易磁化。

除此之外，还可以考虑为超导磁体设计磁屏蔽。增加了磁屏蔽的超导磁体杂散场可以做到非常小，但是一般的样品台留给样品环境设备的安装空间非常有限，屏蔽结构将占用超导磁体本身的空间，从而限制超导磁体设计强磁场的上限。因此，这条途径只在磁场强度不是要求非常高的时候适用，而希望发挥超导磁体的最大潜能，一般不考虑外部磁场屏蔽的设计。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的磁性器件的设计方法及其应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种磁性器件的设计方法，包括以下步骤，

(1)将磁性器件分为至少两部分；

(2)分别对各部分进行磁化，各部分磁化的方向以拼接后相邻两部分能够形成闭合磁路为准；

(3)将磁化后的各部分组装成一个完整的磁性器件。

其中，将磁性器件分为至少两部分，可以是磁性器件本身由多部分组成，本申请将其人为分成至少两部分；也可以是将一个一体化的完整的磁性器件切割成至少两部分，或者在铸造时，直接制成一套至少两部分组成的形状互补的磁性器件。总的来说，就是将磁性器件分成不同的部分进行磁化，然后再组装成一个完整的磁性器件。

可以理解，本申请对各部分进行磁化的目的是为了使各部分组装成一个磁性器件后，能够形成闭合磁路；因此，各部分的磁化方向可以根据具体情况而定，例如，如图1所示，磁性器件被分割成左右两部分，两部分按照上下方向进行磁化，则左部分的上部为N极、下部为S极，右部分的上部为S极、下部为N极，两部分组合后则形成一个从左部分起由下至上的顺时针的闭合磁路。如果同样是分割成左右两部分，但是，两部分按照左右方向进行磁化，如图4所示，则左部分的左边为S极、右边为N极，同样的，右部分的左边为S极、右边为N极，两部分组合后则在端部形成闭合磁路，即图4所示的两端的虚线。