[发明专利]一种永磁型四极磁铁及其组装方法

说明书

本发明提出了一种永磁型四极磁铁及其组装方法，永磁型四极磁铁包括具有容纳腔的金属骨架、位于其容纳腔内且采用海尔贝克阵列形式排布的多个磁块、多个顶丝；各磁块的顶部分别通过多个顶丝与金属骨架内侧固定并向金属骨架中心挤压，使得相邻两磁块侧面紧密贴合且各磁块底部依次首尾相接围合形成一圆形空腔。本发明还公开了各磁块在金属骨架中的排布方式以提高成品率。本发明在组装上述永磁型四极磁铁时，使用一辅助工装完成，将各磁块固定到位后取出该辅助工装，然后进行磁中心测量，根据测量结果对四极磁铁骨架外圆进行机械处理，直至磁中心偏心量满足设计要求。

技术领域

本发明涉及粒子加速器中的四极磁铁技术领域，特别涉及一种永磁型四极磁铁及其组装方法。

背景技术

四极磁铁是带电粒子束的聚焦元件。永磁型四极磁铁具有结构紧凑、无需供电供水、磁场稳定的优点，有助于使加速器达到更高的加速效率，除了加速器之外，也适合应用于其它需要小型化、高稳定性磁场的束流聚焦系统中。

美国学者海尔贝克设计了一种永磁型四极磁铁结构，在该设计中，不同磁化方向的磁块紧密排列，但实际磁块之间有很大斥力，难以组装。为了克服组装困难问题，通常采用有内芯金属支撑的结构，但是内芯金属容易发生缓慢变形，四极磁铁形成的磁场也会随之变化，长期稳定性较差；并且内芯金属的存在减小了可供使用的束流孔径，容易使束流传输效率下降。另一方面，实际磁块具有磁场强度和磁化方向误差，采用如何的排布策略能够有效控制磁场总误差，是研制这种永磁型四极磁铁所要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出了一种永磁型四极磁铁及其组装方法。本发明是一种无内芯的永磁型四极磁铁，其磁场稳定性好、束流传输效率高。本发明中各磁块的排布方式能够在保证磁场精度的条件下放松对单个磁块的磁场精度要求，从而减少磁块误差对组装后总磁场的影响，提高磁场品质。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种永磁型四极磁铁，其特征在于，包括具有容纳腔的金属骨架、位于该金属骨架容纳腔内且采用海尔贝克阵列形式排布的多个磁块、以及多个顶丝；各磁块的顶部分别通过多个所述顶丝与金属骨架内侧固定并向金属骨架中心挤压，使得相邻两磁块侧面紧密贴合且各磁块底部依次首尾相接围合形成一圆形空腔，所有磁块所形成的四极磁场分布于该空腔区域中。

进一步地，各磁块在所述金属骨架中按照以下原则排布：

1)组装于所述金属骨架内的所有磁块的磁场强度尽可能相近；

2)将磁块的设计磁化方向与实际磁化方向的角度差作为磁块的磁化偏角，且将磁块的设计磁化方向指向实际磁化方向为顺时针的定义为正磁化偏角、将磁块的设计磁化方向指向实际磁化方向为逆时针的定义为负磁化偏角，组装于所述金属骨架内的各磁块以磁化偏角同为正磁化偏角、负磁化偏角或者正负磁化偏角交替出现的形式布设。

本发明还提出上述永磁型四极磁铁的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将所有磁块置于180℃环境中烘烤12小时，以使剩磁稳定；

2)分别测量各磁块的磁场，筛除磁场强度、磁化偏角超过允许范围的磁块；

3)根据上述测量结果选择磁场强度相近的磁块并对磁化偏角进行排序，使得各磁块的磁化偏角以同为正磁化偏角、负磁化偏角或者正负磁化偏角交替出现的形式布设；

4)将按照步骤3)排布的所有磁块使用辅助工装装配至金属容纳腔内；所述辅助工装包括一体成型的底座和支撑柱，以及包覆在所述支撑柱外侧的支撑筒，该支撑筒的尺寸与所有磁块底部围合形成的圆形空腔的尺寸相匹配，且支撑柱与支撑筒之间的摩擦力小于支撑筒与各磁块之间的摩擦力；具体包括：

4-1)将金属骨架放置在底座上，其中支撑柱和支撑筒均位于金属骨架的容纳腔内；