[发明专利]一种高均匀度的多层霍尔巴赫磁体的设计方法

权利要求书

1.一种高均匀度的多层Halbach磁体的设计方法，所述多层Halbach磁体的层数为奇数层或者偶数层，各层之间的间隙为零或其他任意大小；

当层数为奇数层时，以位于中间位置的磁环为中心层，中心层两端的磁环关于中心层对称分布；

当层数为偶数层时，以位于中间位置的两层磁环为中心层，中心层两端的磁环关于中心层对称分布；

其中，各磁环的几何尺寸按照以下方法进行优化：

S1：确定设计目标磁体场强B，依据磁体材料的剩磁B_r，通过磁体场强确定磁体中心层外径r_o，确认设计目标磁场区域的半径R_roi；确定目标磁体的磁环数为2×m+1，其中m＝1、2、3、4或其他自然数；

S2：根据式(I)计算中间层磁环在中心磁场强度贡献B_c：

其中，z表示需计算磁场区域的磁体z轴向坐标值，l表示磁环的轴向长度的一半；

S3：根据式(I)计算中心层两侧的单层磁环在中心z轴方向的磁场强度贡献B_ai(z-l-l_top×m,l×p_l,r_o×p_r)；其中，p_l和p_r分别为长度和半径的优化系数；两侧磁环的长度为2×l×p_l，外径为r_o×p_r；

S4：根据式(II)计算中心区域的总场强B_total：

S5：以z＝0原点的磁场强度作为B_co，计算目标磁场区域不均匀度Uniformity：

Uniformity＝(B_total(R_roi)-B_co)/B_co×1e6(ppm)；

S6：以步骤S5中得到的不均匀度Uniformity为约束条件，综合考虑磁体体积消耗，通过比例缩放，得到最终的多层磁体。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其中，以步骤S6中得到的不均匀度Uniformity为约束条件包括：

设置Uniformity的值小于一个特定数值，例如50ppm；进一步优选为10ppm；更优选为5ppm；选择更小的数值得到的优化结构模型结果会更少。

3.一种高均匀度的多层Halbach磁体，其为中空的柱状永磁体，每层磁环沿其圆周方向排列若干磁块；

所述高均匀度的多层Halbach磁体的层数为奇数层或者偶数层，各层之间的间隙为零或其他任意大小；

当层数为奇数层时，以位于中间位置的磁环为中心层，中心层两端的磁环关于中心层对称分布；当层数为偶数层时，以位于中间位置的两层磁环为中心层，中心层两端的磁环关于中心层对称分布；

其中，各层的几何尺寸是按照权利要求1或2中任一项所述的设计方法进行优化得到的。

4.根据权利要求3所述的高均匀度的多层Halbach磁体，其中，所述若干磁块中的每一块的截面呈梯形、扇形、矩形或其他多边形。

5.根据权利要求3所述的高均匀度的多层Halbach磁体，其中，多层Halbach磁体中的每一层磁环中的磁块数为4的整数倍；每层磁环中的磁块数相同或者不同。

6.根据权利要求3所述的高均匀度的多层Halbach磁体，其中，若该磁体的层数为3层，分别为中心层和两外层；

中心层外径与外层外径的最优比例范围为1:1-1.5；

中心层长度与外层长度的最优比例范围为1:0.05-1；

具体最优范围与磁场设计强度及中心层长度有关。