[其他]永磁多极磁体

说明书

本发明属于永磁多极磁体。此类多极磁体可用于永磁电机，加速器、带电粒子输运系统，核磁共振断层成象装置，磁耦合器及其他使用永磁多极磁体的地方。

目前制造的永磁多极磁体有两类。一类是混合型，即用永磁材料代替一般电磁铁的励磁绕组，提供磁势。磁场分布形式靠软铁磁极来保证。这种磁体的缺点是永磁材料利用得不够有效。

另一种为渐变磁化方向型。它不使用软铁材料。磁场分布形式靠沿着磁体方位角调变永磁材料的磁化方向来保证。图1是它的工作原理图。图1中（1）是永磁块，图中箭头表示当地的磁化方向。（后面的几张图里，箭头也表示磁化方向，（1）指永磁块，以后就不再重复了）用经典电磁学能精确计算任意分布形式的永磁体所形成的磁场。可以证明，在图1中，如果在方位角θ′处的永磁材料的磁化方向和该点径向之间的夹角为Nθ′〔图1中N＝1〕在理想的二维情况下，可形成2N极磁场。实际建造这种磁体时要将磁体环分成若干块，各块的截面形状可为扇形、梯形、矩形或圆形等。各永磁块的磁化方向随它的中心线所处的方位角而调变。图2是分成16块梯形截面的永磁体示意图。图3是采用圆柱形永磁块的四级永磁体示意图。图3中（1）是永磁块，（2）是结构框架，用非磁材料制成。在此情况下，形成的磁场以2N极为主，还有一些寄生谐波，其大小视磁体选用的参数而定。渐变磁化方向型能充分利用永磁材料的效能，但有两个主要缺点。

一是永磁材料取向性很强，从取向性强的原材料中，切取不同磁化方向的永磁块，工艺复杂，原材料利用率低，角度误差也比较大。

二是由于有些永磁块的磁化方向是切线方向，不宜加软铁屏蔽罩。而软铁屏蔽罩既能提高磁场强度，又能屏蔽邻近铁磁体的干扰。

日本专利“特开昭59-139842”提出了用径向磁化永磁块制造电动机永磁体的设计。其设计只提出“磁极的内缘、外缘或内外缘同时呈缓和的山坡状”。

本发明提出两种永磁多极磁体设计，给出磁极形状及所形成的磁场分布公式。这两种磁体都只采用径向（离心和向心）磁化的永磁块，因而磁场制造工艺简单，能充分利用原材料，降低造价。并可使用软铁屏蔽，以提高磁场强度，节省永磁材料，并屏蔽邻近的铁磁体的干扰。

从原理上讲，本发明并不一定采用径向磁化的永磁块，也可以采用与径向成某一固定夹角β的永磁块。只要按本发明提出的设计，均能形成2N极磁场。并且由于所有永磁块磁化方向相同，都有加工简单，能充分利用原材料的优点。不过，只有采用径向磁化永磁块时，才能使用软铁屏蔽。

一种永磁多极磁体，等分成2N等份，相邻等份的磁化方向交替为离心和向心。磁体径向厚度沿方位角θ′按一定规律调变。为此目的，永磁体外缘曲线是R₀＝R+｜AsinNθ′｜，而内缘曲线是R₁＝R₀-｜AsinNθ′｜。图4是一个N＝1的这种磁体的原理图，图中（1）是永磁块，（2）是软铁屏蔽罩。式中θ′是方位角，A为常数，依赖于休求的磁场强度。R₀由要求的孔径决定。理想的二维情况下，可以产生2N极磁场。只保留到（A/R₀）²项时，磁体的内部区域磁势的表达式为：ψ（r.θ）＝-4n｜AM｜rNsinNθ·F（R₀，A，N）。式中r，θ是观察点坐标，F（R₀，A，N）是R₀O，A，N的函数，M是永磁材料的磁化强度。上式所表示的是纯2N极磁场的磁势。实现上述方案时，磁体的内外缘不一定是光滑曲线，磁体也要分成若干块。每块的磁化方向是中心线处的径向方向（或与径向成β角）。各块厚度不同，使内外缘是接近理想曲线的阶跃形折线，各磁块可以是扇形、梯形或矩形。这样，除要求的2N极磁场外，也会有寄生谐波。应该合适地选择参数，降低它们的幅值，也可设法补偿。这一情形，和渐变磁化方向型相似。