一种几何结构对称的Halbach永磁阵列装置的制作方法

本实用新型属于永磁设备技术领域，具体涉及一种几何结构对称的halbach永磁阵列装置。

背景技术：

20世纪80年代，美国物理学家k.halbach设计了一种新型的永磁体结构，被称为halbach阵列。这种永磁体结构是由多个磁块按一定的规律组合而成的，相邻的磁块具有不同的磁化方向，且能产生较理想的单边磁场。根据组合后的磁体形状，halbach阵列一般分为直线型和圆柱形两大类。其中圆柱形阵列，又可分为多对极和单对极的两种类型。单对极圆柱形halbach阵列因其能在内腔中产生匀强磁场而受到广泛研究。

理想的单对极圆柱形halbach阵列是磁化方向连续变化的，但目前的永磁体制造技术和加工工艺很难构建磁化方向连续变化的磁体。因此，在实际设计与制造中，往往采用若干块截面形状为扇形、圆形、梯形或新月形的磁块来构成圆柱形永磁体，各个磁块的磁化方向近似构成连续的磁化方向。当采用扇形、圆形或新月形磁块时，随着磁块数目的增加，磁块的磁化方向容易出现偏差，这会降低中心磁场的均匀度。而采用梯形磁块时，halbach阵列的在几何结构上又会丧失几何对称性，不可避免的引入几何误差，导致中心磁场均匀度的降低。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型公开了一种几何结构对称的halbach永磁阵列装置，本装置中正n边形磁块的磁化角度容易控制、偏差小，能减小因加工误差导致的磁场均匀度下降，提高了中心磁场的均匀度；且本装置为环形对称结构，只需一圈单层磁块就能取得很好的均匀磁场，就能达到原来多层磁块的磁场均匀度。

本实用新型提供的一种几何结构对称的halbach永磁阵列装置，包括由m个相同的磁块组成的圆柱形磁环，所述m个磁块沿圆周一圈环形阵列布置，从而形成halbach排列磁场分布，每个所述磁块的轴向横截面为正n边形，所述n为大于2的偶数，所述m为所述n的一倍或两倍。

优选地，每个正n边形磁块的磁化方向沿所述正n边形磁块的中心对角线方向或沿所述正n边形磁块的相对平行边的中垂线方向。

优选地，所有正n边形磁块的磁化方向均为n极到s极。

优选地，所有正n边形磁块的磁化方向均为s极到n极。

优选地，相邻正n边形磁块的几何夹角为2π/m，相邻正n边形磁块的磁化夹角为4π/m。

优选地，还包括用于固定所述磁块的骨架。

本实用新型的有益效果为：

本装置中正n边形磁块的磁化角度容易控制、偏差小，能减小因加工误差导致的磁场均匀度下降，提高了中心磁场的均匀度；且本装置为环形对称结构，只需一圈单层磁块就能取得很好的均匀磁场，就能达到原来多层磁块的磁场均匀度。

附图说明

图1a为本实施例中正四边形磁块的磁化方向示意图一；

图1b为本实施例中正四边形磁块的磁化方向示意图二；

图2a为本实施例中正六边形磁块的磁化方向示意图一；

图2b为本实施例中正六边形磁块的磁化方向示意图二；

图3a为本实施例中四个正四边形磁块组成的halbach永磁阵列装置的布置示意图一；

图3b为本实施例中四个正四边形磁块组成的halbach永磁阵列装置的布置示意图二；

图4a为本实施例中八个正四边形磁块组成的halbach永磁阵列装置的布置示意图一；

图4b为本实施例中八个正四边形磁块组成的halbach永磁阵列装置的布置示意图二；

图5a为本实施例中六个正六边形磁块组成的halbach永磁阵列装置的布置示意图一；

图5b为本实施例中六个正六边形磁块组成的halbach永磁阵列装置的布置示意图二。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例：

本实施例提供了一种几何结构对称的halbach永磁阵列装置，包括由m个相同的磁块组成的圆柱形磁环和用于固定所述磁块的骨架，因为磁块之间存在相互排斥力，所以需要将磁块固定在骨架上的；所述m个磁块沿圆周一圈环形阵列布置，从而形成halbach排列磁场分布，每个所述磁块的轴向横截面为正n边形，所述n为大于2的偶数，所述m为所述n的一倍或两倍。

每个正n边形磁块的磁化方向沿所述正n边形磁块的中心对角线方向(如图1a和图2a所示，其中箭头方向表示磁块的磁化方向)或沿所述正n边形磁块的相对平行边的中垂线方向(如图1b和图2b所示，其中箭头方向表示磁块的磁化方向)。

所有正n边形磁块的磁化方向均为n极到s极或者均为s极到n极。每个装置中只有一个正方向，它可以是人为规定的。

相邻正n边形磁块的几何夹角为2π/m，相邻正n边形磁块的磁化夹角为4π/m。

本实施例的永磁体阵列装置具有几何对称性，它能克服halbach阵列因磁化方向变化而导致的几何结构不对称，从而改善中心磁场的均匀性。本装置中的正n边形磁块，使得磁块的充磁方向更容易控制，从而提高了中心磁场的均匀性，同时降低了生产成本和磁体加工的难度；且本装置为环形对称结构，只需一圈单层磁块就能取得很好的均匀磁场，就能达到原来多层磁块的磁场均匀度。

当n＝4，m＝4时，如图3a和图3b所示，四个正四边形磁块组成的halbach永磁阵列装置的布置示意图(其中箭头方向表示磁块的磁化方向)。

当n＝4，m＝8时，如图4a和图4b所示，八个正四边形磁块组成的halbach永磁阵列装置的布置示意图(其中箭头方向表示磁块的磁化方向)。

当n＝6，m＝6时，如图5a和图5b所示，六个正六边形磁块组成的halbach永磁阵列装置的布置示意图(其中箭头方向表示磁块的磁化方向)。

本实施例中，n的值越大，阵列中的磁块数目越多，也越接近理想的圆柱形halbach阵列，此时磁块的磁化方向就可以认为是连续变化的，空腔中的磁场最均匀。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：

1.一种几何结构对称的halbach永磁阵列装置，其特征在于，包括由m个相同的磁块组成的圆柱形磁环，所述m个磁块沿圆周一圈环形阵列布置，从而形成halbach排列磁场分布，每个所述磁块的轴向横截面为正n边形，所述n为大于2的偶数，所述m为所述n的一倍或两倍；

每个正n边形磁块的磁化方向沿所述正n边形磁块的中心对角线方向或沿所述正n边形磁块的相对平行边的中垂线方向。

2.根据权利要求1所述的一种几何结构对称的halbach永磁阵列装置，其特征在于，所有正n边形磁块的磁化方向均为n极到s极。

3.根据权利要求1所述的一种几何结构对称的halbach永磁阵列装置，其特征在于，所有正n边形磁块的磁化方向均为s极到n极。

4.根据权利要求1所述的一种几何结构对称的halbach永磁阵列装置，其特征在于，相邻正n边形磁块的几何夹角为2π/m，相邻正n边形磁块的磁化夹角为4π/m。

5.根据权利要求1所述的一种几何结构对称的halbach永磁阵列装置，其特征在于，还包括用于固定所述磁块的骨架。

技术总结
本实用新型属于永磁设备技术领域，具体涉及一种几何结构对称的Halbach永磁阵列装置，包括由M个相同的磁块组成的圆柱形磁环，所述M个磁块沿圆周一圈环形阵列布置，从而形成Halbach排列磁场分布，每个所述磁块的轴向横截面为正N边形，所述N为大于2的偶数，所述M为所述N的一倍或两倍。本实用新型中正N边形磁块的磁化角度容易控制、偏差小，能减小因加工误差导致的磁场均匀度下降，提高了中心磁场的均匀度；且本装置为环形对称结构，只需一圈单层磁块就能取得很好的均匀磁场，就能达到原来多层磁块的磁场均匀度。

技术研发人员：张善文
受保护的技术使用者：北京拉莫尔科技发展有限公司
技术研发日：2018.01.05
技术公布日：2020.04.28