专利名称：永磁磁体和包括该磁体的mri用磁体装置及其制造方法
技术领域：
本发明是关于一种永磁磁体和包括该磁体的MRI用磁体装置，以及该永磁磁体和MRI用磁体装置的制造方法。
背景技术：
MRI(磁共振成像仪)是二十世纪八十年代开始进入实用阶段的医疗影像诊断设备，是当今发现和诊断早期癌症及其他多种疾病的最先进的临床影像诊断设备之一。MRI的工作原理是将人体置于特殊设计的磁场中，然后用射频磁场脉冲激发人体内的氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量；在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被人体外的接收器收录，经电子计算机处理获得图像。
MRI中的主要部件是用于产生空间磁场的磁体装置。为了得到清晰真实的图像，对患者进行准确诊断，MRI要求其中的磁体装置能够产生均匀分布、具有足够场强的工作区磁场。
MRI按照功能和图像质量通常可分为高场型(工作区场强为3特斯拉以上)、中场型(工作区场强为1±0.5特斯拉)和低场型(工作区场强为0.4特斯拉及以下)。工作区场强越高，信号的信噪比就越高，就能获得更清晰，包含更丰富信息的图像。因此，与低场型MRI相比，高场型和中场型MRI具有很大的优势。
目前，MRI用磁体装置中经常使用的磁体有超导磁体和永磁磁体。超导磁体产生的磁场较强，但是其制造成本非常昂贵，且结构复杂，所以使用超导磁体的MRI不仅售价高、运行费用和维护费用也高。使用永磁磁体的MRI没有这些缺点，但工作磁场必须提高，以使其总体性能向超导MRI靠近。
图1是现有技术中的使用永磁磁体的MRI用磁体装置的示意图，图2a至图2d则示出了图1中使用的永磁磁体的外部形状。
如图1所示，现有的使用永磁磁体的MRI用磁体装置包括磁轭1、上永磁磁体2、下永磁磁体3、上极靴4和下极靴5，其中上永磁磁体2和下永磁磁体3分别连接在磁轭1的上下两端且上下对置，上极靴4和下极靴5分别设置在上永磁磁体2和下永磁磁体3的端面上，在上极靴4和下极靴5之间具有气隙6。图1中，上永磁磁体2(或者下永磁磁体3)中的箭头表示该磁体的磁化方向，气隙6中的箭头表示产生的工作区磁场方向。
如图2a至图2d所示，在现有的MRI用磁体装置中，永磁磁体2是由磁化方向相同的永磁材料构成的一体型柱体形状，例如圆柱形、中空圆柱形、多边棱柱形、中空多边棱柱形，永磁材料的磁化方向与柱体的轴线平行，如各个永磁磁体2中的箭头所示。
上述图1中所示的MRI用磁体装置为开放式C-形结构。除此之外，现有技术中还有其它结构的MRI用磁体装置，例如四柱式结构、两柱式结构等。上述MRI用磁体装置可以参考IEEE TRANSACTIONS OF APPLIEDSUPERCONDUCTIVITY，VOL.14，NO.2，JUNE 2004，或者由M.T.Vlaardingerbroek和J.A.den Boer编写的第二版的MAGNETIC RESONANCEIMAGING第一章第1.3.1节的内容。
在现有技术中，MRI用磁体装置的工作区场强只有0.4特斯拉及以下，所以这种MRI都是低场型，中场型和高场型的MRI一般都要使用超导磁体。因此，虽然永磁磁体MRI价格便宜、开放性好，使用永磁磁体的MRI结构也相对简单，但是由永磁磁体产生的磁场的场强偏低，如果要产生较大的工作区磁场强度，则需要使用超量的永磁磁材，使永磁磁体及包括该永磁磁体的MRI非常笨重。例如，如果要达到工作区场强为1±0.5特斯拉的中场型MRI的标准，需要6～12吨重量的永磁磁体。因此，现有技术中，尚没有使用永磁磁体的中场型MRI。由于现有的使用永磁磁体的MRI的工作区场强较低，因此，信号的信噪比低，不能运行高速脉冲序列，因此与超导MRI相比，图像清晰度不够，获取的信息种类和含量也少。
另外，用于MRI的永磁磁体以及磁体装置已经在多篇专利文献中记载。例如CN 1116311A公开了一种用于磁共振成像设备中的磁场发生装置；CN2404130Y公开了一种用于磁共振成像系统的磁体装置；CN 2430698Y公开了一种无堵漏磁极的C型磁共振成像永磁磁体；CN 1371000A公开了一种全开放磁共振成像仪；CN 1400473A公开了一种磁共振成像系统用永久磁体装置；CN 2542225Y公开了一种两立柱开放式C型永磁型磁共振磁体；CN1491613A公开了一种用于磁共振成像的磁场产生装置的磁性件的装配方法；CN 1588582A公开了一种薄片形磁场全开放磁共振成像仪主磁体。
然而，与图1所示的MRI一样，上述文献公开的永磁磁体或包括永磁磁体的磁成像仪也存在工作区场强比较低的缺点，工作区场强只有0.4特斯拉及以下，不能应用于中场型MRI或者不属于中场型MRI。因此，在保持开放度不变、磁材用量和磁体主要尺寸和总重量不变的前提下，如何提高永磁磁体的磁场强度，得到具有更高工作区场强的永磁MRI磁体成为本领域一个难题。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种能产生较强工作区场强的永磁磁体。
本发明的第二个目的是提供一种具有较强工作区场强的包括该永磁磁体的MRI用磁体装置。
本发明的第三个目的是提供一种永磁磁体的制造方法。
本发明的第四个目的是提供一种使用永磁磁体的MRI用磁体装置的形成方法。
根据本发明的第一个方面，本发明提供的永磁磁体包括由永磁材料构成的柱体，其中，所述柱体沿径向分为磁芯和磁套，磁芯和磁套同轴，并且磁芯套装在磁套中；所述磁芯的磁化方向为轴向，所述磁套的磁化方向为顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化。
根据本发明的第二个方面，本发明提供的使用永磁磁体的MRI用磁体装置，包括磁轭、上永磁磁体和下永磁磁体、以及上极靴和下极靴，其中上永磁磁体包括由永磁材料构成的柱体，其中，所述柱体沿径向分为磁芯和磁套，磁芯和磁套同轴，并且磁芯套装在磁套中；所述磁套的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化，并且磁套上端的磁化方向为轴向，下端的磁化方向为径向向内；下永磁磁体包括由永磁材料构成的柱体，其中，所述柱体沿径向分为磁芯和磁套，磁芯和磁套同轴，并且磁芯套装在磁套中；所述磁套的磁化方向为顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化，并且磁套上端的磁化方向为径向向外，下端的磁化方向为轴向。
根据本发明的第三个方面，本发明提供一种永磁磁体的制造方法，该方法包括形成磁化方向为轴向的磁芯；形成磁套；以及将磁芯紧密套装在该磁套中，使所述磁套的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化。
根据本发明的第四个方面，本发明提供一种使用永磁磁体的MRI用磁体装置的形成方法，该磁体装置包括磁轭、上永磁磁体和下永磁磁体、以及上极靴和下极靴，其中所述上永磁磁体的形成方法包括形成磁化方向为轴向向下的磁芯，形成磁套，以及将磁芯紧密套装在该磁套中，使所述磁套的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化，磁套上端的磁化方向为轴向向下，下端的磁化方向为径向向内；以及所述下永磁磁体的形成方法包括形成磁化方向为轴向向下的磁芯，形成磁套，以及将磁芯紧密套装在该磁套中，使所述磁套的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化，磁套上端的磁化方向为径向向外，下端的磁化方向为轴向向下。
所述上极靴沿径向分为极芯和极套，极芯和极套共轴，且极芯紧密套装在极套内；极套的磁化方向径向向内；所述下极靴沿径向分为极芯和极套，极芯和极套共轴，且极芯套装在极套内；极套的磁化方向径向向外。
因此，通过本发明的上述技术方案，本发明的永磁磁体与现有的永磁磁体相比，在具有基本相同的大小和形状的情况下能提供更高的场强，最大限度地利用永磁磁体的潜能，因此，使永磁磁体提供的工作区场强达到0.5～0.6特斯拉以上，能够将永磁磁体应用到中场型MRI中。
图1是现有技术中使用永磁磁体的MRI用磁体装置的示意图；图2a至图2d是显示图1中使用的永磁磁体的外部形状；图3a至图3d是显示本发明的永磁磁体的外部形状；图3e至图3l是显示本发明的永磁磁体的剖面示意图，其中示出了永磁磁体的磁化方向；图4a至图4d是显示本发明第一实施方式的永磁磁体的外部形状；图4e是显示本发明第一实施方式的永磁磁体的剖面示意图，其中示出了磁化方向；图5a至图5d是显示本发明第二实施方式的永磁磁体的外部形状；图5e是显示本发明第二实施方式的永磁磁体中一串磁瓣的示意图，其中示出了磁化方向；图6是本发明MRI用磁体装置的示意图，其中使用了本发明的永磁磁体；图7a和图7b是图6中所用极靴的一种实施方式的示意图；图8是图6中所用极靴的另一种实施方式的示意图。
附图标记说明1 磁轭2 上永磁磁体3 下永磁磁体4 上极靴5 下极靴6 气隙21、31 磁芯22、32 磁套210、310 通孔221、321 磁层222、322 磁瓣41、51 极芯42、52 极套420、520 磁瓣具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的原理及示例性实施方式。
根据本发明的第一个方面，如图3a至图3l所示，本发明提供了一种永磁磁体，该永磁磁体包括由永磁材料构成的柱体，其中，所述柱体沿径向分为磁芯21和磁套22，磁芯21和磁套22同轴，并且磁芯21套装在磁套22中；所述磁芯21的磁化方向为轴向，所述磁套22的磁化方向为顺着柱体的轴向从一端与磁芯21的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯21的磁化方向垂直的方向为步进式变化。
图3e至图31分别显示了本发明永磁磁体中磁芯21和磁套22磁化方向的多种布置形式，其中虚线箭头表示磁芯21的磁化方向，实线箭头表示磁套22的磁化方向。
在图3e至图3h中，磁芯21的磁化方向与磁套22一端的磁化方向相同。如图所示，磁芯21的磁化方向为轴向向下，磁套22一端的磁化方向同为轴向向下，另一端的磁化方向为径向。磁套22的磁化方向从一端的轴向向下到另一端的径向之间呈现出步进式变化。
在图3g至图3h中，磁芯21的磁化方向与磁套22一端的磁化方向相反。如图所示，磁芯21的磁化方向为轴向向下，磁套22一端的磁化方向同为轴向向上，另一端的磁化方向为径向。磁套22的磁化方向从一端的轴向向上到另一端的径向之间呈现出步进式变化。
如图3e至图3l所示，磁芯21的磁化方向与磁套22的磁化方向之间还可以具有多种布置方式。
如图3e所示，磁芯21的磁化方向为轴向向下，其中Z表示磁芯的轴线。磁套22上端的磁化方向为轴向向下，下端的磁化方向为径向向外。磁套22的磁化方向从上端到下端为步进式改变。即，磁套上端的磁化方向为轴向向下，然后从磁套上端向下一点的磁化方向为稍微向外，再向下一点的磁化方向更加向外，最后到达磁套下端时，磁化方向完全改变为径向向外。磁套22的磁化方向从上端的轴向向下到下端的径向向外之间为步进式改变，即逐渐过渡。
如图3f所示，永磁磁体与图3e中的永磁磁体基本相同，不同之处仅在于磁套22下端的磁化方向为径向向内，即磁套22的磁化方向从上端的轴向向下逐渐改变为下端的径向向内。
如图3g所示，永磁磁体与图3e中的永磁磁体基本相同，不同之处仅在于磁套22上端的磁化反向为径向向外，而下端的磁化方向则为轴向向下，即磁套22的磁化方向从上端的径向向外逐渐改变为下端的轴向向下。
如图3h所示，永磁磁体与图3g中的永磁磁体基本相同，不同之处仅在于磁套22上端的磁化方向为径向向内，即磁套22的磁化方向从上端的径向向内逐渐改变为下端的轴向向下。
图3i至图3l所示的永磁磁体与图3e至图3h所示的永磁磁体基本相同，不同之处仅在于磁套22一端为轴向的磁化方向与磁芯21的轴向的磁化方向相反。即，如果磁芯21的磁化方向为轴向向下，则磁套22一端为轴向的磁化方向则为轴向向上。
本发明所述磁芯21和磁套22的形状没有特别限定，磁芯21可以是规则形状也可以是不规则形状，如圆柱体、中空圆柱体、多边棱柱体、等边多边棱柱体、中空多边棱柱体、中空等边多边棱柱体、椭圆柱体或者横截面为不规则形状的其他柱体。磁套22可以是规则形状也可以是不规则形状，如圆柱套筒、多边棱柱套筒、等边多边棱柱套筒、椭圆柱套筒或横截面形状不规则的其它柱体套筒。图3a至图3d示例性地给出了本发明的几种永磁磁体的外形。
如图3a所示，磁芯21形成为圆柱体，磁套22形成为圆筒体，磁芯21套装在磁套22中。为了清楚的显示，在图中示出了磁芯21与磁套22之间的间隙，但在实际产品中，磁芯21一般是非常紧密地套装在磁套22中。
如图3b所示，永磁磁体与图3a中的永磁磁体不同之处仅在于磁芯21形成为中空圆柱体，即磁芯21的中心形成有轴向贯通的通孔210。
如图3c所示，磁芯21形成为多边棱柱体，磁套22也形成为多边棱柱套筒，磁芯21很贴切地套装在磁套22中。
如图3d所示，永磁磁体与图3c中的永磁磁体不同之处仅在于磁芯21中心形成有轴向贯通的通孔210。
如图3c和3d所示，所述多边棱柱体和/或多边棱柱套筒可以是等边的多边棱柱体和/或等边的多边棱柱套筒。
另外，磁芯21的外柱面和磁套22的外柱面可以具有相同的形状(如图3a至图3d所示)，也可以具有不同的形状(图中未示出)，例如磁芯21为圆柱体，磁套22的内柱面为圆柱形，但外柱面可以为多边棱柱形或者椭圆形，等等。本领域技术人员可以根据需要组合使用现有的任意柱体形状的磁芯和磁套。
根据本发明，磁芯21和磁套22可以使用相同或者不同的永磁材料制造。永磁材料可以选用现有的任何永磁材料，例如烧结钕铁硼、粘接稀土永磁、稀土钴、恒磁铁氧体等。
为了优化永磁磁体的性能，所述磁芯和磁套的尺寸最好能满足下面的条件，例如所述磁芯的直径与高度的比值可以为1至5，优选为3.4至4；所述磁套的厚度可以为10％至80％，优选为50％至55％；所述磁套的厚度与高度的比值为0.05至2，优选为1.5至1.7。
根据本发明的一种优选实施方式，磁套22可以在轴向上包括多个磁层221，如图4a至图4d所示。通过这种结构，可以非常方便地实现磁套22上端的轴向磁化方向逐渐改变为磁套22下端的径向磁化方向，即实现磁套22的磁化方向的步进式改变，并且通过将各磁层选为不同厚度(包括某些层厚度为零，以及使用不同磁材，控制步进的步长。
如图所示，每个磁层221形成为环形套，即磁层221是由垂直于磁芯21轴线的一系列假象的平面切割而成。磁套22中的各个磁层221之间可以具有相同的大小，也可以具有不同的大小，即各个磁层221彼此之间的高度可以相等，也可以不同。某些情况下某些磁层的厚度可以取为零。
本发明对于磁套22中的磁层221的大小、数量以及材料没有特别要求。例如，每个磁层的高度可以为磁套高度的0％～30％，优选地为10％至20％；磁层的数量可以为1至10，优选为5至6；每个磁层的材料可以彼此相同也可以彼此不同，可以选自烧结钕铁硼、粘结稀土永磁、稀土钴、恒磁铁氧体等。
图4e示意性地示出了本发明的一种永磁磁体的剖面图，其中虚线箭头表示磁芯21的磁化方向，实线箭头表示各个磁层221的磁化方向。
如图4e所示，各个磁层221具有各自的磁化方向，从最上端的磁层到最下端的磁层，磁化方向为步进式改变。因此，通过将具有不同磁化方向的磁层221按顺序上下叠置在一起，就可以方便地实现磁套22从上端的磁化方向到下端的磁化方向的步进式改变。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述磁套22的各个磁层221还可以在周向上包括多个磁瓣222，如图5a至图5d所示，从而进一步方便实现磁套22上端的轴向磁化方向逐渐改变为磁套22下端的径向磁化方向，即实现磁套22的磁化方向的步进式改变。
如图所示，所述各个磁瓣222是由经过磁芯21轴线的一系列平面切割而成。每个磁层221中的磁瓣222可以具有相同的大小，也可以具有不同的大小，并且所有磁层221中的所有磁瓣222也可以具有相同的大小或者不同的大小。
本发明对于磁瓣222的大小、数量以及材料没有特别要求。例如，每个磁层的磁瓣数量可以为16至64，优选为16至32；每个磁层的磁瓣之间在轴向上可以对齐排列也可以不对齐排列；各个磁瓣的材料可以彼此相同也可以彼此不同。
图5e示意性地示出了磁套22中的一列纵向磁瓣222，其中Z表示永磁磁体的轴线，虚线箭头表示磁芯的磁化方向，实线箭头表示磁瓣222的磁化方向。每个磁瓣222具有各自唯一的磁化方向。将各个磁瓣按顺序上下叠置在一起，可以很方便地实现一列磁瓣的磁化方向相对于磁芯的磁化方向的步进式改变，从而很方便地实现磁套22相对于磁芯21的磁化方向的步进式改变。
根据本发明的第二个方面，如图6所示，本发明提供了一种MRI用磁体装置，该磁体装置包括磁轭1、上永磁磁体2、下永磁磁体3、上极靴4和下极靴5，其中上永磁磁体2包括由永磁材料构成的柱体，其中，所述柱体沿径向分为磁芯21和磁套22，磁芯21和磁套22同轴，并且磁芯21紧密套装在磁套22中；所述磁芯21的磁化方向为轴向向下，所述磁套22的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯21的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯21的磁化方向垂直的方向为步进式变化，磁套22上端的磁化方向为轴向向下，下端的磁化方向为径向向内；下永磁磁体3包括由永磁材料构成的柱体，其中，所述柱体沿径向分为磁芯31和磁套32，磁芯31和磁套32同轴，并且磁芯31紧密套装在磁套32中；所述磁芯31的磁化方向为轴向向下，所述磁套32的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯31的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯31的磁化方向垂直的方向为步进式变化，磁套32上端的磁化方向为径向向外，下端的磁化方向为轴向向下。
图6所示的MRI用磁体装置是本发明提供的MRI用磁体装置的一种实施方式，该装置是在图1所示的磁体装置的基础上的改进，改进之处在于利用了本发明上述的永磁磁体。
另外需要说明的是，图1所示的仅仅是现有技术中的一种比较常用的MRI用磁体装置的结构，因此本发明并不限于图6中所示的这种特定的结构，而可以采用现有技术中的其他任意合适的结构，如本发明背景技术部分所述的各个参考文献中所述的结构。
下面根据图6所示的这种特定结构对本发明的MRI用磁体装置进行详细说明。
在MRI用磁体装置中，磁轭1的作用是作为磁极磁通的通路以及作为整个磁体的骨架。
磁轭1为本领域技术人员所公知，例如，磁轭1的材料可以是碳钢或工程纯铁，其结构可以是C型，也可以是现有技术中的其他形状；可以是一体型结构，以可以是装配型结构，还可以具有其他一些辅助构件，例如轭板等。
上永磁磁体2和下永磁磁体3可以分别使用本发明第一方面所述的永磁磁体。
再次回到图1和图2a至图2d，在现有的MRI用磁体装置中，由于上永磁磁体2和下永磁磁体3的磁化方向平行于其轴线方向，所以由上永磁磁体2和下永磁磁体3产生的磁通量只有一部分经过气隙6，而另一部分磁通量将会绕过气隙6，例如从磁体周向表面逸出，因此作为工作区的气隙6中所得到的场强一般不会超过0.4特斯拉。
因此，本发明为了提高气隙6中的场强，对使用的永磁磁体的结构进行了上述改进，并将上述的永磁磁体应用到该磁体装置中，从而能够在气隙6中得到0.5～0.6特斯拉以上的场强。其原理在于，在本发明上述的永磁磁体中，通过磁套的磁化方向可以有效抑止磁芯产生的磁通量逃逸，从而能有效增加工作区场强，即气隙6中的场强。
上极靴4和下极靴5可以是现有的各种上极靴和下极靴，其材料和结构为本领域技术人员所公知。一般来说，所述上极靴包括裙边和异形的面向气隙的表面，下极靴也包括裙边和异形的面向气隙的表面。上极靴4和下极靴5的材料可以选自碳钢、工程纯铁以及它们和硅钢片、铁基纳米晶的某种组合。
按照本发明的一种优选实施方式，如图7a和图7b所示，本发明提供的MRI用磁体装置中，所述上极靴4沿径向分为极芯41和极套42，极芯41和极套42共轴，且极芯41套装在极套42内；极套42的磁化方向径向向内。即，该极套42的磁化方向与上永磁磁体2的最下磁层222的磁化方向一致。所述下极靴5沿径向分为极芯51和极套52，极芯51和极套52共轴，且极芯51套装在极套52内；极套52的磁化方向径向向外。即，该极套52的磁化方向与下永磁磁体3的最上磁层322的磁化方向一致。
所述极芯可以选自碳钢、工程纯铁以及它们和硅钢片、铁基纳米晶的某种组合，所述极套的材料选择范围可以与磁套相同。
采用本发明的极靴，由于极靴中的极套能有效抑制磁芯21产生的磁通量逃逸，从而能有效增加工作区场强，即气隙6中的场强。
如图8所示，优选情况下，所述极套在周向由多个磁瓣420构成，各个磁瓣420在大小、数量、材料等方面类似于上述永磁磁体中连接极套的磁层22中的磁瓣221，可以彼此上下对应。
上极靴4和下极靴5的作用是极芯可以均化其身后永磁柱体中各局部的磁性能的偏差，极芯的裙边可以使工作区磁场大致均匀。极靴4、5的形状一般为带裙边的圆板形。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种永磁磁体的制造方法，该方法包括形成磁化方向为轴向的磁芯21；形成磁套22；以及将磁芯21紧密套装在该磁套22中，使所述磁套的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化。
磁芯21可以商购得到，也可以使用永磁材料制造而得到，例如对永磁材料进行光切割或线切割，然后拼接、胶合等制成所需形状的磁芯21。
磁瓣222依其所在磁套中位置的不同而各有其自己的特殊的磁化方向。磁瓣的制造方法通常可以有两种一种是向磁材厂订货的时候，即将磁瓣毛坯的易磁化方向塑就，然后分类通过切削、线切割、胶合形成所需磁瓣；一种是向磁材厂订得同一磁化规格的坯料，然后经切削、拼块、线切割、套裁、胶合而得到所需要各种规格的磁瓣。
磁芯先由小块胶合成形，然后各磁瓣分层对号入座，嵌入规定位置，所有小磁块和磁瓣的喂进均由力学上足够刚劲的非磁性机械臂在手动或气动的情况下来完成，从而可以实现磁芯与磁套的接合。
根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种MRI用磁体装置的制造方法，该磁体装置包括磁轭1、上永磁磁体2和下永磁磁体3、上极靴4和下极靴5，其中所述上永磁磁体2的形成方法包括形成磁化方向为轴向向下的磁芯21，形成磁套22，以及将磁芯21紧密套装在该磁套22中，使所述磁套的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化，磁套22上端的磁化方向为轴向向下，下端的磁化方向为径向向内；以及所述下永磁磁体3的形成方法包括形成磁化方向为轴向向下的磁芯31，形成磁套32，以及将磁芯31紧密套装在该磁套32中，使所述磁套的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化，磁套32上端的磁化方向为径向向外，下端的磁化方向为轴向向下。
上永磁磁体和下永磁磁体的制造方法可以根据本发明第三个方面的永磁磁体的制造方法加以实现。(可以参照永磁磁体的制造方法进行说明)上极靴和下极靴在周向上可以包括极芯和极套，极芯的制造方法一般是将构成极套的磁瓣用机械臂喂进到位，然后固定。极套的制造方法一般是用数控机床加工设备制成。
极套可以在周向上包括多个磁瓣，这些磁瓣的制造方法可以与上述永磁磁体中的磁瓣的制造方法可以相同。
磁体装置的各个部件之间的连接关系及连接手段可以采用现有技术，在此不再赘述。
下面通过实施例和对比例来进一步说明本发明的优点。
实施例步骤1使用烧结钕铁硼材料制造磁化方向为轴向向下的圆柱形磁芯，该磁芯的高度为25cm，直径为80cm；步骤2使用烧结钕铁硼材料制造5批每批8个的相同磁瓣，每个磁瓣的高度为5cm，磁瓣的径向厚度为20cm。其中，使第1批磁瓣的磁化方向同为轴向向下，第2批磁瓣的磁化方向相对于轴向向内倾斜25度，第3批磁瓣的磁化方向相对于轴向向内倾斜50度，第4批磁瓣的磁化方向相对于轴向向内倾斜75度，第5批磁瓣的磁化方向相对于轴向向内倾斜90度，即径向向内；步骤3将每一批的8个磁瓣在周向上使用机械臂喂送到位，连成一圈而构成一个磁层，然后将由磁瓣构成的5个磁层按照磁化方向从轴向向下一直到径向向内的逐渐改变的顺序从上向下套装在磁芯上，从而形成第一永磁磁体；步骤4使用烧结钕铁硼材料制造磁化方向为轴向向下的圆柱形磁芯，该磁芯的高度为25cm，直径为80cm；步骤5使用烧结钕铁硼材料制造5批每批8个的相同磁瓣，每个磁瓣的高度为5cm，磁瓣的径向厚度为20cm。其中使第1批磁瓣的磁化方向同为轴向向下，第2批磁瓣的磁化方向相对于轴向向外倾斜25度，第3批磁瓣的磁化方向相对于轴向向外倾斜50度，第4批磁瓣的磁化方向相对于轴向向外倾斜75度，第5批磁瓣的磁化方向相对于轴向向外倾斜90度，即径向向外；步骤6将每一批的8个磁瓣在周向上使用机械臂喂送到位，连成一圈而构成一个磁层，然后将由磁瓣构成的5个磁层按照磁化方向从径向向外一直到轴向向下的逐渐改变的顺序从上向下套装在磁芯上，从而形成第二永磁磁体；步骤7使用工程纯铁制造磁化方向为轴向向下的圆柱形极芯，该极芯的高度为10cm，直径为80cm；步骤8使用烧结钕铁硼材料制造磁化方向为径向向内的8个相同磁瓣，该磁瓣的高度为10cm，径向长度为20cm；步骤9将制造出来的上述8个磁瓣使用机械臂喂送到位构成周向的一个极套，然后将步骤1制造的极芯套装在该极套内，从而形成第一极靴；步骤10使用工程纯铁制造磁化方向为轴向向下的圆柱形极芯，该极芯的高度为10cm，直径为80cm；步骤11使用烧结钕铁硼材料制造磁化方向为径向向外的8个相同磁瓣，该磁瓣的高度为10cm，径向长度为80cm；步骤12将制造出来的上述8个磁瓣使用机械臂喂送到位构成周向的一个极套，然后将步骤1制造的极芯套装在该极套内，从而形成第二极靴；步骤13将第一极靴和第二极靴分别安装到第一和第二永磁磁体的相对两个端面上，然后检测气隙中的场强，得到的场强大小为0.5特斯拉。
比较例在使用现有的单一圆柱体(材料为烧结钕铁硼，高度为25cm，直径为120cm)的永磁磁体的MRI用磁体装置中，使用现有的单一圆板状极靴(材料为工程纯铁，高度为10cm，直径为120cm)，将该极靴分别安装到比较例1中的上下永磁磁体的相对端面上，检测气隙中的场强，得到的场强大小为0.37特斯拉。
因此，从上述数据中可以看出，使用本发明的结构，由于漏磁得到全面抑制，永磁材料的磁效能得到充分发挥，所以与现有构成技术的磁体相比，可以在维持磁体开放度不变，磁材总重大体不变，磁体总重和外形尺寸基本不变的情况下，将磁体工作场强大幅提升。
权利要求
1.一种永磁磁体，该磁体包括由永磁材料构成的柱体，其中，所述柱体沿径向分为磁芯和磁套，磁芯和磁套同轴，并且磁芯紧密套装在磁套中；所述磁芯的磁化方向为柱体的轴向，所述磁套的磁化方向为顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向步进式变化。
2.如权利要求1所述的永磁磁体，其中，所述磁芯的形状为圆柱形、中空圆柱形、多边棱柱形、中空多边棱柱形中的任意一种。
3.如权利要求1所述的永磁磁体，其中，所述磁芯的直径与高度的比值为1至5。
4.如权利要求1所述的永磁磁体，其中，所述磁套的厚度为所述磁芯半径的10％至80％。
5.如权利要求1所述的永磁磁体，其中，所述磁套的厚度与高度的比值为0.05至2。
6.如权利要求1所述的永磁磁体，其中，所述磁套在轴向上包括多个磁层。
7.如权利要求6所述的永磁磁体，其中，所述磁套的每个磁层在周向上包括多个磁瓣。
8.一种MRI用磁体装置，包括磁轭、上永磁磁体、下永磁磁体、上极靴和下极靴，其中，上永磁磁体和下永磁磁体分别包括由永磁材料构成的柱体，其中，所述柱体沿径向分为磁芯和磁套，磁芯和磁套同轴，并且磁芯紧密套装在磁套中；所述磁芯的磁化方向为柱体的轴向，所述磁套的磁化方向为顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向步进式变化，并且，上永磁磁体的磁芯的磁化方向为轴向向下，磁套上端的磁化方向为轴向向下，下端的磁化方向为径向向内；下永磁磁体的磁芯的磁化方向为轴向向下，磁套上端的磁化方向为径向向外，下端的磁化方向为轴向向下。
9.如权利要求8所述的磁体装置，其中，所述磁套在轴向上包括多个磁层。
10.如权利要求9所述的磁体装置，其中，所述磁套的每个磁层在周向上包括多个磁瓣。
11.如权利要求8所述的磁体装置，其中所述上极靴沿径向分为极芯和极套，极芯和极套共轴，且极芯紧密套装在极套内；极套的磁化方向径向向内；所述下极靴沿径向分为极芯和极套，极芯和极套共轴，且极芯套装在极套内；极套的磁化方向径向向外。
12.如权利要求11所述的磁体装置，其中，所述极套在周向上包括多个磁瓣。
13.一种永磁磁体的制造方法，该方法包括形成磁化方向为轴向的磁芯；形成磁套；以及将磁芯紧密套装在该磁套中，使磁套的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述磁套在轴向上包括多个磁层。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述磁套的每个磁层在周向上包括多个磁瓣。
16.一种MRI用磁体装置的制造方法，该方法包括将上永磁磁体和下永磁磁体分别安装到磁轭的上下两端，以及将上极靴和下极靴分别安装到上永磁磁体和下永磁磁体的相对端面上，其中，上永磁磁体和下永磁磁体分别包括由永磁材料构成的柱体，其中，所述柱体沿径向分为磁芯和磁套，磁芯和磁套同轴，并且磁芯紧密套装在磁套中；所述磁芯的磁化方向为柱体的轴向，所述磁套的磁化方向为顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向步进式变化，并且，上永磁磁体的磁芯的磁化方向为轴向向下，磁套上端的磁化方向为轴向向下，下端的磁化方向为径向向内；下永磁磁体的磁芯的磁化方向为轴向向下，磁套上端的磁化方向为径向向外，下端的磁化方向为轴向向下。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述磁套在轴向上包括多个磁层。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述磁套的每个磁层在周向上包括多个磁瓣。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述上极靴沿径向分为极芯和极套，极芯和极套共轴，且极芯紧密套装在极套内；极套的磁化方向径向向内；所述下极靴沿径向分为极芯和极套，极芯和极套共轴，且极芯套装在极套内；极套的磁化方向径向向外。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述极套在周向上包括多个磁瓣。
全文摘要
本发明提供一种永磁磁体，包括由永磁材料构成的柱体，其中，所述柱体沿径向分为磁芯和磁套，磁芯和磁套同轴，并且磁芯套装在磁套中；所述磁芯的磁化方向为轴向，所述磁套的磁化方向顺着柱体的轴向从一端与磁芯的磁化方向平行的方向到另一端与磁芯的磁化方向垂直的方向为步进式变化。另外，本发明还提供了使用该磁体的MRI用磁体装置以及上述永磁磁体和磁体装置的形成方法。通过该永磁磁体，能够使得MRI用磁体装置产生的工作区场强达到0.5～0.6特斯拉以上。
文档编号G01R33/38GK1877757SQ20061005729
公开日2006年12月13日 申请日期2006年3月9日 优先权日2005年6月10日
发明者夏平畴 申请人:北京泰杰燕园医学工程技术有限公司