一种永磁螺管磁体

摘要

一种永磁螺管磁体，其几何结构具有轴对称性，由2n+3个磁环(1)、n>2，导磁性的外壳(2)和圆柱形的磁场空间(3)组成。在圆柱形空间产生具有轴对称性的磁场，且在磁场空间(3)的轴向中间区域主要产生轴向磁场。2n+3个磁环(1)沿轴向依次叠加，2n+3个磁环(1)的内部圆柱空间为磁场空间(3)，外壳(2)同轴置于2n+3个磁环(1)的外周。本发明的主磁路由中间2n+1个磁环(1)组成，利用磁环分解后的轴向磁场与径向磁场相互迭加使磁场空间(3)的磁场强度大幅度提升；主磁路两端采用与第n+2号磁环磁矩相反的端磁环，同时在2n+3个磁环(1)的外周安装导磁性的外壳(2)，降低了磁体外周的漏磁。

权利要求

1.一种永磁螺管磁体，其特征在于：所述永磁螺管磁体的几何结构具有轴对称性，由2n+3个磁环(1)、导磁性的外壳(2)和圆柱形的磁场空间(3)组成；所述永磁螺管磁体在圆柱形空间产生具有轴对称性的磁场，且在磁场空间(3)的轴向中间区域主要产生轴向磁场；2n+3个磁环(1)沿轴向依次叠加，2n+3个磁环(1)的内部圆柱空间为磁场空间(3)，外壳(2)同轴置于2n+3个磁环(1)的外周，n>2；

每个磁环的几何结构和磁化方向具有轴对称性；第2号磁环到第2n+2号磁环组成主磁路，磁化方向从第2号磁环到第2n+2号磁环按逆时针变化，从任一轴截面看，相邻磁环的磁化方向相差360°/2n；端磁环即第1号磁环和第2n+3号磁环，和中磁环即第n+2号磁环的磁化方向均为轴向，且端磁环和中磁环的磁化方向相反；第2号磁环和第2n+2号磁环的磁化方向均为径向、且磁化方向相反；

端磁环、第2号磁环和第2n+2号磁环的轴向长度为其余磁环轴向长度的1/2。

说明书

一种永磁螺管磁体

技术领域

[0001] 本发明涉及一种永磁磁体。

背景技术

[0002] 等离子体广泛应用在空间、材料、微电子、环境与能源等领域。螺旋波放电等离子体是一种具有高离化率的高密度等离子体，在等离子体加工，如薄膜沉积、刻蚀，材料表面处理，聚变等离子体、空间等离子体以及基础等离子体研究等领域得到广泛的重视。螺旋波是一种在有限直径、轴向磁化的圆柱形等离子体中传播的具有哨声波模式的波，螺旋波等离子装置通常采用一个或多个电磁线圈用于提供轴向外加磁场。电磁线圈不仅需要庞大的直流电源，而且焦耳热损失很大，需要配备外围冷却设施。这就使得电磁线圈成本高、能耗大、体积(重量)大、对于在外形尺寸、重量以及操控性有严格要求的场合并不适用。随着永磁材料性能的提高，工业化生产的蓬勃发展，人们越来越多地采用永磁材料来产生各种空间分布的磁场。中国专利CN1862718B提出了一种管形对极永磁磁体，产生极性沿圆周方向不变的强磁场；中国专利CN1866700B提出了一种圆筒型永磁磁系，在圆柱形空间产生正弦波形周期性的径向气隙磁场。上述管形或圆筒型永磁磁体采用多个具有轴对称性磁矩的永磁磁环串联，利用磁环分解后的轴向磁场与径向磁场的相互迭加使得磁环内部或外部的圆柱空间的磁场强度大幅度提升，从而有效地减小了磁体体积和重量、提升了永磁材料利用率。然而，上述磁路结构的非有效磁场空间，仍存在漏磁，特别是在轴向两端部、漏磁较大，这不但降低了有效磁场空间的磁场强度和磁场均匀度，而且会对周围的电磁设备产生干扰和影响。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种低漏磁的永磁螺管磁体。

[0004] 本发明由2n+3个磁环和导磁性的外壳组成，n>2；2n+3个磁环沿轴向依次叠加，外壳同轴置于2n+3个磁环的外周，组成中空的圆柱体。圆柱体的内部圆柱空间为磁场空间。每个磁环的几何结构和磁化方向具有轴对称性。第2号磁环到第2n+2号磁环组成主磁路，磁化方向从第2号磁环到第2n+2号磁环按逆时针变化，从任一轴截面看，相邻磁环的磁化方向相差360°/2n。端磁环即第1号和第2n+3号磁环，和中磁环即第n+2号磁环的磁化方向均为轴向，且端磁环和中磁环的磁化方向相反；第2号磁环和第2n+2号磁环的磁化方向均为径向，且磁化方向相反。端磁环、第2号磁环和第2n+2号磁环的轴向长度为其余磁环轴向长度的1/2。端磁环的两端以及其余磁环的外周面为导磁性外壳。

[0005] 本发明主磁路利用磁环分解后的轴向磁场与径向磁场的相互迭加，使得磁环内部圆柱空间的磁场强度大幅度提升，同时大大降低了磁环外周空间的漏磁。端磁块的充磁方向和中磁块相反，且两个端磁块的磁势等于中磁块的磁势，在降低端部漏磁的同时提高了永磁磁体的利用率；磁环外周为导磁性外壳容纳磁环外周的磁力线，进一步将外壳外周5mm处的漏磁降低到100Gs以下。

[0006] 本发明结构简单，重量轻、体积小，外周无漏磁。

附图说明

[0007] 图1是本发明具体实施方式的示意图，图中1为磁环，2为外壳，3为磁场空间，oo’为轴线；箭头表示磁环的磁化方向；

[0008] 图2是本发明实施例轴截面磁通密度矢量分布；

[0009] 图3是发明实施例轴线上的磁场分布；

[0010] 图4本发明实施例距磁体外表面5mm的轴向直线路径上的磁场分布；

[0011] 图5是本发明实施例距磁体外表面5mm的径向直线路径上的磁场分布。

具体实施方式

[0012] 以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

[0013] 图1为本发明的具体实施例。

[0014] 如图1所示，本发明由9个磁环1，即2n+3＝9个磁环1和导磁性的外壳2组成、n＝3；9个磁环沿轴线oo’依次叠加，外壳2同轴置于9个磁环的外周，组成中空的圆柱体。圆柱体的内部空间3为磁场空间。9个磁环1的几何结构和磁化方向具有轴对称性；第2#磁环到第8#磁环组成主磁路，磁化方向从第2#磁环到第8#磁环按逆时针变化。从任一轴截面看，主磁路中相邻磁环的磁化方向相差60°。端磁环即第1#和第9#磁环，和中磁环即第5#磁环的磁化方向均沿轴线oo’的方向，且第1#和第9#磁环的磁化方向沿oo’向下、第5#磁环的磁化方向沿oo’向上；第2#和第8#磁环的磁化方向均为径向，且第2#磁环的磁化方向背离轴线oo’、第8#磁环的磁化方向指向轴线oo’。第1#和第9#磁环、第2号和第8号磁环的轴向长度为其余5个磁环轴向长度的1/2。第1#和第9#磁环轴向两端以及其余7个磁环的外周面为导磁性的外壳2。

[0015] 当永磁材料为钕铁硼，剩磁Br＝1.3T，相对磁导率μr＝1.05，磁环内径70mm、厚35mm，第1#和第9#磁环、第2号和第8号磁环的轴向长度为7.5mm，其余5个磁环轴向长度为
15mm时，整个磁体的外形尺寸Ф155mm*130mm，重14kg。

[0016] 图2为其轴截面上的磁场矢量分布，其中箭头大小代表磁场大小。可以看出，气隙内不但存在轴向磁场，还存在径向磁场。在气隙轴向中间区域，主要为轴向磁场；在轴线oo’上，基本为轴向磁场。轴线上的磁场分布如图3所示，其中横坐标140mm对应磁体轴向中心。可以看出，气隙中心轴向磁场为0.525T。

[0017] 距磁体外表面5mm的典型轴向和径向直线路径上的磁场分布分别如图4和图5所示，其中图4中横坐标70mm对应磁体轴向中心，图5中横坐标0点对应磁气隙中心，即r＝0，r∈[0,35mm]为磁场空间。可以看出，除磁场空间两端部外，磁体外周5mm处漏磁小于100Gs。