專利名稱：一種強化徑向磁場的永磁體裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種永磁體系統(tǒng)，具體涉及一種強化徑向磁場的永磁體裝置。二、背景技術制冷技術在國民經濟的許多領域都得到應用，如低溫工程、石油化工、高能物理、航空航天和醫(yī)療器械等。目前的制冷方法主要有氣體膨脹產生的冷效應制冷，相變(如融化、液化、升華和磁相變)的吸熱效應制冷和半導體的溫差電效應制冷。其中以基于壓縮氣體膨脹技術而實現(xiàn)制冷最為普遍，但在制冷過程中使用的氟利昂極大破壞大氣臭氧層。近十年來發(fā)展起來的磁致冷技術是基于磁性材料的磁熱效應，即磁工質磁化時向外界排除熱量，退磁時從外界吸收熱量，從而達到制冷目的。由于材料的磁化和退磁不會引起溫室效應，所以磁致冷技術被稱為綠色環(huán)保制冷技術。另外，與傳統(tǒng)氣體制冷技術比較，磁致冷具 有低噪聲、效率高、耗能低、無污染、安全可靠和易于小型化等特點。開發(fā)高性能磁致冷材料和研制高效磁致冷機已成為各國科研工作者和工業(yè)界競爭開展的熱點工作。由于磁制冷機的冷熱循環(huán)過程依靠磁工質反復進出磁場來完成，因此磁體設計是磁制冷設備的關鍵所在。為使磁工質進出磁場時產生的溫度差顯著，要求磁體的高磁場區(qū)能夠產生足夠強的磁場，而磁體的低磁場區(qū)的磁場強度盡量為零。目前普遍采用的強磁體設計主要基于以下兩方面” C”型磁體和Halbach磁環(huán)。由于” C”型磁體不完全封閉，磁工質在其中旋轉時會產生單邊拉力而造成轉輪振動，從而損壞軸承，所以這種磁體設計并不理想。比較而言，具有對稱結構的Halbach封閉磁環(huán)既可提供高低磁場均勻分布，又可克服單邊磁拉力，是一種可行的磁制冷機用永磁體結構。丹麥科技大學的研究人員實用新型的雙筒四極型Halbach磁環(huán)中，低磁場幾乎為O特斯拉，場區(qū)角度分布為40度；高磁場為I特斯拉，場區(qū)角度分布僅有10度[I]。磁場區(qū)集中范圍小，尤其是強場區(qū)的狹窄，在很大程度上限制了磁工質在磁場空隙中的旋轉速度，最終降低磁制冷機運轉效率。另外，為擴大高磁場的角度分布范圍，研究者在外磁環(huán)中增加了軟鐵的設計，使得磁體的加工難度異常增大[2]。磁工質，如鐵基合金LaFeSi磁化時發(fā)生約I. 5%的體積膨脹，退磁后體積收縮，多次磁化退磁后，極易斷裂。設計一個高低切換的交變磁場對于考察磁工質的機械穩(wěn)定性也是至關重要的。此外，用作高頻制動器的磁控形狀記憶合金，如NiMnGa合金多次磁化退磁后得到機械訓練，其應變值會有大幅度提高。但數(shù)萬次以上的磁化變形會導致其疲勞斷裂。一個有效的磁體訓練裝置對于磁控形狀記憶合金的性能優(yōu)化是十分必要的。三、實用新型內容本實用新型為了解決上述背景技術中的不足之處，提供一種強化徑向磁場的永磁體裝置，其克服以往Halbach磁環(huán)的缺陷，可產生高磁場強度，擴大磁場輻射面積，降低設計難度和制造成本。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案為一種強化徑向磁場的永磁體裝置，其特征在于包括永磁體外環(huán)，所述的外環(huán)內設置有永磁體內芯，所述的永磁體內芯的結構由一塊中心方形永磁鐵及設置于中心方形永磁鐵上下兩邊的兩塊扇形永磁鐵及分布于扇形永磁鐵兩邊的四塊梯形永磁鐵和設置于中心方形永磁鐵左右兩邊的兩塊梯形永磁鐵構成。 所述永磁體內芯位于永磁體外環(huán)的中心位置。所述永磁體外環(huán)由偶數(shù)量永磁塊沿圓周均勻分布拼裝。所述永磁體外環(huán)由用于設置各永磁體單體的外層固定部件以及兩端的安裝部一。所述永磁體內芯包括用于設置各永磁單體安裝部二。永磁體外環(huán)與永磁體內芯之間設置有通孔。外層固定部件為軟磁套筒。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有的優(yōu)點和效果如下本實用新型針對磁致冷工質，提供運轉空間，可用于開發(fā)磁性制冷機，也可用于測試磁工質機械穩(wěn)定性，以及磁工質在磁場環(huán)境下的腐蝕行為研究，本實用新型的磁體裝置還可用以考察磁控形狀記憶合金的機械訓練和疲勞行為。

圖I為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的A — A剖視圖；圖3為本實用新型出磁體橫截面及充磁狀態(tài)圖；五具體實施方式
參見圖I和圖2 :—種強化徑向磁場的永磁體裝置，包括符合Halbach定則的強化磁場的永磁體外環(huán)I和設置于永磁體外環(huán)I內具有約束磁場方向的永磁體內芯2,所述永磁體外環(huán)I由偶數(shù)量永磁塊沿圓周均勻分布拼裝，其充磁方向由Halhach原理確定，可設置雙極或多極磁場方向，所述永磁體內芯2位于外環(huán)磁芯的中心位置，由多塊永磁體和高性能軟磁材料構成，永磁體充磁方向由Halhach原理確定,可根據(jù)外環(huán)相應設置為雙極或多極，所述永磁體外環(huán)I由用于安裝各永磁體單體的外層固定部件3以及兩端的安裝部一4，所述永磁體內芯2包括用于設置各永磁單體安裝部二 5,所述永磁體外環(huán)I與永磁體內芯2之間設置有通孔6。永磁體外環(huán)加內芯永磁體與導磁軟鐵復合的雙層結構，層間為空氣隙，用以提供磁致冷工質的運轉空間。通過變換外環(huán)永磁體充磁方向,可設置整體結構為雙極或多極。永磁體外環(huán)I由若干偶數(shù)量瓦狀永磁塊沿圓周方向均勻分布拼裝組成，充磁方向由Halbach旋轉定理確定。磁環(huán)外周緊貼一個軟磁套筒,用以固定外磁環(huán),且具有聚合磁力線的作用。永磁體內芯2由一塊中心方形永磁體、兩塊扇形永磁體、四塊梯形永磁體和兩塊扇形導磁性能良好的金屬軟鐵材料構成，俯視圖上呈近橢圓結構對稱分布。內芯中所有永磁體充磁方向與近橢圓結構的長軸方向保持一致。以兩極結構為例，圖3示出磁體橫截面及充磁狀態(tài)。外環(huán)為16塊永磁瓦狀體沿圓周分布組成。四分之一圓周上，上下端磁體的充磁方向與圓周切線垂直，方向朝下；左右兩側磁體的充磁方向與圓周切線平行，方向朝上；中間夾的三塊磁瓦充磁方向與圓周切線的角度分別為67. 5 ，45 和22. 5 。內芯中兩側梯形部件為軟磁軛鐵，其余部件為永磁體。上述兩極結構磁體的磁力分布狀態(tài)示于圖3。磁工質運轉的空氣隙中，高磁場為I. 2特斯拉，磁場輻射區(qū)域達22. 5 ;低磁場為O特斯拉，磁場輻射區(qū)域達157. 5 。且磁場強度分布均勻。與以往的旋轉磁制冷機用磁體比較，本實用新型提供均勻高強磁場的面積大，可安排多個熱交換系統(tǒng)，在高速下旋轉磁工質也可獲得足夠的換熱時間，由此極大提高制冷效率。此外，本實用新型的磁體結構為開放式系統(tǒng)，換熱流體可以直接通入高強磁場中的熱交換單元中。以下結合磁制冷機工作過程和圖3具體說明本實用新型磁體的功能。磁工質以內永磁體為軸心，在內外磁體間的空氣隙中作圓周運動。當磁工質旋轉到內芯扇形永磁體位置時，進入高磁場區(qū)，磁工質被磁化，放出熱量導致磁工質溫度升高，在退出高磁場區(qū)之前，通過冷卻介質帶走增加的熱量，磁工質溫度降低，隨即迅速注入冷卻介質為制冷循環(huán)做準備。該過程由磁工質轉速和高磁場區(qū)域面積共同決定。磁工質退出高磁場后，隨即旋轉到由2塊梯形永磁體和I塊梯形軟磁體拼接產生的低磁場區(qū)域,在退磁過程中磁工質吸收熱 量導致溫度降低，預先注入的冷卻介質與磁工質進行二次熱交換。冷卻介質溫度降低，這個換熱時間由磁工質轉速和低磁場區(qū)域面積決定。磁工質如此反復進出高低磁場，不斷進行熱交換，達到連續(xù)制冷的效果。按照圖3所示的幾何比例，采用NdFeB_N53型號永磁體材料，導磁軟磁用純鐵。設計永磁體高度為100mm,永磁體外環(huán)外徑220mm,內徑180mm,空氣隙最窄處為Ilmm,高磁場強度為I. 2T，低磁場接近OT。
權利要求1.一種強化徑向磁場的永磁體裝置，其特征在于包括永磁體外環(huán)(1)，所述的永磁體外環(huán)(I)內設置有永磁體內芯(2)，所述的永磁體內芯(2)的結構由一塊中心方形永磁鐵及設置于中心方形永磁鐵上下兩邊的兩塊扇形永磁鐵及分布于扇形永磁鐵兩邊的四塊梯形永磁鐵和設置于中心方形永磁鐵左右兩邊的兩塊梯形永磁鐵構成。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種強化徑向磁場的永磁體裝置，其特征在于所述永磁體內芯(2)位于永磁體外環(huán)(I)的中心位置。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的一種強化徑向磁場的永磁體裝置，其特征在于所述永磁體外環(huán)(I)由偶數(shù)量永磁塊沿圓周均勻分布拼裝。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種強化徑向磁場的永磁體裝置，其特征在于所述永磁體外環(huán)(I)由用于設置各永磁體單體的外層固定部件(3)以及兩端的安裝部一(4)。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種強化徑向磁場的永磁體裝置，其特征在于所述永磁體內芯(2 )包括用于設置各永磁單體安裝部二( 5 )。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種強化徑向磁場的永磁體裝置,其特征在于永磁體外環(huán)(I)與永磁體內芯(2 )之間設置有通孔(6 )。
7.根據(jù)權利要求4所述的一種強化徑向磁場的永磁體裝置，其特征在于外層固定部件(3)為軟磁套筒。
專利摘要本實用新型涉及一種永磁體系統(tǒng)，具體涉及一種強化徑向磁場的永磁體裝置。一種強化徑向磁場的永磁體裝置，包括符合Halbach定則的永磁體外環(huán)，所述的外環(huán)內設置有永磁體內芯，所述的永磁體內芯的結構包括一塊中心方形永磁鐵及設置于中心方形永磁鐵上下兩邊的兩塊扇形永磁鐵及分布于扇形永磁鐵兩邊的四塊梯形永磁鐵和設置于中心方形永磁鐵左右兩邊的兩塊梯形永磁鐵構成。本實用新型針對磁致冷工質，提供運轉空間，可用于開發(fā)磁性制冷機，也可用于測試磁工質機械穩(wěn)定性，以及磁工質在磁場環(huán)境下的腐蝕行為研究，本實用新型的磁體裝置也可用以考察磁控形狀記憶合金的機械訓練和疲勞行為。
文檔編號H01F41/02GK202615958SQ20122019700
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權日2012年5月4日
發(fā)明者夏明許, 劉劍 申請人:西安市嘉聞材料技術有限公司