一种轴向调整均匀场的永磁体

技术领域

本发明属于永磁体领域，尤其涉及用于核磁共振的永磁体技术领域，是一种轴向调整均匀场的永磁体。

背景技术

专利CN 103860178A公开了一种用于核磁共振成像仪的永磁体，其内部含有涡流盘，能更好的消除或减小涡流，具有高度信噪比，成像更清晰。文献“QiaoyanChen,GuangcaiZhang, Yajie Xu,et al.Design and simulation of a multilayer Halbachmagnet for NMR.2015, 45(3):134-141.”公开了一种对两端磁环包含的所有磁块进行高度增加，将中心磁环包含的所有磁块进行高度减小来弥补端部效应的方法。

存在的问题是，专利CN 103860178A所述的永磁体虽能有效地消除或减小涡流，并增大了信噪比，但整体重量太大，不能体现便携式的优点，且场强不高；文献所述的调整均匀场方法，方法便捷有效，但却将两端磁环包含的所有磁块进行高度增加，增加了永磁体的体积，增加仪器造价。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种轴向调整均匀场的永磁体，用于便携式核磁共振。

本发明解决技术问题采用的方案是：一种轴向调整均匀场的永磁体，其特征是：它包括基底板和磁环，所述基底板为环形，N+1层所述基底板与N层所述磁环由下至上交替叠加设置，第一层基底板作为底板位于所述磁环的最下面，第N+1层基底板作为盖板位于所述磁环的最上面，N+1层基底板由下至上依次固连，从而将N层磁环堆栈构成具有内部空腔的柱式永磁体，柱式永磁体的内部空腔内是均匀磁场，所述N>2。

进一步的，所述每一层磁环均由M块磁块环形阵列构成，所述M＝2

进一步的，M块所述磁块横截面形状相同、高度不同，磁块横截面形状为扇形、梯形、楔形、弯月形或者规则多边形。

进一步的，所述磁块的磁化方向角随磁块本身的旋转而规律变化，磁化方向角β为磁体旋转角θ的两倍；即第i个所述磁块的磁体旋转角θ

进一步的，M块所述磁块的磁场强度相同，选用永磁材料钕铁硼、铁氧体和铝镍钴的一种或其组合。

进一步的，所述磁块镶嵌在基底板内、且通过强力胶粘连固连。

进一步的，所述N+1层基底板由下至上依次固连的固连方式为用螺栓和螺母固定。

本发明原理如下：磁块的磁化方向角β按照磁体旋转角θ的两倍变化，即第i个所述磁块的磁体旋转角θ

B

其中：B

这里需要说明：实际情况中由于目前无法做到磁块的磁化方向角β按照磁体旋转角θ的两倍变化，即第i个所述磁块的磁体旋转角θ

在实际情况中，为了实验要求而必须保证永磁体具有优异的均匀性，所以永磁体的磁环高度需要设定的较高。但是只有永磁体内腔空间的中间区域才能满足实验要求，而设定过大的永磁体高度会浪费永磁体的上下端区域。

因此，为了补偿因磁体高度过低而引起的端部效应所导致的均匀性衰减问题，对柱式永磁体分析如下：从永磁体的两端磁环开始轴向调整至中心磁环，即对各层磁环的M个磁块高度进行轴向调整并分析均匀性变化情况，微调磁块高度，再进行环形阵列形成磁环。这样即没有设定过大的永磁体高度而浪费永磁体的上下端区域，也解决了因磁体高度过低而引起的端部效应所导致的均匀性衰减问题。

本发明的有益效果是：其提供的轴向调整均匀场的永磁体，在柱式永磁体结构的基础上，调整构成单层磁环的M个磁块的高度大小，对中心区域场强分布进行匀场，有效弥补了传统磁体由于高度有限而导致的端部效应。而且，该结构只需微调部分磁块的高度，能更少的使用磁性材料，降低永磁体结构重量及造价，防止出现补偿过度现象。因此，本发明提供永磁体能够在微型化仪器中产生高磁场强度和高度均匀性的磁场。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的磁环磁化方向角旋转示意图；

图3是本发明的磁环局部示意图；

图4是图1中磁环的结构示意图；

图5是本发明实施例的磁场中心区域当X＝0时YZ平面内磁感应强度B

图6是本发明实施例的磁场中心区域当Z＝0时XY平面内磁感应强度B

图中：101螺母，201螺栓，301第十层基底板，310第一层基底板，401磁块，402 磁块，403磁块，404磁块，405磁块，406磁块，407磁块，408磁块，409 磁块，410磁块，411磁块，412磁块，413磁块，414磁块，415磁块，416磁块， L1第九层磁环，L2第八层磁环，L3第七层磁环，L4第六层磁环，L5第五层磁环，L6 第四层磁环，L7第三层磁环，L8第二层磁环，L9第一层磁环。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，作为对照例，本实施例设定各层磁环的磁块原始高度为10mm，磁场强度B

参见图1～5，实施例2，如图1所示，本实施例一种轴向调整均匀场的永磁体，它包括基底板和磁环，所述基底板为环形，所述磁环层数N＝9，十层所述基底板与九层所述磁环由下至上交替叠加设置，第一层基底板310作为底板位于所述第一层磁环L9的最下面，第十层 301基底板作为盖板位于所述第九层磁环L1的最上面，十层基底板由下至上依次通过螺栓201 和螺母101固连，从而将九层磁环堆栈构成具有内部空腔的柱式永磁体，柱式永磁体的内部空腔内是均匀磁场。

所述每一层磁环均由M＝16块横截面形状相同、高度不同的梯形磁块环形阵列构成，磁块镶嵌在基底板的单向凹槽内、且通过强力胶粘连固连。M＝16块所述磁块的磁场强度相同，选用永磁材料钕铁硼、铁氧体或铝镍钴。

如图2所示，是本发明的磁环磁化方向角旋转示意图，由M＝16块横截面形状相同、高度不同的梯形磁块环形阵列构成，磁块的充磁方向是关于中轴线对称，故每次同时轴向调整相同磁化方向的磁块高度，按磁块的相同磁化方向划分共有八对磁块。实际情况中磁环中心磁场B

其中：B

如图3所示，是本发明的磁环局部示意图，所述磁块的磁化方向角β随磁块本身的旋转而规律变化，磁化方向角β为磁体旋转角θ的两倍；即第i个所述磁块的磁体旋转角θ

如图4所示，是图1中永磁体的结构示意图，是由九层磁环组成的，本实施例2提出逐对轴向调整相同磁化方向的磁块高度，逐层优化磁环的设计思想。每层磁环都包括16块磁块即磁块401,磁块402…,磁块415,磁块416，而磁块的充磁方向是关于中轴线对称，故每次同时轴向调整相同磁化方向的磁块高度，按磁块的相同磁化方向划分共有八对磁块，即磁块 401和磁块409、磁块402和磁块416、磁块403和磁块415、磁块404和磁块414、磁块405和磁块413、磁块406和磁块412、磁块407和磁块411、磁块408和磁块410。为更好地体现轴向调整磁块高度对中心磁场的影响，本实施例2定义一个品质因子Q，见式(3)：

Q＝(1-ppm

其中：ppm

式中，分子代表轴向调整n对磁块高度后磁场均匀度提升效果，分母代表同时轴向调整的磁块对数。显然，此时品质因子值越大，则说明轴向调整磁块高度后单位磁块对均匀度提升效果越好。

本实施例通过轴向调整各层磁环的磁块的高度获得均匀场，其轴向调整方法是：

1)轴向调整磁块高度之前，各层磁环的磁块原始高度为10mm，磁场强度B

2)首先进行预调整，将第九层磁环L1中具有相同磁化方向的八对磁块高度分对进行调整，每一对磁块的设定高度由6mm调整至14mm，间隔为1mm，共得到九个高度值，每对磁块相对九个高度值得到九个品质因子Q；

3)分别在每对磁块得到的九个品质因子Q中选取最好的品质因子Q，说明轴向调整磁块高度后单位磁块对均匀度的提升效果，记录为八对品质因子Q

4)对步骤3)获得的八对品质因子Q

5)再选取步骤3)获得的八对品质因子Q

6)再分别选取步骤3)获得的八对品质因子Q

7)选取Q

8)按照步骤1)～7)依次轴向调整各层磁环的磁块的高度，即可获得轴向调整后的各层磁环的每一块磁块的高度。

本实施例按照其轴向调整方法调整各层磁环的磁块的高度获得均匀场，结果如下：

1第九层磁环L1、第八层磁环L2、第二层磁环L8、第一层磁环L9中皆有8块磁块高度提升至14mm，且其余磁块高度不变为10mm。

2第七层磁环L3、第三层磁环L7中皆有8块磁块高度提升至14mm，2块磁块高度降低至9.8mm，且其余磁块高度不变为10mm。

3第六层磁环L4、第四层磁环L6中皆有2块磁块高度提升至10.5mm，2块磁块高度降低至9.8mm，且其余磁块高度不变为10mm。

4第五层磁环L5中有8块磁块高度降低至9.8mm，且其余磁块高度不变为10mm。

本实施例2在对第九层磁环L1和第一层磁环L9中的磁块401、磁块404、磁块405、磁块406、磁块409、磁块412、磁块413、磁块414以及第八层磁环L2和第二层磁环L8中的磁块401、磁块404、磁块405、磁块407、磁块409、磁块412、磁块413、磁块415的磁块高度提升至14mm，且其余磁块高度不变后，永磁体均匀度为4197ppm，再对第七层磁环L3 和第三层磁环L7中磁块401、磁块403、磁块405、磁块407、磁块409、磁块411、磁块413、磁块415的磁块高度提升至14mm，对磁块404、磁块412的磁块高度降低至9.8mm，且其余磁块高度不变后，永磁体均匀度为989ppm。

实施例2与实施例1两者相比，相对于实施例1的第九层磁环L1、第八层磁环L2、第七层磁环L3、第三层磁环L7、第二层磁环L8、第一层磁环L9中所有磁块高度皆提升的方法，均匀度提升了31.5％；本实施例使均匀度提升了88.5％，且比对第九层磁环L1、第八层磁环L2、第七层磁环L3、第三层磁环L7、第二层磁环L8、第一层磁环L9中所有磁块高度皆提升的方法少用材料50.2％。

本实施例2磁环层数N＝9，每层磁环的磁块个数M＝16，结构尺寸为Φ142×240mm，结构内部中空，中间孔径为Φ60mm。与磁块高度轴向调整之前相比，磁性材料多用了0.8％，但磁场强度提升了8％，均匀度提升了95％。

如图5-6所示分别是本实施例2的磁场中心区域当X＝0时YZ平面内磁感应强度B

本实施例采用现有技术制造。

本发明不局限于本具体实施方式，对于本领域技术人员来说，不经过创造性劳动的简单复制和改进均属于本发明权利要求所保护的范围。