一种周期性背景磁场的产生装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种周期性背景磁场的产生装置及方法，包括导线单元两个、永磁单元两个、骨架单元、脉冲电源单元，永磁单元分别紧贴在骨架单元的内壁，中间形成中空区域，脉冲电源单元的正负极分别与两个导线单元相连；本发明专利技术基于永磁体在有剩磁条件下，能长时间稳定保持磁性，不需要额外消耗能量的特点，通过输入脉冲电流即可对永磁单元进行充退磁，周期性重复充退磁过程，使永磁体不断的充磁和失磁，实现对背景磁场开关的控制，即可在背景磁场区域产生周期性的稳定背景磁场，能够解决传统电磁体需持续输入电流产生的电损耗与温升较高的问题，适用于不同场景。

【技术实现步骤摘要】
一种周期性背景磁场的产生装置及方法
本专利技术属于背景磁场产生
，更具体地，涉及一种周期性背景磁场的产生装置及方法。
技术介绍
周期性背景磁场作为一种可调控磁场广泛应用于磁筛选器，磁搅拌器，磁制冷机中，背景磁场的来源可分为自然磁场和人造磁场，其中，自然磁场包括天然磁铁、生物磁场、地磁场以及空间磁场，人造磁场包括人造磁体和电磁场，由于自然磁场存在不可调控性，现有背景磁场的产生均基于人造磁场。人造磁体主要分为合金材料永磁体以及铁氧永磁体，其中稀土合金永磁材料近二十年来得到迅速发展，稀土合金永磁材料是由不同的稀土元素和过度金属(Fe、Co、Ni、Sm等)组成的化合物。其永磁性能高、居里温度高、温度稳定性较好，已广泛应用于民用、军用各个领域，如永磁电机、移动电子设备等。而铁氧永磁体单位体积中相对的储存磁能较低，饱和磁感应强度较低，限制了它在要求较高磁能密度的领域的应用。由于永磁体一直保持磁性，在某些需要临时消去磁场的情况下无法进行相应的调整，例如永磁筒磁选器，其通过永磁体吸引金属杂质(铁丝块屑、铁矿石等)对粮食、面粉等进行筛选，运行一定时间后，需要人工将金属杂质从永磁体上清除下来，整个过程较为复杂，增加了人工成本，可控性差。电磁场主要分为超导磁体以及电磁线圈，其中，超导材料制成的超导磁体在超导态下电阻接近为0，通入电流后超导磁体能够基本无损耗的一直保持在通电状态，原则上可以不需要再追加电能，减小了电能消耗，但是超导磁体必须在液氦温度下工作，实际工业和科研应用上成本较高。而电磁线圈利用电流大小来控制磁场，这样电磁线圈在通电时有磁场，断电后磁场随之消失，相比于永磁体较为可控。但是如果需要长时间保持磁场恒定，则需要一直通入电流，由于线圈材料具有一定的电阻，产生的电损耗与温升在长时间工作下较高，限制了其背景磁场的应用领域。因此，提出一种可调控、装置简单、电损耗与温升较低的周期性背景磁场产生方法是亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种周期性背景磁场的产生装置及方法，旨在解决现有技术在产生可控稳定磁场时需要持续输入电流而导致的电损耗与温升较高的问题。为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种周期性背景磁场的产生装置，包括导线单元、永磁单元、骨架单元、脉冲电源单元；其中，导线单元和永磁单元各两个，永磁单元分别紧贴在骨架单元的内壁，中间形成中空区域，脉冲电源单元的正负极分别与两个导线单元相连；导线单元用于基于脉冲电流来对永磁单元进行充、退磁。永磁单元用于作为背景磁场的磁场源；骨架单元用于固定永磁单元的位置，提高背景磁场强度；脉冲电源单元用于输出电流产生脉冲电流信号来提供永磁单元的充、退磁能量。优选地，导线单元由导线构成，根据右手定则，每个导线单元中的导线数量及分布可以根据实际需要的背景磁场的方向进行调整。优选地，构成导线单元的导线为长导线或者导线线圈。优选地，构成导线单元的导线为长导线时，导线单元分别紧贴在骨架单元的外壁，永磁单元与导线单元截面的中垂线互相垂直。优选地，构成导线单元的导线为导线线圈时，导线单元分别环绕在永磁单元外侧。优选地，永磁单元由永磁体构成，永磁体的形状结构可以根据实际需要的背景磁场的磁场梯度分布进行调整。优选地，永磁单元基于实际所需的磁场大小，可采用剩磁较小的铁氧永磁体、剩磁较高的稀土永磁体或者多种永磁体混合组装的结构产生大小以及分布各不相同的背景磁场。优选地，骨架单元中与导线单元接触的部分采用绝缘材料，骨架单元的其余部分可以采用导磁材料、绝缘材料或者二者结合，根据需要骨架单元可采用不同的材料构成。骨架单元采用导磁材料时可以闭合磁路，提高背景磁场；骨架单元采用绝缘材料时保护磁体，避免导线单元在高压条件下的放电过程发生击穿。优选地，脉冲电源单元输出的脉冲电流为脉冲非振荡电流或者脉冲交流衰减振荡电流；优选地，可以为方波电流、三角波电流等。为实现上述目的，本专利技术另一方面提供了一种周期性背景磁场的产生方法，包括以下步骤：S1、在两个导线单元中分别输入大小相等的脉冲非振荡电流，根据电生磁原理产生外加非振荡磁场，对无磁状态下的永磁单元进行饱和充磁；S2、永磁单元在放电结束后保有剩磁，在背景磁场区域内产生持续的背景磁场；S3、在两个导线单元中分别输入大小相等的脉冲交流衰减振荡电流，产生外加衰减振荡磁场，永磁体剩磁随着衰减振荡磁场峰值的减小而减小，使永磁单元退磁；S4、每间隔一段时间重复步骤S1-S3，得到周期性变化的背景磁场。优选地，两个导线单元在永磁单元上产生的外加磁场的方向相同。优选地，步骤S3中的脉冲交流衰减振荡电流信号的第一个峰值与步骤S1中充磁的脉冲非振荡电流信号的峰值大小相同、方向相反，且振荡周期至少为三个周期。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术提供了一种周期性背景磁场的产生方法，基于永磁体在有剩磁条件下，能长时间稳定保持磁性，不需要额外的能量消耗的特点，仅通过输入脉冲非振荡电流即可对永磁单元进行充磁，并且产生稳定的背景磁场，输入交流衰减振荡电流即可对永磁单元进行退磁进而实现对背景磁场开关的控制，不断重复充退磁过程，使永磁体不断的充磁和失磁，即可在背景磁场区域产生周期性的磁场，本专利技术导线单元通电时间为毫秒量级，能够避免持续输入电流产生的电损耗与温升较高的问题。2、本专利技术所提供的周期性背景磁场的产生方法，通过控制脉冲电流的输入能够在耗能低的情况下实现背景磁场的开与关，能实现低损耗的稳定背景磁场产生，适用于不同场景。3、本专利技术提供了一种周期性背景磁场的产生装置，采用永磁单元作为背景磁场，能长时间稳定保持磁性，不需要额外的能量消耗，耗能较低。通过改变导线单元中导线的位置分布可以对永磁单元实现不同方向的磁化，使得背景磁场中磁场方向可以按需要进行调整；另外通过改变永磁体的形状结构，可以使得背景磁场的磁场梯度分布可以按需要进行调整，整个装置结构简单、控制方便、经济性高、维护成本低。附图说明图1为本专利技术实施例1所提供的一种背景磁场产生装置的三维结构图。图2是本专利技术实施例1所提供的周期性磁场的产生装置的横截面结构图；图3是本专利技术实施例所提供的导线单元通入电流的其中一个时刻的磁场线分布情况；图4是片瓦形结构和方形结构的永磁体在相同剩磁下于背景磁场区域产生的磁场线分布情况；其中，图(a)为片瓦形结构永磁体在剩磁下于背景磁场区域产生的磁场线分布情况，图(b)为方形结构的永磁体在剩磁下于背景磁场区域产生的磁场线分布情况；图5是常用的脉冲非振荡电流信号波形；图6是本专利技术实施例所提供的充磁完成后永磁单元产生的磁场线分布；图7是永磁单元退磁的原理示意图；图8是有剩磁的永磁单元在退磁过程中磁化强度与外加磁场强度变化的关系曲线；图9是本专利技术实施例2所提供的一种背景磁场产生装置的三维结构图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种周期性背景磁场的产生装置，其特征在于，包括导线单元、永磁单元、骨架单元、脉冲电源单元；/n所述导线单元和所述永磁单元各两个，所述永磁单元分别紧贴在所述骨架单元的内壁，中间形成中空区域，所述脉冲电源单元的正负极分别与两个导线单元相连；/n所述导线单元用于基于脉冲电流来对永磁单元进行充、退磁；/n所述永磁单元用于作为背景磁场的磁场源；/n所述骨架单元用于固定所述永磁单元的位置，提高背景磁场强度；/n所述脉冲电源单元用于输出电流产生脉冲电流信号来提供所述永磁单元的充、退磁能量。/n

【技术特征摘要】
1.一种周期性背景磁场的产生装置，其特征在于，包括导线单元、永磁单元、骨架单元、脉冲电源单元；
所述导线单元和所述永磁单元各两个，所述永磁单元分别紧贴在所述骨架单元的内壁，中间形成中空区域，所述脉冲电源单元的正负极分别与两个导线单元相连；
所述导线单元用于基于脉冲电流来对永磁单元进行充、退磁；
所述永磁单元用于作为背景磁场的磁场源；
所述骨架单元用于固定所述永磁单元的位置，提高背景磁场强度；
所述脉冲电源单元用于输出电流产生脉冲电流信号来提供所述永磁单元的充、退磁能量。


2.根据权利要求1所述的周期性背景磁场的产生装置，其特征在于，所述导线单元由导线构成，每个导线单元中的导线数量及分布可以根据实际需要的背景磁场的方向进行调整。


3.根据权利要求2所述的周期性背景磁场的产生装置，其特征在于，构成所述导线单元的导线为长导线或者导线线圈。


4.根据权利要求3所述的周期性背景磁场的产生装置，其特征在于，构成所述导线单元的导线为长导线时，所述导线单元分别紧贴在所述骨架单元的外壁，所述永磁单元与所述导线单元截面的中垂线互相垂直。


5.根据权利要求3所述的周期性背景磁场的产生装置，其特征在于，构成所述导线单元的导线为导线线圈时，所述导线单元分别环绕在所述永磁单元外侧。


6.根据权利要求1所述的周期性背景...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，吕以亮，涂章，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42