一种强化径向磁场的永磁体装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种永磁体系统，具体涉及一种强化径向磁场的永磁体装置。一种强化径向磁场的永磁体装置，包括符合Halbach定则的永磁体外环，所述的外环内设置有永磁体内芯，所述的永磁体内芯的结构包括一块中心方形永磁铁及设置于中心方形永磁铁上下两边的两块扇形永磁铁及分布于扇形永磁铁两边的四块梯形永磁铁和设置于中心方形永磁铁左右两边的两块梯形永磁铁构成。本实用新型专利技术针对磁致冷工质，提供运转空间，可用于开发磁性制冷机，也可用于测试磁工质机械稳定性，以及磁工质在磁场环境下的腐蚀行为研究，本实用新型专利技术的磁体装置也可用以考察磁控形状记忆合金的机械训练和疲劳行为。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种永磁体系统，具体涉及一种强化径向磁场的永磁体装置。二、
技术介绍
制冷技术在国民经济的许多领域都得到应用，如低温工程、石油化工、高能物理、航空航天和医疗器械等。目前的制冷方法主要有气体膨胀产生的冷效应制冷，相变(如融化、液化、升华和磁相变)的吸热效应制冷和半导体的温差电效应制冷。其中以基于压缩气体膨胀技术而实现制冷最为普遍，但在制冷过程中使用的氟利昂极大破坏大气臭氧层。近十年来发展起来的磁致冷技术是基于磁性材料的磁热效应，即磁工质磁化时向外界排除热量，退磁时从外界吸收热量，从而达到制冷目的。由于材料的磁化和退磁不会引起温室效应，所以磁致冷技术被称为绿色环保制冷技术。另外，与传统气体制冷技术比较，磁致冷具 有低噪声、效率高、耗能低、无污染、安全可靠和易于小型化等特点。开发高性能磁致冷材料和研制高效磁致冷机已成为各国科研工作者和工业界竞争开展的热点工作。由于磁制冷机的冷热循环过程依靠磁工质反复进出磁场来完成，因此磁体设计是磁制冷设备的关键所在。为使磁工质进出磁场时产生的温度差显著，要求磁体的高磁场区能够产生足够强的磁场，而磁体的低磁场区的磁场强度尽量为零。目前普遍采用的强磁体设计主要基于以下两方面” C”型磁体和Halbach磁环。由于” C”型磁体不完全封闭，磁工质在其中旋转时会产生单边拉力而造成转轮振动，从而损坏轴承，所以这种磁体设计并不理想。比较而言，具有对称结构的Halbach封闭磁环既可提供高低磁场均匀分布，又可克服单边磁拉力，是一种可行的磁制冷机用永磁体结构。丹麦科技大学的研究人员技术的双筒四极型Halbach磁环中，低磁场几乎为O特斯拉，场区角度分布为40度；高磁场为I特斯拉，场区角度分布仅有10度[I]。磁场区集中范围小，尤其是强场区的狭窄，在很大程度上限制了磁工质在磁场空隙中的旋转速度，最终降低磁制冷机运转效率。另外，为扩大高磁场的角度分布范围，研究者在外磁环中增加了软铁的设计，使得磁体的加工难度异常增大[2]。磁工质，如铁基合金LaFeSi磁化时发生约I. 5%的体积膨胀，退磁后体积收缩，多次磁化退磁后，极易断裂。设计一个高低切换的交变磁场对于考察磁工质的机械稳定性也是至关重要的。此外，用作高频制动器的磁控形状记忆合金，如NiMnGa合金多次磁化退磁后得到机械训练，其应变值会有大幅度提高。但数万次以上的磁化变形会导致其疲劳断裂。一个有效的磁体训练装置对于磁控形状记忆合金的性能优化是十分必要的。三、
技术实现思路
本技术为了解决上述
技术介绍
中的不足之处，提供一种强化径向磁场的永磁体装置，其克服以往Halbach磁环的缺陷，可产生高磁场强度，扩大磁场辐射面积，降低设计难度和制造成本。为实现上述目的，本技术采用的技术方案为一种强化径向磁场的永磁体装置，其特征在于包括永磁体外环，所述的外环内设置有永磁体内芯，所述的永磁体内芯的结构由一块中心方形永磁铁及设置于中心方形永磁铁上下两边的两块扇形永磁铁及分布于扇形永磁铁两边的四块梯形永磁铁和设置于中心方形永磁铁左右两边的两块梯形永磁铁构成。 所述永磁体内芯位于永磁体外环的中心位置。所述永磁体外环由偶数量永磁块沿圆周均匀分布拼装。所述永磁体外环由用于设置各永磁体单体的外层固定部件以及两端的安装部一。所述永磁体内芯包括用于设置各永磁单体安装部二。永磁体外环与永磁体内芯之间设置有通孔。外层固定部件为软磁套筒。与现有技术相比，本技术具有的优点和效果如下本技术针对磁致冷工质，提供运转空间，可用于开发磁性制冷机，也可用于测试磁工质机械稳定性，以及磁工质在磁场环境下的腐蚀行为研究，本技术的磁体装置还可用以考察磁控形状记忆合金的机械训练和疲劳行为。附图说明图I为本技术的结构示意图；图2为本技术的A — A剖视图；图3为本技术出磁体横截面及充磁状态图；五具体实施方式参见图I和图2 :—种强化径向磁场的永磁体装置，包括符合Halbach定则的强化磁场的永磁体外环I和设置于永磁体外环I内具有约束磁场方向的永磁体内芯2,所述永磁体外环I由偶数量永磁块沿圆周均匀分布拼装，其充磁方向由Halhach原理确定，可设置双极或多极磁场方向，所述永磁体内芯2位于外环磁芯的中心位置，由多块永磁体和高性能软磁材料构成，永磁体充磁方向由Halhach原理确定,可根据外环相应设置为双极或多极，所述永磁体外环I由用于安装各永磁体单体的外层固定部件3以及两端的安装部一4，所述永磁体内芯2包括用于设置各永磁单体安装部二 5,所述永磁体外环I与永磁体内芯2之间设置有通孔6。永磁体外环加内芯永磁体与导磁软铁复合的双层结构，层间为空气隙，用以提供磁致冷工质的运转空间。通过变换外环永磁体充磁方向,可设置整体结构为双极或多极。永磁体外环I由若干偶数量瓦状永磁块沿圆周方向均匀分布拼装组成，充磁方向由Halbach旋转定理确定。磁环外周紧贴一个软磁套筒,用以固定外磁环,且具有聚合磁力线的作用。永磁体内芯2由一块中心方形永磁体、两块扇形永磁体、四块梯形永磁体和两块扇形导磁性能良好的金属软铁材料构成，俯视图上呈近椭圆结构对称分布。内芯中所有永磁体充磁方向与近椭圆结构的长轴方向保持一致。以两极结构为例，图3示出磁体横截面及充磁状态。外环为16块永磁瓦状体沿圆周分布组成。四分之一圆周上，上下端磁体的充磁方向与圆周切线垂直，方向朝下；左右两侧磁体的充磁方向与圆周切线平行，方向朝上；中间夹的三块磁瓦充磁方向与圆周切线的角度分别为67. 5 ，45 和22. 5 。内芯中两侧梯形部件为软磁轭铁，其余部件为永磁体。上述两极结构磁体的磁力分布状态示于图3。磁工质运转的空气隙中，高磁场为I. 2特斯拉，磁场辐射区域达22. 5 ;低磁场为O特斯拉，磁场辐射区域达157. 5 。且磁场强度分布均匀。与以往的旋转磁制冷机用磁体比较，本技术提供均匀高强磁场的面积大，可安排多个热交换系统，在高速下旋转磁工质也可获得足够的换热时间，由此极大提高制冷效率。此外，本技术的磁体结构为开放式系统，换热流体可以直接通入高强磁场中的热交换单元中。以下结合磁制冷机工作过程和图3具体说明本技术磁体的功能。磁工质以内永磁体为轴心，在内外磁体间的空气隙中作圆周运动。当磁工质旋转到内芯扇形永磁体位置时，进入高磁场区，磁工质被磁化，放出热量导致磁工质温度升高，在退出高磁场区之前，通过冷却介质带走增加的热量，磁工质温度降低，随即迅速注入冷却介质为制冷循环做准备。该过程由磁工质转速和高磁场区域面积共同决定。磁工质退出高磁场后，随即旋转到由2块梯形永磁体和I块梯形软磁体拼接产生的低磁场区域,在退磁过程中磁工质吸收热 量导致温度降低，预先注入的冷却介质与磁工质进行二次热交换。冷却介质温度降低，这个换热时间由磁工质转速和低磁场区域面积决定。磁工质如此反复进出高低磁场，不断进行热交换，达到连续制冷的效果。按照图3所示的几何比例，采用NdFeB_N53型号永磁体材料，导磁软磁用纯铁。设计永磁体高度为100mm,永磁体外环外径220mm,内径180mm,空气隙最窄处为Ilmm,高磁场强度为I. 2T，低磁场接近OT。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强化径向磁场的永磁体装置，其特征在于：包括永磁体外环（1），所述的永磁体外环（1）内设置有永磁体内芯（2），所述的永磁体内芯（2）的结构由一块中心方形永磁铁及设置于中心方形永磁铁上下两边的两块扇形永磁铁及分布于扇形永磁铁两边的四块梯形永磁铁和设置于中心方形永磁铁左右两边的两块梯形永磁铁构成。

【技术特征摘要】
1.一种强化径向磁场的永磁体装置，其特征在于包括永磁体外环(1)，所述的永磁体外环(I)内设置有永磁体内芯(2)，所述的永磁体内芯(2)的结构由一块中心方形永磁铁及设置于中心方形永磁铁上下两边的两块扇形永磁铁及分布于扇形永磁铁两边的四块梯形永磁铁和设置于中心方形永磁铁左右两边的两块梯形永磁铁构成。2.根据权利要求I所述的一种强化径向磁场的永磁体装置，其特征在于所述永磁体内芯(2)位于永磁体外环(I)的中心位置。3.根据权利要求I或2所述的一种强化径向磁场的永磁体装置，其特征在于所述永磁体外环(I)由偶数量永磁块...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏明许，刘剑，
申请(专利权)人：西安市嘉闻材料技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：