多環無極面永久磁鐵和制造方法

專利名稱：多環無極面永久磁鐵和制造方法
技術領域：
總的來說，本發明涉及永久磁鐵組件，特別涉及用于核磁共振成像(MRI)系統的永久磁鐵組件。
背景技術：
存在利用永久磁鐵的各種磁成像系統。這些系統包括磁共振成像(MRI)、磁共振療法(MRT)和核磁共振(NMR)系統。MRI系統用來使病人身體的一部分成像。MRT系統通常較小并且用來監視器病人身體內部的手術器械的布置。NMR系統用來檢測來自正在成像的材料的信號，以確定該材料的成分。
這些系統經常利用兩個或多個直接附著于通常稱作磁軛的支架上的永久磁鐵。成像容器(imaging volume)提供在這些磁鐵之間。人或材料被放入成像容器中并檢測圖像或信號，然后由諸如計算機之類的處理器進行處理。如圖1所示，磁鐵有時被安排在永磁材料的同心環的組件1中。例如，可以存在兩個環3和5，它們由位于環形磁鐵3和5間的間隙中的非磁性材料環7隔開。非磁性材料環7平行于磁場方向地貫穿整個磁鐵組件1。組件1還包含適于容納螺栓的孔9，通過該螺栓將組件1固定到磁軛上。
已知技術的成像系統還包含極靴和梯度線圈，它們鄰近于面對成像容器的永久磁鐵的成像表面。需要極靴來定形磁場以及減少或消除在永久磁鐵的磁軛和成像表面中產生的不希望的渦流。
然而，極靴也干擾永久磁鐵所生成的磁場。這樣，極靴降低了到達成像容器的永久磁鐵所生成的磁場的強度。因此，由于極靴的存在，需要較大數量的永久磁鐵在成像容器中特別在MRI系統中產生具有可接受的強度的磁場。較大數量的永久磁鐵增加了磁鐵的成本并增加了成像系統制造的復雜度，因為較大的磁鐵體積大且笨重。

發明內容
本發明的優選實施例提供了一種用于成像設備的永久磁鐵組件，包括一個具有第一表面和適于面向成像設備的成像容器的階梯狀第二表面的永久磁鐵本體，其中階梯狀第二表面包含至少4個臺階。
本發明的另一個優選實施例提供了一種成像設備的永久磁鐵組件，包括至少一層軟磁材料和永久磁鐵本體。永久磁鐵本體包括圓柱形基座部分，其具有附著于所述至少一層軟磁材料第一主表面，以及與基座部分的所述第一主表面相對的第二主表面；空心環部分，具有第一主表面和第二主表面。空心環部分的第一主表面附著于基座部分的第二主表面的外部。空心環部分的第二主表面延伸高于基座部分的第二主表面的相鄰部分至少0.05米，以形成一個凹部(pocket)。
本發明的另一個優選實施例提供了制造永久磁鐵組件的方法，包括形成至少兩層未磁化材料塊，將所述至少兩層未磁化材料塊彼此相連，以形成第一母體(precursor body)的基座部分，所述基座部分具有第一主表面和相對的第二主表面，使所述至少兩層未磁化材料塊的厚度基本垂直于第一和第二主表面，并將對基座部分的第二主表面定形，以在第二主表面上形成至少三個臺階。該方法還包括形成包括多個未磁化塊的第一母體的空心環部分，將空心環部分連接到基座部分的第二主表面以形成第一母體，并磁化第一母體以形成第一永久磁鐵本體。
本發明另一個優選實施例提供了用于成像設備的永久磁鐵組件，包括具有第一表面和階梯狀第二表面的永久磁鐵，該階梯狀第二表面適合于面向成像設備的成像容器，其中階梯狀第二表面的中心臺階包括一個突起。


圖1是現有技術的磁鐵組件的透視圖；圖2A和圖2B是本發明第一優選實施例的永久磁鐵組件的右半部分的側剖面圖；圖3是具有永久磁鐵填料的永久磁鐵組件的透視圖；圖4是本發明第二優選實施例的永久磁鐵本體的透視圖；圖5是圖4中的本體的基座部分的透視圖；
圖6是圖4中的本體的空心環部分的透視圖；圖7是包含本發明優選實施例的永久磁鐵組件的MRI系統的側剖面圖；圖8是包含“C”形磁軛的MRI系統的透視圖；圖9是包含具有多個連接桿的磁軛的MRI系統的側剖面圖；圖10是包含管狀磁軛的MRI系統的側剖面圖；圖11是用來磁化適于用作永久磁鐵的未磁化材料的線圈外殼的透視圖；圖12-14是說明制造永久磁鐵本體的方法的側剖面圖。
附圖其中的部件名稱列表如下磁鐵組件11 軟磁材料層13永久磁鐵本體15 第一表面17高度18 第二或成像表面19磁場方向20 同心環21、23、25、27開口24 可移動的永久磁鐵件22致動器28 可移動永久磁鐵本體填料26金屬墊板29 永久磁鐵基座部分或本體31凹部33 永久磁體空心環部分或本體35主表面41、42 邊緣表面43、50第一主表面48、第二主表面49 圓形開口51粘合物質層52 環形區段成形塊54MRI系統60 成像系統支架或磁軛61底部或底板62 頂部或頂板63第三部分64 成像容器(imaging volume)65單一管狀體66 RF線圈67圖像處理器68 病人69病人支撐架70 限制器71外殼73 母體75蓋子82 環氧樹脂底盤84第二磁鐵組件111
具體實施例方式
本發明人已經發現，具有擁有四個或多個臺階的階梯狀成像表面(stepped imaging surface)以及具有擁有充滿金屬墊片的至少0.05米深的凹部的永久磁鐵組件，提供了一個容易用墊片填充的永久磁鐵設計結構。最好，具有至少為0.05米高度的組件的空心環永久磁鐵部分構成所述凹部的邊緣，并且該空心環永久磁鐵部分與組件的基座部分分開裝配。然后把空心環部分附加到組件的基座部分。基座部分可以具有兩個或多個臺階(比如三個臺階)，這些臺階在基座部分的成像表面的暴露部分中通過機加工形成。
這樣，成像設備的永久磁鐵組件包括具有第一表面和階梯狀第二成像表面的永久磁鐵本體，其中階梯狀第二成像表面適于面向成像設備的成像容器。階梯狀第二表面包含至少4個臺階。永久磁鐵本體的階梯狀第二成像表面包括空心環部分的主表面和未被環形部分覆蓋的基座部分的一部分成像表面。
圖2A圖示了本發明第一優選實施例的成像設備的磁鐵組件11的右半部分的側剖面圖。組件11的左半部分是右半部分的鏡像，因而未清楚地顯示。磁鐵組件包含至少一層軟磁材料13和永久磁鐵本體15，永久磁鐵本體15包含第一表面17和第二表面19。第一和第二表面基本平行于x-y面，磁場方向(即z方向)是x-y面的法線。圖2A中的箭頭20示意性地示出了磁場方向(即z軸方向)。在所述至少一層軟磁材料13上附著第一表面17。第二或成像表面19適合于面向成像設備的成像容器。
在本發明的一個優選方面中，第一本體15的第一材料包括已磁化的永久磁鐵材料。第一材料可包括任何永久磁鐵材料或者合金，比如CoSm、NdFe或RMB，其中R包括至少一種稀土元素，M包括至少一種過渡金屬元素，例如Fe、Co或Fe和Co。
最好，第一材料包括RMB材料，其中R包括至少一個稀土稀土元素，M包括至少一種過渡金屬元素，比如至少原子百分率為50的鐵。更佳的是，第一材料包括美國專利U.S6,120,620公開的富鐠(Pr)RMB合金，該專利在此整體引用以資參考。富鐠(Pr)RMB合金包括原子百分率約為13至19的稀土元素，其中稀土含量基本上由大于50％的鐠、從包含鈰、鑭、釔和其混合物的族中選出的輕稀土元素的有效量以及平衡釹(balance neodymium)；原子百分率約為4至20的硼；具有或者沒有雜質的平衡鐵(balance iron)。這里所用的術語“富鐠”指的是鐵硼稀土合金的稀土含量包括大于50％的鐠。在本發明的另一個優選方面，稀土含量的鐠百分率至少為70％，并且可以高達100％，這取決于存在于總稀土含量中的輕稀土元素的有效量。輕稀土元素的有效量是存在于已磁化鐵硼稀土合金的總稀土含量中的量，已磁化鐵硼稀土合金允許磁性等于或者大于29MGOe(BH)max和6kOe固有的矯頑力(Hci)。除了鐵外，M可以包括其它元素，比如但不局限于鈦、鎳、鉍、鈷、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢、錳、鋁、鍺、錫、鋯、鉿以及它們的混合物。因此，第一材料最好包括原子百分率為13-19的R、原子百分率為4-20的B以及平衡M，其中R包括原子百分率為50或者更大的Pr，原子百分率為0.1-10的、Ce、Y和La中至少之一，以及平衡Nd。
所述至少一層軟磁材料13包括一層或多層任何軟磁材料。軟磁材料是僅僅在施加外部磁場的情況下展現宏觀鐵磁性的材料。組件11最好包含多層軟磁材料13的疊片，比如2至40層，最好是10至20層。圖2A的虛線顯示了出現多層的可能性。最好在平行于由永久磁鐵組件發出的磁場方向的方向上層壓各層(即，軟磁層的厚度方向平行于磁場方向)。然而，如果需要，也可以在任何其它方向層壓這些層，比如從平行到垂直于磁場方向延伸的角度層壓這些層。軟磁材料可以包括Fe-Si、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Al、Fe-Al-Si、Fe-Co-V、Fe-Cr-Ni以及無定形的基于Fe或Co的合金中的任何一種或多種。
磁組件11可以有任何形狀或結構。例如，組件11可以有約40cm至90cm(即，約0.4至0.9米)的寬度或者外徑。最好成形為適于面向成像設備的成像容器的第二表面19來最佳化磁場的形狀、強度和均勻性。本體15的最佳形狀以及它的第二表面19可以根據成像容器的大小、永久磁鐵的磁場強度、墊片設計或者墊片性能和其它設計考慮，通過計算機仿真確定。例如，仿真包括有限元分析方法。在本發明的一個優選方面，第二表面19具有環形剖面，它包含彼此延伸到不同高度的多個同心環21、23、25、27，如圖2A所示。換句話說，表面19是階梯形的，并且包含至少四個臺階21、23、25、27。最好，環21、23、25、27的高度從最外環27遞減到最內或者中心環21，如圖2A所示。然而，可以是兩個、三個或者四個環，任何內環的高度可以大于任何外環的高度(如圖2B所示并在下文中進行詳細說明)，這取決于系統配置和有關材料。
最好，從臺階25到表面19的環27的高度18至少為0.05米，比如在0.05至0.075米之間，最好約為0.0625米，以形成被填充墊片的凹部。圖2A所示的環23和25的高度最好小于0.03米，比如0.1至20毫米。換言之，環21、23、25中的每一個的成像表面從鄰近的內環的成像表面延伸0.03米以下。這樣，在本發明的優選方面，外環27具有至少0.05米的高度，而組件的每個內環23、25具有小于0.03米的高度。最好，至少兩個內環21、23被機加工成永久磁鐵本體15的一個部分，而外環27包括永久磁鐵本體的另一個部分，它獨立制造并附加到包含內環的第一部分上。
在圖2B所示的第一實施例的另一個優選方面，第一中心(即，最內)實心環21的高度大于第一中心環21周圍的相鄰空心環23的高度。中心環21在組件的成像表面19中形成突起。這樣，接近中心環21的第一內空心環23具有組件11中所有環的最低高度。最好，中心環21的高度小于環繞第二環23的第三空心環25的高度，以及小于外空心環27的高度。最好，從臺階25到表面19的環27的高度18至少為0.05米，比如，在0.05米至0.075米之間，最好為約0.0625米，以形成填充墊片的凹部。圖2B所示的環21和25的高度最好小于0.03米，比如為0.1至20毫米。
最好，組件包括任何適于移動的永久磁鐵本體，它適于相對于固定的永久磁鐵本體15的成像表面移動。可移動的本體可以位于成像系統支架61與固定的永久磁鐵本體15之間。例如，可移動的永久磁鐵本體可以包括可移動的永久磁鐵件(piece)22，位于經由所述至少一層軟磁材料13和支架61延伸的開口24處，如圖2A和圖2B所示。作為選擇，可移動的永久磁鐵本體可以包括位于開口24處的可移動永久磁鐵本體填料26，如圖3所示。
例如，永久磁鐵件22可以包括永久磁鐵桿或者其它成形件，經由所述至少一層軟磁材料13中的開口24人工地或機械地放置在永久磁鐵本體15的背面17，如圖2A和2B所示。這樣，正和/或負磁化的磁鐵件22可以被放置在組件11中或者從中取出，以便最佳化一組給定條件下的成像系統性能，比如調整組件11的Bo磁場以使該磁場維持在期望值范圍之內。磁鐵件22位于成像設備支架或者磁軛61的開口24中，或者位于固定的永久磁鐵本體15的背面17上。如果需要，金屬墊板29(比如鐵墊板)可以插到磁軛61與永久磁鐵件22之間。
作為選擇，可移動永久磁鐵填料26位于開口24中，如圖3所示。利用任何合適的致動器28，可以使永久磁鐵填料26在開口24中上下移動(即，沿著開口的軸線移動)，其中致動器28適合于移動可移動永久磁鐵填料。例如，致動器28可以是任何合適的機械或電動機械裝置，比如可以人工或機械地驅動以移動填料26的滑輪或軌道。金屬墊板29，比如鐵墊板可以被插在致動器28與填料26之間。如果需要，填料26可以在某些條件下從組件11中移出。
可移動永久磁鐵本體22、26可以包括與固定的永久磁鐵本體15相同或不同的永久磁鐵材料。與永久磁鐵本體15的磁化相比，永久磁鐵可移動本體可以有正或負磁化強度。永久磁鐵可移動本體相對于固定永久磁鐵本體15移動，以調整磁鐵組件的Bo磁場，使該磁場維持在期望值范圍。如果需要，可移動永久磁鐵本體22、26的開口24可以從背面17進入永久磁鐵本體15，如圖2B所示。這樣，可移動磁鐵本體22、26可以移入和移出開口24，以分別填充和暴露位于永久磁鐵本體15中的開口24的端部。開口24最好僅僅延伸經由永久磁鐵本體15路經的一部分。
在本發明的第二優選實施例中，固定的永久磁鐵本體15包括至少兩個部件。這些部件適宜沿垂直于磁場方向的方向層壓(即，這些部件的厚度方向平行于磁場方向)。最好，每個部件由被粘合物質粘合在一起的多個正方形、六邊形、梯形、環形區段或者其它成形狀的塊制成。環形區段是不規則四邊形，具有下凹頂部或者短邊以及凸起底部或長邊。
圖4顯示了本體15的一個優選結構。本體15包括永久磁鐵基座部分或本體31(如圖5所示)和永久磁體空心環部分或本體35(如圖6所示)。填充了墊片的凹部33由本體15的成像表面19中的臺階構成。
基座部分31最好具有圓柱形結構，如圖5所示。基座部分31的第一和第二主表面41和42是圓柱體的“底部”和“頂部”表面(即，圓柱體的基本部分)。主表面41、42的直徑大于圓柱體31的邊緣表面43的高度。最好(但不是必須)，第一或者背面41是平的。第一表面41相當于適合附加到所述至少一層軟磁材料13上的第一表面17(如圖2A和圖2B所示)。
第二表面42是階梯狀的，并且最好具有至少三個臺階21、23和25。基座部分31的第二表面42中的至少兩個臺階(比如內臺階21和23)被機加工到第二表面42。如果需要，外臺階25可以包括基座部分31的原始表面。第二表面42的內部(比如臺階21和23以及臺階25的內部)包括永久磁鐵組件11的成像表面19的內部。如上所述，內臺階23、25最好具有小于0.03米的高度。如果需要，最內或者中心臺階21可以包括一個突起(如圖2B所示)，而不是凹槽(如圖4和圖5所示)。
空心環部分35被附加在基座部分31的第二表面42的外部。空心環部分35也具有圓柱形結構，其第一主表面48和第二主表面49是環形柱體35的基座表面，如圖6所示。主表面48、49的直徑大于環形部分的邊緣表面50的高度。空心環部分35具有從第一基座表面48延伸到第二基座表面49的圓形開口51，它平行于磁場20的方向。空心環部分35在基座部分31的第二主表面42之上形成，使臺階或者環21、23和25經由開口51暴露。環形部分35的第一主表面48被附加到基座部分31的第二表面42上，而環形部分35的第二主表面49包括永久磁鐵組件11的成像表面19的外部。這樣，基座部分的第一和第二表面以及空心環部分的第一和第二表面基本上垂直于磁鐵組件的磁場方向安排。
最好，環形部分35的第二表面49伸展至少0.05米，比如在基座部分31的第二表面42的外臺階25上方延伸約0.05至0.075米。環形部分35的寬度(即，內外徑之差)優選為至少0.05米，比如約0.1至0.5米，最好為約0.25至0.3米。換言之，環形部分35的高度和寬度最好至少為0.05米。環形部分35的內直徑形成凹部33。凹部33填充有金屬墊片。墊片最好由非永久磁鐵材料(比如鐵和其它合適的金屬以及合金)制成。
通過任何適當方式(比如粘合層、卡釘和螺釘)可以將永久磁鐵本體15的部件31和35彼此固定，并將其附加到軟磁材料層13。最好，諸如環氧樹脂或者黏合劑之類的粘合物質層52被配備在基座部分31的第二表面42與空心環本體35的第一表面48之間。
圓柱形基座本體31和空心環本體35最好包括永久磁鐵材料的多個正方形、六邊形、梯形、環形區段成形塊54，它們由粘合物質(如環氧樹脂)粘合在一起。然而，本體31和35可以包括不是由各個塊制成的單一本體。基座部分31最好包括至少兩層永久磁鐵塊54。例如，基座部分31可以包括三層永久磁鐵塊54，如圖2A所示。
本發明優選實施例的磁鐵組件11適宜用于成像系統，比如MRI、MRT或者NMR系統。最好，MRI系統使用優選實施例的至少兩個磁鐵組件。這些磁鐵組件被附加到MRI系統的磁軛支架上。
任何適當成形的磁軛可以用來支持磁鐵組件。例如，磁軛通常包含第一部分、第二部分和連接第一和第二部分的至少一個第三部分，以使得成像容器形成在第一部分與第二部分之間。圖7圖示了根據本發明一個優選方面的MRI系統60的側剖面圖。該系統包括磁軛61，其底部或底板62支持第一磁鐵組件11，而其頂部或者頂板63支持第二磁鐵組件111。應當理解，“頂”和“底”是相對的術語，因為MRI系統60可以關于其側面旋轉，以使得磁軛包含左部和右部，而不是頂部和底部。成像容器65位于這些磁鐵組件之間。
如上所述，第一磁鐵組件11包括至少一個永久磁鐵本體15，包含暴露于成像容器65的成像(即，第二)表面19；和至少一個軟磁材料層13，放置到至少一個永久磁鐵15的背表面(即，第一表面)17與第一磁軛部62之間。第二磁鐵組件111最好與第一組件11相同。第二磁鐵組件111包括至少一個永久磁鐵本體115，包含暴露于成像容器65的成像(即，第二)表面119；和至少一個軟磁材料層113，放置到至少一個永久磁鐵115的背表面(即，第一表面)117與第二磁軛部63之間。表面19與表面119之間的成像容器65的最小高度最好約為0.2至0.6米。
MRI系統60最好不用形成在第一和第二磁鐵組件11、111的永久磁鐵15、115的成像表面19和119與成像容器65之間的極靴進行操作。然而，如果需要，可以增加非常薄的極靴，以進一步減少或者消除渦流的出現。MRI系統還包括常規的電子部件，比如可選梯度線圈、rf線圈67和圖像處理器68(比如計算機)，圖象處理器68將來自rf線圈67的數據/信號變換成圖像，并可選擇地存儲、發射和/或顯示該圖像。如果需要，可以省略梯度線圈。這些元件被示意地顯示在圖7中。
圖7進一步示出了MRI系統60的各種可選特征。例如，系統60可以可選擇地包含一個床或者病人支撐架70，用于支持正在對其身體成像的病人69。系統60還可以可選擇地包含嚴格固定病人身體的一部分(比如頭部、臂部和腿部)的限制器71，以避免病人69移動正在成像的身體部分。磁鐵組件11、111可以通過螺栓或者其它裝置(如支架和/或粘結劑)附加到磁軛61上。
系統60可以有任何預期的尺寸。根據預期磁場強度、用于構成磁軛61和組件11、111的材料類型以及其它設計因素，選擇系統每一部分的尺寸。
在本發明的一個優選實施例中，MRI系統60僅包括一個連接磁軛61的第一部分和第二部分62和63的第三部分64。例如，磁軛61可以有如圖8所示的“C”形結構。“C”形磁軛61具有一個直的或彎曲的連接桿或者柱64，它連接磁軛的底部62和頂部63。
在本發明的另一個優選方面，MRI系統60具有不同的磁軛61結構，包括如圖9所示的多個連接桿或柱64。例如，兩個、三個、四個或多個連接桿或柱64可以連接支持磁鐵組件11、111的磁軛部62和63。
在本發明另一優選方面，磁軛61包括一個單一管狀體66，具有圓形或多邊形剖面，比如六邊形剖面，如圖10所示。第一磁鐵組件11被附加到管狀體66內壁的第一部分62上，而第二磁鐵組件111被附加到磁軛61的管狀體66內壁的相對部分63上。如果需要，可以有附加到磁軛61上的兩個以上的磁鐵組件。成像容器65位于在管狀體66的中空部分中。
成像設備(比如包含永久磁鐵組件11的MRI60)利用磁共振成像技術對病人身體的一部分成像。病人69進入MRI系統60的成像容器65，如圖7和圖8所示。rf線圈67檢測來自位于該容器65中的病人65身體的一部分的信號，并且利用處理器68(比如計算機)處理已檢測的信號。該處理包括把來自線圈67的數據/信號轉換成圖像，并可選擇地存儲、發送和/或顯示該圖像。
下面說明制造第三優選實施例的未磁化材料的母體的方法。盡管為了方便將說明制造具有圖4所示的結構的母體15的方法，但是應當理解，母體15可以有任何期望的結構并且可以利用任何期望的方法制作。
根據本發明第四優選實施例的方法，把多個未磁化材料塊54放置在支架81上，如圖12所示。最好，未磁化材料包括RMB合金，塊54具有相同的成份。最好，支架81包括一個非磁性金屬板或者盤，比如扁平的1/16英寸鋁板，其上涂覆臨時黏合劑。然而，也可以使用任何其它支架。蓋子82(比如覆蓋有臨時黏合劑的第二鋁板)被放置在塊54之上。
最好堆疊至少兩層塊54。例如，可以堆疊三層塊以形成固定的永久磁鐵本體15的基座部分31。隨后成形塊54以便在移去蓋子82和支架81之前形成第一母體，如圖13所示。例如，第一母體可以包括基座部分31，如圖5所示。
作為選擇，可以在成形塊之前先移去蓋子82，然后。在此情況下，形成塊54的第二層，并且將其粘連到塊54的第一層。然后把另一個蓋子放置在塊的第二層上，在移去該蓋之前可將塊的第二層成形，以在塊的第二層上形成至少一個臺階。可以重復這些步驟，以便形成與所需要的塊層。然后成形塊的最后層的上表面，以形成階梯狀表面。
可以通過任何期望的方法(比如射流)成形塊。例如，射流把塊54的矩形組件切割成圓柱形或環形部分31、35(例如，圖13所示的部分31)。最好，在塊54的組件成形期間，射流穿透支架81和蓋子薄片82。
然后移去蓋子薄片82，并用粘結材料83將多個塊54彼此粘合，如圖14所示。例如，把附加到支架薄片81上的已成形塊54放置在環氧樹脂底盤84中，并且把環氧樹脂83(比如Resinfusion 8607環氧樹脂)填入多個塊54之間的縫隙中。如果需要，也可以把沙子、碎玻璃或者其它填充材料填入多個塊54之間的縫隙中，以加強母體的塊54之間的結合(bond)。最好，把環氧樹脂83灌注到塊54頂部之下的水平，以允許母體部31或35附加到另一個母體部上。然后從已成形的母體中移去支架薄片81。作為選擇，在與環氧樹脂83結合之后，例如通過射流可以把母體部31和35成形為預期形狀(例如圓柱形本體)的較大本體15。此外，如上所述，可以在把臺階機加工到部分的表面的步驟之前，將用于每個部分(如部分31)的至少兩層塊相互粘結。
此外，如果需要，可以在灌注環氧樹脂83之前，把脫卸薄片(releasesheet)附加到部分31和/或35的暴露的內和外表面上。在灌注環氧樹脂83之后，移出脫卸薄片，暴露部分31和/或35的塊54的裸露表面，以允許每個部分彼此粘結。如果需要，可以圍著該部分的外徑可選擇地纏繞玻璃/環氧樹脂混合物2-4mm(最好為3mm)以加強保護。
在形成部分31和35之后，通過在它們之間提供粘結層52來使它們如圖4所示那樣彼此互連。粘結層可以包括環氧樹脂與沙子和/或玻璃或CA超強力膠水。部分31和35相互旋轉15至45度(最好為約30度)以中斷連續環氧樹脂填充通道，以免擴散到整個結構中。
在形成母體15之后，用金屬墊片(比如鐵或其它金屬墊片)填充凹部33。最好同時設計永久磁鐵本體15和墊片尺寸，然后根據該設計形成永久磁鐵本體15和墊片。例如，可以調整永久磁鐵組件的尺寸，以便實現最容易地填充墊片的永久磁鐵本體設計。
當設計墊片和永久磁鐵本體尺寸時，檢查給定設計點的隨機擾動的墊片填充系統的能力。然后設計永久磁鐵本體形狀和尺寸，以最佳化組件的B0磁場和墊片填充能力，同時考慮操作期間的溫度梯度。可以利用計算機仿真確定每個設計點的不均勻的范圍，以確定如何用墊片填充擾動，生成用于每個設計點的墊片填充能力的標記，并擬合傳遞函數，以及最佳化用于墊片填充能力的磁鐵組件的設計。
這樣，制作永久磁鐵組件的方法包括形成至少兩層未磁化材料塊54，把所述至少兩層塊相互連接，以形成第一母體15的基座部分31，使所述至少兩層塊的厚度方向基本上垂直于基座部分的第一主表面41和第二主表面42。成形基座部分31的第二主表面42，以形成至少三個臺階21、23、25。可以在所述至少兩層塊相互連接之前或者之后，執行成形處理。
第一母體15的空心環部分35是用多個塊未磁化材料塊54構成的。空心環部分35可以基座部分31之前、之后或同時形成。空心環部分35被附加到基座部分42的第二主表面上，以形成第一母體15。例如，通過在基座部分31的第二主表面42上提供粘結材料層，然后把空心環部分35放在粘結材料層上，可以連接空心環部分15。然后磁化第一母體15，將其轉變成第一永久磁鐵本體15。
下面將結合本發明第四優選實施例說明制作永久磁鐵組件11和MRI系統60的方法。把包括第一未磁化材料的母體附加到成像設備的支架或者磁軛上，再磁化第一未磁化材料，從而形成第一永久磁鐵本體。例如，母體可以是由上述的部分31和35構成的本體15。
通過在把該本體附加到成像設備支架之前磁化未磁化的母體來形成上述第一和第二優選實施例的永久磁鐵本體是最佳的。然而，如果需要，第一和第二優選實施例的永久磁鐵本體也可以在被附加到支架或磁軛之前進行磁化。
制作成像裝置如MRI、MRT或NMR系統的方法包括提供一個支架；把包括第一未磁化材料的第一母體附加到第一支撐部分；以及在附加到第一母體之后，磁化第一未磁化材料，形成第一永久磁鐵本體。包括與第一材料相同或不同的未磁化材料的第二母體最好被附加到第二支撐部，并且在附加到第二母體之后對其進行磁化以形成第二永久磁鐵本體。
支架最好包含第一部分、第二部分和連接第一和第二部分的至少一個第三部分，使成像容器在第一和第二部分之間形成。例如，支架可以包括MRI系統60的圖7、8、9或10中的磁軛61。第一和第二母體可以包括適合于用作永久磁鐵的任何未磁化材料。如上所述，母體最好包括多個塊RMB合金的組件，其中R包括至少一種稀土元素，M包括至少一種過渡金屬元素。
如果需要，在磁化母體的未磁化材料之前，上述至少一層軟磁材料層13被附加在未磁化材料的第一和第二母體與磁軛的相應部分之間。在附加母體之前，可以先把軟磁材料層13附加到磁軛上；或者可以首先把層13附加到每個母體15上，然后再把層13和母體15附加到磁軛上。
在把母體或各本體附加到磁軛或支架之后，可以通過任何預期磁化方法磁化母體的未磁化材料。例如，磁化第一母體的優選步驟包括在第一母體的周圍設置線圈；對第一母體施加脈沖磁場，把第一母體的未磁化材料變換成至少一個第一永久磁鐵本體；然后從第一永久磁鐵本體去除線圈。同樣，磁化第二母體的步驟(如果這樣的本體存在)也包括在第二母體的周圍設置線圈；對第二母體施加脈沖磁場，把第二母體的未磁化材料變換成至少一個永久磁鐵本體；然后從第二永久磁鐵本體去除線圈。
相同或者不同線圈可以用來磁化第一和第二母體。例如，可以把第一線圈放置到第一母體的周圍，并且把第二線圈放置到第二母體的周圍。對這些線圈同時或順序地施加脈沖電流或電壓，以便對第一和第二母體施加脈沖磁場。作為選擇，也可以僅僅使用一個線圈順序地磁化第一和第二母體。首先把線圈放置到第一母體的周圍并施加磁場以磁化第一母體。此后，在第二母體周圍放置同一線圈并施加磁場以磁化第二母體。
放置在母體周圍的線圈最好提供在外殼73中，外殼73貼合在位于磁軛61的部分62上的母體75周圍，如圖11所示。例如，對于具有圓柱形外部結構(比如圖4所示的本體15)的母體75，外殼73包括空心環，其內徑略大于母體75的外徑。線圈位于外殼75壁內。
在外殼73中最好還設置冷卻系統，以改善磁化處理。例如，冷卻系統可以包括一個或多個放置到外殼73壁內的液體氮流通道。在磁化步驟期間，通過外殼73提供液體氮。最好通過線圈提供高于2.5特斯拉(最好高于3.0特斯拉)的磁場，以磁化母體的未磁化材料，比如RMB合金。
本發明的上述說明用于解釋和說明目的，而不打算窮舉或者把本發明限制到所公開的精確結構上，本發明的修改和變化能夠依據上述教導作出或者從本發明的實踐得到。可以選擇附圖和說明，以便解釋本發明的原理以及實際應用。本發明的范圍由所附權利要求以及其等同物定義。
權利要求
1.一種用于成像設備(60)的永久磁鐵組件(11)，包括永久磁鐵本體(15)，所述永久磁鐵本體(15)具有第一表面(17)和適于面向成像設備的成像容器(65)的階梯狀第二表面(19)，其中階梯狀第二表面包含至少4個臺階(21、23、25、27)。
2.根據權利要求1所述的組件，其中永久磁鐵本體(15)包括圓柱形基座部分(31)，具有附加到至少一層軟磁材料(13)的第一主表面(41)，和具有至少三個臺階(21、23、25)的第二主表面(42)，其中基座部分的第二表面與基座部分的第一表面相對；和空心環部分(35)，被附加到基座部分的第二表面的外部。
3.一種用于成像設備(60)的永久磁鐵組件(11)，包括至少一層軟磁材料(13)；和永久磁鐵本體(15)，包括圓柱形基座部分(31)，具有附加到至少一層軟磁材料(13)的第一主表面(41)，和第二主表面(42)，該第二主表面與基座部分的第一主表面相對；和空心環部分(35)，具有第一主表面(48)和第二主表面(49)，其中空心環部分(35)的第一主表面(48)被附加到基座部分的第二主表面(42)的外部；以及空心環部分的第二主表面(49)伸出基座部分的第二主表面(42)的鄰近部之上至少0.05米以形成凹部。
4.根據權利要求3所述的組件，其中基座部分(31)的第一和第二表面(41、42)和空心環部分的第一和第二表面(48、49)被排列成基本上垂直于磁鐵組件的磁場方向(20)；基座部分(35)包括至少兩層永久磁鐵塊(54)；和基座部分的第二主表面中的至少兩個臺階(21、23、25)被機加工到第二表面(42)。
5.一種用于成像設備(10)的永久磁鐵組件(11)，包括永久磁鐵本體(15)，所述永久磁鐵本體(15)具有第一表面(17)和適于面向成像設備的成像容器(65)的階梯狀第二表面(19)，其中階梯狀第二表面至少包括一個突起。
6.根據權利要求5所述的組件，其中階梯狀第二表面(19)包括多個環(21、23、25、27)；中心臺階(21)包括實中心環；外部臺階(23、25、27)包括多個空心環；和實中心環(21)的高度大于鄰近實中心環的第一空心環(23)的高度，但低于其它多個空心環(25、27)的高度。
7.根據權利要求1、3或5所述的組件，還包括可移動的永久磁鐵本體(22、26)，可相對于永久磁鐵本體(15)的第二表面(19)移動。
8.一種磁成像設備(60)，包括磁軛(61)，包括第一部分(62)、第二部分(63)以及連接第一和第二部分的至少一個第三部分(64)，使成像容器(65)在第一和第二部分之間形成；附加到第一磁軛部分(62)上的權利要求1、3或5所述的永久磁鐵組件(11)；附加到第二磁軛部分(63)上的第二永久磁鐵組件(11)，其中第二永久磁鐵組件包括第二永久磁鐵本體(115)，所述第二永久磁鐵本體(115)具有第一表面(117)和適于面向成像設備的成像容器(15)的階梯狀第二表面(119)；以及其中設備(60)在第一和第二磁鐵組件(11、111)的永久磁鐵本體(15、115)的成像表面與成像容器(65)之間不包含極靴或者梯度線圈。
9.一種制作永久磁鐵組件(11)的方法，包括形成至少兩層未磁化材料塊(54)；使所述至少兩層塊相互連接，以形成第一母體的基座部分(31)，基座部分具有第一主表面(41)和相對的第二主表面(42)，以使得所述至少兩層塊的厚度方向基本垂直于第二和第二主表面；成形基座部分的第二主表面(42)，以在第二主表面中形成至少三個臺階(21、23、25)；形成包括多個未磁化材料塊(54)的第一母體的空心環部分(35)；把空心環部分(35)附加到基座部分(31)的第二主表面(42)上，以形成第一母體；和磁化第一母體以形成第一永久磁鐵本體(15)。
10.根據權利要求9所述的方法，其中基座部分(31)包括圓柱形部分；成形基座部分的第二主表面(42)的步驟包括機加工基座部分的第二主表面；磁化步驟包括提供一個支架(61)，該支架包括第一部分(62)、第二部分(63)以及連接第一和第二部分的至少一個第三部分(64)，使成像容器(65)在第一和第二部分之間形成；把第一母體附加到第一支架部分上；和在附加第一母體本體的步驟之后，磁化第一母體中的未磁化材料，以形成第一永久磁鐵本體(15)。
全文摘要
一種用于成像設備的永久磁鐵組件，具有一個永久磁鐵本體，所述永久磁鐵本體具有第一表面和適于面向成像設備的成像容器的階梯狀第二表面，其中階梯狀第二表面包含至少4個臺階。
文檔編號H01F41/02GK1602805SQ20041008244
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月22日 優先權日2003年9月29日
發明者凱瑟琳·M·阿姆, 伊萬杰洛斯文·T·拉斯卡里斯, 保羅·S·湯普森, 布倫特·阿克塞爾, 布魯斯·C·阿姆, 小邁克爾·A·帕爾莫, 約翰尼斯·M·范奧爾特, 黃賢睿 申請人:通用電氣公司