一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵，用于永磁體溫度系數開磁路測量裝置中，提供滿足溫度系數開路測量的磁場強度和磁場梯度，包括底板、外套筒、上極頭、下極頭和線圈；所述底板為圓形底板，所述外套筒固定在底板上，上極頭為中心留有通孔的蓋狀結構，固定在外套筒上，所述上極頭內壁為具有一定弧度的凸起；所述下極頭為頂端具有一定弧度凸起的圓柱體，下極頭固定在底板上，所述線圈套在下極頭上；本實用新型巧妙的結構設計，極大的減少了工作區域以外的勵磁消耗，在工作區域內以較小的勵磁安匝數獲得較高的磁場梯度；同時可提供滿足溫度系數開路測量的磁場強度和磁場梯度，提高了永磁體溫度系數測量的分辨率。
【專利說明】一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電磁鐵領域，尤其涉及一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵。
【背景技術】
[0002]目前梯度場主要應用于醫療領域的核磁共振成像設備中，用于切片掃描。現有的梯度場發生裝置在磁場方向、磁場大小和梯度大小等方面都無法滿足超低溫度系數永磁體開路測量裝置中對梯度場的要求。
[0003]具有磁矩的磁體在非均勻磁場中才能受到沿磁場梯度方向的力，并且只有在均勻梯度磁場中永磁體的受力才與位置的變化無關。在永磁體溫度系數開路測量裝置和方法研究過程中，提出了采用將磁信號轉換為力信號的方式實現高靈敏度的溫度系數測量，從而要求建立均勻梯度磁場以產生測量所需要的力信號。對于低溫度系數永磁材料，因為材料本身的溫度系數很低，由于溫度變化產生的力信號的變化本身很小。為了達到穩定的力信號，對梯度場的要求為:磁場強度不隨溫度變化、梯度均勻性好，梯度常數大。另外，測量過程中被測磁體垂直懸掛，因此要求梯度場發生裝置的外形能適合磁體懸掛置于其中，而且除了垂直方向外，磁體不能在其它方向受力以保證被測磁體處于穩定狀態，因此要求磁場方向和梯度方向都為垂直方向。因此，亟需研制一種能產生均勻梯度磁場滿足永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵，產生的磁場強度不隨溫度變化、梯度均勻性好，梯度常數大，磁場方向和梯度方向都為垂直方向。
[0005]本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下:一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵，包括底板、外套筒、上極頭、下極頭和線圈；
[0006]所述底板為圓形底板，所述外套筒固定在底板上，上極頭為中心留有通孔的蓋狀結構，固定在外套筒上，所述上極頭內壁為具有一定弧度的凸起；所述下極頭為頂端具有一定弧度凸起的圓柱體，下極頭固定在底板上，所述線圈套在下極頭上。
[0007]本實用新型的有益效果是:本實用新型中底板和外套筒組成磁軛，磁軛與上、下極頭間的巧妙結合，極大的減少了工作區域以外的勵磁消耗，從而在工作區域內以較小的勵磁安匝數獲得較高的磁場梯度；同時，上下極頭極面形狀采用四極磁鐵極面的設計思路，通過優化在場區范圍內獲得相對理想的梯度均勻度，本實用新型用于永磁體溫度系數開磁路測量裝置中，提供了滿足溫度系數開路測量的磁場強度和磁場梯度，提高了永磁體溫度系數測量的分辨率。
[0008]在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。
[0009]進一步，上述技術方案還包括水冷層，所述水冷層層疊在下極頭和線圈組成的層面上。
[0010]采用上述進一步方案的有益效果:線圈上部水冷層的使用，使梯度場電磁鐵的磁場強度和梯度都得到了極大提升。
[0011]進一步，上述技術方案還包括墊圈，所述墊圈放置在水冷層上，頂面與上極頭的下端面接觸。
[0012]進一步，還包括水冷接頭和電源輸入接線板，所述水冷接頭和電源輸入接線板固定在外套筒的外壁上，所述水冷接頭與水冷層連接，所述電源輸入接線板上的接線頭與線圈連接。
[0013]進一步，所述底板和外套筒通過若干個內六角螺釘固定，所述上極頭和外套筒通過若干個內六角螺釘固定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型所述一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵的剖視圖；
[0015]圖2為本實用新型所述一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵的立體結構示意圖；
[0016]圖3為本實用新型所述一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵的俯視圖；
[0017]圖4為圖3的D向視圖；
[0018]圖5為下極頭的主視圖；
[0019]圖6為上極頭的剖面圖；
[0020]圖7為本實用新型所述用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵產生的中心軸線上磁場強度分布曲線；
[0021]圖8為本實用新型所述用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵產生的中心軸線上磁場梯度分布曲線。
[0022]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0023]1、底板，2、外套筒，3、上極頭，4、下極頭，5、線圈，6、水冷層，7、墊圈，8、六角螺釘，
9、水冷接頭、10、電源輸入接線板。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0025]如圖1所示，一種永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵，包括底板1、外套筒
2、上極頭3、下極頭4和線圈5;
[0026]所述底板I為圓形底板，所述外套筒2固定在底板I上，上極頭3為中心留有通孔的蓋狀結構，固定在外套筒2上，所述上極頭3內壁為具有一定弧度的凸起；所述下極頭4為頂端具有一定弧度凸起的圓柱體，下極頭4固定在底板I上，所述線圈5套在下極頭4上。
[0027]其中，上述技術方案還包括水冷層6，所述水冷層6層疊在下極頭4和線圈5組成的層面上。[0028]其中，上述技術方案還包括墊圈7，所述墊圈7放置在水冷層6上，頂面與上極頭3的下端面接觸。
[0029]其中，所述底板I和外套筒2通過若干個六角螺釘8固定，所述上極頭3和外套筒2通過若干個六角螺釘8固定。
[0030]其中，上述技術方案還包括水冷接頭9和電源輸入接線板10，所述水冷接頭9和電源輸入接線板10固定在外套筒2的外壁上，所述水冷接頭9與水冷層6連接，所述電源輸入接線板10上的接線頭與線圈5連接。
[0031]本實用新型上極頭3中心開孔，其目的是使得被測樣品能夠垂直懸掛在磁場中。磁場和梯度方向均為垂直方向，其它方向的磁場大小相等、方向相反，因此樣品在其它方向的受力互相抵消，只受到垂直方向的力的作用。磁軛(底板I和外套筒2)、上極頭3和下極頭4的使用產生較大的磁場強度和磁場梯度，對于低溫度系數的永磁材料，能夠獲得較大的力信號。
[0032]本實用新型的磁軛由底板I和外套筒2組成。極頭包括上極頭3和下極頭4。上極頭3和下極頭4的極面弧線形狀借鑒四極磁鐵極面的設計思路，以獲得相對理想的梯度均勻度為前提經過反復優化設計得到。磁軛和極頭的使用使得本實用新型以較小的勵磁安匝數獲得較高的磁場梯度。
[0033]圖5為下極頭4的主視圖。下極頭4置于線圈5中間，為一個圓柱體,頂端為一個曲面，制作材料為DT4純鐵。鐵芯頂部曲面輪廓是由曲線0-15繞OY軸旋轉360°所得。曲線0-15依據1-15各點坐標擬合而成。
[0034]圖6為上極頭3的剖面圖。上極頭3制作材料為DT4電工純鐵。上端頭的曲面輪廓由1-2-3-4-5-6-7-27繞OY軸旋轉360°所得，其中點7和點27間為曲線形狀根據各點坐標擬合而成。其它各點間為直線連接。
[0035]線圈5為圓柱形，用一根銅導線繞制而成。導線為扁平漆包線，截面尺寸(含漆膜)為3X1。線圈繞制后應進行絕緣性能試驗。
[0036]水冷層6用于對線圈5冷卻降溫。采用5 X 5 X Φ 3的銅管繞制而成，共繞制I層15匝。水冷層的銅導線兩端加工成Φ5Χ5的圓柱，釬焊水接頭9，然后做水壓試驗。
[0037]線圈5和水冷層6制作完畢后，按照圖中順序和GlO墊圈7疊放在一起，用0.20X25玻璃絲帶沿軸向對線圈5、水冷層6和GlO墊圈7 —起包裹纏繞，玻璃絲帶雙層半疊繞。然后將纏繞好的線圈用環氧樹脂浸潰。
[0038]外套筒2和底板I構成電磁鐵的磁軛，所用材料為DT4電工純鐵。各部分制作完畢后，將用環氧樹脂浸潰過的線圈分別與其它部分固定連接。線圈5引線端部絕緣漆刮凈后與電源輸入接線板10上的接線端子連接。底板1、外套筒2、上極頭3和下極頭4用內六角螺釘8連接為一個整體。
[0039]本實用新型產生的磁場分布，水平方向磁場沿中心軸線對稱，而且磁場很小，從而使被測樣品水平方向受力為零，垂直方向磁場分布沿中心軸線呈梯度分布，形成垂直方向的梯度場，確保被測樣品只受到垂直方向的力。
[0040]當磁場從鐵磁性材料進入空氣時,在靠近分界面的空氣一側，磁場方向總是與分界面垂直。本實用新型中，通過設計上下極頭的形狀，使得磁力線從下極頭到上極頭呈現發散狀態，從而在極頭內部的有限空間內產生近似的梯度磁場，并通過對極頭邊緣進行合理的墊補，提高磁場梯度的均勻性。
[0041]如圖7所示，本實用新型產生的磁場強度值沿中心軸線向上的方向逐漸減小，形成梯度場。
[0042]如圖8所示，本實用新型產生的磁場梯度沿中心軸線的分布，在坐標值為48mm的地方，磁場梯度最均勻。測試時，被測樣品置于磁場梯度最均勻的位置。
[0043]圖7和圖8的坐標原點均為下極頭表面中心位置。
[0044]本實用新型產生的磁場強度不隨溫度變化、梯度均勻性好，梯度常數大。另外，測量過程中被測磁體垂直懸掛，因此，底板1、外套筒2和上極頭3構成的中空結構，且上極頭3中心部位留有通孔，用于將高溫爐放入外套筒2內部，放置在下極頭上，進而被測樣品處于均勻梯度場中，而且除了垂直方向外，磁體在其它方向不受力以保證被測磁體處于穩定狀態。本實用新型可以大大提高永磁體溫度系數的測量精度。
[0045]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵，其特征在于，包括底板、外套筒、上極頭、下極頭和線圈； 所述底板為圓形底板，所述外套筒固定在底板上，上極頭為中心留有通孔的蓋狀結構，固定在外套筒上，所述上極頭內壁為具有一定弧度的凸起；所述下極頭為頂端具有一定弧度凸起的圓柱體，下極頭固定在底板上，所述線圈套在下極頭上。
2.根據權利要求1所述一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵，其特征在于，還包括水冷層，所述水冷層層疊在下極頭和線圈組成的層面上。
3.根據權利要求2所述一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵，其特征在于，還包括墊圈，所述墊圈放置在水冷層上，頂面與上極頭的下端面接觸。
4.根據權利要求2所述一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵，其特征在于，還包括水冷接頭和電源輸入接線板，所述水冷接頭和電源輸入接線板固定在外套筒的外壁上，所述水冷接頭與水冷層連接，所述電源輸入接線板上的接線頭與線圈連接。
5.根據權利要求1所述一種用于永磁體溫度系數開路測量的梯度場電磁鐵，其特征在于，所述底板和外套筒通過若干個內六角螺釘固定，所述上極頭和外套筒通過若干個內六角螺釘固定。
【文檔編號】H01F7/06GK203760243SQ201420113029
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2014年3月13日
【發明者】侯瑞芬, 林安利, 張志高, 范雯, 賀建, 王京平, 陳福三, 李鯤鵬 申請人:中國計量科學研究院