具有相对永磁体的磁路的制作方法

专利名称：具有相对永磁体的磁路的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有相对永磁体的磁路，具体涉及适用于核磁共振成像装置(也称之为MRI)的具有相对永磁体的磁路，核磁共振装置利用磁共振获取机体图像。
背景技术：
对于用于核磁共振成像装置的使用永磁体的磁场产生器件而言，既定的情况是使用具有稀土磁体制成的相对永磁体的磁路。如下面所详述，这种磁体相对型磁路包括永磁体单元和使磁体的磁通从其中通过的磁轭，并且通常还包括极靴，极靴优选地由软铁这样的软磁材料制成，它位于永磁体的表面上以在永磁体单元之间的间隙中产生均匀磁场。
此处被包括进来作为参考的日本专利临时公开2000-51175A、日本专利临时公开H8-339916/1996A以及其它文件教导了一种使用相对永磁体来装配这种磁路的方法。如这些文件所公开，在用相对永磁体来装配磁路时，先将永磁体单元安置在板形、盘形或类似形状的基磁轭上，随后将极靴设置在该永磁体单元的上表面上。
在将极靴设置在永磁体单元上之前，永磁体很容易受到自生磁场(退磁场)的影响。因此，如果永磁体的矫顽力比较弱，那么其磁性会由于该退磁场的影响而降低，由此造成该永磁体所产生的磁场降低，因此即使在设置了极靴之后也有可能所获得的磁场会比设计值低。因此对于在磁路中使用的永磁体而言，必须使用矫顽力足够高的永磁体。但是，生产高矫顽力的磁体要求特殊的材料和技术。当前所广泛使用的具有相对永磁体的磁路使用Nd2Fe14B基稀土磁体作为其永磁体。另外为了增加磁体的矫顽力，还需要进一步加入Dy和Tb等元素。但是，使用这些加入的元素会导致磁体成本的增加，进而造成磁路成本的增加。

发明内容
本发明的目的是通过确保能够使用具有低矫顽力的便宜磁体而同时又不存在由退磁场造成的磁性损失来降低具有相对永磁体的磁路的磁体成本。
提供了一种具有相对永磁体的磁路，包括一对通过间隙相互面对的永磁体单元，该对永磁体单元被沿厚度方向磁化，其中，每个永磁体单元包括至少两种类型的具有不同矫顽力的永磁体块，并且在生产永磁体单元时受到最大退磁力的永磁体块具有比其它至少一种类型的永磁体块更大的矫顽力；磁轭，其与所述永磁体单元磁耦合，并位于所述永磁体单元和所述间隙外部；一对极靴，其中的每一个被设置在每一个所述永磁体单元的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起。
如上所述，传统上使用在装配磁路过程中在设置极靴之前其磁性不会由退磁场而降低的磁体，即具有高矫顽力的磁体。但是，退磁场的强度取决于其位置。例如，在盘形磁体中，退磁场在靠近中心的位置特别强。由此，本发明的发明人发现，可以只在接收强退磁场的区域中使用高矫顽力的磁体，而在其它区域使用低矫顽力的磁体。
以此方式，本发明定义了需要高矫顽力磁体的区域，在其它区域可以使用具有低矫顽力的便宜磁体。由此，就有可能降低磁路的磁体成本，同时也不会有由退磁场造成的实质上的磁性降低。


图1为根据本发明的实施例的永磁体相对型磁路的示意图。
图2为显示根据本发明的永磁体单元的高矫顽力区域和低矫顽力区域的示意图。
图3为显示永磁体块与高矫顽力区域和低矫顽力区域之间关系的示意图。
具体实施例方式
下面参考附图描述本发明的实施例。当然，下面描述的实施例并不对本发明构成限制。
图1显示了根据本发明的实施例的永磁体相对型磁路的示意图。图1只显示了永磁体相对型磁路的下面部分，因为通常情况下永磁体相对型磁路的上面部分和下面部分可以是对称的。但是，即使上面部分和下面部分不对称，如果结构相同的话，本发明也适用。如图1所示，根据本发明的永磁体相对型磁路1包括一对通过间隙相互面对的永磁体单元2，其沿厚度方向被磁化；磁轭3，其与所述永磁体单元磁耦合，并位于所述永磁体和所述间隙外部；一对极靴4，其被设置在每一个永磁体的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起。
如上所述，根据本发明的永磁体相对型磁路1包括一对通过间隙相互面对且沿厚度方向磁化的永磁体，从而在间隙中形成主磁场。永磁体单元的磁化方向基本上垂直于相对的永磁体单元的表面(厚度方向)，并且指向相同的方向。永磁体单元的形状例如可以是圆形或方形，并且尽管没有特别的限制，但优选地永磁体单元要具有与极靴一样的形状。
另外，如上所述，根据本发明的永磁体单元包括至少两种类型的具有不同矫顽力的永磁体块。换句话说，根据本发明的永磁体单元具有一个相对较高矫顽力的区(也称之为高矫顽力区)以及一个相对较低矫顽力的区(也称之为低矫顽力区)。优选地，该至少两种类型的永磁体块中的每一种根据在生产永磁体单元过程中每种永磁体块将受到的退磁力的程度来设置。此处，根据受到的退磁力的程度来设置的意思是在生产永磁体单元的过程中在受到相对较大退磁力的区域中设置高矫顽力区，在受到相对较小退磁力的区域的至少一部分中优选地为全部中设置低矫顽力区。具体来说，优选地在生产永磁体单元时受到大退磁力的永磁体块具有比其它至少一种类型的永磁体块更大的矫顽力。
通过包括这样的高矫顽力区和低矫顽力区，可以使用具有低矫顽力的便宜磁体来制造不会由于退磁场而造成实质磁性损失的永磁体单元，并且由此可降低制造磁路所需的永磁体的成本。也就是说，根据本发明的永磁体单元可以被制造为不会由于退磁场而导致实质的磁性降低，因为受到相对较大退磁力的永磁体块具有高矫顽力。另一方面，对于根据本发明的永磁体单元，由于受到相对较低退磁力的永磁体块具有低矫顽力，因此在生产这种永磁体块时没有必要使用其矫顽力很高并且需要特殊材料或技术的磁体，由此可以降低制造磁路所需的永磁体的成本。
此处，在制造永磁体单元时，高矫顽力区和低矫顽力区可以在设计阶段确定。在设计过程种使用磁场分析已经是标准操作，并且此时有可能确定磁体单元各个部分的工作点，也就是确定该位置处的磁通密度和退磁场。通常可以设计磁体单元以使得其磁场不减弱，但前提条件是工作点要位于磁体的BH曲线的尼克点(knickpoint)(在该点处曲线的斜率向下弯曲)之上。BH曲线实质上由磁体的剩余磁通密度和矫顽力确定。当具有相同剩余磁通密度的磁体被置于磁体单元的相同位置时，由于具有较大矫顽力的磁体具有显示尼克点的较大的磁场，因此具有较大矫顽力的磁体可以抵抗较高的退磁场。磁体单元的各个部分的工作点取决于该磁体单元的形状，受到高退磁力以及未受到高退磁力的区域实质上是连续分布的。
例如，尽管不是特别的限制，但是优选地下述的区域为高矫顽力区在该区域中如果是低矫顽力区的永磁体块的情况则会由于在制造该永磁体单元的过程中受到退磁力而出现矫顽力实质降低的可能，并且该区域会受到比小矫顽力磁体的尼克点更大的退磁场；而受到小退磁场影响的其余区域为低矫顽力区。这是因为，即使低矫顽力区由不需要特殊材料或技术的便宜永磁材料构成，如果它不受到比小矫顽力磁体的尼克点更小的退磁场的影响，该区域中也不可能会出现实质的磁性损失。
优选地，所有的至少两种类型的永磁体块都具有足够大的矫顽力以便不出现由于永磁体块受到制造永磁体单元过程中的退磁力而造成的实质的磁性降低。应当注意，在本说明书中，没有实质的磁性降低表示这样一种情况即使是在受到退磁力之后，永磁体单元也具有足够大的磁通密度以便磁路能够展示出足够大的磁场强度，并且其作为磁路的功能也不会丧失。更具体一些，尽管不是特别的限制，但是优选地，没有实质的磁性降低表示这样一种情况在受到退磁力之后，当退磁力消除时，永磁体单元仍然具有至少97％的在受到退磁力之前的原始磁通密度。
图2为显示根据本发明的永磁体单元的高矫顽力区域和低矫顽力区域的示意图。更具体地，如图2所示，优选地使得永磁体单元的中心部分的区域为高矫顽力区，使得其它区域的至少一部分优选地使得其它区域的全部为低矫顽力区。如上所述，这是因为磁体会在装配磁路时设置极靴之前的阶段受到最大退磁场，此时所受到的退磁场具有一个分布，并且在永磁体单元的中心部分的区域特别大。尽管没有特别限制，但是高矫顽力区优选地为永磁体单元的中心部分，优选地具有永磁体单元相对表面面积的至少60％而小于100％，更优选地为中心部分面积的至少70％且至多80％。这是因为在制造永磁体单元时该范围内的区域会受到特别大的退磁力。另外，如上所述，优选地设置除中心部分之外的区域的全部(外围部分)为低矫顽力区，因为这能够最大程度地降低磁体成本，但是并没有必要使得外围部分的全部为低矫顽力区，也有可能只是外围区域的一部分为低矫顽力区而该区域的其它部分为高矫顽力区。应当注意，永磁体单元的中心部分例如永磁体单元的中心的60％部分的意思是指具有60％永磁体单元面积的区域并且该区域与永磁体单元具有相似的形状和相同的重心。
尽管没有特别的限制，但是优选地在室温(优选为25℃)下，高矫顽力区的永磁体块的矫顽力满足下面的公式1，更优选地是其具有至少850kA/m的矫顽力，这是因为尽管磁路特别地是在MRI中使用，但是通常情况下，主磁场具有至少0.1T的磁场强度，形成磁路主磁场的永磁体具有至少1.2T的剩余磁通密度，当这些条件符合时，永磁体单元的磁场就不可能会被退磁力实质性降低。应当注意，矫顽力(bHc)和剩余磁体密度(Br)是根据JIS(日本工业标准)C2501测量的，例如它们可以用BH描绘器来测量。
矫顽力(kA/m)≥636.6×剩余磁通密度(T) (公式1)低矫顽力区中的永磁体块的矫顽力可以具有任意小于高矫顽力区中永磁体块的矫顽力的值，对此没有特别限制。特别优选地，低矫顽力区的矫顽力为可以便宜地获得的且其生产不需要特别材料或技术的普通磁性材料的矫顽力。例如，尽管不是特别限制，但是有可能低矫顽力区中的矫顽力为至少700kA/m且小于高矫顽力区中的矫顽力。
另外，尽管不是特别的限制，但是通常优选选取稀土永磁体如Nd2Fe14B基的稀土永磁体作为适用于本发明的永磁体单元的永磁材料。特别地，优选高矫顽力区中使用的永磁材料为Nd2Fe14B基的稀土永磁体，除了主要成分之外，它还包含添加元素，如镝(Dy)、铽(Tb)、镨(Pr)、镓(Ga)、钼(Mo)和/或钒(V)。这些添加元素是为了进一步增加矫顽力。相反，优选地用于低矫顽力区的永磁材料为上面所描述的不包括添加元素如Dy和Tb或者这些添加元素含量降低的磁性材料，这是因为通过排除或降低这些昂贵元素，才有可能以低成本来生产低矫顽力区。永磁材料可以用任何已知的方法来生产。
如上所述，根据本发明的具有相对永磁体的磁路包括与永磁体单元磁耦合且位于永磁体单元和间隙外部的磁轭。由此，便形成闭合的磁路。由于磁轭3可以与传统的一样，因此此处省略对其的详细描述。对磁轭的形状没有特别的限制，它可以是任意形状，例如它可以是字母C形的，方形的，或者也可以形成为两个圆柱。更具体一些，一对基本平行的板状磁轭可以由圆柱状磁轭支撑，永磁体被设置在板状磁轭相对的表面上。
如上所述，根据本发明的具有相对永磁体的磁路包括一对极靴，每一个极靴被设置在每一个永磁体的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起，这可以改善磁路的磁场的均匀性。也就是说，如果在间隙的中心部分按理论方式设置球形或椭球形空间(也称之为鉴定空间)，磁路的磁场均匀性是根据该鉴定空间中的磁场分布来鉴定的，那么，在极靴为简单的圆盘形时，鉴定空间的赤道部分的磁场强度要低于两极部分的磁场强度。但是，如果极靴被设置了边缘突起，那么鉴定空间的赤道部分与边缘突起之间的物理距离更近，在赤道部分的磁场强度会增加，由此会改善穿越整个鉴定空间的磁场的均匀性。极靴4可以与传统的极靴相同，因此此处省略对其的详细描述。另外，为了进一步改善磁场均匀性，可以在极靴的基底部分的边缘提供多个比所述边缘突起台阶小的小突起。
另外，优选地根据本发明的具有相对永磁体的磁路还包括一对倾斜的磁场线圈5，每个倾斜的磁场线圈被设置在每一个极靴的相对表面的间隙侧且位于所述边缘突起内部。利用该倾斜磁场线圈可以有意识地对极靴间隙中的均匀磁场空间的磁场均匀性进行线性干扰。假定此时接收到包括非均匀磁场信息的NMR信号，在将该信号转变为图像时还可以提供空间信息。
尽管没有特别的限制，但是根据本发明的永磁体单元可以用日本专利临时公开2000-51175A和日本专利临时公开H8-339916/1996A中所描述的方法来生产。如这些文件所公开的，永磁体单元可以用多个永磁体块例如边长的数量级为25mm至100mm的立方块来配置。在这种情况下，上面所描述的区域可以以如下方式与永磁体块相对应，即上面所描述的区域可以被设置为由永磁体块所占据的区域，其中至少一半的区域的面积为上述的区域所占据。更具体一些，特定的永磁体块被包含在特定的区域中可以被定义为表示下面的情况，其中至少一半的永磁体块的面积被包含在该区域中。永磁体块和区域之间的关系如图3所示。在图3中，永磁体单元的中心部分可以由高矫顽力永磁体块构成(高矫顽力区6)而其它的区域可以由低矫顽力永磁体块构成(低矫顽力区7)。
实施例如下参照附图对本发明的一个工作实例进行描述。自然地，下面所描述的工作实例并不对本发明构成限制。
在当前的工作实例中，使用如图1所示的具有相对永磁体的磁路，该磁路的磁场强度为0.2T，其在上倾斜磁场线圈和下倾斜磁场线圈之间的间隙为400mm。对于上永磁体单元和下永磁体单元，使用如下表1中所示类型的永磁材料制成的永磁体块。永磁材料的特性(剩余磁通密度和矫顽力)是根据JIS C 2501用BH描绘器测量从磁体块中切取的样品获得的。
表1磁性材料的特性

*高矫顽力类型Shin-Etus Chemical Co.生产的Nd2Fe14B基稀土磁体，该高矫顽力类型磁体包含两倍于普通类型磁体的Dy和Tb。
*普通类型Shin-Etus Chemical Co.生产的Nd2Fe14B基稀土磁体。
*所显示的矫顽力和剩余磁通密度的值为在25℃的值。
在工作实例1中，使用的磁路被构成为在永磁体单元的70％的中心部分中为高矫顽力类型的磁体，而在区域的其它部分为普图类型的磁体。另外，使用其中永磁体单元的全部区域都由高矫顽力类型的磁体构成的磁路作为比较例1，使用其中永磁体单元的全部区域都由普通类型的磁体构成的磁路作为比较例2。表2显示了磁场强度(T)以及构成工作例1及比较例1和2所需磁体的成本，其中比较例1的成本给定为100。磁路的磁场强度使用METROLAB NMR Tesla MeterPT2025在间隙的中心位置测量。
表2

如表2所示，根据本发明，通过只在永磁体单元的中心部分配置高矫顽力的磁体而在该区域的其余部分配置低矫顽力的磁体，磁体的成本相对于永磁体单元的整个区域都由高矫顽力的磁体构成的磁体的成本降低4％，但是它却能产生与整个区域都由高矫顽力磁体构成的永磁体单元相同程度的磁场强度。但是，当永磁体单元的整个区域都由低矫顽力的磁体构成时，在装配永磁体单元时就会有磁性降低，就不能获得至少0.2T的磁场的设计值。
应当意识到，前面所公开的内容只强调了本发明的某些特定的实施例，所有对其进行的等效修改或变更都在所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种具有相对永磁体的磁路，包括一对通过间隙相互面对的永磁体单元，该对永磁体单元被沿厚度方向磁化，其中，每个永磁体单元包括至少两种类型的具有不同矫顽力的永磁体块，并且在生产永磁体单元时受到最大退磁力的永磁体块具有比至少一种其它类型的永磁体块更大的矫顽力；磁轭，其与所述永磁体单元磁耦合，并位于所述永磁体单元和所述间隙外部；一对极靴，其中的每一个被设置在每一个所述永磁体单元的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起。
2.如权利要求1所述的具有相对永磁体的磁路，其中受到最大退磁力的所述永磁体块的矫顽力在室温下满足公式1矫顽力(kA/m)≥636.6×剩余磁通密度(T)(公式1)。
3.如权利要求1或2所述的具有相对永磁体的磁路，其中受到所述最大退磁力的所述永磁体块所占据的区域位于所述永磁体单元的中心部分，并且具有所述永磁体单元的相对表面的至少60％但小于100％的面积。
4.如权利要求1-3中任一项所述的具有相对永磁体的磁路，其中受到所述最大退磁力的所述永磁体块为含有镝和/或铽的Nd2Fe14B基稀土磁体，所述至少一种其它类型的永磁体块为比受到所述最大退磁力的所述永磁体块含有更少镝和/或铽的Nd2Fe14B基稀土磁体。
全文摘要
为了通过确保使用具有低矫顽力的便宜磁体而又没有由退磁场造成的磁性损失来降低具有相对永磁体的磁路的磁体成本，提供了一种具有相对永磁体的磁路，包括一对通过间隙相互面对的永磁体单元，该对永磁体单元被沿厚度方向磁化，其中，每个永磁体单元包括至少两种类型的具有不同矫顽力的永磁体块，并且在生产永磁体单元时受到最大退磁力的永磁体块具有比至少一种其它类型的永磁体块更大的矫顽力；磁轭，其与所述永磁体单元磁耦合，并位于所述永磁体单元和所述间隙外部；一对极靴，其中的每一个被设置在每一个所述永磁体单元的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起。
文档编号G01R33/383GK1626033SQ20041010111
公开日2005年6月15日 申请日期2004年12月13日 优先权日2003年12月12日
发明者土井祐仁, 宫田浩二, 樋口大 申请人:信越化学工业株式会社