DE102019008033A1 - Arrangement of two-pole permanent magnets in an array and its use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Array von zweipoligen Permanentmagneten (1, 2) bei dem mindestens zwei zweipolige Permanentmagnete (1, 2) mit gleicher Magnetisierungsrichtung, welche ein Paar bilden, zwischen zwei Polplatten (3), (4) angeordnet sind, so dass sie mit den Polplatten (3), (4) ein Volumenelement einschließen, welches senkrecht zur Ebene, die durch die zweipoligen Permanentmagnete (1, 2) und die Polplatten (3), (4) begrenzt wird, offen ist, bei dem sich auf den Seiten der Polplatten (3), (4), welche den zweipoligen Permanentmagneten (1, 2) abgewandt ist, außenliegende zweipolige Permanentmagnete (5, 6), deren Magnetisierung der Magnetisierung der zweipoligen Permanentmagnete (1, 2), welche sich zwischen den Polplatten (3), (4) befinden, entgegengesetzt ist befinden, so dass deren Magnetfelder eine antiparallele Ausrichtung haben.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von zweipoligen Permanentmagneten zu einem Array und dessen Verwendung.The invention relates to an arrangement of two-pole permanent magnets to form an array and its use.
In der Physik besteht in vielen Fällen der Bedarf Volumenelemente mit Magnetfeldern einer hohen Homogenität zu erzeugen. So werden beispielsweise zum Halten von Superspiegeln für Neutronen-Polarisatoren homogene Magnetfelder benötigt. Homogene Magnetfelder können beispielsweise mittels Halbach-Magneten [„Application of permanent magnets in accerleraors and electron storage rings (invited)“ Klaus Halbach Journal of Applied Physics 57, 3605 (1985)] oder dipolartigen Magnetsystemen mit zwei Säulen oder mit zwei Reihen von Säulen von Permanentmagneten [„Layout and performance oft the polarizing guide system for the J-NSE spectrometer at the FRM II“,
Die Vorrichtungen, mit denen homogene Magnetfelder erzeugt werden sind räumlich sehr ausgedehnt, weshalb sie auch relativ große Volumenelemente umschließen und führen zu langreichweitigen Streufeldern, welche die Homogenität des Magnetfeldes beeinträchtigen. Die Magnetfelder können auch zu ungewünschten Wechselwirkungen mit Komponenten und Prozessen außerhalb des Magnetsystems zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes führen.The devices with which homogeneous magnetic fields are generated are spatially very extensive, which is why they also enclose relatively large volume elements and lead to long-range stray fields which impair the homogeneity of the magnetic field. The magnetic fields can also lead to undesired interactions with components and processes outside the magnetic system to generate a homogeneous magnetic field.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der möglichst homogene Magnetfelder erzeugt werden, wobei Streufelder in dem Volumenelement, welches von der Vorrichtung umschlossen wird, stark reduziert oder komplett ausgeschaltet werden. Die Magnetfeldstärke in dem Volumenelement, in welchem das homogene Magnetfeld erzeugt werden soll, soll verstärkt werden.It is therefore the object of the invention to provide a device with which the most homogeneous possible magnetic fields are generated, with stray fields in the volume element which is enclosed by the device being greatly reduced or completely eliminated. The magnetic field strength in the volume element in which the homogeneous magnetic field is to be generated should be increased.
Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die kleinere Volumenelemente umschließen kann und baulich kleiner ausgestaltet sein kann.Furthermore, a device is to be made available which can enclose smaller volume elements and which can be designed to be structurally smaller.
Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 und der nebengeordneten Ansprüche wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil dieser Ansprüche angegebenen Merkmalen.Based on the preamble of
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nunmehr möglich, homogene Magnetfelder mit wenig oder keinen Streufeldern zu erzeugen, die insbesondere kleinere Volumenelemente baulich eng umschließen, die gegenüber dem Stand der Technik ein verstärktes Magnetfeld aufweisen.With the device according to the invention, it is now possible to generate homogeneous magnetic fields with little or no stray fields which, in particular, structurally closely enclose smaller volume elements that have a stronger magnetic field than in the prior art.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the invention are specified in the subclaims.
Im Folgenden wird die Erfindung erläutert, ohne dass dies einschränkend auszulegen ist.The invention is explained below without this having to be interpreted in a restrictive manner.
In einer einfachen Ausführungsform sind zwei zweipolige Permanentmagnete gleicher magnetischer Ausrichtung, welche ein Paar bilden, zwischen zwei Polplatten in einem Array so angeordnet, dass sie mit den Polplatten ein Volumenelement einschließen, welches senkrecht zur Ebene, die durch die zweipoligen Permanentmagnete und die Polplatten begrenzt wird, offen ist.In a simple embodiment, two two-pole permanent magnets of the same magnetic alignment, which form a pair, are arranged between two pole plates in an array so that they enclose a volume element with the pole plates, which is perpendicular to the plane delimited by the two-pole permanent magnets and the pole plates , is open.
Erfindungsgemäß befinden sich auf den Seiten der Polplatten, welche den zweipoligen Permanentmagneten abgewandt sind, jeweils mindestens ein außenliegender zweipoliger Permanentmagnet, dessen Magnetisierung den zweipoligen Permanentmagneten zwischen den Polplatten entgegengesetzt ist, so dass er eine antiparallele Ausrichtung hat.According to the invention, on the sides of the pole plates facing away from the two-pole permanent magnets, there is in each case at least one external two-pole permanent magnet, the magnetization of which is opposite to the two-pole permanent magnets between the pole plates, so that it has an anti-parallel alignment.
Dadurch werden Streufelder stark reduziert oder verhindert, durch die Wahl der Abmessungen der Vorrichtungsbestandteile kann die Vorrichtung baulich klein ausgestaltet und die Magnetfeldstärke in dem umschlossenen Volumenelement erhöht werden. Die Magnetisierung wird dabei mit zwei Polen hoher Permeabilität geführt. Das Fernfeld wird dadurch kompensiert und fällt deutlich schneller ab als in der Standard-Lösung nach dem Stand der Technik, bei der an den Außenseiten der Polplatten keine Magnete mit antiparalleler Ausrichtung positioniert sind. Bei gleichem internen Feld, welches sich als Volumenelement zwischen den Polplatten und den zwischen den Polplatten angeordneten Permanentmagneten befindet, ist das Fernfeld um mehr als eine Größenordnung, d.h. eine Zehnerpotenz, geringer. Umgekehrt kann die Anordnung auch dafür verwendet werden, die Stärke des internen Feldes zwischen den Polen zu erhöhen, während die Streufelder weiterhin deutlich geringer ausfallen als in der Standard-Geometrie. Mit dem erfindungsgemäßen Array kann für das umschlossene, interne Volumenelement, welches sich zwischen den zweipoligen Permanentmagneten und den Polplatten befindet gegenüber dem Array nach dem Stand der Technik, welches keine außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete besitzt, bei ansonsten gleicher Bauweise Materialien und Materialstärke, ein 25 % bis 35 % höheres internes Magnetfeld erreicht werden.As a result, stray fields are greatly reduced or prevented. By choosing the dimensions of the device components, the device can be made structurally small and the magnetic field strength in the enclosed volume element can be increased. The magnetization is carried out with two poles of high permeability. The far field is thereby compensated and falls significantly faster than in the standard solution according to the state of the art, in which no magnets with anti-parallel alignment are positioned on the outside of the pole plates. With the same internal field, which is located as a volume element between the pole plates and the permanent magnets arranged between the pole plates, the far field is lower by more than an order of magnitude, i.e. a power of ten. Conversely, the arrangement can also be used to increase the strength of the internal field between the poles, while the stray fields continue to be significantly lower than in the standard geometry. With the array according to the invention, for the enclosed, internal volume element, which is located between the two-pole permanent magnets and the pole plates, compared to the array according to the prior art, which has no external two-pole permanent magnets, with otherwise the same construction materials and material thickness, a 25% to 35% higher internal magnetic field can be achieved.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Arrays sind hinter den beiden zweipoligen Permanentmagneten, welche sich zwischen den Polplatten befinden, jeweils mindestens ein weiterer zweipoliger Permanentmagnet gleicher magnetischer Ausrichtung in einer Reihe angeordnet, wobei die Polplatten alle zweipoligen Permanentmagnete abdecken. So entsteht eine tunnelförmige Anordnung von Paaren zweipoliger Permanentmagnete, welche mit den Polplatten größere Volumina umschließen. So können jeweils n zweipolige Permanentmagnete in einer Reihe hintereinander angeordnet sein, wobei die Reihen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen um eine möglichst gute Homogenität des Magnetfeldes zu bewirken.In a further embodiment of the array according to the invention, at least one further two-pole permanent magnet of the same magnetic orientation is arranged in a row behind the two two-pole permanent magnets, which are located between the pole plates, the pole plates covering all two-pole permanent magnets. This creates a tunnel-shaped arrangement of pairs of two-pole permanent magnets which, with the pole plates, enclose larger volumes. Thus, n two-pole permanent magnets can be arranged one behind the other in a row, the rows preferably running essentially parallel to one another in order to bring about the best possible homogeneity of the magnetic field.
Die zweipoligen Permanentmagnete, welche sich zwischen den Polplatten befinden, sind vorzugsweise stabförmig bzw. Stabmagnete.The two-pole permanent magnets, which are located between the pole plates, are preferably rod-shaped or bar magnets.
Die sich zwischen den Polplatten befindenden zweipoligen Permanentmagnete können aus einem einzelnen Magneten oder mindestens zwei zweipoligen Permanentmagneten, beispielsweise
Die zweipoligen Permanentmagnete, welche sich zwischen den Polplatten befinden, können aus jedem permanentmagnetischem Material sein, beispielweise NbFeB, Ferrite, AINiCo, oder SmCo. Es können dabei permanente Festmagnete oder Composite sein, beispielsweise magnetische Materialien, welche in Kunststoffe eingebettet sind, wie Magnetpulver in Plastik.The two-pole permanent magnets, which are located between the pole plates, can be made of any permanent magnetic material, for example NbFeB, ferrites, AINiCo, or SmCo. It can be permanent magnets or composites, for example magnetic materials that are embedded in plastics, such as magnetic powder in plastics.
Die zweipoligen Permanentmagnete, welche sich zwischen den Polplatten befinden, können eine Länge von beispielsweise 1 bis 100 cm haben. Die Länge ist aber grundsätzlich frei wählbar. Grundsätzlich können auch größere Abmessungen Einsatz finden. So können die Permanentmagnete zwischen den Polplatten auch mehrere Meter haben.The two-pole permanent magnets, which are located between the pole plates, can have a length of, for example, 1 to 100 cm. The length can, however, be freely selected. In principle, larger dimensions can also be used. So the permanent magnets can be several meters between the pole plates.
Die zweipoligen Permanentmagnete, welche sich zwischen den Polplatten befinden, haben vorzugsweise eine Magnetfeldstärke von 0,2 bis
Die Zahl n der in einem Array jeweils in einer Reihe angeordneten Paare zweipoliger Permanentmagnete, welche sich zwischen den Polplatten befinden, kann an die experimentellen Bedürfnisse angepasst werden und kann dabei je nach Verwendung des erfindungsgemäßen Arrays beispielsweise 1,
Die Abstände der einzelnen zweipoligen Permanentmagnete bzw. Paare von zweipoligen Permanentmagneten, die zwischen den Polplatten hintereinander angeordnet sind, können beispielsweise 0 bis 2 cm betragen. Besonders bevorzugt sind Abstände von jeweils 0 bis 1 cm. Damit kann ein besonders starkes Magnetfeld mit guter Homogenität erzeugt werden. Grundsätzlich sollte der Abstand zwischen den Paaren von zweipoligen Permanentmagneten möglichst klein sein, da so ein Magnetfeld mit hoher Homogenität erreicht werden kann.The distances between the individual two-pole permanent magnets or pairs of two-pole permanent magnets, which are arranged one behind the other between the pole plates, can be, for example, 0 to 2 cm. Distances of 0 to 1 cm in each case are particularly preferred. A particularly strong magnetic field with good homogeneity can thus be generated. In principle, the distance between the pairs of two-pole permanent magnets should be as small as possible, since a magnetic field with high homogeneity can be achieved in this way.
Die zweipoligen Permanentmagnete zwischen den Polplatten, die sich hintereinander in einer Reihe befinden, sind vorzugsweise äquidistant angeordnet.The two-pole permanent magnets between the pole plates, which are located one behind the other in a row, are preferably arranged equidistantly.
Die außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete, welche sich auf der dem Innenraum abgewandten Seite befinden, sind vorzugsweise Stabmagnete. An Stelle eines einzigen Stabmagnetes können auch zwei, drei oder mehrere kleinere Stabmagnete linear in einer Reihe angeordnet sein.The external two-pole permanent magnets, which are located on the side facing away from the interior, are preferably bar magnets. Instead of a single bar magnet, two, three or more smaller bar magnets can be arranged linearly in a row.
Die außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete sind auf der Polplatte vorzugsweise so angeordnet, dass sie auf der gleichen Schnittebene des Arrays liegen, in der sich die zweipoligen Permanentmagnete befinden, die sich zwischen den Polplatten befinden.The external two-pole permanent magnets are preferably arranged on the pole plate in such a way that they lie on the same sectional plane of the array in which the two-pole permanent magnets are located, which are located between the pole plates.
Die Länge der außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete, welche sich auf den Polplatten befinden, kann wiederum zwischen 1 bis 100 cm liegen. Die Länge ist aber je nach Bedarf frei wählbar.The length of the external two-pole permanent magnets, which are located on the pole plates, can again be between 1 and 100 cm. However, the length can be freely selected as required.
Die außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete sollten bezogen auf eine Ebene, die durch zwei Permanentmagnete geht, die zwischen den Polplatten sind, vorzugsweise den gesamten Abschnitt zwischen den zweipoligen Permanentmagneten abdecken, die sich zwischen den Polplatten befinden um eine bestmögliche Homogenität des Magnetfeldes zu erreichen. Dabei können sie aber auch in einer weniger bevorzugten Ausführungsform nicht auf der Schnittebene die durch zwei Permanentmagnete geht, die zwischen den Polplatten sind, sondern zu der Ebene verschoben angeordnet sein.The external two-pole permanent magnets should preferably cover the entire section between the two-pole permanent magnets that are located between the pole plates in order to achieve the best possible homogeneity of the magnetic field, based on a plane that goes through two permanent magnets that are between the pole plates. In a less preferred embodiment, however, they can not be arranged on the cutting plane that goes through two permanent magnets that are between the pole plates, but rather shifted to the plane.
Die Abstände der außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete auf der Außenseite der Polplatten haben vorzugsweise die gleichen Abstände voneinander, wie die Paare der zweipoligen Permanentmagnete, die sich zwischen den Polplatten befinden.The distances between the outer two-pole permanent magnets on the outside of the pole plates are preferably the same distances from one another as the pairs of two-pole permanent magnets that are located between the pole plates.
Die Abstände der Reihen der außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete auf der Polplatte können 0 cm bis 2 cm betragen.The distances between the rows of the two-pole permanent magnets on the outside of the pole plate can be 0 cm to 2 cm.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete einen kleinen Anstand haben, da das erzeugte Magnetfeld in diesem Fall eine hohe Homogenität erreicht.In principle, it is advantageous if the individual, external two-pole permanent magnets are spaced a little apart, since the magnetic field generated in this case achieves a high degree of homogeneity.
Die außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete können jeweils auf derselben Schnittebene liegen, die durch ein Paar gegenüber liegenden zweipolige Permanentmagnete zwischen den Polplatten verläuft. Dabei ist es nicht zwingend, dass auf jeder dieser Schnittebenen, die parallel zueinander stehen, ein zweipoliger Permanentmagnet durchgehend angebracht ist. Die Anordnung soll aber regelmäßig sein. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen zweipolige Permanentmagnete lückenhaft, beispielsweise Schachbrettartig angeordnet sind. Bevorzugt sind jedoch durchgehende Reihen von zweipoligen Permanentmagneten, welche sich vorzugsweise jeweils auf einer Schnittebene befinden, die durch zwei gegenüberliegende zweipolige Permanentmagnete zwischen den Polplatten verläuft.The outer two-pole permanent magnets can each lie on the same sectional plane, which runs through a pair of opposing two-pole permanent magnets between the pole plates. It is not imperative that a two-pole permanent magnet is continuously attached to each of these sectional planes, which are parallel to one another. The arrangement should, however, be regular. Embodiments are also possible in which two-pole permanent magnets are arranged with gaps, for example in the manner of a chessboard. However, continuous rows of two-pole permanent magnets are preferred, which are preferably each located on a sectional plane that runs through two opposing two-pole permanent magnets between the pole plates.
Die Zahl m der in einem Array jeweils hintereinander angeordneten zweipoligen Permanentmagnete, welche sich außerhalb der Polplatten befinden, kann an die experimentellen Bedürfnisse angepasst werden und kann dabei je nach Verwendung des erfindungsgemäßen Arrays beispielsweise 1,
Die außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete, welche sich auf den Polplatten befinden, können aus jedem permanent magnetischem Material sein, beispielweise NbFeB, Ferrite, AINiCo oder SmCo. Es können dabei Festmagnete oder Composite sein, beispielsweise magnetische Materialien, welche in Kunststoffe eingebettet sind.The external two-pole permanent magnets, which are located on the pole plates, can be made of any permanent magnetic material, for example NbFeB, ferrites, AINiCo or SmCo. It can be fixed magnets or composites, for example magnetic materials that are embedded in plastics.
Die Feldstärke der außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete kann von 0,2 bis
Das Volumen der außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete, ist auf jeder nach außen gewandten Seite der Polplatten vorzugsweise gleich des Volumens der jeweils hintereinander gereihten Paare von zweipoligen Permanentmagneten zwischen den Polplatten. Das gilt insbesondere, wenn die einzelnen außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete und jeweils hintereinander gereihten zweipoligen Permanentmagnete zwischen den Polplatten die gleiche Magnetisierung aufweisen.The volume of the external two-pole permanent magnets on each outward-facing side of the pole plates is preferably equal to the volume of the pairs of two-pole permanent magnets lined up one behind the other between the pole plates. This applies in particular when the individual, external two-pole permanent magnets and two-pole permanent magnets arranged one behind the other have the same magnetization between the pole plates.
Vorzugsweise soll die Magnetisierung, die durch die zweipoligen Permanentmagnete, die zwischen den Polplatten angeordnet sind, bewirkt wird, und die Magnetisierung, die durch die außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete bewirkt wird, den gleichen Betrag haben. Das bedeutet, dass die äußeren und inneren zweipoligen Permanentmagnete, wenn sie aus gleichem Material bestehen und eine gleiche Magnetisierung aufweisen, auch das gleiche Volumen einnehmen. In der bevorzugten Ausführungsform haben daher alle verwendeten Magnete das gleiche Material mit der gleichen Magnetisierung und nehmen dabei das gleiche Volumen ein.Preferably, the magnetization that is brought about by the two-pole permanent magnets that are arranged between the pole plates and the magnetization that is brought about by the two-pole permanent magnets on the outside should have the same magnitude. This means that the outer and inner two-pole permanent magnets, if they are made of the same material and have the same magnetization, also occupy the same volume. In the preferred embodiment, therefore, all magnets used have the same material with the same magnetization and take up the same volume.
Die einzelnen Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vorzugsweise baulich miteinander verbunden um sie zusammen zu halten. Das kann beispielsweise mit einem Rahmen bewirkt werden, in den die Bestandteile eingespannt oder eingelegt sind. Damit kann repulsiven Kräften entgegengewirkt werden.The individual parts of the device according to the invention are preferably structurally connected to one another in order to hold them together. This can be achieved, for example, with a frame in which the components are clamped or inserted. This can counteract repulsive forces.
Die Polplatten sollten eine möglichst hohe Permeabilität aufweisen. Beispielhaft können Polplatten mit Permeabilitäten von µ = 103 bis 106 gewählt werden. Die Polplatten mit hoher magnetischer Permeabilität sollten eine Saturierung oberhalb der remanenten Magnetisierung der sich zwischen den Polplatten befindenden zweipoligen Permanentmagnete haben. Unabhängig von einer einzelnen Ausführungsform können die Polplatten praktikabel eine Dicke von mehr als 1 mm bis beispielsweise 3 cm haben. Die Dicke der Polplatten können jedoch in Abhängigkeit auch andere größere Werte annehmen und sind frei wählbar.The pole plates should have the highest possible permeability. For example, pole plates with permeabilities of µ = 10 3 to 10 6 can be selected. The pole plates with high magnetic permeability should have a saturation above the remanent magnetization of the two-pole permanent magnets located between the pole plates. Regardless of an individual embodiment, the pole plates can practically have a thickness of more than 1 mm to, for example, 3 cm. The thickness of the pole plates can, however, also take on other larger values as a function and are freely selectable.
Die Polplatten sollten zudem dick genug sein, damit die Permeabilität für eine gegebene Magnet-Anordnung nicht in Sättigung geht. Eine geeignete Dicke kann beispielsweise in einem Array aus NbFeB Magneten für ein hohes Magnetfeld 0,07 Tesla in einem Volumenelement von 20 x 40 x 60 cm Feld 1 - 3 cm betragen. Die Dicke sollte hoch genug sein um eine Sättigung in dem Volumen des Polplattenmaterials zu verhindern.The pole plates should also be thick enough so that the permeability for a given magnet arrangement does not go into saturation. A suitable thickness can for example be in an array of NbFeB magnets for a high magnetic field 0.07 Tesla in a volume element of 20 x 40 x 60 cm field 1 - 3 cm. The thickness should be high enough to prevent saturation in the volume of the pole plate material.
Die Stärke des internen Feldes zwischen den Polplatten kann durch das Volumen der benutzten Magnete angepasst werden. Die sich zwischen den Polplatten befindenden zweipoligen Permanentmagnete sind Ausgestaltungen mit einer oder mehreren Magnetsäulen.The strength of the internal field between the pole plates can be adjusted by the volume of the magnets used. The two-pole permanent magnets located between the pole plates are designs with one or more magnetic columns.
Die Magnetfeldstärke der außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete kann in einem Bereich von 0,2 bis
Vorzugsweise soll der magnetische Fluss, die durch die außenliegenden zweipoligen Permanentmagnete erzeugt wird und der, der durch die zweipoligen Permanentmagnete, zwischen den Polplatten erzeugt wird, gleich groß sein.The magnetic flux that is generated by the two-pole permanent magnets on the outside and that generated by the two-pole permanent magnets between the pole plates should preferably be of the same size.
Insbesondere wenn das Volumen der zweipoligen Permanentmagnete außerhalb der Polplatten und der gegensinnig gepolten zweipoligen Permanentmagnete zwischen den Polplatten in der erfindungsgemäßen 4-Magnet-Anordnung gleich ist und die Magnete von gleicher Art sind und vergleichbaren magnetischen Fluss erzeugen, werden die Fernfelder der Anordnung besonders gut minimiert.In particular, if the volume of the two-pole permanent magnets outside the pole plates and the oppositely polarized two-pole permanent magnets between the pole plates in the 4-magnet arrangement according to the invention is the same and the magnets are of the same type and generate comparable magnetic flux, the far fields of the arrangement are minimized particularly well .
Das interne Magnetfeld zwischen den Polplatten ist am homogensten für eine reguläre und gleichförmige Anordnung der Permanentmagnete. Diese ist beispielsweise gegeben, wenn die Permanentmagnete zwischen den Polplatten baulich gleich und äquidistant angeordnet sind und/oder die Permanentmagnete außerhalb der Polplatten baulich gleich und äquidistant angeordnet sind. Die zweipoligen Permanentmagnete zwischen den Polplatten und die zweipoligen Permanentmagnete, welche sich auf der vom Innenraum abgewandten Außenseite der Polplatten angeordnet sind, befinden sich dann vorzugsweise jeweils auf einer Schnittebene.The internal magnetic field between the pole plates is most homogeneous for a regular and uniform arrangement of the permanent magnets. This is the case, for example, if the permanent magnets between the pole plates are arranged structurally identically and equidistantly and / or the permanent magnets outside the pole plates are structurally arranged identically and equidistantly. The two-pole permanent magnets between the pole plates and the two-pole permanent magnets, which are arranged on the outside of the pole plates facing away from the interior, are then preferably each located on a sectional plane.
Gegenüber einem bestehenden System mit
Wenn die Feldstärke zwischen den Polplatten im Vergleich zu der 2-Säulen-Lösung nach dem Stand der Technik, die ohne Permanentmagnete außerhalb der Polplatten auskommen, nicht vergrößert werden soll sondern konstant bleiben soll, muss das Gesamtvolumen aller Magnete, also der zweipoligen Permanentmagnete, welche sich zwischen den Polplatten befinden und der zweipoligen Permanentmagnete, welche sich aus der Außenseite der Polplatten befinden, entsprechend reduziert werden abhängig von der genauen Geometrie. Damit kann erreicht werden, dass das interne Magnetfeld zwar nicht vergrößert wird, das Streufeld jedoch verringert wird.If the field strength between the pole plates is not to be increased compared to the 2-column solution according to the state of the art, which can do without permanent magnets outside the pole plates, but to remain constant, the total volume of all magnets, i.e. the two-pole permanent magnets, which are located between the pole plates and the two-pole permanent magnets, which are located on the outside of the pole plates, are correspondingly reduced depending on the exact geometry. It can thus be achieved that the internal magnetic field is not increased, but the stray field is reduced.
Das erfindungsgemäße Array kann daher dazu verwendet werden, das interne Magnetfeld zu homogenisieren und/oder das Streufeld außerhalb des Arrays zu verringern.The array according to the invention can therefore be used to homogenize the internal magnetic field and / or to reduce the stray field outside the array.
Das erfindungsgemäße Array kann für die Erzeugung von Magnetfeldern von beispielsweise bis zu
Die Figuren zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Form, sowie durch die Vorrichtung erzeugte Magnetfelder.The figures show the device according to the invention in schematic form, as well as magnetic fields generated by the device.
Es zeigt:
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1 : Ein erfindungsgemäßes Array. -
2 : Eine Seitenansicht, auf die Öffnung des erfindungsgemäßen Arrays -
3 : Eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Arrays -
4 : Eine Aufsicht auf das erfindungsgemäße Array -
5a ,5b : Durch das erfindungsgemäße Array erzeugte Magnetfelder.
-
1 : An array according to the invention. -
2 : A side view of the opening of the array according to the invention -
3 : A side view of the array according to the invention -
4th : A plan view of the array according to the invention -
5a ,5b : Magnetic fields generated by the array according to the invention.
In dem Array in
Beispiel:Example:
Magnetfeld zum Halten der Magnetisierung eines Superspiegels für Neutronen-Polarisatoren oder -Analysatoren. Dieses Gerät kann als verbessertes Magnetsystem dafür verwendet werden, das die Wirkung des Superspiegels gewährleistet und gleichzeitig die langreichweitigen Streufelder deutlich reduziert. Zum Beispiel wird die Stärke des Streufeldes in 2 m Abstand zum Superspiegel-Analysator mit einer 4-Magneten-Anordnung um mehr als eine Größenordnung reduziert. In diesem Beispiel wird ein „Dipol“-System (2-Säulen-Lösung) betrachtet für eine 26 cm hohe, 12,6 cm breite und 60 cm lange Superspiegel-Analysator-Einheit mit einem internen Feld zwischen den Polen von 0,055 Tesla, das in 2 m Abstand ein Feld von 30 µTesla erzeugt, d.h. in ähnlicher Größenordnung wie das Erd-Magnetfeld. Mit der hier beschriebenen 4-Magneten-Anordnung wird ein Feld von < 3 µTesla im selben Abstand erzeugt. Da diese Geräte häufig beweglich sind und einige Neutronenstreu-Experimente äußerst empfindlich gegenüber veränderlichen externen Magnetfeldern sind, kann es bei schlechter Abschirmung der Magnetfelder zu starken Störungen in der Nachbarschaft kommen. Die hier präsentierte Lösung reduziert die Stärke der unerwünschten Streufelder um mehr als eine Größenordnung, wodurch Interferenzen verschiedener Instrumente minimiert werden, im besten Fall so, dass gegenseitige Störungen komplett ausgeschlossen werden. Für den speziellen Fall des Neutronen-Spin-Echo Spektrometers, ein Nachbarinstrument mit einem Superspiegel-Analysator mit 2-Magnetsäulen Anordnung für das magnetische Feld kann eine Phasenverschiebung des polarisierten Neutronenstrahls am Neutronen-Spin-Echo Spektrometer verursachen in der Größenordnung von bis zu 60°. Streufelder, die mehr als eine Größenordnung geringer wären, würden einen gleichzeitigen Betrieb beider Instrumente gestatten.
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- O. Holderer et al Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 586 (2008) 90-94 [0002]O. Holderer et al Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 586 (2008) 90-94 [0002]
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- 2020-10-28 EP EP20816381.6A patent/EP4062432A1/en active Pending
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Also Published As
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|---|---|
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| WO2021098896A1 (en) | 2021-05-27 |
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