專利名稱：一種變異的Halbach永磁陣列液體磁化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變異的Halbach永磁陣列液體磁化裝置。背景技術(shù)：
現(xiàn)有的液體磁化技術(shù)大致可分為兩類一是讓液體通過異名磁極相對(duì)的腔隙?；谶@類技術(shù)的液體磁化器通常是兩塊正負(fù)極磁鐵相合而成，技術(shù)簡單、成本低廉，易于制造，但磁作用因雙極相向而相互抵消，磁化效果不好。實(shí)例如圖1所示。二是讓液體通過同名磁極合圍的管道?；谶@類技術(shù)的液體磁化器通常是將所有磁塊的正極朝向液體輸送管道而所有的負(fù)極被一根金屬導(dǎo)磁環(huán)連通，雖然磁化效果較好，但是磁能利用率較低，而且在管道中央存在很大的磁化死角。實(shí)例如圖2所示。近幾年，有人試圖將Halbach永磁陣列應(yīng)用于液體磁化。CN201704112U專利公開了 “一種用于液體磁化的磁環(huán)”(圖3是其摘要附圖)，CN201704111U專利公開的“水磁化器”描述了同樣的磁環(huán)。事實(shí)上，這種“由若干個(gè)環(huán)狀排列的磁塊組成，其中磁塊的磁通方向是徑向和切線方向交替排列，磁通徑向排列的磁塊的磁通方向內(nèi)外交替排列，磁通切線排列的磁塊的磁通方向左旋右旋交替排列”的磁環(huán)就是典型的Halbach永磁陣列。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。Halbach永磁陣列最初由美國的Klous Halbach教授于1979年提出，這種永磁陣列能使一側(cè)的磁場顯著加強(qiáng)而另一側(cè)磁場顯著削弱，具有強(qiáng)烈的單極化效應(yīng)和自屏蔽效應(yīng)，而且容易得到在空間呈正弦分布的磁場。早在20世紀(jì)90年代就被成功應(yīng)用于新一代離子加速器、自由電子激光裝置、同步輻射裝置等高能物理領(lǐng)域。近十幾年，又被應(yīng)運(yùn)于永磁無芯電機(jī)、磁懸浮列車、磁軸承、永磁血泵等高新技術(shù)領(lǐng)域。圖5給出了經(jīng)典文獻(xiàn)所介紹的幾種環(huán)型永磁陣列。其中，(a)為傳統(tǒng)的徑向陣列，(b)、(c)、(d)均為Halbach永磁陣列。其實(shí)，用作液體磁化的永磁裝置不一定要求很高的磁場均勻度和理想的正弦分布，也不一定要使弱側(cè)磁場降到很低程度，將典型的Halbach永磁陣列搬用到磁水器中是很不經(jīng)濟(jì)的，原因是扇形磁鐵材料利用率低、加工成本高、安裝非常困難，這樣的液體磁化器不但會(huì)加重用戶不必要的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，而且會(huì)造成稀土資源的浪費(fèi)。CN201732647U公開了如圖6所示的“一種改進(jìn)的Halbach陣列永磁體裝置”，同一組申請(qǐng)人之前還發(fā)明過一種橫截面為新月形的類似裝置，但這兩種陣列的磁場環(huán)周只有一對(duì)波峰，根本不適宜用作液體磁化。

發(fā)明內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明主要解決下列問題一是探索性價(jià)比最優(yōu)的 Halbach環(huán)型永磁陣列的變異形式，以求用盡可能小的經(jīng)濟(jì)投入取得盡可能好的聚磁效果； 二是根據(jù)永磁元件充磁方向和排布規(guī)律探索構(gòu)建陣列的最優(yōu)方案；三是克服磁能分布波峰與波谷之間的非均衡性；四是防止液體通過磁環(huán)中心的低能區(qū)域(或稱“磁化死角”) ’五是盡量減小磁能穿過液體輸送管管壁時(shí)因厚度(距離)和材質(zhì)造成的衰減；六是設(shè)法加快液體經(jīng)過磁路的速度。(二)所采用的技術(shù)方案1、本人通過理論推導(dǎo)證明用如(11= 1,2,3,……)個(gè)扇形(也可以是梯形、方形或方形加三角形)永磁元件均能構(gòu)成Halbach環(huán)型陣列，而且在只有徑向和切向兩種充磁方式(即沒有45°或其它角度的斜向充磁元件)時(shí)，當(dāng)η為奇數(shù)時(shí)徑向充磁元件均為異名磁極相對(duì)，當(dāng)η為偶數(shù)時(shí)徑向充磁元件均為同名磁極相對(duì)?；苏J(rèn)識(shí)，本實(shí)用新型優(yōu)先選用由8、16、24、32個(gè)梯形或方形(也可以是方形加三角形)永磁元件構(gòu)成的具有實(shí)用價(jià)值的環(huán)型陣列，這些變異的Halbach環(huán)型陣列既能使內(nèi)側(cè)磁場得到有效加強(qiáng)，又能避免磁作用因正負(fù)極相向而造成的相互抵消，可以用來制造不同管徑、不同要求的液體磁化器。相對(duì)而言，由梯形元件構(gòu)成環(huán)型陣列(見圖7)最接近典型的Halbach陣列，聚磁效果最好，但成本最高；由方形和三角形元件交替構(gòu)成的環(huán)型陣列(見圖9)成本最低，但聚磁效果最差；由方形元件構(gòu)成的環(huán)型陣列(見圖10)性能和成本介乎于二者之間。即使這樣，后兩種陣列仍不失為用作液體磁化的優(yōu)選形式，因?yàn)檫@里只需關(guān)注強(qiáng)側(cè)磁場的加強(qiáng)程度而不必計(jì)較弱側(cè)磁場的削弱程度。2、本人通過實(shí)踐驗(yàn)確定了如下裝配程序先按內(nèi)外交替的規(guī)則將徑向充磁元件順次裝配于特制夾具的槽孔之中，并確保其緊貼液體輸送管，然后再按順逆交替的規(guī)則裝配切向充磁元件，最后用合箍緊固。3、針對(duì)Halbach環(huán)型陣列磁場分布的非均衡性，將3 9組環(huán)型磁陣之間的徑向永磁元件相互錯(cuò)開，沿磁路(即液體流動(dòng)方向)呈螺旋狀分布。同時(shí)，為了適度延長磁路， 各環(huán)型磁陣之間保持3 5cm的間距。4、為解決和利用管道中央的磁化死角，在液體輸送管的中央設(shè)置了液體分布器， 使其外周與液體輸送管內(nèi)壁形成環(huán)形縫隙通道；液體分布器是側(cè)面有無數(shù)小孔的中空柱狀結(jié)構(gòu)，其中填充遠(yuǎn)紅外活化球、特制礦化球和純天然托瑪琳。5、為減小磁場穿過液體輸送管管壁時(shí)因厚度和材質(zhì)造成的衰減，液體輸送管選用非鐵薄壁材料。6、為確保液體快速通過磁路，規(guī)定液體分布器外周與液體輸送管內(nèi)壁形成的同心圓的面積略小于外配管徑的內(nèi)橫截面積。7、整機(jī)裝配方案是先將磁塊及其夾具束縛于液體輸送管之外，再將液體輸送管兩端與外殼密封為一體，之后再將液體分布器的兩端固定于液體輸送管內(nèi)壁。整機(jī)結(jié)構(gòu)見圖8。(三)能產(chǎn)生的有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有一些顯著而可靠的有益效果第一，能在永磁元件的體積、性能、數(shù)量相同的前提下，產(chǎn)生最佳磁化效果；第二，能有效克服永磁元件之強(qiáng)烈吸引和排斥帶來的裝配麻煩，便于批量生產(chǎn)；第三，能彌補(bǔ)環(huán)型也陣列磁能分布在波峰與波谷之間的非均衡性，使流經(jīng)磁路的液體分子都得到有效磁化；第四，能去除磁環(huán)中心的磁化死角，使液體在得到有效磁化的同時(shí)，還能得到活化、礦化和弱堿化。


圖1為雙極液體磁化器范例。圖2為“單極”液體磁化器范例。圖3為CN201704112U專利所述磁環(huán)。圖4為典型的Halbach永磁陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖5為經(jīng)典文獻(xiàn)所載的環(huán)型永磁陣列。圖6為CN201732647U專利所述永磁體裝置。圖7為梯形元件構(gòu)成環(huán)型陣列。圖8為本發(fā)明所述的液體磁化器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8中1、外殼；1-1、筒體；1-2、端蓋；1_3、聯(lián)結(jié)裝置；1_4、外接鏍紋；2、永磁裝置；2-1、永磁陣列；2-2、非金屬夾套；2-3、金屬合箍；3、液體輸送管；4、液體分液體分布器； 4-1、滲透孔；4-2、固定支架。圖9為永磁裝置的的軸向橫截面之一(內(nèi)含方形和三角形元件交替構(gòu)成的環(huán)型陣列)。圖10為永磁裝置的的軸向橫截面之二(內(nèi)含方形元件構(gòu)成的環(huán)型陣列)。圖11為實(shí)施例1的安裝細(xì)節(jié)示意。圖12為實(shí)施例2的安裝細(xì)節(jié)示意。
具體實(shí)施方式接下來參照說明書附圖8及圖11、圖12對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例一一種由5 X 8個(gè)永磁元件構(gòu)成的Halbach陣列液體磁化器，其結(jié)構(gòu)包括外殼(1)、永磁裝置O)、液體輸送管⑶和液體分布器G)。所述外殼⑴由筒體(1-1)和2個(gè)帶有外接鏍紋(1-4)的端蓋(1-2)組成，全部由304不銹鋼精制而成。永磁裝置(2)由5組環(huán)型永磁陣列0-1)、PI3R成型夾具(2-2)和不銹鋼合箍(2-3)組成，每組環(huán)型永磁陣列(2-1) 由8個(gè)方形永磁元件按Halbach陣列排布而成，各環(huán)型永磁陣列間的徑向充磁元件相互錯(cuò)開呈螺旋形排列。液體輸送管C3)選用22X0. 8的304不銹鋼薄壁無縫管，外壁與嵌套在其上的永磁裝置( 緊密貼切，內(nèi)壁與液體分布器(4)外周形成環(huán)形縫隙通道。液體分布器(4)系由304不銹鋼超薄焊接管制成，其中填充遠(yuǎn)紅外活化球、特制礦化球和純天然托瑪琳，通過圓柱側(cè)面的無數(shù)滲透孔(4-1)與水流溝通。整機(jī)組裝程序是先將永磁元件 (2-1)及其夾套(2- 束縛于液體輸送管C3)之外，再將液體輸送管C3)兩端與外殼(1)的焊接在一起，最后將液體分布器(4)通過支架G-2)固定于液體輸送管(3)的內(nèi)壁。組裝細(xì)節(jié)參見圖11。實(shí)施例二 一種由9X (8+8)個(gè)永磁元件構(gòu)成的Halbach陣列液體磁化器，其結(jié)構(gòu)包括外殼 (1)、永磁裝置O)、液體輸送管⑶和液體分布器G)。所述外殼⑴由筒體(1-1)和2個(gè)帶有外接鏍紋(1-4)的端蓋(1-2)組成，全部由304不銹鋼精制而成。永磁裝置O)由9 組環(huán)型永磁陣列0-1)、PI3R成型夾具(2- 和不銹鋼合箍(2- 組成，每組環(huán)型永磁陣列 (2-1)由8個(gè)方形(徑向充磁)和8個(gè)等腰三角形(切向充磁)永磁元件按Halbach陣列排布而成，各環(huán)型永磁陣列間的徑向充磁元件相互錯(cuò)開呈螺旋形排列。液體輸送管(3)選用46X 1的304不銹鋼薄壁無縫管，外壁與嵌套在其上的永磁裝置( 緊密貼切，內(nèi)壁與液體分布器(4)外周形成環(huán)形縫隙通道。液體分布器(4)系由304不銹鋼超薄焊接管制成，其中填充遠(yuǎn)紅外活化球、特制礦化球和純天然托瑪琳，通過圓柱側(cè)面的無數(shù)滲透孔 (4-1)與水流溝通。整機(jī)組裝程序是先將永磁元件(2-1)及其夾套(2- 束縛于液體輸送管C3)之外，再將液體輸送管C3)兩端通過乳膠墊及卡槽、鏍絲等聯(lián)結(jié)裝置(1- 與外殼 (1)的密封在一起，最后將液體分布器(4)通過支架G-2)固定于液體輸送管(3)的內(nèi)壁。 安裝細(xì)節(jié)參見圖12。 以上所述實(shí)施例，只是本發(fā)明優(yōu)先選用的兩種實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種變異的Halbach永磁陣列液體磁化器，①其結(jié)構(gòu)包括外殼(1)、永磁裝置O)、液體輸送管C3)和液體分布器G)。②外殼(1)由筒體(1-1)和2個(gè)帶有外接鏍紋(1-4)的端蓋(1-2)組成。③永磁裝置(2)由3 9組環(huán)型永磁陣列(2-1)、非金屬夾套0-2)和金屬合箍0-3)組成。④所述環(huán)型永磁陣列由如(n = 1,2,3,……)個(gè)梯形或方形 (也可以是方形加三角形)永磁元件按Halbach陣列排布而成，當(dāng)η為偶數(shù)時(shí)徑向充磁元件都是同名磁極相對(duì)；當(dāng)η為奇數(shù)時(shí)徑向充磁元件都是異名磁極相對(duì)。⑤若采用方形和三角形相間排列的方式，則方形元件徑向充磁，三角形元件切向充磁。⑥永磁陣列的構(gòu)建方法可以是先拼裝后充磁，也可以是先充磁后拼裝，但必須優(yōu)先保證徑向充磁元件與液體輸送管緊密貼切。⑦各環(huán)型永磁陣列間的徑向充磁元件相互錯(cuò)開呈螺旋形排列。⑧液體輸送管C3)選用非鐵薄壁材料，外壁與嵌套在其上的永磁裝置( 緊密貼切，內(nèi)壁與液體分布器(4)外周形成環(huán)形縫隙通道。⑨液體分布器(4)系中空柱狀結(jié)構(gòu)，其中填充遠(yuǎn)紅外活化球、特制礦化球和純天然托瑪琳，通過圓柱側(cè)面的無數(shù)滲透孔(4-1)與水流溝通。⑩整機(jī)組裝程序是先將永磁元件(2-1)及其夾套(2- 束縛于液體輸送管( 之外，再將液體輸送管C3)兩端通過聯(lián)接裝置(1- 與外殼(1)的密封在一起，最后將液體分布器(4)通過支架G-2)固定于液體輸送管(3)的內(nèi)壁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變異的Halbach永磁陣列液體磁化器，其結(jié)構(gòu)包括外殼、永磁裝置、液體輸送管和液體分布器。所述永磁裝置由3～9組環(huán)型永磁陣列及其夾套構(gòu)成，每組環(huán)型永磁陣列由4n(n＝1，2，3，……)個(gè)梯形或方形(也可以是方形加三角形)永磁元件按Halbach陣列排布而成，各磁環(huán)間的徑向充磁元件相互錯(cuò)開呈螺旋形排列。液體輸送管選用非鐵薄壁材料，外壁與永磁裝置緊貼，內(nèi)壁與液體分布器形成環(huán)形通道。液體分布器系中空柱狀結(jié)構(gòu)，其中填充遠(yuǎn)紅外活化球、特制礦化球和純天然托瑪琳，通過滲透孔與水流溝通。本發(fā)明聚磁能力強(qiáng)、沒有磁化死角，兼具磁化、活化、礦化及弱堿化作用，可廣泛應(yīng)用于水、飲料及其它液體的處理。
文檔編號(hào)H01F13/00GK102360717SQ20111029414
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者羅子凌 申請(qǐng)人:羅子凌