RU2620579C2

RU2620579C2 - Magnetic system

Info

Publication number: RU2620579C2
Application number: RU2015143578A
Authority: RU
Inventors: Николай Владимирович Кудреватых; Анатолий Николаевич Маслов; Алексей Сергеевич Волегов; Алексей Иванович Козлов
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова"
Priority date: 2015-10-12
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2017-05-29
Also published as: RU2015143578A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: magnetic system comprises two residually magnetized plates enclosed in the closed magnetic circuit and fixed parallel to each other to form an air gap, made as composed by the rigidly interconnected permanent magnets. Each of them has a fixed vector module value of the magnetic moment corresponding to the estimated one, and its spatial orientation in the magnet body according to the location in the plate. On the one side, the magnetic plates are rigidly connected to the magnetic circuit. The plate for placing the magnets is divided into three concentric zones: a central zone constituting an area (S_c) at the amount of 10-15% of the total pole area (S), a peripheral zone having an area (S_p) equal to 54-60% of the S value, and an intermediate zone with an area S_int equal to the differenceS_int= S-(S_c+S_p). The magnets, identical according to the magnetic moment value, are mounted in the central zone with the orientation of the residual magnetization vector perpendicular to the plate plane. The module of their vector amounts to 0.6 relative thereto of the peripheral magnets with the same orientation of the residual magnetization vector. The magnets are mounted in the intermediate zone with the module value of the residual magnetization vector equal to that of the peripheral one, but with its orientation in the magnet body toward the plate center at the angle in the range of 50÷60° against the normal to the plate plane.

EFFECT: increasing the degree of the magnetic field homogeneity in the system working area and increasing its strength.

3 cl, 14 dwg

Description

Изобретение относится к магнитным системам для получения однородного постоянного магнитного поля, в частности малогабаритным магнитным системам, используемым в устройствах и приборах ЯМР- и ЭПР-спектроскопии.The invention relates to magnetic systems for obtaining a uniform constant magnetic field, in particular small-sized magnetic systems used in devices and devices for NMR and EPR spectroscopy.

Магнитная система является основной частью ЯМР- и ЭПР-спектрометров, определяющих их габариты и массу. Для создания малогабаритных спектрометров необходимы магнитные системы малого размера с достаточно высокими величинами напряженности и однородности магнитного поля в «рабочей» области пространства (в области размещения исследуемого объекта).The magnetic system is the main part of NMR and EPR spectrometers, determining their dimensions and mass. To create small-sized spectrometers, small-sized magnetic systems with sufficiently high values of magnetic field strength and uniformity in the “working” area of space (in the area of the object under study) are needed.

Известны магнитные системы для использования в ЯМР-аналитических приборах. В частности, в работе «Компактный постоянный магнит» (Васильев П.А., Водянов Н.Г., Приборы и техника эксперимента, 1992 г., №1, с. 165-166) для создания постоянного магнитного поля использованы постоянные магниты из магнитотвердого сплава ЮНДК, имеющего относительно низкую магнитную энергоемкость. Это обстоятельство обусловило ее довольно высокие габариты - 240×240×140 мм. Кроме того, такая система имела довольно сложную конструкцию с наличием подмагничивающих катушек, что не обеспечивало ее полную энергонезависимость.Magnetic systems for use in NMR analytical instruments are known. In particular, in the work “Compact Permanent Magnet” (Vasiliev PA, Vodyanov NG, Instruments and Experimental Techniques, 1992, No. 1, pp. 165-166), permanent magnets from a hard magnetic alloy of UNDK having a relatively low magnetic energy intensity. This circumstance caused its rather high dimensions - 240 × 240 × 140 mm. In addition, such a system had a rather complicated design with the presence of magnetizing coils, which did not ensure its complete non-volatility.

Известна магнитная система, в которой снижение ее габаритов достигнуто благодаря использованию постоянных магнитов из более энергоемкого магнитотвердого материала на основе интерметаллида SmCo₅(Кернасюк И.С. и др. «Радиоспектроскопия», Материалы IX Всесоюзной школы по магнитному резонансу» Пермь, 1987 г. с. 309-313). Магнитная система состоит из корпуса, представляющего собой замкнутый магнитопровод бронированного типа из магнитомягкого материала, магнитных пластин (постоянных магнитов) из SmCo₅ полюсных наконечников, приспособления для юстировки, подмагничивающих катушек. В системе используются комбинированные профили полюсов, состоящие одновременно из «усиливающего» и «проводящего» наконечников. На лицевой стороне наконечников нанесены магнитные шиммы для дополнительного увеличения однородности поля.A magnetic system is known in which its size is reduced due to the use of permanent magnets from a more energy-intensive hard magnetic material based on the SmCo ₅ intermetallic compound (Kernasyuk I.S. et al. “Radiospectroscopy”, Materials of the IX All-Union School for Magnetic Resonance Perm, 1987. p. 309-313). The magnetic system consists of a housing, which is a closed armored magnetic circuit made of soft magnetic material, magnetic plates (permanent magnets) of SmCo ₅ pole tips, alignment devices, magnetizing coils. The system uses combined pole profiles consisting of both “reinforcing” and “conducting” tips. Magnetic shims are applied on the front side of the tips to further increase field uniformity.

Недостатком системы является сложность конструкции, довольно большая масса (14 кг), неудобства в работе, связанные с трудностью доступа к рабочему полю, малая область высокой однородности.The disadvantage of the system is the complexity of the design, a rather large mass (14 kg), inconvenience in work associated with the difficulty of access to the working field, a small area of high uniformity.

Близкой по достигаемому результату является малогабаритная магнитная система для спектрометра ЯМР на основе магнитов из сплава Nd-Fe-B (Васильев П.А., Сайкин К.С. Приборы и техника эксперимента, 1993 г., №3, с. 211-214). Основными элементами конструкции системы являются ярмо и вкладыши из магнитомягкой стали, образующие замкнутый магнитопровод и расположенные параллельно друг другу с образованием воздушного зазора, магнитные пластины (постоянные магниты) из сплава Nd-Fe-B с полюсными наконечниками. На наружной части магнитопровода расположены катушки сдвига поля, а внутри системы - корректирующие катушки. Требуемая однородность поля достигается пропусканием тока через них и с помощью кольцевых шиммов.Close to the achieved result is a small-sized magnetic system for an NMR spectrometer based on magnets from an Nd-Fe-B alloy (Vasiliev P.A., Saykin K.S. Instruments and experimental equipment, 1993, No. 3, pp. 211-214 ) The main structural elements of the system are yoke and magnetic steel liners, forming a closed magnetic circuit and parallel to each other with the formation of an air gap, magnetic plates (permanent magnets) of Nd-Fe-B alloy with pole tips. Field shear coils are located on the outside of the magnetic circuit, and correction coils are located inside the system. The required field uniformity is achieved by passing current through them and using ring shims.

Недостатком данной системы является относительно малая область однородности поля и необходимость ее поддержания с помощью пропускания стабильного по величине тока через корректирующие катушки, что делает ее энергозависимой, и технологические сложности изготовления, связанные прежде всего с трудностью отбора пары идентичных магнитных пластин по величине остаточной индукции и характеру распределения остаточной намагниченности в теле пластины.The disadvantage of this system is the relatively small region of field uniformity and the need to maintain it by passing a stable current through the correcting coils, which makes it volatile, and the manufacturing technological difficulties associated primarily with the difficulty of selecting a pair of identical magnetic plates according to the magnitude of the residual induction and the nature the distribution of residual magnetization in the body of the plate.

Наиболее близкой по достигаемому результату, направленному на дальнейшее снижение габаритов и массы магнитной системы и повышению степени однородности магнитного поля в рабочем зазоре межполюсного пространства и ее энергонезависимости, является магнитная система, заявленная в патенте РФ №2138871 (МПК 6 H01F 7/02, H01J 23/087, опубликован 27.09.1999). Магнитная система содержит заключенные в замкнутый магнитопровод из магнитомягкого материала две установленные параллельно друг другу с образованием воздушного зазора магнитные пластины, собранные из жестко соединенных между собой элементов - постоянных магнитов в форме параллелепипеда. Каждый из них намагничивается независимо и его остаточная намагниченность доводится до требуемого согласно расположению в пластине уровня остаточной намагниченности с погрешностью не хуже ±0,2%. Такой подход обеспечивает максимальную идентичность пластин, что позволяет добиваться высокой однородности магнитного поля (на уровне 10^-4), не прибегая к использованию корректирующих катушек.The closest to the achieved result, aimed at further reducing the size and mass of the magnetic system and increasing the degree of uniformity of the magnetic field in the working gap of the interpolar space and its non-volatility, is the magnetic system claimed in RF patent No. 2138871 (IPC 6 H01F 7/02, H01J 23 / 087, published September 27, 1999). The magnetic system contains two magnetic plates enclosed in a closed magnetic circuit made of soft magnetic material parallel to each other with the formation of an air gap, assembled from rigidly interconnected elements - permanent magnets in the form of a parallelepiped. Each of them is magnetized independently and its residual magnetization is brought to the required level according to the location in the plate of the residual magnetization with an error of no worse than ± 0.2%. This approach ensures maximum identity of the plates, which allows to achieve high uniformity of the magnetic field (at the level of 10 ^-4 ), without resorting to the use of correcting coils.

Недостатком такой магнитной системы является не 100% использование потенциала магнитотвердого материала центральных элементов пластины (их намагниченность составляет величину 0,65 от таковой для периферийных элементов), что не позволяет достигнуть максимально возможной при используемом количестве элементов в пластине напряженности магнитного поля и более высокой, чем 10^-4, однородности поля в рабочей области межполюсного пространства.The disadvantage of such a magnetic system is not 100% use of the potential of the hard magnetic material of the central elements of the plate (their magnetization is 0.65 of that for the peripheral elements), which does not allow to achieve the maximum possible magnetic field strength and higher than 10 ^-4 , field uniformity in the working area of the interpolar space.

Задачей изобретения является повышение эффективности использования магнитного потенциала элементов пластины и повышение однородности магнитного поля в рабочем пространстве до уровня 10^-5 без изменения габаритов и массы самой магнитной системы с сохранением ее энергонезависимости.The objective of the invention is to increase the efficiency of using the magnetic potential of the plate elements and increasing the uniformity of the magnetic field in the working space to a level of 10 ^-5 without changing the dimensions and mass of the magnetic system itself while maintaining its non-volatility.

Это достигается за счет того, что в магнитной системе, содержащей заключенные в замкнутый магнитопровод из магнитомягкого материала две установленные параллельно друг другу магнитные пластины, выполненные наборными из жестко соединенных между собой отдельных магнитов, одни стороны которых снабжены полюсными наконечниками из магнитомягкого материала и обращены друг к другу с образованием воздушного зазора, а противоположные стороны пластин соединены с магнитопроводом, наборные отдельные магниты пластин разделены на три концентрические зоны: центральную, площадь которой составляет 10-20% от всей площади пластины, периферийную площадью 50-60% от всей площади пластины и промежуточную, равную по площади разности между полной площадью пластины и площадями центральной и периферийной зон, в центральной зоне установлены идентичные по величине магнитного момента магниты с ориентацией вектора остаточной намагниченности магнитов перпендикулярно плоскости пластины, а модуль их вектора остаточной намагниченности составляет величину 0,6 по отношению к величине модуля вектора остаточной намагниченности у периферийных магнитов с аналогичной ориентацией вектора остаточной намагниченности, в промежуточной зоне установлены магниты с величиной модуля вектора остаточной намагниченности магнитов, равной величине модуля вектора остаточной намагниченности у периферийных магнитов, с его ориентацией в направлении к центру пластины под углом в диапазоне 50÷60° относительно нормали к плоскости пластины.This is achieved due to the fact that in a magnetic system containing two magnetic plates mounted in parallel to one another made of magnetically soft material, magnetic plates mounted in series made of rigidly interconnected individual magnets, one side of which is provided with pole tips made of magnetically soft material and facing each other to a friend with the formation of an air gap, and the opposite sides of the plates are connected to the magnetic circuit, the stacked individual plate magnets are divided into three concentric Zones: the central one, the area of which is 10-20% of the total area of the plate, the peripheral area of 50-60% of the entire area of the plate and the intermediate, equal in area of the difference between the total area of the plate and the areas of the central and peripheral zones, identical the magnitude of the magnetic moment magnets with the orientation of the vector of the remanent magnetization of the magnets perpendicular to the plane of the plate, and the modulus of their vector of remanent magnetization is 0.6 in relation to the magnitude of the modulus of the In the intermediate zone, magnets are installed with the magnitude of the residual magnetization vector magnitude equal to the magnitude of the residual magnetization vector module for peripheral magnets, with its orientation towards the center of the plate at an angle in the range 50 ÷ 60 ° relative to the normal to the plane of the plate.

Для компактности конструкции магнитопровод выполнен в виде двух жестко соединенных четырьмя стойками несущих квадратных пластин из магнитомягкого материала, образующих жесткий каркас, причем несущие квадратные пластины расположены параллельно магнитным пластинам, выполненным также в форме квадрата, развернуты по отношению к ним на угол 45° и жестко соединены с ними.For compact design, the magnetic circuit is made in the form of two load-bearing square plates rigidly connected by four racks of soft magnetic material, forming a rigid frame, and the bearing square plates are parallel to the magnetic plates, also made in the form of a square, rotated relative to them at an angle of 45 ° and rigidly connected with them.

Для коррекции величины и степени однородности магнитного поля между стойками и одной из несущих пластин размещены котировочные прокладки из магнитомягкого материала.To correct the magnitude and degree of uniformity of the magnetic field between the racks and one of the bearing plates, quotation pads made of soft magnetic material are placed.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где представлены наThe invention is illustrated graphic materials, which are presented on

фиг. 1 - симметричный диагональный разрез магнитной системы,FIG. 1 is a symmetric diagonal section of the magnetic system,

фиг. 2 - симметричный разрез магнитной системы плоскостью, параллельной несущей пластине,FIG. 2 is a symmetric section of the magnetic system with a plane parallel to the carrier plate,

фиг. 3 - схема ориентации векторов остаточной намагниченности в «нижней» пластине согласно заявляемому изобретению в центральной, периферийной и промежуточной зонах со стороны воздушного зазора,FIG. 3 is a diagram of the orientation of the residual magnetization vectors in the "lower" plate according to the claimed invention in the central, peripheral and intermediate zones from the side of the air gap,

фиг. 4 - схема ориентации векторов остаточной намагниченности в «нижней» пластине согласно заявляемому изобретению в центральной, периферийной и промежуточной зонах в центральном сечении,FIG. 4 is a diagram of the orientation of the residual magnetization vectors in the “lower” plate according to the claimed invention in the central, peripheral and intermediate zones in the central section,

фиг. 5 - схема ориентации векторов остаточной намагниченности в «верхней» пластине согласно заявляемому изобретению в центральной, периферийной и промежуточной зонах со стороны воздушного зазора,FIG. 5 is a diagram of the orientation of the residual magnetization vectors in the “upper” plate according to the claimed invention in the central, peripheral and intermediate zones from the side of the air gap,

фиг. 6 - схема ориентации векторов остаточной намагниченности в «верхней» пластине согласно заявляемому изобретению в центральной, периферийной и промежуточной зонах в центральном сечении,FIG. 6 is a diagram of the orientation of the residual magnetization vectors in the “upper” plate according to the claimed invention in the central, peripheral and intermediate zones in the central section,

фиг. 7 - схема ориентации векторов остаточной намагниченности в «нижней» пластине согласно прототипу со стороны воздушного зазора,FIG. 7 is a diagram of the orientation of the residual magnetization vectors in the "lower" plate according to the prototype from the side of the air gap,

фиг. 8 - схема ориентации векторов остаточной намагниченности в «нижней» пластине согласно прототипу в центральном поперечном сечении,FIG. 8 is a diagram of the orientation of the residual magnetization vectors in the "lower" plate according to the prototype in a central cross section,

фиг. 9 - схема ориентации векторов остаточной намагниченности в «верхней» пластине согласно прототипу со стороны воздушного зазора,FIG. 9 is a diagram of the orientation of the residual magnetization vectors in the "upper" plate according to the prototype from the side of the air gap,

фиг. 10 - схема ориентации векторов остаточной намагниченности в «верхней» пластине согласно прототипу в центральном поперечном сечении,FIG. 10 is a diagram of the orientation of the residual magnetization vectors in the "upper" plate according to the prototype in a central cross section,

фиг. 11 - распределение Z-компоненты магнитного поля (H_Z) вдоль всех трех координатных осей, имеющих начало в геометрическом центре воздушного зазора, в прототипе (без полюсного наконечника),FIG. 11 - distribution of the Z-component of the magnetic field (H _Z ) along all three coordinate axes having a beginning in the geometric center of the air gap, in the prototype (without pole tip),

фиг. 12 - распределение H_Z вдоль всех трех осей в прототипе с полюсным наконечником.FIG. 12 is a distribution of H _Z along all three axes in a prototype with a pole tip.

фиг. 13 - распределение H_Z вдоль всех трех осей магнитной системы без полюсных наконечников, созданной согласно заявляемому изобретению.FIG. 13 - distribution of H _Z along all three axes of the magnetic system without pole pieces, created according to the claimed invention.

фиг. 14 - распределение H_Z вдоль всех трех осей в магнитной системе с полюсным наконечником, созданной согласно заявляемому изобретению.FIG. 14 shows the distribution of H _Z along all three axes in a pole-end magnetic system constructed in accordance with the claimed invention.

Позиции на чертежах обозначают: 1 - магнитные пластины, набранные из отдельных элементов - постоянных магнитов, 2 - полюсные наконечники, 3 - несущие пластины, 4 - стойки, 5 - крепежные пластины, 6 - прокладки, 7 - катушки сдвига магнитного поля для обеспечения развертки по величине поля, 8 - рамочные шиммы.The positions in the drawings indicate: 1 - magnetic plates, composed of individual elements - permanent magnets, 2 - pole pieces, 3 - bearing plates, 4 - racks, 5 - mounting plates, 6 - gaskets, 7 - magnetic field shear coils to ensure sweep by field size, 8 - frame shims.

Магнитные пластины 1 представляют собой набор намагниченных до расчетных и строго контролируемых значений магнитного момента (модуля и ориентации вектора остаточной намагниченности) постоянных магнитов из высококоэрцитивного сплава (например, Nd-Fe-B), в частности, в форме параллелепипедов с квадратным основанием, жестко соединенных (склеенных) боковыми гранями друг с другом так, что торцевые грани образуют параллельные друг другу полюсные поверхности (стороны магнитных пластин). К магнитным пластинам 1 со стороны воздушного зазора приклеены полюсные наконечники 2, а к противоположным сторонам - крепежные пластины 5 из магнитомягкого материала, которые, в свою очередь, жестко прикреплены к несущим пластинам 3 с помощью винтов. Несущие пластины 3 и соединяющие их стойки 4 выполнены из магнитомягкого материала и образуют замкнутый магнитопровод, являющийся одновременно каркасом системы. Между одной из несущих пластин 3 и стойками 4 размещены котировочные прокладки 6 из тонколистового магнитомягкого материала. В случае необходимости (использование системы в ЭПР-спектрометре) в систему могут быть введены катушки 7 сдвига величины магнитного поля - полевой развертки в требуемом диапазоне. Дополнительная возможность повышения однородности магнитного поля достигается путем установки на полюсных наконечниках 2 рамочных шиммов 8. Стойки 4 могут быть выполнены в виде трехгранных призм с затупленными острыми углами, торцы которых имеют размеры и профиль, обеспечивающие их совмещение с угловыми частями соответствующих сторон несущих пластин 3. Для достижения максимальной компактности, несущие пластины 3, также как магнитные 1 и крепежные 5, выполняются квадратными. Полюсные наконечники 2 имеют также форму квадратной пластины, при этом длины сторон магнитной 1, крепежной 5 пластин и полюсного наконечника 2 равны. Стойки 4 размещены в углах несущих пластин 3 с совмещением их торцов с угловыми частями этих пластин и закреплены с помощью винтов. Образовавшиеся четыре окна обеспечивают доступ в рабочий зазор системы для размещения радиотехнических узлов и исследуемых объектов.Magnetic plates 1 are a set of permanent magnets magnetized to calculated and strictly controlled values of the magnetic moment (modulus and orientation of the remanent magnetization vector) of high-coercive alloys (for example, Nd-Fe-B), in particular in the form of parallelepipeds with a square base, rigidly connected (glued) side faces to each other so that the end faces form parallel to each other pole surfaces (sides of the magnetic plates). Pole lugs 2 are glued to the magnetic plates 1 on the side of the air gap, and fastening plates 5 of soft magnetic material are glued to the opposite sides, which, in turn, are rigidly attached to the supporting plates 3 by screws. The carrier plates 3 and the racks 4 connecting them are made of soft magnetic material and form a closed magnetic circuit, which is also the frame of the system. Between one of the carrier plates 3 and racks 4 posted quotation pads 6 of magnetically soft sheet material. If necessary (using the system in an EPR spectrometer), coils 7 of the shift of the magnitude of the magnetic field — field sweep in the desired range can be introduced into the system. An additional opportunity to increase the uniformity of the magnetic field is achieved by installing frame shims 8 on the pole tips 2. The racks 4 can be made in the form of trihedral prisms with blunt sharp corners, the ends of which have dimensions and a profile that ensure their alignment with the angular parts of the respective sides of the carrier plates 3. To achieve maximum compactness, the carrier plates 3, as well as magnetic 1 and mounting 5, are square. The pole pieces 2 also have the shape of a square plate, with the lengths of the sides of the magnetic 1, mounting 5 plates and the pole piece 2 being equal. Racks 4 are placed in the corners of the carrier plates 3 with the combination of their ends with the angular parts of these plates and are fixed with screws. The resulting four windows provide access to the working gap of the system for the placement of electronic components and objects under study.

Было изготовлено несколько экспериментальных магнитных систем с габаритными размерами 140×140×65 мм, массой 9 кг, величиной воздушного зазора 17 мм и использованием спеченных порошковых магнитов из сплава Nd-Fe-B в форме кубика 10×10×10 мм.Several experimental magnetic systems were manufactured with overall dimensions of 140 × 140 × 65 mm, a mass of 9 kg, an air gap of 17 mm and the use of sintered powder magnets from an Nd-Fe-B alloy in the form of a 10 × 10 × 10 mm cube.

Магнитные пластины в первой магнитной системе изготавливалась в соответствии с формулой изобретения прототипа, а именно: периферийные магниты имели в свободном состоянии индукцию 0,65 Тл, а центральные - 65% от этой величины (0,42 Тл). Ориентации векторов остаточной намагниченности всех магнитов были параллельны друг другу и перпендикулярны поверхности магнитной пластины (фиг. 7, 8, 9, 10). Созданное в такой магнитной системе распределение Z-компоненты магнитного поля (H_Z) вдоль всех трех координатных осей, имеющих начало в геометрическом центре воздушного зазора (без полюсного наконечника), показано на фиг. 11. Величина магнитного поля в центре системы составила 1625 мТл. Как видно, область однородности магнитного поля в такой системе невелика (в особенности вдоль оси Z) и может быть улучшена до 10^-4 вдоль этой оси на отрезке 10 мм введением полюсных наконечников толщиной 2 мм (фиг. 12).Magnetic plates in the first magnetic system were made in accordance with the claims of the prototype, namely: the peripheral magnets had a free state induction of 0.65 T, and the central ones - 65% of this value (0.42 T). The orientations of the residual magnetization vectors of all the magnets were parallel to each other and perpendicular to the surface of the magnetic plate (Figs. 7, 8, 9, 10). The distribution of the Z component of the magnetic field (H _Z ) created in such a magnetic system along all three coordinate axes originating in the geometric center of the air gap (without the pole piece) is shown in FIG. 11. The magnitude of the magnetic field in the center of the system was 1625 mT. As can be seen, the region of magnetic field homogeneity in such a system is small (especially along the Z axis) and can be improved to 10 ^-4 along this axis on a 10 mm segment by introducing 2 mm thick pole pieces (Fig. 12).

Вторая магнитная система была изготовлена согласно формуле настоящего изобретения, а именно: магниты периферийной зоны, как и в прототипе, имели в свободном состоянии индукцию B_d=0,65 Тл, четыре магнита центральной зоны - индукцию на 40% ниже магнитов периферийной зоны, а в промежуточной зоне восемь магнитов имели B_d такую же, что и магниты в периферийной зоне, но вектор остаточной намагниченности в них был отклонен от нормали к торцу каждого магнита на угол 53° («косые» магниты). При установке этих магнитов в магнитную пластину 1 их векторы остаточной намагниченности «смотрели» всегда на центр магнитной пластины 1. Созданное в такой системе распределение H_Z также вдоль всех трех осей, как без наконечника, так и с полюсным наконечником, представлено соответственно на фиг. 13 и фиг. 14.The second magnetic system was made according to the formula of the present invention, namely: the magnets of the peripheral zone, as in the prototype, had an induction B _d = 0.65 T in a free state, four magnets of the central zone had an induction 40% lower than the magnets of the peripheral zone, and in the intermediate zone, eight magnets had B _d the same as the magnets in the peripheral zone, but the residual magnetization vector in them was deviated from the normal to the end of each magnet by an angle of 53 ° (“oblique” magnets). When these magnets were installed in magnetic plate 1, their remanent magnetization vectors always looked at the center of magnetic plate 1. The distribution of H _Z created in such a system along all three axes, both without a tip and with a pole tip, is shown in FIG. 13 and FIG. fourteen.

Как видно, такая конфигурация обеспечивает как большую величину напряженности магнитного поля в центре межполюсного пространства (2120 мТл вместо 1625 мТл у прототипа), так и более высокую его однородность вдоль Z-оси (на отрезке 10 мм - 3×10^-5).As can be seen, this configuration provides both a large magnetic field strength in the center of the interpolar space (2120 mT instead of 1625 mT for the prototype), and its higher uniformity along the Z axis (3 × 10 ^-5 in the 10 mm segment).

Следует отметить, что намагничивание магнитов «под углом» к его боковым граням было возможным благодаря использованию «кубиков» из спеченного порошка сплава Nd-Fe-B, полученных без операции текстурования (изотропные магниты). Именно поэтому их величина остаточной индукции была на уровне 0,65 Тл, а не 1,3-1,4 Тл, как у лучших анизотропных магнитов из такого материала.It should be noted that magnetization of the magnets “at an angle” to its side faces was possible due to the use of “cubes” of sintered Nd-Fe-B alloy powder obtained without texturing (isotropic magnets). That is why their residual induction was at the level of 0.65 T, and not 1.3-1.4 T, as in the best anisotropic magnets made of such a material.

Не составляет большого труда изготовление такой пластины и из анизотропных магнитов. В этом случае потребуется лишь специальная оснастка для вырезки «косых» магнитов из спеченной заготовки. Представляется, что в этом случае напряженность магнитного поля будет увеличена в 1,5-2 раза, а степень его однородности останется на прежнем уровне.It is not difficult to manufacture such a plate from anisotropic magnets. In this case, only special equipment will be needed to cut the “oblique” magnets from the sintered workpiece. It seems that in this case the magnetic field strength will be increased by 1.5-2 times, and the degree of its uniformity will remain at the same level.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет как увеличить напряженность магнитного поля в магнитной системе, используя одинаковое количество магнитов в пластине и тем самым, если потребуется, такое же значение напряженности поля, как у прототипа, то есть сэкономить на магнитотвердом материале (брать более короткие магниты), так и, что весьма существенно, повысить почти на порядок степень его однородности вдоль Z-оси. Последнее весьма важно при использовании магнитной системы в портативных ЭПР-спектрометрах повышенного разрешения.Thus, the claimed invention allows how to increase the magnetic field in the magnetic system using the same number of magnets in the plate and thereby, if necessary, the same field strength as the prototype, that is, save on hard magnetic material (take shorter magnets) , and, quite significantly, increase the degree of its homogeneity along the Z axis by almost an order of magnitude. The latter is very important when using a magnetic system in high-resolution portable EPR spectrometers.

Claims

1. A magnetic system containing enclosed in a closed magnetic circuit of soft magnetic material two magnetic plates mounted parallel to each other, made up of assembled rigidly interconnected individual magnets, one side of which is provided with pole pieces of soft magnetic material and facing each other with the formation of an air gap, and the opposite sides of the plates are connected to the magnetic circuit, characterized in that the stacked individual magnets of the plates are divided into three concentric zones: neutral, the area of which is 10-20% of the total area of the plate, peripheral area of 50-60% of the total area of the plate and intermediate, equal in area of the difference between the total area of the plate and the areas of the central and peripheral zones, identical in magnitude to the magnetic moment magnets with the orientation of the vector of the remanent magnetization of the magnets perpendicular to the plane of the plate, and the modulus of their vector of remanent magnetization is 0.6 in relation to the magnitude of the module of the residual vector the magnitude of the magnitude of the residual magnetization vector of the peripheral magnets, with its orientation in the direction to the center of the plate at an angle in the range of 50 ÷ 60 ° relative to the normal to the plane of the plate.

2. The magnetic system according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit is made in the form of two rigidly connected four struts supporting square plates of magnetically soft material forming a rigid frame, and the bearing square plates are parallel to the magnetic plates, also made in the form of a square, deployed along relative to them at an angle of 45 ° and are rigidly connected to them.

3. The magnetic system according to claim 1, characterized in that between the racks and one of the bearing plates installed alignment gaskets made of soft magnetic material.