在MRI磁性元件设计中，磁场强度及均匀性是至关重要的性能指标。通过理论分析和仿真建模，影响磁场性能的主要因素可以概括如下：
1. 磁化图案设计
该组件采用交替NS磁化排列（见图1）。虽然与传统的Halbach结构相比，这种布局导致表面磁场略低，但它提供了更平滑的磁场过渡，有利于磁场的均匀性和控制。采用12段磁体结构（图2），仿真结果和文献均证实了这一点。未来的研究将通过实际测试将其与16段结构进行比较。
图 1
图 2
2. 磁铁尺寸设计：内径和外径
磁铁的内径和外径显著影响磁场强度：
- 一个 内径较小结果是 更高的磁场是调整的关键参数。
- 尽管 增加外径最初可以改善磁场，但超过一定程度后，其益处就会减小，而且尺寸过大会导致材料浪费。
因此，建议遵循常见的磁铁纵横比指南： 长度/直径>0.5，最好 > 0.7，在性能和成本之间取得平衡。
3. 磁铁高度效应
磁体的高度会影响磁场强度和均匀性。由于制造工艺的限制，单个磁体无法达到所需的高度，因此需要 分段堆栈结构 用于强化设计。
4. 磁铁性能和稳定性
考虑到工作环境，磁体必须具有稳定的热阻。本设计采用额定功率为 100°C 确保长期可靠运行。
5.磁偏角控制
磁化角度的偏差（磁偏角）会影响磁场均匀性。大多数磁体都是以一定角度充电的，这需要很高的精度。我们优化生产工艺，以 将角度偏差控制在可接受的范围内.
6. 圆形磁体阵列的装配间隙处理
每个磁环层由12个磁体段组成，排列成圆形。这些接合处的精度直接影响磁场。为了减少累积误差，请执行以下操作：
- 我们 一对正负公差磁铁以实现更好的对齐。
- 我们严格控制 角度偏差每件 尽量减少装配错误.
表面磁场模拟图像
3D建模图像
7. 堆叠平整度控制
堆叠磁环端面不平整会产生安装间隙，影响磁场均匀性。我们使用磨床对磁环两端面进行加工，以确保：
- 平坦的表面；
- 平行端面；
- 紧密堆叠集成。
8. 安装角度和中心轴对准
磁环之间需要精确对准，以防止方向错位，否则会破坏磁场的稳定性：
- 外圈设计有 预设定位销孔以确保一致的安装角度。
- 这 中心轴场分布进行了模拟（见图 3），并且 40毫米边距在设计中保留，以保持磁场波动在 目标 SR 区域 (20mm) 降至最低。
图3
参考文献和扩展计划
参考期刊： 应用物理学杂志，第104卷，013910，2008
文章标题： Halbach气缸设计的优化与改进
作者：R. Bjørk、CRH Bahl、A. Smith、N. Pryds
DOI：10.1063/1.2952537
理论值与测量值（单位：T/高斯）
地区 | 理论值 | 测量值 | 误差范围 |
SR10 | 0.4954T，±20G | 0.4853T，±46Gs | 控制得很好，略有改进空间 |
SR1 | 0.4956T，±0.2Gs（≈40ppm） | 0.4853T，±3Gs（≈618ppm） | 中心稳定性需要进一步优化 |
SR10
SR1
专利和模拟结果
该设计附带相关 专利申请以及完整的 磁场模拟和三维结构建模 已经完成。最后一步是 物理样机组装与验证.
如果您有兴趣了解更多关于我们的MRI磁性元件研发、仿真能力或磁场优化服务，请随时联系我们进行进一步讨论！
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