Title:
Magnetgehäuse und Verfahren
Document Type and Number:
Kind Code:
B4

Abstract:

Magnetgehäuse (200) zur Bereitstellung eines homogenen, stabilen und gleichmäßigen Magnetfeldes in einer Testkammer (250), aufweisend:
einen zu einem Südabschnitt (S) im Wesentlichen identischen Nordabschnitt (N), wobei der Nordabschnitt und der Südabschnitt in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen Luftspalt (251) voneinander getrennt sind und wobei der Nordabschnitt und der Südabschnitt jeweils dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Folgendes aufweisen:
eine Dauermagnethülle (210) geformt als eine Hülle aus einem Polyeder, welche derart geformt ist, dass sie in etwa einer Halbkugel entspricht, wobei die Dauermagnethülle eine konvexe Magnetaußenfläche (212) und eine konkave Magnetinnenfläche (215) aufweist,
ein ferromagnetisches Polstück (220) mit einer konvexen Polstückoberfläche (222) und mit einer Polstückgrundfläche (221), wobei die konvexe Polstückoberfläche (222) in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche angeordnet ist,
einen ferromagnetischen Schirm mit einem Schirmrand (233), von welchem aus sich eine konvexe Schirmaußenfläche (232) und eine konkave Schirminnenfläche (231) erstrecken, wobei die konkave Schirminnenfläche (231) in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konvexen Magnetaußenfläche angeordnet ist, und
einen ferromagnetischen Ring (240) angeordnet in aneinandergrenzendem Kontakt mit und intermediär zwischen dem Schirmrand des Nordabschnittes und dem Schirmrand des Südabschnittes zum Überbrücken des Luftspaltes und zum Ausbilden der Testkammer, wobei zu der Testkammer über mindestens eine in dem Ring geöffnete Apertur (242) Zugang bereitgestellt ist.





Inventors:
gleich Patentinhaber
Application Number:
DE112012003269T
Publication Date:
11/02/2017
Filing Date:
08/01/2012
Assignee:
Rotem, Haim (Nahariya, IL)
International Classes:
G01R33/383; H01F7/02
Foreign References:
71996892007-04-03
74001472008-07-15
200502588332005-11-24
200900857002009-04-02
50140321991-05-07
53374721994-08-16
56213241997-04-15
49989761991-03-12
Attorney, Agent or Firm:
Glück · Kritzenberger Patentanwälte PartGmbB, 93049, Regensburg, DE
Claims:
1. Magnetgehäuse (200) zur Bereitstellung eines homogenen, stabilen und gleichmäßigen Magnetfeldes in einer Testkammer (250), aufweisend:
einen zu einem Südabschnitt (S) im Wesentlichen identischen Nordabschnitt (N), wobei der Nordabschnitt und der Südabschnitt in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen Luftspalt (251) voneinander getrennt sind und wobei der Nordabschnitt und der Südabschnitt jeweils dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Folgendes aufweisen:
eine Dauermagnethülle (210) geformt als eine Hülle aus einem Polyeder, welche derart geformt ist, dass sie in etwa einer Halbkugel entspricht, wobei die Dauermagnethülle eine konvexe Magnetaußenfläche (212) und eine konkave Magnetinnenfläche (215) aufweist,
ein ferromagnetisches Polstück (220) mit einer konvexen Polstückoberfläche (222) und mit einer Polstückgrundfläche (221), wobei die konvexe Polstückoberfläche (222) in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche angeordnet ist,
einen ferromagnetischen Schirm mit einem Schirmrand (233), von welchem aus sich eine konvexe Schirmaußenfläche (232) und eine konkave Schirminnenfläche (231) erstrecken, wobei die konkave Schirminnenfläche (231) in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konvexen Magnetaußenfläche angeordnet ist, und
einen ferromagnetischen Ring (240) angeordnet in aneinandergrenzendem Kontakt mit und intermediär zwischen dem Schirmrand des Nordabschnittes und dem Schirmrand des Südabschnittes zum Überbrücken des Luftspaltes und zum Ausbilden der Testkammer, wobei zu der Testkammer über mindestens eine in dem Ring geöffnete Apertur (242) Zugang bereitgestellt ist.

2. Magnetgehäuse nach Anspruch 1, wobei:
die Dauermagnethülle als ein hohles Halbpolyeder mit vieleckigen Flächen an der konvexen Magnetaußenfläche und an der konkaven Magnetinnenfläche ausgebildet ist.

3. Magnetgehäuse nach Anspruch 1, wobei:
der Nordabschnitt aufweist:
einen Nordschirm (N230) mit einer konvexen Nordschirmaußenfläche (N232), welche an einem Nordschirmrand (N233) mit einer konkaven Nordschirminnenfläche (N231) verbunden ist,
eine Norddauermagnethülle (N210) mit einer konvexen Nordmagnetaußenfläche (N212), welche an einem Nordmagnetrand (N217) mit einer konkaven Nordmagnetinnenfläche (N215) verbunden ist,
ein ferromagnetisches Nordpolstück (N220) mit einer konvexen Nordpolstückoberfläche (N222), welche mit einer Nordpolstückgrundfläche (N221) verbunden ist, und
der Südabschnitt aufweist:
ein ferromagnetisches Südpolstück (S220) mit einer Südpolstückgrundfläche (S221), welche mit einer konvexen Südpolstückoberfläche (S222) verbunden ist,
eine Süddauermagnethülle (S210) mit einer konkaven Südmagnetinnenfläche (S215), welche an einem Südmagnetrand (S217) mit einer konvexen Südmagnetaußenfläche (S212) verbunden ist, und
einen Südschirm (S230) mit einer konkaven Südschirminnenfläche (S231), welche an einem Südschirmrand (S233) mit einer konvexen Südschirmaußenfläche (S232) verbunden ist,
wobei in dem Magnetgehäuse:
die Norddauermagnethülle Magnetisierungsausrichtungen in einer Richtung aufweist, welche strahlenförmig in Richtung des Nordpolstückes konvergiert, damit magnetische Flusslinien (F) strahlenförmig in die konvexe Nordpolstückoberfläche eintreten und im rechten Winkel zu und parallel aus der Nordpolstückgrundfläche in die Testkammer austreten,
die magnetischen Flusslinien in der Testkammer im Wesentlichen parallel sind und derart in die Südpolstückgrundfläche eintreten, dass sie strahlenförmig aus der konvexen Südpolstückoberfläche in die Süddauermagnethülle austreten,
die Süddauermagnethülle Magnetisierungsausrichtungen in einer Richtung aufweist, welche strahlenförmig nach außen in Richtung des Südschirmes divergiert, damit die magnetischen Flusslinien (F) aus der Süddauermagnethülle heraus zur konkaven Südschirminnenfläche passieren, von wo die magnetischen Flusslinien ihren Weg durch den Ring (240) fortsetzen, und davon zum Nordschirm (N230), und von der konkaven Nordschirminnenfläche (N231) zur Norddauermagnethülle, um einen geschlossenen magnetischen Flusskreislauf zwischen dem Südabschnitt und dem Nordabschnitt zu bilden und um das homogene, stabile und gleichmäßige Magnetfeld in der Testkammer zu bilden.

4. Magnetgehäuse nach Anspruch 3, wobei:
die Norddauermagnethülle und die Süddauermagnethülle durch gegenseitiges Aneinandergrenzen in ausgerichteter Anordnung des Nordmagnetrandes auf dem Südmagnetrand ein hohles Polyeder bilden.

5. Magnetgehäuse nach Anspruch 1, wobei:
die Dauermagnethülle eine Anordnung aus einer Vielzahl gerader Pyramidenstümpfe (211) ist, und
jeder Pyramidenstumpf aus der Vielzahl der Pyramidenstümpfe Folgendes aufweist:
eine vieleckige Grundfläche (213SQ) angeordnet in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konkaven Schirminnenfläche, und
eine vieleckige Spitze (214T) angeordnet in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konvexen Polstückoberfläche.

6. Magnetgehäuse nach Anspruch 1, wobei die konkave Schirminnenfläche (231) des ferromagnetischen kappenartigen Schirmes (230) derart ausgebildet ist, dass sie die konvexe Magnetaußenfläche (212) in aneinandergrenzender Kontaktabdeckung abdeckt, wobei die Kontaktabdeckung ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus teilweiser Abdeckung, kompletter Abdeckung, die sich bündig mit dem Magnetrand erstreckt, und kompletter Abdeckung, die sich über den Magnetrand hinaus erstreckt.

7. Magnetgehäuse nach Anspruch 1, wobei die konkave Magnetinnenfläche (215) der Dauermagnethülle (210) derart ausgebildet ist, dass sie die konvexe Polstückoberfläche (222) in aneinandergrenzender Kontaktabdeckung abdeckt, wobei die Kontaktabdeckung ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus teilweiser Abdeckung, kompletter Abdeckung, die sich bündig mit der Polstückgrundfläche erstreckt, und kompletter Abdeckung, die sich über die Polstückgrundfläche hinaus erstreckt.

8. Magnetgehäuse nach Anspruch 1, wobei die Polstückgrundfläche, der Magnetrand und mindestens ein Abschnitt des Schirmrandes eine Wand (251) der Testkammer bilden, wobei die Wand entweder eine ebene Wand oder eine nichtebene Wand ist.

9. Magnetgehäuse nach Anspruch 1, wobei das Polstück derart ausgebildet ist, dass es eine Polstückgrundfläche aufweist, wobei die Polstückgrundfläche allein und in Kombination ausgewählt ist, aus einer Gruppe von Oberflächen, einschließlich einer flachen ebenen Oberfläche, einer konkaven Oberfläche und einer konvexen Oberfläche.

10. Magnetgehäuse nach Anspruch 2, wobei:
der Nordabschnitt und der Südabschnitt in gegenseitiger geometrischer Spiegelsymmetrieanordnung entlang einer gemeinsamen Achse (Z) ausgerichtet sind, wobei die Achse eine Fläche (219) an der Norddauermagnethülle durchquert, die identisch mit einer Fläche an der Süddauermagnethülle ist,
der Ring (240) intermediär zwischen dem Nordabschnitt und dem Südabschnitt konzentrisch mit der gemeinsamen Achse angeordnet ist, und
die mindestens eine Apertur (242) in dem Ring (240) in die Testkammer (250) führt.

11. Magnetgehäuse nach Anspruch 3, wobei:
das ferromagnetische Nordpolstück und das ferromagnetische Südpolstück jeweils derart ausgebildet sind, dass sie als eine magnetische Linse funktionieren, derart, dass:
in strahlenförmiger Verteilung an der konvexen Nordpolstückoberfläche eingehende magnetische Flusslinien derart umgelenkt werden, dass sie in paralleler Ausrichtungsverteilung aus der Nordpolstückgrundfläche austreten, und
in paralleler Ausrichtungsverteilung an der Südpolstückgrundfläche eingehende magnetische Flusslinien derart umgelenkt werden, dass sie in strahlenförmiger Verteilung aus der konvexen Südpolstückoberfläche austreten.

12. Magnetgehäuse nach Anspruch 5, wobei:
jeder Pyramidenstumpf eine Stumpfhöhe aufweist, bei welcher es sich um eine geometrische Achse und eine Magnetisierungsachse, die an der geometrischen Achse ausgerichtet ist, handelt, und
die Magnetisierungsachse der Stümpfe der Dauermagnethülle in Bezug auf die Polstückgrundfläche in strahlenförmiger Richtung ausgerichtet ist.

13. Magnetgehäuse nach Anspruch 6, wobei:
die mindestens eine erste Apertur derart ausgebildet ist, dass sie die Einführung von mindestens einem Abschnitt eines Testobjektes in die Testkammer gestattet,
mindestens eine zweite Apertur, die in dem Ring geöffnet ist, derart ausgebildet ist, dass sie Eintritt in die und Austritt aus der Testkammer gestattet, und
die mindestens eine zweite Apertur relativ zu der mindestens einen ersten Apertur entweder in linearer Fortsetzung davon und in winkliger Anordnung dazu angeordnet ist.

14. Magnetgehäuse nach Anspruch 13, wobei:
ein Innenvolumen durch das Magnetgehäuse eingeschlossen ist, und
die durch Wände (252) und durch die Innenfläche des Ringes (241) begrenzte Testkammer der einzige leere Abschnitt des Magnetgehäuses ist.

15. Verfahren zur Bereitstellung eines gleichmäßigen Magnetfeldes über eine in einem Magnetgehäuse (200) angeordnete Testkammer (250) hinweg, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Anordnen eines mit einem Südabschnitt (S) im Wesentlichen identischen Nordabschnittes (N) in geometrischer Spiegelsymmetrie, und zwar einander gegenüberliegend und durch einen Luftspalt (251) dazwischen voneinander getrennt, wobei das Bereitstellen des Nordabschnittes und des Südabschnittes jeweils dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen einer Dauermagnethülle (210) geformt als eine Hülle aus einem Polyeder, welche derart geformt ist, dass sie in etwa einer Halbkugel entspricht, wobei die Dauermagnethülle eine konvexe Magnetaußenfläche (212) und eine konkave Magnetinnenfläche (215) aufweist,
Anordnen eines ferromagnetischen Polstückes (220) mit einer konvexen Polstückoberfläche (222) in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche und mit einer Polstückgrundfläche (221),
Bereitstellen eines ferromagnetischen Schirmes mit einem Schirmrand (233), von welchem aus sich eine konvexe Schirmaußenfläche (232) und eine konkave Schirminnenfläche (231) erstrecken, wobei die konkave Schirminnenfläche (231) in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konvexen Magnetaußenfläche angeordnet ist, und
Anordnen eines ferromagnetischen Ringes (240) angeordnet in aneinandergrenzendem Kontakt mit und intermediär zwischen dem Schirmrand des Nordabschnittes und dem Schirmrand des Südabschnittes zum Überbrücken des Luftspaltes und zum Bilden der Testkammer, zu welcher über mindestens eine in dem Ring geöffnete Apertur (242) Zugang bereitgestellt ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei:
die Dauermagnetanordnung (216) als ein hohles Halbpolyeder mit vieleckigen Flächen an der konvexen Magnetaußenfläche und an der konkaven Magnetinnenfläche ausgebildet ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei:
der Nordabschnitt aufweist:
einen Nordschirm (N230) mit einer konvexen Nordschirmaußenfläche (N232), welche an einem Nordschirmrand (N233) mit einer konkaven Nordschirminnenfläche (N231) verbunden ist,
eine Norddauermagnetanordnung (N216) mit einer konvexen Nordmagnetaußenfläche (N212), welche an einem Nordmagnetrand (N217) mit einer konkaven Nordmagnetinnenfläche (N215) verbunden ist,
ein ferromagnetisches Nordpolstück (N220) mit einer konvexen Nordpolstückoberfläche (N222), welche mit einer Nordpolstückgrundfläche (N221) verbunden ist, und
der Südabschnitt aufweist:
ein ferromagnetisches Südpolstück (S220) mit einer Südpolstückgrundfläche (S221), welche mit einer konvexen Südpolstückoberfläche (S222) verbunden ist,
eine Süddauermagnethülle (S210) mit einer konkaven Südmagnetinnenfläche (S215), welche an einem Südmagnetrand (S217) mit einer konvexen Südmagnetaußenfläche (S212) verbunden ist, und
einen Südschirm (S230) mit einer konkaven Südschirminnenfläche (S231), welche an einem Südschirmrand (S233) mit einer konvexen Südschirmaußenfläche (S232) verbunden ist,
wobei in dem Magnetgehäuse:
die Norddauermagnethülle Magnetisierungsausrichtungen in einer Richtung aufweist, welche strahlenförmig in Richtung des Nordpolstückes konvergiert, damit magnetische Flusslinien (F) strahlenförmig in die konvexe Nordpolstückoberfläche eintreten und im rechten Winkel zu und parallel aus der Nordpolstückgrundfläche in die Testkammer austreten,
die magnetischen Flusslinien in der Testkammer im Wesentlichen parallel sind und derart in die Südpolstückgrundfläche eintreten, dass sie strahlenförmig aus der konvexen Südpolstückoberfläche in die Süddauermagnethülle austreten,
die Süddauermagnethülle Magnetisierungsausrichtungen in einer Richtung aufweist, welche strahlenförmig nach außen in Richtung des Südschirmes divergiert, damit die magnetischen Flusslinien (F) aus der Süddauermagnethülle heraus zur konkaven Südschirminnenfläche passieren, von wo die magnetischen Flusslinien ihren Weg durch den Ring (240) von dort zum Nordschirm (N230) und von der konkaven Nordschirminnenfläche (N231) zur Norddauermagnethülle fortsetzen, um einen geschlossenen magnetischen Flusskreislauf zwischen dem Südabschnitt und dem Nordabschnitt zu bilden und um das homogene, stabile und gleichmäßige Magnetfeld in der Testkammer zu bilden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei:
die Norddauermagnethülle und die Süddauermagnethülle durch gegenseitiges Aneinandergrenzen in ausgerichteter Anordnung des Nordmagnetrandes auf dem Südmagnetrand ein hohles Polyeder bilden.

19. Verfahren nach Anspruch 15, wobei:
die Dauermagnethülle eine Anordnung aus einer Vielzahl gerader Pyramidenstümpfe (211) ist, und
jeder Pyramidenstumpf aus der Vielzahl der Pyramidenstümpfe Folgendes aufweist:
eine vieleckige Grundfläche (213SQ) angeordnet in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konkaven Schirminnenfläche, und
eine vieleckige Spitze (214T) angeordnet in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konvexen Polstückoberfläche.

20. Verfahren nach Anspruch 15, wobei:
die konkave Schirminnenfläche (231) des ferromagnetischen kappenartigen Schirmes (230) derart ausgebildet ist, dass sie die konvexe Magnetaußenfläche (212) in aneinandergrenzender Kontaktabdeckung abdeckt, wobei die Kontaktabdeckung ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus teilweiser Abdeckung, kompletter Abdeckung, die sich bündig mit dem Magnetrand erstreckt, und kompletter Abdeckung, die sich über den Magnetrand hinaus erstreckt.

21. Verfahren nach Anspruch 15, wobei:
die konkave Magnetinnenfläche (215) der Dauermagnethülle (210) derart ausgebildet ist, dass sie die konvexe Polstückoberfläche (222) in aneinandergrenzender Kontaktabdeckung abdeckt, wobei die Kontaktabdeckung ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus teilweiser Abdeckung, kompletter Abdeckung, die sich bündig mit der Polstückgrundfläche erstreckt, und kompletter Abdeckung, die sich über die Polstückgrundfläche hinaus erstreckt.

22. Verfahren nach Anspruch 15, wobei:
die Polstückgrundfläche, der Magnetrand und mindestens ein Abschnitt des Schirmrandes eine Wand (251) der Testkammer bilden, wobei die Wand entweder eine ebene Wand oder eine nichtebene Wand ist.

23. Verfahren nach Anspruch 15, wobei:
das Polstück derart ausgebildet ist, dass es eine Polstückgrundfläche aufweist, wobei die Polstückgrundfläche allein und in Kombination ausgewählt ist aus einer Gruppe von Oberflächen, einschließlich einer flachen ebenen Oberfläche, einer konkaven Oberfläche und einer konvexen Oberfläche.

24. Verfahren nach Anspruch 16, wobei:
der Nordabschnitt und der Südabschnitt in gegenseitiger geometrischer Spiegelsymmetrieanordnung entlang einer gemeinsamen Achse (Z) ausgerichtet sind, wobei die Achse eine Fläche (219) an der Norddauermagnethülle durchquert, die identisch mit einer Fläche an der Süddauermagnethülle ist,
der Ring (240) intermediär zwischen dem Nordabschnitt und dem Südabschnitt konzentrisch mit der gemeinsamen Achse angeordnet ist, und
die mindestens eine Apertur (242) in dem Ring (240) in die Testkammer (250) führt.

25. Verfahren nach Anspruch 18, wobei:
das ferromagnetische Nordpolstück und das ferromagnetische Südpolstück jeweils derart ausgebildet sind, dass sie als eine magnetische Linse funktionieren, derart, dass:
in strahlenförmiger Verteilung an der konvexen Nordpolstückoberfläche eingehende magnetische Flusslinien derart umgelenkt werden, dass sie in paralleler Ausrichtungsverteilung aus der Nordpolstückgrundfläche austreten, und
in paralleler Ausrichtungsverteilung an der Südpolstückgrundfläche eingehende magnetische Flusslinien derart umgelenkt werden, dass sie in strahlenförmiger Verteilung aus der konvexen Südpolstückoberfläche austreten.

26. Verfahren nach Anspruch 19, wobei:
jeder Pyramidenstumpf eine Stumpfhöhe aufweist, bei welcher es sich um eine geometrische Achse und eine Magnetisierungsachse, die an der geometrischen Achse ausgerichtet ist, handelt, und
die Magnetisierungsachse der Stümpfe der Dauermagnethülle in Bezug auf die Polstückgrundfläche in strahlenförmiger Richtung ausgerichtet ist.

27. Verfahren nach Anspruch 20, wobei:
die mindestens eine erste Apertur derart ausgebildet ist, dass sie die Einführung von mindestens einem Abschnitt eines Testobjektes in die Testkammer gestattet,
mindestens eine zweite Apertur, die in dem Ring geöffnet ist, derart ausgebildet ist, dass sie Eintritt in die und Austritt aus der Testkammer gestattet, und
die mindestens eine zweite Apertur relativ zu der mindestens einen ersten Apertur entweder in linearer Fortsetzung davon oder in winkliger Anordnung dazu angeordnet ist.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei:
ein Innenvolumen durch das Magnetgehäuse eingeschlossen ist, und
die durch Wände (252) und durch die Innenfläche des Ringes (241) begrenzte Testkammer der einzige leere Abschnitt des Magnetgehäuses ist.

29. Magnetgehäuse (200) mit zwei Dauermagnetstrukturen zur Bereitstellung eines homogenen, stabilen und gleichmäßigen Magnetfeldes in einer Testkammer (250), aufweisend:
einen mit einem Südabschnitt (S) im Wesentlichen identischen Nordabschnitt (N), wobei der Nordabschnitt und der Südabschnitt in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind und wobei der Nordabschnitt und der Südabschnitt jeweils dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Folgendes aufweisen:
eine Dauermagnetanordnung (216), welche praktisch eine kontinuierliche konvexe Magnetaußenfläche (212) und eine konkave Magnetinnenfläche (215) aufweist, geformt als eine Hülle aus einem Polyeder, um einer Halbkugel in etwa zu entsprechen,
ein als eine magnetische Linse ausgebildetes ferromagnetisches Polstück (220), wobei das Polstück eine in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche angeordnete konvexe Polstückoberfläche und eine Polstückgrundfläche aufweist,
einen ferromagnetischen Schirm mit einem Schirmrand, von welchem aus sich eine konvexe Schirmaußenfläche und eine konkave Schirminnenfläche erstrecken, wobei die konkave Schirminnenfläche in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konvexen Magnetaußenfläche angeordnet ist, und
einen ferromagnetischen Ring (240) angeordnet in aneinandergrenzendem Kontakt mit und intermediär zwischen dem Schirmrand des Nordabschnittes und dem Schirmrand des Südabschnittes, wobei der Ring ausgebildet ist:
zum Bilden eines Rückweges zwischen den beiden Dauermagnetstrukturen, und
zum Bereitstellen von Zugang zu der Testkammer über mindestens eine in dem Ring geöffnete Apertur (242).

30. Magnetgehäuse (200) mit zwei Dauermagnetstrukturen, zur Bereitstellung eines homogenen, stabilen und gleichmäßigen Magnetfeldes in einer Testkammer (250), aufweisend:
einen mit einem Südabschnitt (S) im Wesentlichen identischen Nordabschnitt (N), wobei der Nordabschnitt und der Südabschnitt in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind und wobei der Nordabschnitt und der Südabschnitt jeweils dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Folgendes aufweisen:
eine Dauermagnetanordnung (216), welche praktisch eine kontinuierliche konvexe Magnetaußenfläche (212) und eine konkave Magnetinnenfläche (215) aufweist geformt als eine Hülle aus einem Polyeder, um einer Halbkugel in etwa zu entsprechen,
ein ferromagnetisches Polstück (220), geeigneterweise entweder als eine konvergente oder eine divergente magnetische Linse ausgebildet, wobei das Polstück eine in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche angeordnete konvexe Polstückoberfläche und eine Polstückgrundfläche aufweist,
einen ferromagnetischen Schirm mit einem Schirmrand, von welchem aus sich eine konvexe Schirmaußenfläche und eine konkave Schirminnenfläche erstrecken, wobei die konkave Schirminnenfläche in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konvexen Magnetaußenfläche angeordnet ist, und
einen ferromagnetischen Ring (240) angeordnet in aneinandergrenzendem Kontakt mit und intermediär zwischen dem Schirmrand des Nordabschnittes und des Südabschnittes, wobei der Ring mindestens eine Apertur (242) aufweist, welche Zugang zu der Testkammer bereitstellt, und wobei der Ring zur Bildung eines Rückwegs zwischen den beiden Dauermagnetstrukturen ausbildet ist.

31. Magnetgehäuse nach Anspruch 30, wobei:
die Polstückgrundfläche (221) derart angeordnet ist, dass sie von dem Schirmrand (233) weg hervorsteht, um den Zugang zwischen die Polstückgrundflächen zu vereinfachen.

32. Magnetgehäuse nach Anspruch 30, wobei:
der Schirmrand (233) relativ zu der Polstückgrundfläche (221) zurückgesetzt ist, um den Zugang zu einer Lücke zu verbessern, welche die Polstückgrundflächen voneinander trennt.

33. Magnetgehäuse nach Anspruch 30, wobei:
die mindestens eine Apertur (242) in dem Ring durch das Auslassen eines Abschnittes des Ringes gebildet ist.

34. Magnetgehäuse nach Anspruch 30, wobei:
die Polstückgrundfläche (221) derart angeordnet ist, dass sie von dem Schirmrand (233) weg hervorsteht, und
die mindestens eine Apertur (242) in dem Ring durch das Auslassen eines Abschnittes des Ringes gebildet ist, wodurch der Zugang zwischen die Polstückgrundflächen vereinfacht wird.

Description:
Technisches Gebiet

Die vorliegende Offenbarung betrifft Magnetgehäuse und insbesondere eine Baugruppe aus zwei identischen beabstandeten kappenartigen Dauermagnetstrukturen, die in geometrischer Spiegelsymmetrie angeordnet sind, um ein homogenes Magnetfeld dazwischen bereitzustellen.

Stand der Technik

Magnetgehäuse an sich sind in der Technik gut bekannt, wie in den folgenden Patenten des Standes der Technik offenbart.

Die US 4 998 976 A von Uri Rapoport offenbart ein Hauptdauermagnet- und ein Hilfsdauermagnetmittel, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.

Die US 5 014 032 A von Guy Aubert gibt einen zylindrischen Dauermagneten mit einem längs induzierten Magnetfeld an, welcher zwei ringförmige Strukturen aufweist, die einerseits radial in Bezug auf die Zylinderachse und andererseits antisymmetrisch magnetisiert sind, welcher jedoch für die Rückkehr des Induktionsflusses von einem Pol zum anderen Pol um die Polstücke still ist.

Die US 2005/0 258 833 A1 von Goto Takao et al. offenbart die Verwendung mehrerer Hilfsmagnete, welche um Hauptmagnete herum angeordnet sind, um die Lücke zwischen dem Hauptmagnet und den Hilfsmagneten anzupassen und statische Magnetfelder zu formen.

Die US 5 337 472 A von Herbert A. Leupold offenbart Verfahren zur Herstellung von Ringen, Zylindern, Halbkugeln und Kugeln mit einem relativ starken zentralen Arbeitsfeld innerhalb eines zentralen Arbeitsraumes.

Die US 5 621 324 A von Kimiharu Ota et al. gibt eine Magnetfelderzeugende Vorrichtung an, welche mehrere Dauermagnetbaugruppen umfasst, die kontinuierlich um den winkligen Innenumfang eines sechseckigen röhrenförmigen Jochs angeordnet sind, um ein gleichmäßiges Magnetfeld im Mittelteil des Hohlraumes innerhalb der Dauermagnetbaugruppen bereitzustellen.

Die US 7 199 689 B2 von Manlio Abele offenbart eine Magnetstruktur zum Erzeugen eines gleichmäßigen Magnetfeldes ohne Bedarf an einem externen ferromagnetischen Joch, wobei die Magnetstruktur dazu dient, nur einen Teil des Induktionsrückflusses von einem Pol der Magnetstruktur zum anderen Pol zu transportieren.

In der US 7 400 147 B2 von Uri Rapoport wird eine Anordnung von mindestens sechs Nebenmagneten und mindestens zwei Hauptmagneten angegeben.

Die US 2009/0 085 700 A1 von Jianyu Lian et al. offenbart eine Hauptbaugruppe mit zylindrischer Geometrie mit Dauermagneten als Magnetfeldquellen, die aus zwei Regionen zusammengesetzt sind, einem zentralen scheibenartigen Abschnitt, der im Wesentlichen entlang der axialen Richtung magnetisiert ist, und einer äußeren ringartigen Region, die im Wesentlichen entlang der radialen Richtung magnetisiert ist, welche sich axial erstreckt, um einen Teil eines Pols zu bilden.

Jedoch stellen, in Bezug auf den Stand der Technik, die unten beschriebenen Ausführungsformen ein besseres Verhältnis der im Magnetmaterial gespeicherten Energie gegenüber der Magnetfeldintensität in einem Volumen von Interesse bereit.

Technisches Problem

In vielen Bereichen, wie zum Beispiel auf dem Gebiet der NMR/MRT-Geräte (Kernspinresonanz/Magnetresonanztomographie), besteht Bedarf an Dauermagnetgehäusen, welche als effiziente, kompakte und starke Magnetfeldquellen konfiguriert sind, die in der Lage sind, ein gleichmäßiges Magnetfeld in einer Testkammer bereitzustellen.

Lösung des Problems

Eine Lösung des Problems wird durch ein Magnetgehäuse und durch ein Verfahren, welches einem idealen Modell 100 nahe kommt, bereitgestellt, wobei das Modell zwei identische halbkugelförmige Magnetstrukturen beinhaltet, die in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind, welcher eine Testkammer dazwischen bildet.

1A ist ein Teilquerschnitt des idealen Modells 100 eines Magnetgehäuses 1000 mit einem Nordabschnitt N, welcher durch den Luftspalt AG von einem Südabschnitt S getrennt ist. Ein Band 40, gekoppelt an den Nord- und Südabschnitt, entsprechend N und S, umgibt und schließt eine Testkammer 50 ein. Elemente, die zum Nordabschnitt bzw. zum Südabschnitt gehören, sind mit dem entsprechenden Präfix N und S angegeben. Strukturell sind der Nordabschnitt N und der Südabschnitt S identische Magnetstrukturen ST, entsprechend NST und SST, die in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch die Testkammer 50 voneinander getrennt sind. Das Volumen der Testkammer 50 ist zwischen dem Nord- und Südabschnitt, entsprechend NST und SST, und dem Band 40 begrenzt. Zugang zu der Testkammer 50 wird durch mindestens eine Öffnung oder Apertur AP bereitgestellt, welche mindestens im Band 40 angeordnet ist. Jede Magnetstruktur ST beinhaltet drei Elemente, die in engem, aneinandergrenzendem Kontakt zueinander zusammengefügt sind, um eine Halbkugel aus festem Material zu bilden. Zu den drei Elementen zählen eine hohle Halbkugel 10 aus Dauermagnetmaterial, welche ein festes halbkugelförmiges Polstück 20 abdeckt, und ein hohler halbkugelförmiger Schirm 30, welcher die hohle Dauermagnethalbkugel 10 abdeckt. D. h., es gibt eine hohle Dauermagnetnordhalbkugel N10, ein festes halbkugelförmiges Nordpolstück N20 und einen hohlen Nordhalbkugelschirm N30, und in geometrischer Spiegelsymmetrieanordnung dazu angeordnet die gleichen Elemente in der Südstruktur, entsprechend eine hohle Dauermagnetsüdhalbkugel S10, ein festes halbkugelförmiges Südpolstück S20 und einen hohlen Südhalbkugelschirm S30. Eine Zahl, die sich auf ein Element bezieht, das zum Nordabschnitt N gehört, ist mit dem Präfix N gekennzeichnet, und eine Zahl, die sich auf ein Element des Südabschnittes S bezieht, ist mit dem Präfix S angegeben, selbst wenn dies in einer Figur nicht derart spezifisch beschrieben oder gezeigt ist.

Sowohl das Polstück 20 als auch der Schirm 30 sind aus ferromagnetischem Material hergestellt. Das Polstück 20 ist in die hohle Dauermagnethalbkugel 10 eingefügt, welche wiederum in den hohlen halbkugelförmigen Schirm 30 eingefügt ist. Das Polstück 20 weist eine äquatoriale ebene Oberfläche 21 auf und der hohle Halbkugelmagnet 10 und der Schirm 30 enden entsprechend in einem Magnetrand 12 und einem Schirmrand 31. Die äquatoriale ebene Oberfläche 21, der Magnetrand 12 und der Schirmrand 31 bilden eine Wand 51 der Testkammer 50.

Das Band 40 überbrückt und koppelt den Nordschirmrand N31 mit dem Südschirmrand S31 und die Innenoberfläche 52 des Bandes 40 bildet die seitlichen Grenzen der Testkammer 50 zusammen mit der Nord- und Südwand der Testkammer, entsprechend N51 und S51. 1B zeigt den Fluss von magnetischen Flusslinien F in dem idealen Modell 100 des Magnetgehäuses 1000. Die „ideale” Dauermagnetnordhalbkugel N10 ist derart magnetisiert, dass sie eine Polarität aufweist, die in konvergierender radialer Richtung ausgerichtet ist, wie durch die mit F gekennzeichneten Pfeile in 1A gezeigt. 1B zeigt ferner die resultierenden Flusslinien, auch angegeben durch die mit F gekennzeichneten Pfeile. Von dem Dauermagneten N10 werden die magnetischen Flusslinien in radialer konvergierender Verteilung an dem konvexen Abschnitt N23 des halbkugelförmigen Nordpolstückes N20 empfangen, welches als eine „magnetische Linse” funktioniert, um die radial ankommenden magnetischen Flusslinien in parallele Linien auszurichten, welche im rechten Winkel zur äquatorialen ebenen Nordpoloberfläche N21 des ferromagnetischen Nordpolstückes N20 austreten. Als nächstes durchqueren die parallelen magnetischen Flusslinien die Testkammer 50, um ein homogenes Magnetfeld darin bereitzustellen, und treffen dann im rechten Winkel und parallel auf die äquatoriale ebene Südpoloberfläche S21.

Ähnlich dem halbkugelförmigen Nordpolstück N20 funktioniert das halbkugelförmige Südpolstück S20 wie eine „magnetische Linse” zum Empfangen der ankommenden parallelen magnetischen Flusslinien F zur Umlenkung in radiale Divergenz in die hohle Dauermagnetsüdhalbkugel S10, welche die magnetischen Flusslinien in radialer Divergenz durchqueren und aus dem konvexen Abschnitt S23 und aus der Dauermagnetsüdhalbkugel S10 austreten, um zum Südschirm S30 hinüber zu gelangen.

Die magnetischen Flusslinien kehren vom Südschirm S30 über das Band 40 und durch das Nordschirm N30 zur hohlen Dauermagnetnordhalbkugel N10 zurück, um den Kreislauf des magnetischen Flusses zu schließen.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Das im Vorangegangenen beschriebene ideale System 100 ist eine kompakte Struktur, welche ein homogenes, stabiles und gleichmäßiges Magnetfeld in der Testkammer 50 bereitstellt. Jedoch ist es nicht praktisch, eine hohle Halbkugel 10 aus Dauermagnetmaterial herzustellen. Daher wird die hohle Halbkugel 10 approximiert und zum Beispiel als eine kappenartige Hülle, wie eine Hülle eines vielflächigen Polyeders, geformt. Dabei ist offensichtlich, dass, je größer die Zahl der Flächen des Polyeders ist, desto näher ist die Annäherung an die hohle Halbkugel 10 des idealen Modells 100.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass selbst grobe Annäherungen an die ideale halbkugelförmige Form noch immer ausgezeichnete Ergebnisse bereitstellen und ein homogenes, stabiles und gleichmäßiges Magnetfeld in einer Testkammer aufweisen.

Zum Beispiel kann die hohle Halbkugel aus Dauermagnetmaterial 10 als eine halbpolyedrische Magnethülle 210, gezeigt in 3, als eine Annäherung an die hohle Halbkugel 10 hergestellt werden, wobei die halbpolyedrische Magnethülle eine Dauermagnetstruktur ist, die aus mehreren Pyramidenstümpfen zusammengefügt sein kann.

Definitionen

Ein Dauermagnet ist ein Gegenstand hergestellt aus einem Material, das magnetisiert ist und sein eigenes permanentes Magnetfeld erzeugt.

Ferromagnetische Materialien können unterteilt werden in magnetisch „weiche” Materialen, mit niedriger Koerzitivkraft, wie geglühtes Eisen, die magnetisiert werden können, welche jedoch tendenziell nicht magnetisiert bleiben, und magnetisch „harte” Materialien, mit hoher Koerzitivkraft, welche magnetisiert bleiben. Dauermagneten werden aus „harten” ferromagnetischen Materialien, wie zum Beispiel AlNiCo und Ferrit, hergestellt, die während der Herstellung einem starken Magnetfeld ausgesetzt werden, um ihre interne mikrokristalline Struktur auszurichten.

Der Begriff „ferromagnetisches Material” bezieht sich sowohl auf ferromagnetisches Material als auch ferrimagnetisches Material.

Die Begriffe „Polstück” oder „Joch” und „Magnetschirm” oder „magnetische Abschirmung” gelten für ein Element hergestellt aus hochdurchlässigem Material, das für verschiedene Aufgaben eingesetzt werden kann, einschließlich: a) magnetischer Einschluss, b) Stärkung des Magnetfeldes und c) Verbesserung der Homogenität des Magnetfeldes, hauptsächlich durch Formung des Polstückes.

Die Begriffe „Innen” und „Außen” sollen auf eine Anordnung hinweisen, entsprechend näher zum und entfernter vom Zentrum des Magnetgehäuses.

Der Ausdruck „im Wesentlichen identisch” bezieht sich auf zwei Dauermagnete, die bis auf Kompensationsstücke, die zum Korrigieren der Homogenität des Magnetfeldes hinzugefügt werden können, identisch sind. Alternativ dazu wird der Ausdruck „im Wesentlichen identisch” verwendet, um zwei Dauermagnete anzugeben, welche die gleiche Form aufweisen, jedoch jeweils aus einer unterschiedlichen Anzahl von Materialstücken hergestellt sind.

Kurzdarstellung

Eine Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Magnetgehäuses, das zum Bereitstellen eines homogenen, stabilen und gleichmäßigen Magnetfeldes in einer Testkammer konfiguriert ist. Das Magnetgehäuse umfasst eine erste Nordmagnetstruktur und eine zweite Südmagnetstruktur, die beide im Wesentlichen identisch sind und in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen Luftspalt, welcher die Testkammer bildet, voneinander getrennt sind. Dies gilt für Geometrien, die eine Drehspiegelungssymmetrie aufweisen. Geometrische Spiegelsymmetrie ist in Anbetracht der resultierenden Homogenität des Magnetfeldes vorteilhaft.

Eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung eines Magnetgehäuses, welches einen Nordabschnitt umfasst, der im Wesentlichen identisch mit einem Südabschnitt ist, wobei beide Abschnitte in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Der Nordabschnitt und der Südabschnitt umfassen jeweils eine Dauermagnethülle, ein ferromagnetisches Polstück, einen ferromagnetischen Schirm und einen ferromagnetischen Ring. Die Dauermagnethülle ist als eine Hülle aus einem Polyeder geformt, um in etwa einer Halbkugel zu entsprechen, wobei die Dauermagnethülle eine konvexe Magnetaußenfläche und eine konkave Magnetinnenfläche aufweist. Das ferromagnetische Polstück weist eine konvexe Polstückoberfläche auf, die in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche angeordnet ist, und es weist eine Polstückgrundfläche auf. Der ferromagnetische Schirm weist einen Schirmrand auf, von welchem aus sich eine konvexe Schirmaußenfläche und eine konkave Schirminnenfläche, welche in aneinandergrenzendem Kontakt mit der konvexen Magnetaußenfläche angeordnet ist, erstrecken. Der ferromagnetische Ring ist in aneinandergrenzendem Kontakt mit und intermediär zwischen dem Schirmrand des Nordabschnittes und des Südabschnittes angeordnet, um den Luftspalt zu überbrücken und um die Testkammer zu bilden, zu welcher Zugang über mindestens eine Apertur, die in dem Ring geöffnet ist, bereitgestellt wird.

Noch eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung einer Dauermagnethülle, die als ein hohles Halbpolyeder mit vieleckigen Flächen an der konvexen Magnetaußenfläche und an der konkaven Magnetinnenfläche konfiguriert ist.

Noch eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung eines Nordabschnittes, der einen Nordschirm, eine Norddauermagnethülle und ein ferromagnetisches Nordpolstück umfasst. Der Nordschirm weist eine konvexe Nordschirmaußenfläche auf, welche an einem Nordschirmrand mit einer konkaven Nordschirminnenfläche verbunden ist. Die Norddauermagnethülle weist eine konvexe Nordmagnetaußenfläche auf, welche an einem Nordmagnetrand mit einer konkaven Nordmagnetinnenfläche verbunden ist. Das ferromagnetische Nordpolstück weist eine konvexe Nordpolstückoberfläche auf, welche mit einer Nordpolstückgrundfläche verbunden ist. Ferner ist ein Südabschnitt bereitgestellt, der ein Südpolstück, eine Süddauermagnethülle und einen Südschirm umfasst. Das ferromagnetische Südpolstück weist eine Südpolstückgrundfläche auf, welche mit einer konvexen Südpolstückoberfläche verbunden ist. Die Süddauermagnethülle weist eine konkave Südmagnetinnenfläche auf, welche an einem Südmagnetrand mit einer konvexen Südmagnetaußenfläche verbunden ist. Der Südschirm weist eine konkave Südschirminnenfläche auf, welche an einem Südschirmrand mit einer konvexen Südschirmaußenfläche verbunden ist. Das Magnetgehäuse umfasst ferner die Norddauermagnethülle, welche Magnetisierungsausrichtungen in einer Richtung aufweist, welche strahlenförmig in Richtung des Nordpolstückes konvergiert, damit magnetische Flusslinien strahlenförmig in die konvexe Nordpolstückoberfläche eintreten und im rechten Winkel zu und parallel aus der Nordpolstückgrundfläche in die Testkammer austreten. Ferner sind die magnetischen Flusslinien in der Testkammer im Wesentlichen parallel und treten in die Südpolstückgrundfläche ein, um strahlenförmig aus der konvexen Südpolstückoberfläche in die Süddauermagnethülle auszutreten. Darüber hinaus weist die Süddauermagnethülle Magnetisierungsausrichtungen in einer Richtung auf, welche strahlenförmig nach außen in Richtung des Südschirmes konvergiert, damit die magnetischen Flusslinien aus der Süddauermagnethülle zu der konkaven Südschirminnenfläche passieren, von wo die magnetischen Flusslinien ihren Weg durch den Ring fortsetzen und von dort zum Nordschirm, und von der konkaven Nordschirminnenfläche zur Norddauermagnethülle, um einen geschlossenen magnetischen Flusskreislauf zwischen dem Südabschnitt und dem Nordabschnitt zu bilden und um das homogene, stabile und gleichmäßige Magnetfeld in der Testkammer zu bilden.

Noch eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung der Norddauermagnethülle und der Süddauermagnethülle, um durch gegenseitiges Angrenzen in ausgerichteter Anordnung des Nordmagnetrandes auf dem Südmagnetrand ein hohles Polyeder zu bilden.

Noch eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung der Dauermagnethülle als eine Anordnng aus mehreren geraden Pyramidenstümpfen, wobei jeder Pyramidenstumpf der mehreren Pyramidenstümpfe eine vieleckige Grundfläche, die in angrenzendem Kontakt mit der konkaven Schirminnenfläche angeordnet ist, und eine vieleckige Spitze, die in angrenzendem Kontakt mit der konvexen Polstückoberfläche angeordnet ist, aufweist.

Noch eine Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung der konkaven Schirminnenfläche des ferromagnetischen kappenartigen Schirmes, die derart konfiguriert ist, dass sie die konvexe Magnetaußenfläche in angrenzender Kontaktabdeckung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus teilweiser Abdeckung, kompletter Abdeckung, welche sich bündig mit dem Magnetrand erstreckt, und kompletter Abdeckung, welche sich über den Magnetrand hinaus erstreckt, abdeckt.

Noch eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung der konkaven Magnetinnenfläche der Dauermagnethülle, die derart konfiguriert ist, dass sie die konvexe Polstückoberfläche in angrenzender Kontaktabdeckung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus teilweiser Abdeckung, kompletter Abdeckung, welche sich bündig mit der Polstückgrundfläche erstreckt, und kompletter Abdeckung, welche sich über die Polstückgrundfläche hinaus erstreckt, abdeckt.

Noch eine zusätzliche Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung der Polstückgrundfläche, des Magnetrandes und mindestens eines Abschnittes des Schirmrandes in einer Konfiguration, die geeignet ist, um eine Wand der Testkammer zu bilden, wobei die Wand entweder eine ebene Wand oder eine nichtebene Wand ist.

Noch eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung des Polstückes, das derart konfiguriert ist, dass es eine Polstückgrundfläche ausgewählt, allein und in Kombination, aus einer Gruppe von Oberflächen, einschließlich einer flachen ebenen Oberfläche, einer konkaven Oberfläche und einer konvexen Oberfläche, aufweist.

Noch eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung der Ausrichtung des Nordabschnittes und des Südabschnittes in gegenseitiger geometrischer spiegelsymmetrischer Anordnung entlang einer gemeinsamen Achse, wobei die Achse eine Fläche an der Norddauermagnetanordnung durchquert, die identisch mit einer Fläche an der Süddauermagnetanordnung ist. Ferner ist der Ring intermediär zwischen dem Nordabschnitt und dem Südabschnitt in Konzentrizität mit der gemeinsamen Achse angeordnet und die mindestens eine Apertur in dem Ring führt in die Testkammer.

Ferner ist eine Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung die Bereitstellung des ferromagnetischen Nordpolstückes und des ferromagnetischen Südpolstückes in einer Konfiguration, in welcher jedes Polstück derart konfiguriert ist, dass es als eine magnetische Linse funktioniert. Die magnetische Linse funktioniert derart, dass magnetische Flusslinien empfangen in strahlenförmiger Verteilung an der konvexen Nordpolstückoberfläche derart umgelenkt werden, dass sie in paralleler Ausrichtungsverteilung aus der Nordpolstückgrundfläche austreten, und magnetische Flusslinien empfangen in paralleler Ausrichtungsverteilung an der Südpolstückgrundfläche werden derart umgelenkt, dass sie in strahlenförmiger Verteilung aus der konvexen Südpolstückoberfläche austreten.

Eine zusätzliche Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung jedes Pyramidenstumpfes mit einer Stumpfhöhe und einer Magnetisierungsachse. Die Stumpfhöhe ist eine geometrische Achse und die Magnetisierungsachse ist an der geometrischen Achse ausgerichtet. Die Magnetisierungsachse der Stümpfe der Dauermagnetanordnung ist in strahlenförmiger oder mittenausgerichteter Richtung der Polstückgrundfläche ausgerichtet.

Eine ergänzende Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung der mindestens einen ersten Apertur, die derart konfiguriert ist, dass sie die Einführung von mindestens einem Abschnitt eines Testobjektes in die Testkammer gestattet. Ferner ist mindestens eine zweite Apertur, die in dem Ring geöffnet ist, derart konfiguriert, dass sie den Eintritt in die und den Austritt aus der Testkammer gestattet, und die mindestens eine zweite Apertur ist relativ zu der mindestens einen ersten Apertur entweder in linearer Fortsetzung davon oder in winkliger Anordnung dazu angeordnet.

Eine der Aufgaben der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung eines Innenvolumens, das durch das Magnetgehäuse eingeschlossen ist, wobei die Testkammer, welche durch Wände und durch die Innenfläche des Ringes begrenzt ist, der einzige leere Abschnitt des Magnetgehäuses ist.

Noch eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung eines Magnetgehäuses mit zwei Dauermagnetstrukturen, welches ein homogenes, stabiles und gleichmäßiges Magnetfeld in einer Testkammer bereitstellt. Das Magnetgehäuse umfasst einen Nordabschnitt, der im Wesentlichen identisch mit einem Südabschnitt ist, welche in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angerordnet und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Der Nordabschnitt und der Südabschnitt umfassen jeweils eine Dauermagnetanordnung, ein ferromagnetisches Polstück, einen ferromagnetischen Schirm und einen ferromagnetischen Ring. Die Dauermagnetanordnung weist praktisch eine kontinuierliche konvexe Magnetaußenfläche und eine konkave Magnetinnenfläche geformt als eine Hülle aus einem Polyeder, um in etwa einer Halbkugel zu entsprechen, auf. Das ferromagnetische Polstück ist als eine magnetische Linse konfiguriert, wobei das Polstück eine konvexe Polstückoberfläche aufweist, die in angrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche angeordnet ist, und es weist eine Polstückgrundfläche auf. Der ferromagnetische Schirm weist einen Schirmrand auf, von welchem aus sich eine konvexe Schirmaußenfläche und eine konkave Schirminnenfläche, die in angrenzendem Kontakt mit der konvexen Magnetaußenfläche angeordnet ist, erstrecken. Der ferromagnetische Ring ist in angrenzendem Kontakt mit dem und intermediär zwischen dem Schirmrand des Nordabschnittes und des Südabschnittes angeordnet. Der Ring ist derart konfiguriert, dass er einen Rückweg zwischen den beiden Dauermagnetstrukturen bildet, und um über mindestens eine Apertur, die in dem Ring geöffnet ist, Zugang zu der Testkammer bereitzustellen.

Noch eine zusätzliche Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung eines Magnetgehäuses mit zwei Dauermagnetstrukturen, welches ein homogenes, stabiles und gleichmäßiges Magnetfeld in einer Testkammer bereitstellt. Das Magnetgehäuse umfasst einen Nordabschnitt, der im Wesentlichen identisch mit einem Südabschnitt ist, welche in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Der Nordabschnitt und der Südabschnitt umfassen jeweils eine Dauermagnetanordnung, ein ferromagnetisches Polstück, einen ferromagnetischen Schirm und einen ferromagnetischen Ring. Die Dauermagnetanordnung weist praktisch eine kontinuierliche konvexe Magnetaußenfläche und eine konkave Magnetinnenfläche geformt als eine Hülle aus einem Polyeder, um in etwa einer Halbkugel zu entsprechen, auf. Das ferromagnetische Polstück ist geeigneterweise entweder als eine konvergente oder eine divergente magnetische Linse konfiguriert, wobei das Polstück eine konvexe Polstückoberfläche angeordnet in angrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche und eine Polstückgrundfläche aufweist. Der ferromagnetische Schirm weist einen Schirmrand auf, von welchem aus sich eine konvexe Schirmaußenfläche und eine konkave Schirminnenfläche, die in angrenzendem Kontakt mit der konvexen Magnetaußenfläche angeordnet ist, erstrecken. Der ferromagnetische Ring ist in angrenzendem Kontakt mit dem und intermediär zwischen dem Schirmrand des Nordabschnittes und des Südabschnittes angeordnet, wobei der Ring mindestens eine Apertur aufweist, welche Zugang zu der Testkammer bereitstellt, und er ist derart konfiguriert, dass er einen Rückweg zwischen den beiden Dauermagnetstrukturen bildet.

Noch eine ergänzende Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung der Polstückgrundfläche, welche derart angeordnet ist, dass sie vom Schirmrand weg hervorsteht, um den Zugang zwischen die Polstückgrundflächen zu vereinfachen.

Noch eine zusätzliche Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung des Schirmrandes, der relativ zu der Polstückgrundfläche zurückgesetzt ist, um den Zugang zu einer Lücke zu verbessern, welche die Polstückgrundflächen trennt.

Eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung der mindestens einen Apertur in dem Ring, welche durch Auslassung eines Abschnittes des Ringes gebildet wird.

Noch eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Offenbarung ist die Bereitstellung der Polstückgrundfläche, welche derart angeordnet ist, dass sie vom Schirmrand weg hervorsteht, und wobei die mindestens eine Apertur in dem Ring durch Auslassung eines Abschnittes des Ringes gebildet wird, wodurch der Zugang zwischen die Polstückgrundflächen vereinfacht wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Beispielhafte Ausführungsformen sind in referenzierten Figuren veranschaulicht. Es ist beabsichtigt, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen und Figuren als veranschaulichend und nicht als einschränkend angesehen werden. Die Offenbarung sowohl zur Organisation als auch zur Arbeitsweise ist jedoch zusammen mit Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon am besten durch Verweis auf die folgende detaillierte Beschreibung zu verstehen, wenn diese zusammen mit den beigefügten Figuren gelesen wird, wobei:

1A eine Darstellung eines idealen Magnetgehäuses 100 ist,

1B den Fluss magnetischer Flusslinien F in dem idealen Modell 100 zeigt,

2A eine isometrische Ansicht eines Kuboktaeders darstellt,

2B eine isometrische Ansicht eines symmetrischen Kuboktaeders darstellt,

3 ein Beispiel einer Ausführungsform 200 veranschaulicht,

4 ein Querschnitt eines Details des in 3 gezeigten Nordabschnittes N ist,

5 eine Ansicht von oben auf das feste Halb-Kuboktaeder ist, welches das halbpolyedrische Joch 220 bildet,

6A bis 6D weitere beispielhafte Ausführungsformen darstellen,

7 eine wabenartige Anordnungsstruktur veranschaulicht,

8 ein Beispiel des Mosaiks einer Stumpfgrundfläche ist,

9 den Stand der Technik zeigt,

10 eine große Öffnung darstellt, und

11 eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform mit zwei Aperturen ist.

Beschreibung der Ausführungsformen

Anstelle des idealen Modells 100 eines Magnetgehäuses 1000, welches zwei hohle Halbkugeln 10 aus Dauermagnetmaterial aufweist, wie oben beschrieben, kann eine Annäherung an die Form einer hohlen Halbkugel 10 in Form einer kappenartigen Hülle, wie zum Beispiel einer halbpolyedrischen Hülle, hergestellt werden. In der Praxis kann eine halbpolyedrische Hülle aus Dauermagnetmaterial als ein Abschnitt einer Hülle aus einem ausgewählten hohlen Polyeders realisiert werden, wie zum Beispiel und unter anderem entweder der hohle platonische, archimedische oder catalanische Körper.

Es muss darauf geachtet werden, dass der Nordabschnitt N und der Südabschnitt S identisch sind und in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet sind. Es ist nicht immer möglich, ein hohles Polyeder in zwei Abschnitte zu schneiden und zwei identische Hüllen zu erhalten, obwohl dies der Fall sein kann, wie zum Beispiel bei einem Würfel. Jedoch ist es immer möglich, einen der geschnittenen Abschnitte zu duplizieren, um dadurch die Bereitstellung identischer Nord- und Südabschnitte, entsprechend N und S, sicherzustellen, die in geometrischer Spiegelsymmetrie angeordnet werden. In einigen Fällen kann ein hohles Polyeder in zwei Abschnitte geschnitten werden und tatsächlich zwei identische Abschnitte bereitstellen, jedoch ist zum Erreichen geometrischer Spiegelsymmetrie die Rotation eines Abschnittes relativ zum anderen um eine gemeinsame Achse erforderlich, wie dies z. B. bei einem hohlen Kuboktaeder der Fall ist.

Ein hohler Würfel, als einer der hohlen platonischen Körper, ist ein Beispiel eines Polyeders, das, wenn es angemessen parallel zu einer Fläche in zwei Abschnitte geschnitten wird, zwei identische Abschnitte bereitstellt, die in geometrischer Spiegelsymmetrie angeordnet werden können, wobei jeder Abschnitt fünf Außenflächen aufweist. Von den hohlen platonischen Körpern können der Würfel, das Dodekaeder und das Ikosaeder gegenüber zwei Tetraedern oder einem Oktaeder bevorzugt sein, da sie eine bessere Annäherung an eine hohle Halbkugel bereitstellen.

2A stellt eine isometrische Ansicht eines Kuboktaeders als ein Beispiel einer Annäherung an eine Kugel dar. Das Kuboktaeder ist einer der archimedischen Körper, wobei das Kuboktaeder durch Abschneiden der Ecken eines Würfels gebildet wird. Ein Kuboktaeder weist achtzehn Fläche 219, oder sechs gleiche quadratische Flächen 219SQ und acht gleiche dreieckige Flächen 219T auf. Die Achse Z ist eine gemeinsame Achse, welche zum Beispiel durch zwei identische und parallele dreieckige Flächen 219T verläuft. Das Kuboktaeder kann im rechten Winkel zur Achse Z geschnitten werden, um zwei identische Abschnitte zu bilden, einen Nordabschnitt N und einen Südabschnitt S, wobei beide Abschnitte identisch sind, jedoch einer relativen Rotation bedürfen, um in geometrischer Spiegelsymmetrie angeordnet zu werden.

Offensichtlich können polyedrische Hüllen aus hohlen archimedischen Körpern erhalten werden. Eine polyedrische Hülle muss möglicherweise dupliziert werden und muss möglicherweise relativ zu der anderen Hülle gedreht werden, um sie als zwei identische Hüllen zu verwenden, die in geometrischer Spiegelsymmetrie relativ zueinander angeordnet werden können. Hohle catalanische Körper können in gleicher Art und Weise wie die hohlen platonischen und die hohlen archimedischen Körper behandelt werden, um zwei identische Hüllen zur Anordnung in geometrischer Spiegelsymmetrie relativ zueinander zu erhalten.

2B ist eine isometrische Ansicht eines symmetrischen Kuboktaeders in einer Linie mit einer gemeinsamen vertikalen Achse Z eines kartesischen Koordinatensatzes. Ein symmetrisches Kuboktaeder kann durch einen Schnitt durch das in 2A gezeigte Kuboktaeder im rechten Winkel zur Z-Achse zum Trennen des Nordabschnittes N vom Südabschnitt S erhalten werden. Dem Schnitt folgt eine Rotation des Nordabschnittes N um 60° relativ zum Südabschnitt S, derart, dass die vier quadratischen Flächen 219SQ am Nordabschnitt N in Kontakt mit den vier quadratischen Flächen im Südabschnitt S stehen. Das symmetrische Kuboktaeder weist einen Nordabschnitt N und einen Südabschnitt S auf, die identisch sind und die relativ zueinander in geometrischer Spiegelsymmetrie angeordnet sind.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird in der Beschreibung der meisten im Folgenden dargestellten Ausführungsformen und in einigen der Zeichnungen Bezug auf ein symmetrisches hohles Kuboktaeder genommen, auch wenn in der Praxis zum Beispiel jeder platonische, archimedische oder catalanische Hohlkörper verwendet werden kann. Es ist viel einfacher ein hohles symmetrisches Kuboktaeder mit vierzehn vieleckigen Flächen zu beschreiben, anstatt zum Beispiel ein hohles stumpfes Dodekaeder mit 80 Dreiecken und 12 Fünfecken, also mit insgesamt 92 Flächen. Offensichtlich bietet eine Hülle aus einem hohlen stumpfen Dodekaeder eine nähere Annäherung an eine hohle Halbkugel als ein hohles symmetrisches Kuboktaeder, doch selbst eine Hülle aus einem Würfel bietet eine gute und praktische Lösung als eine halbpolyedrische Dauermagnethülle.

3 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Magnetgehäuses 200, welches zwei Hüllen aus einem Kuboktaeder als ein Beispiel beinhaltet, das zur Vereinfachung der Visualisierung und Beschreibung verwendet wird. Zahlen ohne den Präfix N oder S beziehen sich auf die gleichen Positionen angeordnet am Nordabschnitt N und am Südabschnitt S.

3 stellt einen Querschnitt-Schnitt entlang der Y-Z-Ebene des in 2B gezeigten symmetrischen Kuboktaeders dar, wobei der Schnitt durch den halbpolyedrischen Hüllenschirm 230, die halbpolyedrische Dauermagnethülle 210 und den Ring 240, jedoch nicht durch das Polstück 220 verläuft, wobei der Nordabschnitt N und der Südabschnitt S in geometrischer Spiegelsymmetrie entlang der gemeinsamen Achse Z ausgerichtet sind. Der Nordabschnitt N und der Südabschnitt S sind in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen Luftspalt 251, welcher die Testkammer 250 bildet, voneinander getrennt.

In dem Magnetgehäuse 200 von 3 sind die entsprechenden Polstücke 220 durch ihre entsprechenden halbpolyedrischen Dauermagnethüllen 210 abgedeckt und sind in angrenzendem Kontakt damit angeordnet, wobei die Hüllen wiederum durch ihre entsprechenden halbpolyedrischen Hüllenschirme 230 abgedeckt und in angrenzendem Kontakt damit angeordnet sind. Die halbpolyedrischen Hüllenschirme 230, die Polstücke 220 und der Ring 240 sind aus ferromagnetischem Material hergestellt, während die halbpolyedrischen Dauermagnethüllen aus Dauermagnetmaterial hergestellt sind.

In 3 ist der Ring 240 intermediär und in angrenzendem Kontakt sowohl mit dem Nordschirmrand N233 als auch mit dem Südschirmrand S233 angeordnet. Mindestens eine radiale Apertur 242 ist in dem Ring 240 geöffnet, um Zugang zu der Testkammer 250 bereitzustellen. Falls gewünscht, kann die mindestens eine radiale Apertur 242 als ein fehlender Abschnitt des Ringes 240 konfiguriert sein, wobei der Ring aus ferromagnetischem Material bestehen und als ein oder mehrere Materialteile hergestellt sein kann. Die Höhe 244 des Ringes 240 ist gemäß des gewünschten Volumens von Interesse der Testkammer 250 gegenüber der Intensität des Magnetfeldes ausgewählt. Das Volumen von Interesse oder das Sichtfeld ist das Volumen innerhalb der Testkammer 250 mit einem homogenen Magnetfeld, das zur Verwendung mit Anwendungen geeignet ist. Zu derartigen Anwendungen können, unter anderem, bildgebende Spektroskopie, MRT und NMR zählen.

Die Testkammer 250 ist in der Höhe durch die Polgrundflächen 221, durch die Magnetränder 217, durch die Schirmränder 233, und seitlich durch die Innenfläche 241 des Ringes 240 begrenzt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Polgrundfläche 221, die Magnetränder 217 und die Schirmränder 233 eine ebene Oberfläche bilden können, dies jedoch nicht notwendigerweise tun müssen.

Die in 3 auf den halbpolyedrischen Dauermagnethüllen N210 als F gekennzeichneten Pfeile zeigen die Ausrichtung der Magnetisierung an. In der halbpolyedrischen Norddauermagnethülle N210 konvergieren die Linien der Magnetisierungsausrichtung in Richtung der Mitte 225 der Nordpolstückgrundfläche N221, während in der halbpolyedrischen Süddauermagnethülle S210 die Magnetisierungsausrichtung derart betrachtet werden kann, dass sie aus der Mitte 225 der Südpolstückgrundfläche S221 heraus und davon weg divergiert.

4 ist ein Querschnitt eines Details des in 3 gezeigten Nordabschnittes N. Die halbpolyedrische Norddauermagnethülle N210 ist als eine halbpolyedrische Hülle konfiguriert und stellt die Hälfte eines hohlen Kuboktaeders zusammengesetzt aus sieben Pyramidenstümpfen 211 dar, wovon drei Pyramidenstümpfe 211 in 4 zu sehen sind. Der Querschnitt des in 4 gezeigten beispielhaften Magnetgehäuses 200 ist ausgewählt als ein Schnitt durch zwei dreieckige Pyramidenstümpfe 211T, welche jeweils eine dreieckige Grundfläche 213T und eine dreieckige Spitze 214T aufweisen, und durch einen quadratischen Pyramidenstumpf 211SQ mit einer quadratischen Grundfläche 213SQ und einer quadratischen Spitze 214SQ.

Im vorliegenden Beispiel kann jeder Pyramidenstumpf 211 als ein normaler oder regelmäßiger Pyramidenstumpf ausgewählt sein, der eine vieleckige Grundfläche 213 aufweist, die eine Fläche 219, oder einen Abschnitt einer Fläche, der konvexen Magnetaußenfläche 212 der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 bildet. Ebenso weist jeder Pyramidenstumpf 211 eine vieleckige Spitze 214 auf, die in ihrer Oberfläche kleiner als die vieleckige Grundfläche 213 ist, wobei die vieleckige Spitze 214 eine Fläche, oder einen Abschnitt einer Fläche, der konkaven Magnetinnenfläche 215 bildet. Es sei darauf hingewiesen, dass bei Ausführungsformen die Pyramidenstümpfe nicht auf eine spezifische Grundfläche 213 und eine spezifische Spitze 214 begrenzt sind, sondern sie können derart ausgewählt sein, dass sie eine Grundfläche und eine Spitze mit einer gewünschten vieleckigen Form aufweisen. Ferner können in den Ausführungsformen die vieleckigen Pyramidenstümpfe schief sein.

Die Höhe jeden Stumpfes 211 ist die rechtwinklige Distanz, welche die Ebenen der vieleckigen Grundfläche 213 von der vieleckigen Spitze 214 trennt. Die Höhe jeden Stumpfes kann somit die Dicke der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 sein. Die geometrische Achse jeden normalen Pyramidenstumpfes 211 ist die der ursprünglichen Pyramide, wobei die geometrische Achse auch die Magnetisierungsachse ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Magnetisierungsachsen der Pyramidenstümpfe 211 in Richtung der Mitte 225 der Polstückgrundfläche 221 ausgerichtet.

5 veranschaulicht eine beispielhafte Ansicht von oben, welche die konvexe Oberfläche 222 eines symmetrischen Halb-Kuboktaeders zeigt, welches das in 3 und 4 gezeigte feste halbpolyedrische Polstück 220 bildet. Falls gewünscht, kann das halbpolyedrische Joch 220, oder das Polstück 220, als ein festes Einzelstück aus Eisen oder als eine Baugruppe aus separaten Teilen aus ferromagnetischem Material hergestellt werden.

Wie in 4 gezeigt, kann der konvexe Abschnitt 222 des Polstückes 220 derart konfiguriert sein, dass er die gleiche/n Größe und Abmessungen aufweist wie und in Übereinstimmung mit und angrenzend abgedeckt durch die konkave Magnetinnenfläche 215 der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210. Mit anderen Worten, das halbpolyedrische Polstück 220 kann in angrenzendem Kontakt durch die konkave Oberfläche 215 der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 abgedeckt sein. Falls gewünscht, kann die halbpolyedrische Dauermagnethülle 210 das halbpolyedrische Polstück 220 teilweise, komplett und überstehend abdecken, und somit sogar weiter als, über die Polstückgrundfläche 221 hinaus und davon weg, sodass sie in die Testkammer 250 vorsteht.

Weiterhin in 4 kann jede vieleckige Oberfläche des konvexen Abschnittes 223 des halbpolyedrischen Polstückes 220 in angrenzendem Kontakt durch eine vieleckige Spitze 214 der konkaven Magnetinnenfläche 215 der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 abgedeckt sein. Jedoch können eine oder mehrere vieleckige Oberflächen des konvexen Abschnittes 223 des halbpolyedrischen Polstückes 220 in angrenzendem Kontakt mit mehr als einer vieleckigen Spitze 214 angeordnet sein, oder teilweise in Kontakt mit einer vieleckigen Spitze stehen, oder möglicherweise nicht an mindestens eine der vieleckigen Spitzen grenzen.

In der in 4 gezeigten beispielhaften Ausführungsform, deckt der halbpolyedrische Hüllenschirm 230 die konvexe Magnetaußenfläche 212 der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 ab und stimmt komplett und in übereinstimmendem angrenzendem Kontakt mit ihr überein. Jedoch kann die konkave Schirminnenfläche 231 auch teilweise, wenn nicht komplett, mit der konvexen Magnetaußenfläche 212 übereinstimmen und diese abdecken, und kann sogar noch weiter, und somit über den Magnetrand 217 hinaus und von diesem weg, reichen.

Ein Vieleck 235 der konkaven Schirminnenfläche 231 kann keine, eine oder mehrere Grundflächen 213 eines Stumpfes 211 der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 abdecken oder eine derartige Grundfläche teilweise abdecken. Zum Beispiel kann ein Vieleck 235 der konkaven Schirminnenfläche 231 mehrere Grundflächen 213 abdecken, wenn ein Pyramidenstumpf 211 aus mehreren Unterstümpfen 211SF zusammengesetzt ist. D. h., dass eine Grundfläche 213 durch Untergrundflächen 213SB von Unterstümpfen 211SF tesseliert sein kann, wobei die Grundfläche von jedem Unterstumpf eine vieleckige Grundfläche oder eine Grundfläche mit jeder gewünschten konvexen Form ist, wie im Folgenden beschrieben und wie zum Beispiel in 8 gezeigt. In 4 ist die konvexe Schirmaußenfläche 232 in Übereinstimmung mit der konkaven Schirminnenfläche 231 gezeigt, jedoch ist dies nicht notwendigerweise so. Die Form der konvexen Schirmaußenfläche 232 kann als eine kugelförmige Oberfläche oder als jede andere gewünschte praktische Form ausgewählt sein.

In einer Ausführungsform, und gemäß der vorangegangenen Beschreibung, kann sowohl der Nordabschnitt N als auch der Südabschnitt S somit eine Dauermagnethülle oder eine Dauermagnetanordnung 216 mit einer kappenartigen Form aufweisen, mit Magnetisierungsrichtungen und mit einer konvexen Magnetaußenfläche 212, die an einem Magnetrand 217 mit einer konkaven Magnetinnenfläche 215 verbunden ist. Das ferromagnetische Polstück 220 kann eine konvexe Polstückoberfläche 222 aufweisen, die in angrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche 215 angeordnet ist, wobei die konvexe Polstückoberfläche mit einer Polstückgrundfläche 221 neben dem Magnetrand 217 verbunden ist. Der ferromagnetische kappenartige Schirm 230 kann eine konvexe Schirmaußenfläche 232 aufweisen, die an dem Schirmrand 233 mit der konkaven Schirminnenfläche 231 verbunden ist, wobei die konkave Schirminnenfläche in angrenzendem Kontakt mit der konvexen Magnetaußenfläche 212 angeordnet sein kann und wobei der Schirmrand 233 neben dem Magnetrand 217 liegen kann. Der ferromagnetische Ring 240 kann eine Ringhöhe 244 aufweisen, welche den Luftspalt 251, gezeigt in 3, überbrückt, und er kann in angrenzendem Kontakt mit und intermediär zwischen dem Schirmrand N217 des Nordabschnittes N und dem Schirmrand S217 des Südabschnittes S angeordnet sein, wobei der Ring mindestens eine Apertur 242 aufweist, die darin eingefügt ist, um Zugang zu der Testkammer 250 zu gestatten.

Der Nordabschnitt N umfasst den Nordschirm N230 mit einer konvexen Nordschirmaußenfläche N232, welche an dem Nordschirmrand N233 mit einer konkaven Nordschirminnenfläche N231 verbunden ist. Der Nordabschnitt N umfasst ferner die Norddauermagnetanordnung N216, wobei die konvexe Nordmagnetaußenfläche N212 an dem Nordmagnetrand N217 mit der konkaven Nordmagnetinnenfläche N215 verbunden ist. Das ferromagnetische Nordpolstück N220 weist eine konvexe Nordpolstückoberfläche N222 auf, welche mit der Nordpolstückgrundfläche N221 verbunden ist. Ebenso und parallel dazu umfasst der Südabschnitt das ferromagnetische Südpolstück S220 mit einer Südpolstückgrundfläche S221, welche mit der konvexen Südpolstückoberfläche S222 verbunden ist, und er beinhaltet die Süddauermagnetanordnung S216 mit einer konkaven Südmagnetinnenfläche S215, welche an dem Südmagnetrand S217 mit der konvexen Südmagnetaußenfläche S212 verbunden ist. Ferner kann der Südschirm S230 eine konkave Südschirminnenfläche S231 aufweisen, welche an dem Südschirmrand S233 mit der konvexen Südschirmaußenfläche S232 verbunden ist.

Die Norddauermagnetanordnung N216 weist Magnetisierungsausrichtungen in Richtungen auf, die in Richtung des Nordpolstückes 220 konvergieren, damit magnetische Flusslinien F, gezeigt in 3, strahlenförmig in die konvexe Nordpolstückoberfläche N222 eintreten und im rechten Winkel zu und parallel aus der Nordpolstückgrundfläche N221 in die Testkammer 250 austreten. „Radial” oder „strahlenförmig” sind Begriffe, die für Ausführungsformen verwendet werden, bei welchen die Dauermagneten 210 nicht als zwei ideale hohle Halbkugeln 10 geformt sind. Vielmehr entsprechen die Dauermagneten 210 bis zu einem gewissen Grad in etwa einer hohlen Halbkugel 10, indem sie als eine kappenartige Hülle aus einem hohlen mehrflächigen Polyeders geformt sind. Bevor das hohle Dauermagnetpolyeder in zwei identische Abschnitte geschnitten wird, um die beiden halbpolyedrischen Dauermagnethüllen zu bilden, zeigen die Richtungen der Magnetisierungsausrichtung in Richtung oder weg von der Mitte des Polyeders: in Richtung der Mitte beim Nordabschnitt N und weg von der Mitte beim Südabschnitt S. Nachdem das hohle Dauermagnetpolyeder in zwei identische Abschnitte geschnitten und durch den Ring 240 getrennt wurde, bleiben die Richtungen der Magnetisierungsausrichtung die gleichen wie vor dem Abschneiden. Daher werden die Ausdrücke „radial” oder „strahlenförmig” oder „mittenausgerichtet” oder „mittig ausgerichtet” im Folgenden verwendet, um die tatsächliche Magnetisierungsrichtung anzugeben. Bei einer idealen Magnetstruktur ST würden die Magnetisierungsrichtungen in Richtung der Mitte der äquatorialen ebenen Oberfläche 21 der halbkugelförmigen Polstücke 20 weisen.

Die Flusslinien F sind deutlichkeitshalber auf den Polstücken 222 nicht gezeigt. Die magnetischen Flusslinien F treten im Wesentlichen parallel in die Testkammer 250 ein und auch so wieder aus dieser aus, und sie treten in die Südpolstückgrundfläche S221 ein, um strahlenförmig aus der konvexen Südpolstückoberfläche S222 in die Süddauermagnetanordnung S216 auszutreten. Die Süddauermagnetanordnung S216 weist Magnetisierungsausrichtungen in einer Richtung auf, welche strahlenförmig nach außen in Richtung des Südschirms S230 konvergiert. Die Flusslinien F sind deutlichkeitshalber auf dem Schirm 230 und auf dem Ring 240 nicht gezeigt. Die magnetischen Flusslinien F treten aus der Süddauermagnetanordnung zur konkaven Südschirminnenfläche S231 aus, von wo die magnetischen Flusslinien F ihren Weg durch den Ring 240 fortsetzen und von dort zum Nordschirm N230, und von der konkaven Nordschirminnenfläche N231 zur Norddauermagnetanordnung N216, um einen geschlossenen Magnetflusskreislauf zwischen dem Südabschnitt S und dem Nordabschnitt N zu bilden und um ein homogenes, stabiles und gleichmäßiges Magnetfeld in der Testkammer 250 bereitzustellen. Offensichtlich kann die Dauermagnetanordnung 216 als ein hohles Halbpolyeder konfiguriert sein, und sie kann vieleckige Flächen an der konvexen Magnetaußenfläche 212 und an der konkaven Magnetinnenfläche 215 aufweisen.

Zusätzliche Ausführungsformen

Einige Beispiele der vielen möglichen Variationen der Ausführungsform 200, die noch innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegen, werden im Folgenden beschrieben.

6A ist ein schematischer Teilquerschnitt eines Beispiels eines Nordabschnittes N einer Ausführungsform, bei welcher das Polstück 220 und der halbpolyedrische Hüllenschirm 230 entsprechend aus kreisförmigen Polstückabschnitten 224 und kreisförmigen Schirmabschnitten 234 hergestellt sind. Falls gewünscht, können das Polstück 220 und der Hüllenschirm 230 als eine Baugruppe aus Materialteilen aufgebaut sein, welche verschiedene und unterschiedliche Formen aufweisen, und welche nicht notwendigerweise die in 6A gezeigten Formen aufweisen. 6A stellt auch die Stümpfe 211 zusammengesetzt aus mehreren Unterstümpfen 211SF dar, welche eine vieleckige Grundfläche oder eine andere Grundflächenform, die für den Zweck von Nutzen ist, aufweisen.

6B veranschaulicht einen schematischen Teilquerschnitt eines Beispiels einer Ausführungsform, bei welcher die halbpolyedrische Dauermagnethülle 210 als eine Hülle aus einem Würfel ausgewählt ist. Die halbpolyedrische Schirmhülle 230 ist als ein hohler Halbwürfel konfiguriert und das Polstück 220 ist als ein fester Halbwürfel aufgebaut. Die Schirmhülle 230 und das Polstück 220 sind, zusammen mit dem Ring 240, aus ferromagnetischem Material hergestellt, und sie können aus mehreren Bausteinen in einem oder mehreren Stücken zusammengesetzt sein. Die halbpolyedrische Dauermagnethülle 210 ist auch als ein übereinstimmender hohler Halbwürfel konfiguriert, wobei jede der fünf Flächen des hohlen Würfels als ein Pyramidenstumpf 211 konfiguriert ist, wovon drei Flächen in 6B zu sehen sind, und wobei jeder Stumpf aus einem oder mehreren Stücken aufgebaut sein kann. Die halbpolyedrische Dauermagnethülle 210 deckt das Polstück 220 ab und steht in angrenzendem Kontakt damit, und die halbpolyedrische Schirmhülle 230 deckt die halbpolyedrische Dauermagnethülle ab und steht in angrenzendem Kontakt damit. Der Nordabschnitt N und der Südabschnitt S sind durch den Ring 240 aneinander gekoppelt, wobei der Ring mindestens eine Apertur 242 aufweist, welche zur Testkammer 250 führt. Das in 6B gezeigte Magnetgehäuse 1000 ist komplett mit festem Material gefüllt, wie dies auch bei den hiermit beschriebenen Ausführungsformen der Fall ist. Jedoch können, falls gewünscht, luftgefüllte Volumen in die Konfiguration des Magnetgehäuses 1000 eingefügt werden.

6C ist eine weitere Ausführungsform, als eine Version des in 6B gezeigten Magnetgehäuses 1000, bei welcher die halbpolyedrische Dauermagnethülle 210 als eine Hülle aus einem Würfel konfiguriert ist. 6C wird verwendet, um die Flexibilität der Implementierung der Annäherung an das ideale Modell 100 als eine Konfiguration der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 mit einer strahlenförmig ausgerichteten oder mittig ausgerichteten Magnetisierungsrichtung zu erläutern.

Wie die hiermit beschriebenen anderen Ausführungsformen deckt die halbpolyedrische Dauermagnethülle 210 vorzugsweise das Polstück 220 ab und steht in angrenzendem Kontakt damit, und die halbpolyedrische Schirmhülle 230 deckt vorzugsweise die halbpolyedrische Dauermagnethülle ab und steht in angrenzendem Kontakt damit. Der Nordabschnitt N und der Südabschnitt S sind durch den Ring 240 aneinandergekoppelt, wobei der Ring mindestens eine Apertur 242 aufweist, die in die Testkammer 250 führt.

In 6C sind die Stümpfe der Dauermagnethülle 210 als eine Annäherung ausgewählt als eine aztekische Pyramide 211A im Austausch für die zum Beispiel in 6B gezeigten regelmäßigen Pyramidenstümpfe 211 konfiguriert. Ein derartiger Stumpf 211A ist im Südabschnitt S als ein festes Materialstück gezeigt, wohingegen das geometrische Spiegelbild davon im Nordabschnitt N als, zum Beispiel, aus drei Unterstümpfen 211SF hergestellt, entsprechend gekennzeichnet als 211SF1, 211SF2 und 211SF3, gezeigt ist. Daher wird, da der Südstumpf 211A und die drei Nordunterstümpfe 211SF aus einer unterschiedlichen Anzahl von Bausteinen hergestellt sind, der Südstumpf 211A als „im Wesentlichen” identisch mit den Unterstümpfen 211SF bezeichnet, im Gegensatz zu exakt identisch damit.

Wie die hiermit beschriebenen anderen Ausführungsformen deckt die halbpolyedrische Dauermagnethülle 210 vorzugsweise das Polstück 220 ab und steht in angrenzendem Kontakt damit, und die halbpolyedrische Schirmhülle 230 deckt vorzugsweise die halbpolyedrische Dauermagnethülle ab und steht in angrenzendem Kontakt damit. Der Nordabschnitt N und der Südabschnitt S sind durch den Ring 240 aneinandergekoppelt, wobei der Ring eine Apertur 242 aufweist, welche in die Testkammer 250 führt. Die Aufmerksamkeit sei auf die Tatsache gelenkt, dass die Anzahl vieleckiger Grundflächen 213 der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 in der in 6C gezeigten Ausführungsform im Vergleich zu der in 6B dargestellten Ausführungsform unverändert bleibt. Jedoch kann, falls gewünscht, der Pyramidenstumpf 211SF weiter unterteilt und aus mehreren Pyramidenunterstümpfen 211SF zusammengesetzt sein, und das Gleiche gilt für die Unterstümpfe 211SB1 bis 211SB3, die noch in weitere zusätzliche Teile unterteilt sein können, falls dies als nützlich erachtet wird.

Daher gestatten die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Annäherung an den idealen hohlen halbkugelförmigen Dauermagneten 210 als ein hohles Halbpolyeder, und das hohle Halbpolyeder selbst kann auch approximiert werden, sei es in der Form oder in der Anzahl der Stücke, aus welchen es zusammengesetzt ist.

6D ist eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Magnetgehäuses 1000 mit einem Nordabschnitt N und einem Südabschnitt S, welches als ein halbgestutztes Ikosaeder konfiguriert ist. Ein gestutztes Ikosaeder, oder „Fußball”, weist 32 Flächen auf, einschließlich 12 dreieckiger Flächen und 20 sechseckiger Flächen. Die halbpolyedrischen Dauermagnethüllen N210 und S210 der vorliegenden Ausführungsform, welche jedoch in 6D nicht gezeigt sind, stimmen mit den halbpolyedrischen Hüllenschirmen N230 und S230 überein. Der Ring 240 befindet sich trennend zwischen dem Nordabschnitt N und dem Südabschnitt S und weist eine Apertur 242 auf, welche in die Testkammer 250 führt.

Wie im Vorangegangenen in Bezug auf 4 beschrieben, kann die Dauermagnetanordnung 216 mehrere gerade Pyramidenstümpfe 211 beinhalten, welche jeweils eine vieleckige Grundfläche 213SQ aufweisen, mit oder ohne einer flachen Oberfläche, die in angrenzendem Kontakt mit der konkaven Schirminnenfläche 231 angeordnet sein kann. Ferner kann die vieleckige Spitze 214T, mit oder ohne einer flachen Oberfläche, in angrenzendem Kontakt mit der konvexen Polstückoberfläche angeordnet sein.

Die konkave Schirminnenfläche 231 des ferromagnetischen kappenartigen Schirms 230 kann derart konfiguriert sein, dass sie die konvexe Magnetaußenfläche 212 in angrenzender Kontaktabdeckung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus teilweiser Abdeckung, kompletter Abdeckung, welche sich bündig mit dem Magnetrand erstreckt, und kompletter Abdeckung, welche sich über den Magnetrand hinaus erstreckt, abdeckt. Die konkave Magnetinnenfläche 215 der Dauermagnetanordnung 210 kann derart konfiguriert sein, dass sie die konvexe Polstückoberfläche 222 in angrenzender Kontaktabdeckung in teilweiser Abdeckung, in kompletter Abdeckung, welche sich bündig mit der Polstückgrundfläche 221 erstreckt, und in kompletter Abdeckung, welche sich über die Polstückgrundfläche hinaus erstreckt, abdeckt.

Falls gewünscht, kann das Polstück 220 derart konfiguriert sein, dass es eine Polstückgrundfläche 221 aufweist, die, allein und in Kombination, derart ausgewählt ist, dass sie eine flache ebene Oberfläche, eine konkave Oberfläche und eine konvexe Oberfläche beinhaltet. Darüber hinaus können der Nordabschnitt N und der Südabschnitt S in gegenseitiger geometrischer Spiegelsymmetrieanordnung entlang einer gemeinsamen Achse Z ausgerichtet sein, wobei die Achse eine Fläche 219 an der Norddauermagnetanordnung N216 durchquert, die identisch mit einer Fläche an der Süddauermagnetanordnung S216 ist. Der Ring 240 kann intermediär zwischen dem Nordabschnitt N und dem Südabschnitt S in Konzentrizität mit der gemeinsamen Achse Z angeordnet sein, und die mindestens eine Apertur 242, die in dem Ring angeordnet ist, führt in die Testkammer 250. Das ferromagnetische halbpolyedrische Nordpolstück N230 und das halbpolyedrische ferromagnetische Südpolstück S230 können jeweils derart konfiguriert sein, dass sie als eine magnetische Linse funktionieren. D. h., dass magnetische Flusslinien F empfangen in strahlenförmiger Verteilung an der konvexen Nordpolstückoberfläche N222 derart umgelenkt werden, dass sie konvergieren und aus der Nordpolstückgrundfläche N221 in einer im Wesentlichen parallelen Ausrichtungsverteilung austreten, und dass magnetische Flusslinien empfangen in einer im Wesentlichen parallelen Ausrichtungsverteilung an der Südpolstückgrundfläche S221 derart umgelenkt werden, dass sie divergieren und aus der konvexen Südpolstückoberfläche 222 in einer strahlenförmigen divergenten Verteilung austreten.

Jeder Pyramidenstumpf 211 weist eine Stumpfhöhe auf, bei welcher es sich um eine geometrische Achse und eine Magnetisierungsachse, die an der geometrischen Achse ausgerichtet ist, handelt, und die Magnetisierungsachse der Stümpfe der Dauermagnetanordnung 216 kann strahlenförmig in Richtung der Mitte 225 der Polstückgrundfläche 221 ausgerichtet sein.

Bezugnehmend auf den Ring 240 kann die mindestens eine erste Apertur 242 derart konfiguriert sein, dass sie die Einführung von mindestens einem Abschnitt eines Testobjektes in die Testkammer 250 gestattet, während mindestens eine zweite Apertur 243, in 11 gezeigt, in dem Ring geöffnet und derart konfiguriert sein kann, dass sie den Eintritt in die und den Austritt aus der Testkammer 250 gestattet. Die mindestens eine zweite Apertur 243 kann relativ zu der mindestens einen ersten Apertur 242 in linearer Fortsetzung davon und in winkliger Anordnung dazu angeordnet sein. Schließlich kann das Magnetgehäuse ein Innenvolumen aufweisen, das durch das Magnetgehäuse eingeschlossen ist, und die Testkammer, welche durch die Wände 252, eben oder nicht, und durch die Innenfläche des Rings 241 begrenzt ist, kann möglicherweise der einzige leere Abschnitt des Magnetgehäuses sein.

Ferner können auch Kombinationen der im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen von Nutzen sein.

Aufbau eines Magnetgehäuses

Der Aufbau eines Magnetgehäuses 200 kann mit der Herstellung der verschiedenen Elemente davon beginnen, einschließlich der halbpolyedrischen Dauermagnethüllen 210, der Polstücke 220, der Schirme 230 und des Rings 240. Danach werden diese Elemente zusammengebaut. Der Zusammenbau erfolgt zum Beispiel durch Verwendung von Leim oder durch Mittel, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind.

Ein Dauermagnet 210, auch bezeichnet als eine Dauermagnetstruktur 210, zum Beispiel geformt als eine Hülle aus einem Halb-Kuboktaeder, kann aus einer Anordnung gerader oder normaler Pyramidenstümpfe 211 zusammengesetzt sein, wobei jeder Stumpf als eine vieleckige Bodenfläche 213 an der konvexen Magnetaußenfläche 212 endet. Ebenso weist jeder Stumpf 211 eine vieleckige Spitze 214 auf, die in ihrer Oberfläche kleiner als die vieleckige Grundfläche 213 ist, wobei die vieleckige Spitze als eine Fläche in angrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche 215 der polyedrischen Hülle 210 endet.

Ein hohles Halbpolyeder, wie zum Beispiel ein hohles Halb-Kuboktaeder, kann so durch Zusammenbau von mindestens sieben Pyramidenstümpfen 211 hergestellt werden, wobei die Stümpfe fest aneinander angebracht werden, um eine feste halbpolyedrische Dauermagnethülle 210 mit einer strahlenförmigen oder mittigen Magnetisierungsrichtung zu bilden. Die feste gegenseitige Anbringung der Stümpfe 211 kann zum Beispiel durch Verwendung von Leim, von doppelseitigem Klebeband oder von einer dreidimensionalen wabenartigen Struktur 260 oder einem Gitter 260, wie in 7 gezeigt, erreicht werden, wobei das Gitter derart konfiguriert ist, dass es die Stümpfe 211 darin aufnimmt. Der Zusammenbau der Pyramidenstümpfe 211 kann auch mit anderen Mitteln erreicht werden, welche dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind.

7 veranschaulicht eine im Wesentlichen halbpolyedrisch-geformte wabenartige Struktur 260, die für den einfachen Zusammenbau der Stümpfe 211 bereitgestellt sein kann und eine beispielhafte Ausführungsform der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 aus einem Kuboktaeder bildet. Die wabenartige Struktur 260 weist mehrere offene Zellen 261 auf, welche derart konfiguriert sind, dass sie einen Stumpf 211 durch eine Zellenöffnung 262 darin aufnehmen. Durch eine dünne Wand 263 mit vernachlässigbarer Dicke erfolgt die Trennung zwischen benachbarten Zellen 261. Die magnetisierten Pyramidenstümpfe 211 werden für einen festen Halt in passende Öffnungen der Zellen 261 eingeführt. Die Struktur 260 ist somit ein dreidimensionales Gitter, das zum Aufnehmen der Pyramidenstümpfe 211 in darin angeordneten offenen Zellen 261 konfiguriert ist, um den Zusammenbau zu vereinfachen.

Die Verwendung eines Gitters 260 oder von doppelseitigem Klebeband oder sogar von Leim zum Bilden einer Dauermagnetanordnung 216 hinterlässt offensichtlich Zwischenräume zwischen den zusammengefügten Stümpfen 211. Dadurch sind die konvexe Magnetaußenfläche 212 und die konkave Magnetinnenfläche 215 nicht perfekt kontinuierliche Oberflächen. Derartige Zwischenräume gelten relativ zu den Abmessungen der Stümpfe als von vernachlässigbarer Dicke, da die Intensität des Magnetfeldes praktisch nicht beeinflusst wird. Daher gibt der Ausdruck „praktisch kontinuierlich” die Gegenwart derartiger Zwischenräume mit vernachlässigbarer Dicke sowohl an der konvexen Magnetaußenfläche 212 als auch an der konkaven Magnetinnenfläche 215 an.

Eine vieleckige Fläche 219 der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 kann als ein einzelner vieleckiger Stumpf 211 oder als eine Anordnung aus mehreren Unterstümpfen 211SF aufgebaut sein. Ferner kann sich jeder vieleckige Stumpf 211 oder Unterstumpf 211SF in der Form von einem benachbarten Stumpf unterscheiden und kann normal oder schief sein, falls dies von Nutzen ist. Jedoch bleiben die Grundsätze des Zusammenbaus einer halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 die gleichen. Um den Zusammenbau weiter zu vereinfachen, kann die wabenartige Struktur 260 in die gleiche Anzahl von Zellen 261 wie die Anzahl der Unterstümpfe 211SF konfiguriert oder unterteilt sein.

8 stellt einen dreieckigen Pyramidenstumpf 211T dar, der zum Beispiel in vier Unterstümpfe 211SF unterteilt ist, die vier dreieckige vieleckige Flächen 219T einer halbpolyedrischen Magnethülle 210 aufweisen. Da ein Stumpf 211 in Unterstümpfe 211SF aufgeteilt sein kann, kann die Fläche 219 aus mehreren Untergrundflächen 213SB zusammengesetzt sein, die zu den Unterstümpfen 211SF gehören. Die in 8 gezeigte Fläche 219 beinhaltet ein Mosaik von vier Untergrundflächen 213SB in Dreiecksform, wobei die Dicke der Wände 263 der Struktur 260 der Einfachheit halber weggelassen ist. Falls gewünscht, kann die wabenartige Struktur 260 derart konfiguriert sein, dass sie jede praktische Art eines Mosaiks der Grundflächen 213 aufnimmt, wobei die Grundflächen unterschiedliche vieleckige Formen aufweisen. Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, kann eine Grundfläche 213 nicht nur als ein Vieleck ausgewählt sein, sondern auch als ein Kreis, als eine Ellipse oder als jede gewünschte konvexe Form. Die wabenartige Struktur 260 kann derart angemessen konfiguriert sein, dass sie das gewünschte Mosaik aufnimmt.

Die Pyramidenstümpfe 211 aus Magnetmaterial können zuerst hergestellt werden. Diese Herstellung beinhaltet das Formen der Stümpfe 211, wie Sintern, maschinelles Bearbeiten, Schleifen sowie Magnetisierung entlang der gewünschten Achsen gemäß der Schritte und Verfahren, die dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt sind. Danach können die Pyramidenstümpfe 211 zu einer halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 zusammengefügt werden. Wie im Vorangegangenen beschrieben, kann der Zusammenbau zum Beispiel Leimen, die Verwendung von doppelseitigem Klebeband oder das Einführen in eine wabenartige Struktur 260 beinhalten. Das Zusammenbauverfahren kann wiederholt werden, um zwei identische halbpolyedrische Dauermagnethüllen 210 zu erhalten, eine für den Nordabschnitt N und eine für den Südabschnitt S, wobei die Magnethülle 210 für den Nordabschnitt N und die Magnethülle 210 für den Südabschnitt S jedoch eine angemessene strahlenförmige oder mittig ausgerichtete Magnetisierungsrichtung aufweisen.

Das Polstück 220 wiederum kann als eine feste Einheit hergestellt oder aus verschiedenen Materialstücken zusammengesetzt werden. Das Polstück 220 kann maschinell bearbeitet oder gegossen oder anderweitig hergestellt werden, wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, derart, dass, wenn es durch die halbpolyedrische Dauermagnethülle 210 abgedeckt ist, die vieleckigen Spitzen 214 der Pyramidenstümpfe 211 in angrenzendem Kontakt mit den vieleckigen Oberflächen des konvexen Abschnittes 223 der konvexen Oberfläche 222 stehen. Der Vorgang wird wiederholt, um sowohl ein Nordpolstück N220 als auch ein Südpolstück S220 zu erhalten.

Danach wird die halbpolyedrische Nordmagnethülle N210 derart angeordnet, dass sie das feste Polstück N220 abdeckt, und das Gleiche wird für die halbpolyedrische Südmagnethülle S210 und das Südpolstück S220 wiederholt.

Als nächstes wird der Schirm 230 hergestellt, wieder mit Mitteln, welche dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind, entweder aus einem Materialstück oder als eine Baugruppe aus mehreren Stücken. Der Schirm 230 wird derart hergestellt, dass die konkave Schirminnenfläche 231 derart konfiguriert ist, dass sie angrenzenden Kontakt mit den vieleckigen Grundflächen 213 der Pyramidenstümpfe 211 an der konvexen Magnetaußenfläche 212 gestattet, wenn sie daran angefügt wird. Der Vorgang wird wiederholt, um sowohl einen Nordschirm N230 als auch einen Südschirm S230 zu erhalten. Falls gewünscht, kann der Schirm 230 anstelle der Herstellung als ein festes Materialstück aus mehreren geometrischen Körpern, wie zum Beispiel Stümpfen, Ringen oder Polyedern, zusammengesetzt werden, wobei die geometrischen Körper zum Beispiel durch Verwendung von Leim zusammengefügt werden können.

Schließlich kann der Ring 240 aus ferromagnetischem Material hergestellt werden, wieder mit Mitteln, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind, entweder aus einem Materialstück oder als eine Baugruppe aus mehreren Stücken. Der Ring 240 ist derart konfiguriert, dass er eine angemessen ausgewählte Innenabmessung aufweist, derart, dass Kontakt mit dem Schirm 230 hergestellt wird, wenn er in angrenzendem Kontakt damit zusammengefügt wird, ohne mit der halbpolyedrischen Nord- und Süddauermagnethülle, entsprechend N210 und S210, in Kontakt zu gelangen. Mindestens eine radiale Apertur 242 kann in den Ring 240 eingefügt werden, um Zugang zur Testkammer 250 bereitzustellen.

Der Zusammenbau zu einem Magnetgehäuse wird zum Beispiel wie Folgt fortgesetzt. Die halbpolyedrische Norddauermagnethülle N210 wird an dem Nordpolstück N220 angeordnet und der gegenseitige angrenzende Kontakt wird sichergestellt. Das Gleiche wird für die halbpolyedrische Süddauermagnethülle S210 und das Südpolstück S220 wiederholt. Danach wird der Nordschirm N230 an der halbpolyedrischen Norddauermagnethülle N210 angeordnet und der gegenseitige angrenzende Kontakt wird sichergestellt. Das Gleiche wird für die halbpolyedrische Süddauermagnethülle S210 und den Schirm S230 wiederholt.

Zum Abschluss des Zusammenbaus des Magnetgehäuses 200 wird der Ring 240 intermediär zwischen dem Nordabschnitt N und dem Südabschnitt S angeordnet, in konzentrischer Ausrichtung und in angrenzendem Kontakt mit sowohl dem Nord- als auch dem Südpolschirmrand, entsprechend N233 und S233, um die Testkammer dazwischen einzuschließen.

In praktischen Situationen führen normale Herstellungstoleranzen sowohl bei den Abmessungen als auch bei den magnetischen Eigenschaften der Stumpfbausteine aus Dauermagnetmaterial, bei welchen es sich um die Stümpfe 211 handelt, zu geringfügigen Magnetfeldverzerrungen und Schwankungen in die Homogenität des Magnetfeldes in der Testkammer 250. Ein bekanntes, „Tuning” oder „Kompensation” genanntes Verfahren unter Verwendung von passiven Kompensationselementen zum Anpassen der Positionen der Magnetelemente und von Filtern für Feldunregelmäßigkeiten kompensiert üblicherweise derartige Magnetfeldverzerrungen und -schwankungen. Zum Beispiel können Kompensationselemente allein oder in Kombination zu den Polstückgrundflächen 221, zum Magnetrand 217, zum Schirmrand 233 und zur Innenfläche 241 des Rings 240 hinzugefügt werden. Ferner kann ein optionaler aktiver Kompensationsmechanismus als eine Kompensationsspule oder als eine Anordnung aktiver Kompensationsspulen ausgewählt werden.

Bezüglich der Kompensation ist bekannt, dass die Stärke und Gleichmäßigkeit des Magnetfeldes in der Testkammer 250 angepasst werden kann, indem ein Satz von Hilfsdauermagneten oder ein Satz von elektromagnetischen Spulen, die im Zusammenhang mit der halbpolyedrischen Dauermagnethülle 210 arbeiten, hinzugefügt wird. Ferner kann eine Anpassung des Magnetfeldes durch Formung der Polstücke erreicht werden, wodurch die Form und Richtung des resultierenden Magnetfeldes beeinflusst wird.

Das Hinzufügen von Kompensationselementen, zum Beispiel zum Nordabschnitt N, kann verursachen, dass der Nordabschnitt nicht absolut identisch mit dem Südabschnitt S ist, was erklärt, warum im Vorangegangenen der Ausdruck „im Wesentlichen identisch” verwendet wurde.

Verbesserter Zugang in die Testkammer

Falls gewünscht, können der Zugang in die Testkammer 250 und die Sichtprüfung des Inneren davon vereinfacht werden. Zum Beispiel kann, unter Bezugnahme auf 3, die Höhe der mindestens einen Apertur 242, die in dem Ring 240 geöffnet ist, erhöht werden. Alternativ dazu kann die Höhe des Luftspaltes 251 vergrößert werden. Eine weitere Option ist das Wegschneiden eines Abschnittes des Schirms 230 und des Dauermagneten 210, wie in 10 gezeigt.

10 veranschaulicht einen Querschnitt des Nordabschnittes N einer Ausführungsform 300. Die Ausführungsform 300 ist eine Variation der Ausführungsform 200, welche verbesserten Zugang in die Testkammer 250 bereitstellt. In der Ausführungsform 300 bleibt das Polstück 220 intakt, somit ist es das Gleiche wie bei der in 3 gezeigten Ausführungsform 200. Jedoch wurden im Vergleich zur Ausführungsform 200 ein Abschnitt des Schirmes 230 neben dem Rand 233 und ein Abschnitt des Dauermagneten 210 nahe den Rand 217 entfernt. Die Ringhöhe 244 ist erhöht und der Magnetrand 217 ist derart geschnitten, dass er sich vom Ringrand 248 zur Polstückgrundfläche 221 neigt. Die Distanz, um welche die Trennung zwischen den beiden Polstückgrundflächen, nämlich N221 und S221, erfolgt (in 10 nicht gezeigt), kann relativ zur Ausführungsform 200 unverändert bleiben. Im Querschnitt hat die Apertur 242 eine trichterartige Form: breiter geöffnet im Ring und konvergierend in die Polstückgrundfläche 221. Es sei darauf hingewiesen, dass in 10 ein Abschnitt des Ringes 240 entfernt wurde, um den Eintritt in die Testkammer 250 weiter zu vereinfachen. Auch wenn in 10 nur eine Apertur 242 gezeigt ist, können mehr Aperturen bereitgestellt werden, entweder als Öffnungen im Ring 240 und/oder als aus dem Ring entfernte Abschnitte. Es wird verstanden, dass die mindestens eine Apertur 242, welche Zugang zu der Testkammer 250 bereitstellt, in den Ring 240 eingefügt oder durch Auslassung eines Abschnittes des Ringes gebildet werden kann. Das Öffnen mehrerer Aperturen 242 erfolgt entweder durch das Öffnen mehrerer Aperturen in dem Ring 240 und/oder das Weglassen mehrerer Abschnitte des Ringes.

Um den Zugang in die Testkammer 250 weiter zu verbessern, kann die Breite der Apertur 241 vergrößert werden. 6D veranschaulicht eine Ausführungsform, welche eine Apertur 242 mit einer Aperturhöhe 245 und einer Aperturbreite 246 zeigt. Noch besserer Zugang zur Testkammer 250 wird erhalten, wenn mehr Aperturen 241 in dem Ring 240 geöffnet werden.

11 ist eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform 400, welche zwei Aperturen 242 aufweist. Die Aperturhöhe 245 ist so hoch wie die Ringhöhe 244, wodurch der Ring 240 so gesehen werden kann, dass ihm zwei Abschnitte fehlen. Mit anderen Worten, der Ring ist auf zwei Ringabschnitte 247 reduziert. D. h., dass die Polstückgrundfläche 221 derart angeordnet ist, dass sie aus dem Schirm 230 heraus und von dem Schirmrand 233 weg hervorsteht, um den Zugang zwischen die beiden gegenüberliegenden Polstückgrundflächen zu vereinfachen. Somit verbessert das Zurücksetzen des Schirmrandes 233 relativ zu den Polstückgrundflächen 221 den Zugang in die Testkammer 250. Zweck ist die Verbesserung des Zugangs zu einer Lücke, welche die Nordpolstückgrundfläche N221 von der Südpolstückfläche S221 trennt, wie in 10 für die Ausführungsform 300 dargestellt.

Es ist möglich, die Leistung von Magnetgehäusen durch einen Vergleich von Gütefaktoren zu vergleichen. Ein Gütefaktor ist definiert als: Gütefaktor = B20·Vwobei

B0
das Magnetfeld in der Mitte des Volumens von Interesse ist, und
V
das FOV (Sichtfeld – field of view) ist, welches hier durch das Volumen definiert ist, das durch |B(xyz) – B0| ≤ 0.1 gauss eingeschlossen ist.

Die Intensität des Magnetfeldes wird als B0 bezeichnet. Beim Stand der Technik, zum Beispiel bei 9, welcher in US-Patentschrift Nr. 7,400,147 von Rapoport als 3 gezeigt ist, ist B0 = 1,14 Tesla. Im Vergleich dazu weist die in 6D gezeigte „Fußball”-Ausführungsform eine Magnetfeldintensität von B0 = 1,52 Tesla auf, was eine Verbesserung von 33% gegenüber dem Stand der Technik bedeutet.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung wird jedes der Verben „umfassen”, „beinhalten” und „aufweisen” sowie Konjugate davon verwendet, um anzugeben, dass das Subjekt oder die Subjekte des Verbs nicht notwendigerweise eine komplette Auflistung von Einheiten, Komponenten, Elementen oder Teilen des Subjektes oder der Subjekte des Verbs sind.

Obwohl die vorliegenden Ausführungsformen mit einem bestimmten Maß an Ausführlichkeit beschrieben wurden, sollte verstanden werden, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne sich vom Umfang der Offenbarung wie im Folgenden beansprucht zu entfernen.

Zum Beispiel ist es möglich, ein Magnetgehäuse 200 mit zwei Dauermagnetstrukturen bereitzustellen, welches ein homogenes, stabiles und gleichmäßiges Magnetfeld in einer Testkammer 250 bereitstellt. Das Magnetgehäuse kann einen Nordabschnitt N umfassen, der im Wesentlichen identisch mit einem Südabschnitt S ist, welche in geometrischer Spiegelsymmetrie einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Der Nordabschnitt und der Südabschnitt können jeweils eine Dauermagnetanordnung 216 mit praktisch einer kontinuierlichen konvexen Magnetaußenfläche 212 und einer konkaven Magnetinnenfläche 215 geformt als eine Hülle aus einem Polyeder, um in etwa einer Halbkugel zu entsprechen, umfassen. Der Nordabschnitt und der Südabschnitt können ferner jeweils ein ferromagnetisches Polstück 220, welches als eine magnetische Linse konfiguriert ist, wobei das Polstück eine konvexe Polstückoberfläche angeordnet in angrenzendem Kontakt mit der konkaven Magnetinnenfläche und eine Polstückgrundfläche aufweist, einen ferromagnetischen Schirm mit einem Schirmrand, von welchem aus sich eine konvexe Schirmaußenfläche und eine konkave Schirminnenfläche, die in angrenzendem Kontakt mit der konvexen Magnetaußenfläche angeordnet ist, erstrecken, und einen ferromagnetischen Ring 240 angeordnet in angrenzendem Kontakt mit und intermediär zwischen dem Schirmrand des Nordabschnittes und des Südabschnittes umfassen. Der Ring kann derart konfiguriert sein, dass er einen Rückweg zwischen den beiden Dauermagnetstrukturen bildet und über mindestens eine Apertur 242, die in dem Ring geöffnet ist, Zugang zu der Testkammer bereitstellt.

Bezugszeichenliste

AG
Luftspalt
AP
Öffnung oder Apertur
F
magnetische Flusslinien
N
Nordabschnitt N
ST
NST/SST Nord-/Südmagnetstruktur
S
Südabschnitt
Z
gemeinsame Achse
10
N10/S10 hohler Nord-/Südhalbkugeldauermagnet 10
12
N12/S12 Nord-/Südmagnetrand
20
N20/S20 halbkugelförmiges Nord-/Südpolstück 20
21
N21/S21 äquatoriale ebene Nord-/Südoberfläche
23
N23/S23 konvexer Abschnitt des Polstückes
30
N30/S30 halbkugelförmiger Nord-/Südschirm 30
31
N31/S31 Nord-/Südschirmrand
40
Band
50
Testkammer
51
N51/S51 Nord-/Südtestkammerwand
52
Innenoberfläche des Bandes
100
ideales Modell eines Magnetgehäuses
200
Ausführungsform eines Magnetgehäuses
210
N210/S210 halbpolyedrische Nord-/Süddauermagnethülle
211
211SQ/211T vierseitiger/dreieckiger/vieleckiger Pyramidenstumpf
211SF
Unterpyramidenstümpfe
212
N212/S212 konvexe Nord-/Südmagnetaußenfläche von 210
213
213SQ/213T quadratische/dreieckige/vieleckige Grundfläche
213SB
Untergrundflächen
214
214SQ/214T quadratische/dreieckige/vieleckige Spitze
215
N215/S215 konkave Nord-/Südmagnetinnenfläche von 210
216
N216/S216 Nord-/Süddauermagnetanordnung
217
N217/S217 Nord-/Südmagnetrand
219
219SQ/219T quadratische/dreieckige/vieleckige Fläche des Polyeders
220
N220/S220 Nord-/Südpolstück oder -joch
221
N221/S221 Nord-/Südpolstückgrundfläche
222
N222/S222 konvexe Nord-/Südpolstückoberfläche von 220
223
223SQ/223T quadratischer/dreieckiger/konvexer Abschnitt der vieleckigen Oberfläche von 220
224
kreisförmiger Polstückabschnitt
225
Mitte der Polstückgrundfläche
230
N230/S230 Nord-/Südschirm
231
N231/S231 konkave Nord-/Südschirminnenfläche
232
N232/S232 konvexe Nord-/Südschirmaußenfläche
233
N233/S233 Nord-/Südschirmrand
234
kreisförmiger Schirmabschnitt
235
N235/S235 Nord-/Südvieleck der konkaven Schirminnenfläche
240
Ring
241
Innenfläche des Ringes
242
mindestens eine Apertur
243
zweite Apertur
244
Ringhöhe
245
Aperturhöhe
246
Aperturbreite
247
Ringabschnitt
248
Ringrand
250
Testkammer
251
Luftspalt
252
N252/S252 Nord-/Südwand der Testkammer
253
Testkammerinnenraum
260
wabenartige Struktur
261
Zellöffnung
262
Zellöffnung
263
dünne Wand
1000
Magnetgehäuse