Система круговых катушек для создания однородного магнитного поля

 

Изобретение относится к магнитным системам для создания однородного магнитного поля, используемого, например, в магмитно<резонансной аппаратуре. Целью изобретения является повышение однородности магнитного поля за счет минимизации членов разложения в ряд Тейлора осевой составляющей, магнитного поля в центре системы с второго по восьмой порядок включительно. Круговые катушки системы для создания однородного магнитного поля выполнены с одинаковым внутренним радиусом R и злектрически включены последовательно. Длина и толщина поперечного сечения центральной катушки составляют соответственно 2,682 R и 0.100 R, а боковые катушки имеют длину 0,725 R, толщину поперечного сечения 0,190 R и центры их расположены на расстоянии 1,843 ROT центра системы катушек. 1 ил.,^^v*ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11 (31)5 G 01 Н 24/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2 системы катушек. 1 ил. (К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4768724/25 (22) 12.12;89 . (46) 15.02.92, 5юл. М 6 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В. А. Иванов, П. А. Галайдин и А. И.

Замятин (53) 539.143A3(088.8) (56) Заявке ФРГ l4 3514818, кл. 6 01 и 24/06, 1985.

Заявка ФРГ М 3534383, кл. 6 01 и 24/06, 1986, (54) системА кРуговых КАтядек для

СОЗДАНИЯ ОДНОРОДНОГО, МАГНИТНО ГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к магнитным системам для создания однородного магнитИзобретение - относится к магнитным системам для создания однородного магнитного поля, используемого, например, в магнитно-резонансной аппаратуре.

Известна система катушек, состоящая из четырех круговых катушек, расположенных соосно и симметрично относительно центра системы катушек. Однородность создаваемого магнитного поля обычно оценивается первым нескомпенсированным членом разложения в ряд Тейлора осевой составляющей функции аксиального магнитного поля в центре системы, В магнитной системе при определенном соотношении токов в катушках могут быть скомпенсированы неоднородности магнитного поля второго и четвертого порядков.

Известна также система катушек, состоящая из четырех аналогично расположенного поля, используемого. например, в магнитно-резонансной аппаратуре. Целью изобретения является повышение однородности магнитного поля за счет минимизации членов разложения в ряд Тейлора осевой составляющей. магнитного поля в центре системы с второго по восьмой по. рядок включительно. Круговые катушки системы для создания однородного магнитного поля выполнены с одинаковым внутренним радиусом Й и электрически включены последовательно. Длина и толщина поперечного сечения центральной катушки составляют соответственно 2,682 Я и 0,100 й, а боковые катушки имеют длину 0,725 R, толщину поперечного сечения 0,1.90 Я и центры их расположены на расстоянии 1,843 R от центра ных ка гушек, в которых при определенном соотношении параметров могут быть скомпенсированы члены ряда Тейлора с второго ъ по шестой порядок и соответствующие им у р неоднородности магнитного поля. Недо- . статком этой системы является избыточное число используемых катушек, Наиболее блиэкой к технической сущно- О сти к предлагаемой является система Матушек для создания статического магнитного поля; состоящая из одной центральной и двух боковых катушек, расположенных совсно и симметрично относительно центральной. При этом центральная катушка в поперечном разрезе имеет отношение толщины к длине около 0,08, а боковые — около

0 5. Отношение средних радиусов центральной и боковых катушек равно 1,3, а отношение ампер-витков катушек равно 0 6.

1712846

Выполнение этих условий позволяет минимизировать члены ряда Тейлора с второго по шестой порядок.

Основным недостатком такой системы является недостаточная однородность создаваемого магнитного поля, так как члены разложения в ряд Тейлора осевой составляющей магнитного поля восьмого и более высоких порядков оказываются неминимизированными и вносят неоднородность в магнитное поле, Кроме того, катушки указанной системы имеют неодинаковые внутренние радиусы и токи, что ухудшает технико-экономические показатели системы, Цель изобретения — повышение однородности магнитного поля системы катушки за счет минимизации членов разложения в ряд Тейлора с второго по восьмой порядок с одновременным улучшением технико-экономических показателей.

Указанная цель достигается тем, что в системе круговых катушек для создания однородного магнитного поля, состоящей из центральной катушки и двух боковых, расположенных соосио и симметрично относительно центральной, катушки имеют одинаковый внутренний радиус. намотаны в одну сторону и электрически соединены последовательно, а другие их размеры определяются решением системы из четырех неравенств Нас е, где Ндс — коэффициент ряда Тейлора и-го порядка для осевой составляющей магнитного поля системы катушек, п=2, 4, 6, 8; а — заданная точность, Таким условиям удовлетворяет система катушек с внутренним радиусом, обозначенным Я, в которой длина и толщина поперечного сечения центральной катушки составляют соответственно 2,682 R и 0,100

R. а боковые катушки имеют длину 0,725 R, толщину поперечного сечения 8,190 и и центры их расположены на расстоянии 1,843 R от центра системы катушек, Магнитная система имеет пять параметров, а именно: толщина (а-1) R и длинз (2Р) Rцентральной катушки,,толщина(а-1)

R и длина 18з-Д) R боковых катушек и полная длина системы (2 фз) R. Выбирая один из них, например с1, в качестве независимого параметра и решив систему из четырех уравнений, левые части которых— выражении для коэффициентов ряда Тейлора второго, четвертого, шестого и восьмого порядков, легко определить значения остальных четырех параметров, На чертеже изображена, система круговых катушек, поперечный разрез.

Система состоит из центральной катушки 1 и двух боковых катушек 2 и 3, установленных с возможностью перемещения относительно основания 4. Катушки 1-3 намотаны медным изолированным проводом прямоугольного сечения. Направление намотки у всех катушек одинаковое. Основание 4 выполнено из немагиитного материала, например, сплава АМЦ, и обеспечивает достаточную жесткость всей системы. Катушка 1 закреплена на основании 4 жестко, а катушки 2 и 3 имеют возможность перемещения относительно центральной в пределах 10 мм, что необходимо для регулирования их положения. Последовательное соединение катушек обеспечивает одинаковую величину проходящего по ним тока.

Для системы из трех катушек, имеющей следующие параметры; а1 и,61 — параметры центральной катушки; аг, jb и j4 — параметры боковой катушки, справедливы соотношения для коэффициентов ряда Тейлора п-го порядка

Н„= Н(а1, P1) + Hn(а2, ®-Hn(Q2P2)

Минимизация членов ряда с второго по восьмой порядок может быть достигнута решением системы из четырех неравенств

30 Нл < я, где и 2, 4, 6, 8, е — заданная точность. В результате решения получены следующие значения параметров катушек: для центральной катушки — а1 1,100. p1=1,341; для боковых катушек — аг- 1,190, jb- 1,480, 35 j4-2,205.

Использование системы катушек, у которой скомпенсированы члены разложения в ряд Тейлора осевой составляющей магнитного поля с второго по восьмой порядок, позволяет расширить область однородного, магнитного поля.

В таблице приведены для сравнения расчетные параметры прототипа и предлагаемой системы катушек.

Выполнение конструктивных параметров a . .P, R при изготовлении системй катушек должно быть достаточно точным. Так. например, их изменение иа 0,1 g приводит к уменьшению области однородного магнитного поля на 80,71 и 45 соответственно.

При примерно равных габаритах и массе, одинаковых внутренних радиусах и индукции магнитного поля известных систем

55 расширена область однородности магнитного поля предлагаемой системы из g4$..

Кроме того, за счет более рационального расположения центральной катушки мощность, потребляемая предлагаемой систе-!

1712846 мой, примерно на 407ь ниже. чем у прототипа, Формула изобретения

Система круговых катушек для создания однородного магнитного поля, включающая центральную катушку и две боковые катушки, расположенные соосно и симметрично относительно центральной, о т л и ч аю щ а я сятем,,что, с целью повышения однородности магнитного поля за счет минимизации членов разложения в ряд Тейло. ра осевой составляющей магнитного поля в центре системы с второго по восьмой порядок включительно, катушки выполнены с одинаковым внутренним радиусом Й, элект-.

5 рически включены последовательно, длина центральной катушки составляет 2.682 В, толщина поперечного сечения -0,1 R, длина каждой боковой катушки составляет 0,725 R, толщина поперечного сечения 0,190 R, а

10 центры их расположены нэ расстоянии

1,843 и от центра системы катушек;