專利名稱：一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁聚焦領(lǐng)域，具體的說，是一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列。
背景技術(shù)：
在電磁治療、埋地金屬管線檢測等領(lǐng)域中，常需要構(gòu)造某種特定形態(tài)的磁場來實(shí)現(xiàn)聚焦，以保證治療或檢查的精確度，如圖1、圖2所示的應(yīng)用于電磁治療的線圈陣列，通常需要采用兩個或是兩個以上的子線圈(即線圈陣列)來構(gòu)造磁場。在現(xiàn)有技術(shù)中，線圈的結(jié)構(gòu)通常由絕緣管以及纏繞于絕緣管上的導(dǎo)線組成，導(dǎo)線纏繞的圈數(shù)則為線圈的匝數(shù)。在設(shè)計(jì)時，需要先對每個子線圈上的導(dǎo)線通以恒定電流的方式進(jìn)行分析，然后再運(yùn)用磁場矢量迭加的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而在實(shí)際的電路應(yīng)用過程中，每個子線圈則需要加載時變電流，時變電流的幅值也不相同，傳統(tǒng)方法常是對每個子線圈配置一個電流激勵源，通過同步信號控制，實(shí)現(xiàn)在同一時刻對每個電流激勵源進(jìn)行同步控制，最終讓整個線圈陣列在空間某個區(qū)域產(chǎn)生某種形態(tài)的磁場。在應(yīng)用過程中，尤其是當(dāng)多個子線圈工作時，只有每個子線圈的時變電流在任何時刻都能夠與當(dāng)初設(shè)計(jì)靜態(tài)電流完全成比例關(guān)系時，才能設(shè)計(jì)預(yù)期，實(shí)現(xiàn)空間磁場按設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行疊加。當(dāng)然，這也對每個子線圈時變電流的完全匹配提出嚴(yán)格的要求，同時，對每個電流激勵源的同步控制問題也顯得尤為重要，使其在設(shè)計(jì)上較難實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，采用單一電源供電，通過子線圈串聯(lián)的方式，可實(shí)現(xiàn)多個子線圈的同步激勵，結(jié)構(gòu)簡單，較現(xiàn)有技術(shù)中采用多個激勵源同步控制的設(shè)計(jì)更加簡單，適用于各種形態(tài)的線圈陣列，應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，包括由兩個以上的子線圈組成的線圈陣列，在所述的線圈陣列中設(shè)有電源，本發(fā)明采用單一電源，所述兩個以上的子線圈依次串聯(lián)，由子線圈形成的串聯(lián)支路則接于電源的兩端，降低了現(xiàn)有技術(shù)中采用多個電流激勵源進(jìn)行同步控制而出現(xiàn)的難度，結(jié)構(gòu)簡單易實(shí)現(xiàn)。為更好的實(shí)現(xiàn)上述多個子線圈串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，所述的子線圈為纏繞有導(dǎo)線的線圈結(jié)構(gòu)，所述兩個以上的子線圈通過導(dǎo)線依次串聯(lián)，并接于電源的兩端。本發(fā)明所述導(dǎo)線的兩端分別與電源的兩端相連接。所述的通過每個子線圈的設(shè)計(jì)電流值的絕對值與纏繞于該子線圈上導(dǎo)線的匝數(shù)成正比，即整個線圈陣列的中每個子線圈的電流需按照基準(zhǔn)線圈陣列的電流(導(dǎo)線的匝數(shù))成比例增加，當(dāng)然比例系數(shù)越大，整個線圈陣列產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度越強(qiáng)，聚焦效果不發(fā)生變化，在實(shí)際應(yīng)用過程中，還可通過子線圈的匝數(shù)來達(dá)到控制線圈電流大小的目的。所述的通過每個子線圈的電流值、導(dǎo)線以及磁場強(qiáng)度的關(guān)系包括以下兩種情況(I)所述的通過每個子線圈的電流值為恒定值，由其組成的線圈陣列的磁場強(qiáng)度則與纏繞于每個子線圈上導(dǎo)線的匝數(shù)成正比，即在串聯(lián)電流不變的情況下，等比例增加或減少每個纏繞于子線圈上的導(dǎo)線的匝數(shù)，產(chǎn)生的聚焦效果不變，產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度等比例增加或減少。(2)所述的纏繞于每個子線圈上的導(dǎo)線匝數(shù)為恒定值，通過該子線圈的電流值則與由該子線圈組成的線圈陣列的磁場強(qiáng)度成正比，即保持每個纏繞于子線圈上導(dǎo)線的匝數(shù)不變，按比例增大或減少串聯(lián)電流，產(chǎn)生的聚焦效果不變，產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度按比例增大或減小。本發(fā)明導(dǎo)線的纏繞方向包括以下兩種情況(I)若規(guī)定激勵電流從內(nèi)層繞線流向外層繞線的方向(即順時針方向)為正方向，那么，所述的導(dǎo)線沿順時針方向纏繞于子線圈上，通過該子線圈的激勵電流方向?yàn)檎?；所述的?dǎo)線沿逆時針方向纏繞于子線圈上，通過該個子線圈的激勵電流方向則為負(fù)。 (2)若規(guī)定激勵電流從外層繞線流向內(nèi)層繞線的方向(即逆時針方向)為正方向，那么，所述的導(dǎo)線沿逆時針方向纏繞于子線圈上，通過該子線圈的激勵電流方向?yàn)檎凰龅膶?dǎo)線沿順時針方向纏繞于子線圈上，通過該個子線圈的激勵電流方向則為負(fù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果(I)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，組成線圈陣列的多個子線圈均通過串聯(lián)而連接，僅采用單一電源即可供電，同時，還可實(shí)現(xiàn)多個子線圈的同步激勵，較現(xiàn)有技術(shù)中采用多個激勵電源同步控制的設(shè)計(jì)而言，其結(jié)構(gòu)更加簡單，也更易實(shí)現(xiàn)。(2)在本發(fā)明中，子線圈激勵電流的大小可通過該子線圈的匝數(shù)來進(jìn)行調(diào)整，原理十分簡單，操作方便。(3)在本發(fā)明中，線圈激勵電流的方向可通過導(dǎo)線的纏繞方向來改變，對于整個線圈陣列而言，當(dāng)子線圈上激勵電流方向不同時，還能有效的提高磁聚焦效果，該設(shè)計(jì)可廣泛適用于各種形態(tài)的線圈陣列，尤其是電磁治療、埋地金屬管線檢測等對磁聚焦范圍要求極高的領(lǐng)域中。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于電磁治療的線圈陣列的俯視圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于電磁治療的線圈陣列的側(cè)視圖。圖3為本發(fā)明子線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3所示A的局部示意圖。圖5為本發(fā)明導(dǎo)線順時針纏繞時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明導(dǎo)線逆時針纏繞時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明應(yīng)用于電磁治療的線圈陣列的電磁場分布仿真立體圖。圖8為本發(fā)明應(yīng)用于電磁治療的線圈陣列的電磁場分布仿真俯視圖。其中，1-子線圈，2-導(dǎo)線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例本發(fā)明提出了一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，包括由兩個以上的子線圈I組成的線圈陣列，在實(shí)際應(yīng)用過程中，線圈陣列多為實(shí)現(xiàn)磁聚焦而形成的一種陣列結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于如電磁治療、埋地金屬管線檢測等領(lǐng)域中，在設(shè)計(jì)時，通常采取對每個子線圈I通以恒定電流的方式進(jìn)行分析，然后再運(yùn)用磁場矢量迭加的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。以圖1、圖2所示的應(yīng)用于電磁治療的線圈陣列為例，傳統(tǒng)的方法是對每個子線圈I配置一個電流激勵源(即電源)，通過同步信號控制，實(shí)現(xiàn)在同一時刻對每個電源的同步控制，最終讓整個線圈陣列在空間某個區(qū)域產(chǎn)生某種形態(tài)的磁場。在應(yīng)用過程中，尤其是如圖1圖、2所示的多個子線圈I工作時，往往存在設(shè)計(jì)難度大、磁聚焦效果不理想等問題。因此，本發(fā)明在克服上述傳統(tǒng)方法不足的前提下，提出了一種新的設(shè)計(jì)，即在線圈陣列中采用單一電源供電，而兩個以上的子線圈I則依次串聯(lián)，由子線圈I形成的串聯(lián)支路則接于電源的兩端，設(shè)計(jì)合理，更降低了現(xiàn)有技術(shù)中采用多個電流激勵源進(jìn)行同步控制而出現(xiàn)的難度，結(jié)構(gòu)簡單易實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中，子線圈I為纏繞有 導(dǎo)線2的線圈結(jié)構(gòu)，兩個以上的子線圈I通過導(dǎo)線2依次串聯(lián)，而導(dǎo)線2的兩端則分別與電源的兩端相連接。同樣以應(yīng)用于電磁治療的線圈陣列為例，子線圈I的結(jié)構(gòu)可如圖3所示，在實(shí)際應(yīng)用過程中，電路的控制均可通過導(dǎo)線2來實(shí)現(xiàn)，包括以下情況(I)每個子線圈I的設(shè)計(jì)電流值的絕對值與纏繞于該子線圈I上導(dǎo)線2的匝數(shù)成正比，即整個線圈陣列的中每個子線圈I的電流需按照基準(zhǔn)線圈陣列的電流(導(dǎo)線2的匝數(shù))成比例增加，當(dāng)然比例系數(shù)越大，整個線圈陣列產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度越強(qiáng)，聚焦效果不發(fā)生變化，在本發(fā)明的應(yīng)用過程中，還可通過子線圈I的匝數(shù)來達(dá)到控制線圈電流大小的目的，如圖4所示，子線圈I的匝數(shù)為六圈。以圖1所示結(jié)構(gòu)為例，設(shè)圖1中每個子線圈I的匝數(shù)都為1，通過仿真得知子線圈 1、2、3、4、5、6、7 的電流分別為1. 2A、2A、0. 8A、1. 3A、0. 6A、1. 9A、3A，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)具有較好的磁場聚焦特性，則可設(shè)計(jì)子線圈I的電流比例關(guān)系為
1.2 2 0.8 1.3 0.6 1.9 3。按照磁聚焦的等比例線圈陣列關(guān)系，將每個子線圈I串聯(lián)起來，激勵電流為O. 1A，即流過每個單匝線上的電流為O. 1A，可以通過等比例改變線圈匝數(shù)，設(shè)定每個子線圈I的匝數(shù)分別為12匝20匝8匝13匝6匝19匝30匝，即可實(shí)現(xiàn)上述1. 2 2 O. 8 1.3 O. 6 1.9 3的設(shè)計(jì)電流比例。該方法帶來如下幾點(diǎn)好處其一為實(shí)現(xiàn)方式簡單方便、易于實(shí)現(xiàn)；其二為不需要各子線圈I的激勵電流動態(tài)考慮同步問題；其三為在降低對激勵電流的要求時，不影響聚焦效果和磁場強(qiáng)度，如將各子線圈I匝數(shù)定為24匝40匝16匝26匝12匝38匝60匝，則要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的聚焦效果和磁場強(qiáng)度，僅需要O. 05A的串聯(lián)激勵電流即可；其四為在不改變聚焦效果的情況下，可增大或者減小磁場的強(qiáng)度，包括如下兩種方法a :所述的通過每個子線圈I的電流值為恒定值，由其組成的線圈陣列的磁場強(qiáng)度則與纏繞于每個子線圈I上導(dǎo)線2的匝數(shù)成正比，S卩在串聯(lián)電流不變的情況下，將各子線圈I匝數(shù)同時按比例增加或減小若干倍。如將每個子線圈I的匝數(shù)同比例增加一倍，分別達(dá)到24匝40匝16匝26匝12匝38匝60匝。則產(chǎn)生的聚焦效果不變，但產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度將增加一倍，達(dá)到原來的2倍，其余倍數(shù)以此類推，此處所說的“倍數(shù)”包括但不限于整數(shù)。b :所述的纏繞于每個子線圈I上的導(dǎo)線2匝數(shù)為恒定值，通過該子線圈I的電流值則與由該子線圈I組成的線圈陣列的磁場強(qiáng)度成正比，即保持每個纏繞于子線圈I上導(dǎo)線2的匝數(shù)不變，將串聯(lián)激勵電流增加或減小若干倍，所產(chǎn)生的聚焦效果不發(fā)生變化，而磁場強(qiáng)度將會增加或減小同樣的倍數(shù)，此處所說的“倍數(shù)”包括但不限于整數(shù)。(2)通過每個子線圈I的激勵電流的方向可通過導(dǎo)線2的纏繞方向來改變a :若規(guī)定激勵電流從內(nèi)層繞線流向外層繞線的方向(即順時針方向)為正方向，那么，如圖5所示，導(dǎo)線2沿順時針方向纏繞于子線圈I上時，通過該子線圈I的激勵電流方向?yàn)檎?；如圖6所示，導(dǎo)線2沿逆時針方向纏繞于子線圈I上時，通過該子線圈I的激勵電流方向則為負(fù)；b :若規(guī)定電流從外層繞線流向內(nèi)層繞線的方向(即逆時針方向)為正方向，那么，如圖6所示，導(dǎo)線2沿逆時針方向纏繞于子線圈I上時，通過該子線圈I的激勵電流方向?yàn)檎蝗鐖D5所示，導(dǎo)線2沿順時針方向纏繞于子線圈I上時，通過該子線圈I的激勵電流方向則為負(fù)；
在該電路的實(shí)際應(yīng)用過程中，為更好的實(shí)現(xiàn)各子線圈I磁場的疊加，我們可以通過改變子線圈I激勵電流的方向來進(jìn)行調(diào)整，即通過每個子線圈I上的電流方向(或?qū)Ь€2的纏繞方向)不同時，整個線圈陣列的磁聚焦效果愈加明顯，其磁場仿真圖分別如圖7、圖8所示，其中，圖7、圖8分別為磁場分布仿真的立體圖、俯視圖。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，采用單一電源供電的方式，通過串聯(lián)的多個子線圈1，可實(shí)現(xiàn)對電路中電流的多種控制，能有效的提高線圈陣列的磁聚焦效果，應(yīng)用范圍廣，適用于各種形態(tài)的線圈陣列，尤其是電磁治療、埋地金屬管線檢測等對磁聚焦范圍要求極高的領(lǐng)域中。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，包括由兩個以上的子線圈(I)組成的線圈陣列，在所述的線圈陣列中設(shè)有電源，其特征在于所述兩個以上的子線圈(I)依次串聯(lián)，由子線圈(I)形成的串聯(lián)支路則接于電源的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于所述的子線圈(I)為纏繞有導(dǎo)線(2)的線圈結(jié)構(gòu)，所述兩個以上的子線圈(I)通過導(dǎo)線(2)依次串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于所述導(dǎo)線(2)的兩端分別與電源的兩端相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于所述的通過每個子線圈(I)的設(shè)計(jì)電流值的絕對值與纏繞于該子線圈(I)上導(dǎo)線(2)的匝數(shù)成正比。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于所述的通過每個子線圈(I)的電流值為恒定值，由其組成的線圈陣列的磁場強(qiáng)度則與纏繞于每個子線圈⑴上導(dǎo)線⑵的匝數(shù)成正比。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于所述的纏繞于每個子線圈(I)上的導(dǎo)線(2)匝數(shù)為恒定值，通過該子線圈(I)的電流值則與由該子線圈(I)組成的線圈陣列的磁場強(qiáng)度成正比。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6任一項(xiàng)所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于所述的導(dǎo)線(2)沿順時針方向纏繞于子線圈(I)上，通過該子線圈(I)的激勵電流方向?yàn)檎凰龅膶?dǎo)線(2)沿逆時針方向纏繞于子線圈(I)上，通過該個子線圈(I)的激勵電流方向則為負(fù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于所述的導(dǎo)線(2)沿逆時針方向纏繞于子線圈(I)上，通過該子線圈(I)的激勵電流方向?yàn)檎?；所述的?dǎo)線(2)沿順時針方向纏繞于子線圈(I)上，通過該個子線圈(I)的激勵電流方向則為負(fù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，包括由兩個以上的子線圈(1)組成的線圈陣列，在所述的線圈陣列中設(shè)有電源，本發(fā)明所述兩個以上的子線圈(1)依次串聯(lián)，由子線圈(1)形成的串聯(lián)支路則接于電源的兩端，所述的子線圈(1)為纏繞有導(dǎo)線(2)的線圈結(jié)構(gòu)，所述兩個以上的子線圈(1)通過導(dǎo)線(2)依次串聯(lián)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，采用單一電源供電的方式，通過串聯(lián)的多個子線圈1，可實(shí)現(xiàn)對電路中電流的多種控制，能有效的提高線圈陣列的磁聚焦效果，應(yīng)用范圍廣，適用于各種形態(tài)的線圈陣列，尤其是電磁治療、埋地金屬管線檢測等對磁聚焦范圍要求極高的領(lǐng)域中。
文檔編號A61N2/02GK103021618SQ20121053579
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者劉冀成, 胡雅毅, 陸繼慶, 牟翔永, 李運(yùn)洪, 鄒含 申請人:成都信息工程學(xué)院