CN103323799A - 螺旋磁场产生器 - Google Patents
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Abstract
本发明的螺旋磁场产生器，包含：一第一磁性结构体、一第二磁性结构体以及一第三磁性结构体，一第一磁场产生线圈、一第二磁场产生线圈以及一第三磁场产生线圈，第一、第二与第三磁场产生线圈分别配置于第一磁性结构体、第二磁性结构体以及第三磁性结构体的外部表面，以形成S-N-S三磁极。本发明可以产生一高效能螺旋磁场，并可以产生磁场共振效应，并且本发明可以应用于治疗生物组织中。
Description
技术领域
本发明关于一种磁场产生器，特别是关于一种螺旋磁场产生器。
背景技术
一个随时间变化或不随时间变化的磁场有一定的大小和一定的方向，此二者可能在空间中任何二点都不相同。随时间变化的磁场，在同一点不同时间也可能有不同的方向和大小；不随时间变化的磁场在同一点是保持一常数。二个最普通的巨观磁源是永久磁铁与带电流的导体。目前实验和理论证明皆指出在此二磁源所生的场中并无基本上的差别，事实上磁场产生的主要机构对此二种形式的磁源而言是相同的。
均匀磁场空间在物理实验、材料科学以及医疗的应用上扮演着重要的角色。磁场空间的均匀度是该磁场空间中磁场的最大值与最小值的差值除以平均值。目前产生均匀磁场空间的技术是通过螺线管线圈磁场产生器(solenoid coil magnetic field generator)或亥姆霍兹线圈(Helmholtz coil)磁场产生器来达到。
众所周知，磁场及电场会影响生物组织。磁场及电场已经应用于对抗疾病以及创伤的身体部位，而且也希冀其能做得最好。美国专利第3,915,151号揭示此类治疗的范例，其主要适用于治疗破裂的骨头，并且使用较佳的平坦线圈来产生磁场，磁场流的方向纵向于治疗物体，亦即平行于脚或手。在一个实施例中，除了磁场之外，尚引进一静电场。此乃是通过两个正反相对的电极，并以相对高电位差的电压施加至该电极来实现。此处所提供的电场以实质上相对于磁场流的直角角度而流经治疗物体。通过供应一振幅规律变动的电压，将治疗区域中带电的粒子带至一种振荡的运动状态。由于一磁场以及一电场的流动方向，带电的粒子仅会以相对于骨骼架构的直角角度振荡，并因而垂直于治疗物体的主要血液的流动方向。静脉血液流，亦即流向心脏的血液流，因而不会受到此一治疗的影响。
电磁治疗设备的功能乃是基于一般所公认的物理与化学定律以及在医学研究范围内的发现。该理论基础尤其是由磁流体动力学以及原形质物理所集合者，其揭示于普林斯顿大学的Jackson所著的“古典电动力学”以及Lyman Spitzer所著的“真空气体电物理学”。
发明内容
本发明的一目的在于提供一螺旋磁场产生器，其可以产生一高效能螺旋磁场。
本发明的再一目的在于提供一螺旋磁场产生器，由此可以产生磁场共振效应。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种螺旋磁场产生器，包含：一第一磁性结构体、一第二磁性结构体以及一第三磁性结构体，一第一磁场产生线圈、一第二磁场产生线圈以及一第三磁场产生线圈，该第一、该第二与该第三磁场产生线圈分别配置于该第一磁性结构体、该第二磁性结构体以及该第三磁性结构体的外部表面，以形成S-N-S三磁极。
进一步地，该第一磁性结构体、该第二磁性结构体以及该第三磁性结构体分别通过一第一、一第二及一第三硅钢片堆栈而成。
进一步地，该第一、该第二及该第三硅钢片分别堆栈成各自的方形柱体。
进一步地，该第二磁性结构体及该第三磁性结构体分别置于该第一磁性结构体的两侧。
进一步地，当通电于该第一、该第二与该第三磁场产生线圈时，得以使该S-N-S三磁极呈现螺旋波形磁场的输出。
进一步地，当通电于该第一、该第二与该第三磁场产生线圈时，得以使该S-N-S三磁极呈现螺旋波形磁场的输出。
本发明还提供了一种应用于生物组织的螺旋磁场产生器，包含：一第一磁性结构体、一第二磁性结构体以及一第三磁性结构体，一第一磁场产生线圈、一第二磁场产生线圈以及一第三磁场产生线圈，该第一、该第二与该第三磁场产生线圈分别配置于该第一磁性结构体、该第二磁性结构体以及该第三磁性结构体的外部表面，以形成S-N-S三磁极。
进一步地，该第一磁性结构体、该第二磁性结构体以及该第三磁性结构体系分别通过一第一、一第二及一第三硅钢片堆栈而成。
进一步地，该第一、该第二及该第三硅钢片分别堆栈成各自的方形柱体。
进一步地，该第二磁性结构体及该第三磁性结构体分别置于该第一磁性结构体的两侧。
进一步地，当通电于该第一、该第二与该第三磁场产生线圈时，得以使该S-N-S三磁极呈现螺旋波形磁场的输出。
进一步地，当通电于该第一、该第二与该第三磁场产生线圈时，得以使该S-N-S三磁极呈现螺旋波形磁场的输出。
本发明可以产生一高效能螺旋磁场，并可以产生磁场共振效应，并且本发明可以应用于治疗生物组织中。
附图说明
图1是一电流中磁力线方向的示意图；
图2是原子核外部的电子层运动产生的磁力线分布示意图；
图3是一些磁化的铁原子的磁铁内部原子的磁极排列方式示意图；
图4是本发明螺旋磁场产生器的示意图。
图中，10，螺旋磁场产生器；
50．磁化铁原子；
100．第一磁性结构体；
101．第二磁性结构体；
102．第三磁性结构体；
100a、101a、102a 磁场产生线圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为一电流中磁力线方向的示意图。当电流通过一载体，其载体的周围所产生的磁场可以根据必欧-沙伐定律(Biot-Savart Law)而求得。采用静磁近似方法，当电流缓慢地随时间而改变时（例如当载流导线缓慢地移动时），利用必欧-沙伐定律，可以约略得到磁场大小相依于电流的大小、方向及距离。此外，在一载流导线中，磁力线方向及电流于回路中的方向可以根据安培右手定则来决定。举例而言，在一垂直往下的电流中，该电流所产生的磁力线方向为顺时针方向；而在一由下往上输入电流的螺线管线圈中，该电流线圈所产生的磁力线方向为由左至右的方向。
依照物质的基本原子模型，可以得知所有的物质皆由原子组合而成，而每一个原子都包含了一个带正电的核子及许多依轨道运行而带负电的电子。这些依轨道运行的电子会产生回旋的电流，并且会形成为小的磁双极(N极-S极)。一般而言，原子中的电子若呈现静止状态，其周遭环境即为零动态，而若电子运(或移)动即产生磁场现象─分为N极、S极。换言之，原子核外部的电子层运动会产生磁场，其磁力线分布如图2所示。
另外，原子中的电子与核子会以特定的磁双极矩在它们自己的轨道上旋转。因为核子的质量比电子大的很多，且其角速度比电子小。一个自转的核子的磁双极矩与一个自转(或依轨道运行)的电子的磁双极矩比较起来，可以不计。
在缺乏外在磁场的情况下，大部分的物质，其原子的磁双极矩的方向并不一定，使得净磁双极矩为零。倘若应用外在的磁场，不仅可以使自转电子的磁矩排成一线，另一方面由于电子轨道运行的改变也会产生感应磁矩。因此，由于磁性物质的出现，使得磁通密度会发生定量的改变。
在一些物质中，由依轨道进行且自转的电子所产生的磁矩并不完全互相抵消，因此在这些物质中的原子及分子含有净值的平均磁矩。外加磁场会使得分子的磁矩顺着该外加磁场的方向排成一线，如此一来就增加了磁通密度。然而，分子的磁矩在进行排列时，会受到随机热振动的力而受到阻碍。该效应会产生些许的黏结作用，同时在磁通密度方面所能增加的量也相当少。具有上述特性的物质即为一弱磁性材质。弱磁性材质通常具有非常小的正值磁化常数(magnetic susceptibility)，例如铝、镁、钛、钨等物质，其磁化常数大约在10-5阶次(order)。
弱磁性材质的弱磁的产生主要是由于自转的电子的磁双极距。借着外加的磁场产生驱动力来使得分子磁双极距(magnetic dipole moment)排成一线。然而，该驱动力会因为热振动所产生的干扰效应而受到抵制。弱磁的效应与温度息息相关。在温度较低而有少量的热碰撞时，弱磁的强度较强。
强磁性材料的磁化常数比弱磁形材料的磁化常数大上好几个阶次。强磁性材料，例如铁、钴、镍等物质，是由许多小磁域组合而成，这些小磁域的线性大小可以从几微米(micron)直到大约1厘米(cm)，每一块小磁域大约包含了1015或1016个原子，这些小磁域由于受到自转电子的影响，甚至在无外加磁场的情况下，使得其内的磁双极距排成一线。在这种情况下，使得这些小磁域完全受到磁化。如图3所示，其显示一些磁化的铁原子50，其磁铁内部原子的磁极排列方式，其磁双极距排成一线。而当外加一磁场至强磁性材料时，那些磁域(含有随着外加磁场而排成一线的磁距)边界就会移动而增加那些含有磁矩的磁域的体积，使得其它磁域的体积减少。最后，磁通密度就会增加。换言之，强磁性材料的强磁性是由于在磁域内的原子，其磁双极矩之间产生强大的耦合效应而引起的。
如图4所示，一本发明的螺旋磁场产生器的结构示意图。在本实施例中，螺旋磁场产生器10包括：一第一磁性结构体100、一第二磁性结构体101以及一第三磁性结构体102，一第一磁场产生线圈100a、一第二磁场产生线圈101 a以及一第三磁场产生线圈102 a。其中第一磁性结构体100、第二磁性结构体101以及第三磁性结构体102分别配置磁场产生线圈100a、101a以及102a于其外部表面。举一实施例而言，第一磁性结构体100、第二磁性结构体101以及第三磁性结构体102均为方形柱体，其中第一磁性结构体100置于中央，而第二磁性结构体101及第三磁性结构体102分别置于第一磁性结构体100的两侧。在一实施例中，三个磁性结构体的排列位置可以调整。举一实施例而言，磁场产生线圈100a、101a以及102a为一螺线管线圈。
本发明的第一磁性结构体100、第二磁性结构体101以及第三磁性结构体102可以采(选)用一弱磁性材质或一强磁性材质，其视实际的应用而决定使用弱磁性材质或强磁性材质。
本发明的螺旋磁场产生器10是使用三个磁性结构体(100、101、102)，每一磁性结构体的表面上分别缠绕一线圈。举一实施例而言，磁性结构体(100、101、102)为硅钢薄板或硅钢片堆栈成一方形柱体，将各方形柱体的表面上分别缠绕一线圈(100a、101a、102a)，其线圈(100a、101a、102a)通电流以产生磁场；例如，可以利用绕线方向的不同(或者是输入电流方向的改变)使三个磁性结构体(100、101、102)的磁极形成S-N-S的排列，亦即形成S-N-S三磁极结构体，如图4所示。如前所述，在一由左(右)至右(左)输入电流的螺线管线圈，于螺线管线圈所产生的磁力线方向为由下(上)往上(下)的方向。在线圈(100a、101a、102a)所产生的磁场以及三个磁性结构体(100、101、102)所产生的磁场，在两磁场的相互作用下产生磁场共振效应；在本发明中，施加适当的电流于线圈(100a、101a、102a)，量测此S-N-S三磁极呈现螺旋波形磁场的输出。因此，欲产生高效能的螺旋磁场，需要馈入一电压于螺旋磁场产生器10的螺线管线圈(100a、101a、102a)中。举例而言，使用平均约在162 w/s (焦耳)的输入电力施加于螺线管线圈(100a、101a、102a)，得以使得S-N-S三磁极产生磁场强度大约为1.3T(13,620高斯)。
如前所述，磁性结构体(100、101、102)为硅钢薄板或硅钢片，堆栈成一方形柱体。举例而言，此硅钢片含硅0.8％~4.8％，一般厚度在1厘米(cm)以下。硅钢片(薄板)具有优良的电磁性能，是一重要的磁性材料。硅钢片按其含硅量不同可分为低硅钢片和高硅钢片两种；低硅钢片含硅2.8％以下，其具有一定的机械强度；高硅钢片含硅量为2.8％~4.8％，其具有良好的磁性，但较脆。硅钢片可经由热、冷轧而制成，以形成热轧硅钢片和冷轧硅钢片两种；冷轧硅钢片可分为晶粒无取向及晶粒取向两种。冷轧硅钢片厚度均匀、表面质量好、磁性较高。在相同磁场下能获得较高磁感的硅钢片，用它制造螺旋磁场产生器的体积和重量较小，相对而言可节省硅钢片以及线圈(铜线圈)的材料。
在物理环境中，任何物质在高涌动螺旋磁场的作用下，物质会产生分子化，例如非铁金属会造成导磁现象，亦即该物质介质因而具有一相对的导磁系数(relative permeability)。大部分物质的导磁系数都非常接近真空的导磁系数μ0。然而，对于含有铁的磁性物质(例如：铁、钴、镍等)，其相对的导磁系数μr相当大(例如：50~5000，对于特殊合金甚至高达106以上)。因此，在本发明中，一物体(质)置于螺旋磁场产生器10之中会产生分子化而造成导磁现象。换言之，分子键结受外力作用(例如螺旋磁场产生器10所产生磁场的作用)，键结的分子会有解离状况产生。因此，通过本发明螺旋磁场产生器10，此效果可以应用于(治疗)生物组织中。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (12)
1.一种螺旋磁场产生器，其特征在于，包含：一第一磁性结构体、一第二磁性结构体以及一第三磁性结构体，一第一磁场产生线圈、一第二磁场产生线圈以及一第三磁场产生线圈，该第一、该第二与该第三磁场产生线圈分别配置于该第一磁性结构体、该第二磁性结构体以及该第三磁性结构体的外部表面，以形成S-N-S三磁极。
2.根据权利要求1所述的螺旋磁场产生器，其特征在于，该第一磁性结构体、该第二磁性结构体以及该第三磁性结构体分别通过一第一、一第二及一第三硅钢片堆栈而成。
3.根据权利要求2所述的螺旋磁场产生器，其特征在于，该第一、该第二及该第三硅钢片分别堆栈成各自的方形柱体。
4.根据权利要求1、2或3所述的螺旋磁场产生器，其特征在于，该第二磁性结构体及该第三磁性结构体分别置于该第一磁性结构体的两侧。
5.根据权利要求1、2或3所述的螺旋磁场产生器，其特征在于，当通电于该第一、该第二与该第三磁场产生线圈时，得以使该S-N-S三磁极呈现螺旋波形磁场的输出。
6.根据权利要求4所述的螺旋磁场产生器，其特征在于，当通电于该第一、该第二与该第三磁场产生线圈时，得以使该S-N-S三磁极呈现螺旋波形磁场的输出。
7.一种应用于生物组织的螺旋磁场产生器，其特征在于，包含：一第一磁性结构体、一第二磁性结构体以及一第三磁性结构体，一第一磁场产生线圈、一第二磁场产生线圈以及一第三磁场产生线圈，该第一、该第二与该第三磁场产生线圈分别配置于该第一磁性结构体、该第二磁性结构体以及该第三磁性结构体的外部表面，以形成S-N-S三磁极。
8.根据权利要求7所述的应用于生物组织的螺旋磁场产生器，其特征在于，该第一磁性结构体、该第二磁性结构体以及该第三磁性结构体系分别通过一第一、一第二及一第三硅钢片堆栈而成。
9.根据权利要求8所述的应用于生物组织的螺旋磁场产生器，其特征在于，该第一、该第二及该第三硅钢片分别堆栈成各自的方形柱体。
10.根据权利要求7、8或9所述的应用于生物组织的螺旋磁场产生器，其特征在于，该第二磁性结构体及该第三磁性结构体分别置于该第一磁性结构体的两侧。
11.根据权利要求7、8或9所述的应用于生物组织的螺旋磁场产生器，其特征在于，当通电于该第一、该第二与该第三磁场产生线圈时，得以使该S-N-S三磁极呈现螺旋波形磁场的输出。
12.根据权利要求10所述的应用于生物组织的螺旋磁场产生器，其特征在于，当通电于该第一、该第二与该第三磁场产生线圈时，得以使该S-N-S三磁极呈现螺旋波形磁场的输出。
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2012
- 2012-03-19 TW TW101109365A patent/TW201340142A/zh unknown
- 2012-05-14 CN CN2012101478098A patent/CN103323799A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN115089885A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-23 | 北京恒源磁科技有限公司 | 一种产生动态恒源生物效应磁场的装置和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| TW201340142A (zh) | 2013-10-01 |
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130925 |