CN114849070B - 一种组合式电磁线圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式电磁线圈,它包括：一个主磁场线圈、两个辅助线圈；所述的主磁场线圈由两个对称设置的独立的环形线圈组合而成；所述的两个环形线圈相邻位置为磁场聚焦部；所述的辅助线圈设置在磁场聚焦部处；所述的辅助线圈与主磁场线圈相互垂直设置。采用四个线圈相互组合的设计方案，增强了线圈产生的磁场的空间分布强度，在相同的线圈参数和电流参数的前提下，本设计优于其他方案的磁场分布；采用组合线圈和两组铁芯相互结合方式，改变了双环组合线圈的磁场分布情况，使得在磁场聚焦部处产生较为强大的磁场强度，同时连桥铁芯可以增加磁场聚焦部的磁场的传递距离，扩大磁场的分布空间，使得较高强度的磁场可以传递至更远的距离。

Description

一种组合式电磁线圈

技术领域

本发明属于电磁线圈技术领域，具体涉及一种组合式电磁线圈。

背景技术

环形线圈是常用的一种磁场发生装置，其产生的磁场稳定，但是其产生的磁场主要呈环形分布，作用面积较大，且在作用面内磁场分布较为均匀。8字形线圈在医疗行业应用较为广泛，特别实在经颅磁方面，由于8字形的线圈在线圈的中部会产生一个强度较高、距离线圈较远的尖峰，运用这个磁场尖峰可以进行脑部疾病的治疗。

基于目前市场上的磁场发生线圈的形式，具有聚焦性好、穿透能力强、强度大的磁场发生装置具有较好的市场前景。但是目前的几种电磁线圈形式无法形成这种高聚焦性、高强度的磁场，并且收到电流和线圈体积的限制，仅通过增加电流大小和线圈匝数来提高磁场强度具有较高的局限性，大电流带来的磁场散热问题，多匝线圈的体积问题都将成为提高磁场强度的局限条件。

发明内容

为了解决目前的几种电磁线圈形式无法形成这种高聚焦性、高强度的磁场的问题，本发明提供了一种组合式电磁线圈。

一种组合式电磁线圈,它包括：一个主磁场线圈、两个辅助线圈；所述的主磁场线圈由两个对称设置的独立的环形线圈组合而成；两个环形线圈相邻位置为磁场聚焦部；所述的辅助线圈设置在磁场聚焦部处；所述的辅助线圈与主磁场线圈相互垂直设置。

进一步的，所述的两个辅助线圈分别位于磁场聚焦部的左右两侧。

进一步的，所述的环形线圈远离的磁场聚焦部的一侧向下弯折设置，整体呈L形。

进一步的，所述的环形线圈、辅助线圈在磁场聚焦部处的电流方向相同。

进一步的，所述的环形线圈包括相互连接设置的水平部支臂、竖直部支臂、下部横支臂、上部横支臂；所述的水平部支臂和竖直部支臂相互垂直设置；下部横支臂、上部横支臂分别与竖直部支臂、水平部支臂相互垂直设置；主磁场线圈的两个环形线圈的上部横支臂相互抵靠设置；环形线圈的上部横支臂的上表面与水平部支臂的上表面处于同一平面；所述的下部横支臂分别位于主磁场线圈下部的左右两侧；所述的辅助线圈位于两个环形线圈的上部横支臂的两侧。

进一步的，所述的辅助线圈整体为矩形环状，且环形线圈、辅助线圈的截面均呈矩形，所述的辅助线圈的截面的高度与环形线圈的截面的高度相同；所述的辅助线圈的上端部表面与环形线圈的上部横支臂的上表面相互平齐设置；所述的辅助线圈的下侧向下延伸设置。

进一步的，还包括环形铁芯；所述的环形铁芯包裹在环形线圈的下部横支臂的表面；所述的环形铁芯的直径不大于竖直部支臂的长度。

进一步的，所述的环形线圈上还设有连桥铁芯；所述的连桥铁芯包括设置在磁场聚焦部两侧的铁芯体和连接铁芯体的连接桥；所述的铁芯体位于环形线圈的两个水平部支臂之间；所述的铁芯体的侧面分别与环形线圈、辅助线圈相互抵靠设置；所述的连桥铁芯的底部与环形线圈的上表面相互平齐设置；所述的连接桥扣设在磁场聚焦部的上方；且由辅助线圈的中部空洞内穿过。

进一步的，所述的辅助线圈、环形线圈由铜质漆包线缠绕而成；所述的主磁场线圈的两个环形线圈的线圈匝数相同，所述的两个辅助线圈的匝数相同。

进一步的，所述的环形铁芯、连桥铁芯均为硅钢铁芯。

本发明提供了一种组合式电磁线圈,它包括：一个主磁场线圈、两个辅助线圈；所述的主磁场线圈由两个对称设置的独立的环形线圈组合而成；所述的两个环形线圈相邻位置为磁场聚焦部；所述的辅助线圈设置在磁场聚焦部处；所述的辅助线圈与主磁场线圈相互垂直设置。本设计采用四个线圈相互组合的设计方案，增强了线圈产生的磁场的空间分布强度，在相同的线圈参数和电流参数的前提下，本设计优于其他方案的磁场分布。本设计采用组合线圈和两组铁芯相互结合方式，改变了双环组合线圈的磁场分布情况，使得组合线圈在磁场聚焦部处产生较为强大的磁场强度，同时连桥铁芯可以增加磁场聚焦部的磁场的传递距离，扩大磁场的分布空间，使得较高强度的磁场可以传递至更远的距离，L形的主线圈和环形铁芯的设计避免了线圈两侧产生的磁场对磁场聚焦部处产生磁场的干扰，由于L形的主线圈使得主线圈的两个线圈支臂不在同一高度平面内，促使磁场聚焦部处产生磁场的磁感线不会受到干扰，增加磁场聚焦部处产生磁场的强度和传递距离。

附图说明

图1为本发明一种组合式电磁线圈的主视图；

图2为本发明一种组合式电磁线圈的左视图；

图3为本发明一种组合式电磁线圈的俯视图；

图4为本发明一种组合式电磁线圈的仰视图；

图5为本发明一种组合式电磁线圈的A-A剖视图；

图6为本发明一种组合式电磁线圈的B-B剖视图；

图7为本发明一种组合式电磁线圈的立体视图；

图8为本发明一种组合式电磁线圈的主磁场线圈的立体视图；

图9为本发明一种组合式电磁线圈的对比设计2的立体视图；

图10为本发明一种组合式电磁线圈的对比设计1的立体视图；

图11为本发明一种组合式电磁线圈与对比设计在Y轴方向的磁场强度曲线图；

图12为本发明一种组合式电磁线圈与对比设计在X轴方向的磁场强度曲线图；

图13为本发明一种组合式电磁线圈与对比设计在Z轴方向的磁场强度曲线图。

具体实施方式

实施例：

请参见附图1-10，一种组合式电磁线圈结构，它包括：一个主磁场线圈1、两个辅助线圈2；

进一步的，所述的主磁场线圈1由两个对称设置的环形线圈103相互组合设置；

所述的两个环形线圈103相互独立；

所述的两个相邻设置的环形线圈103相互靠近位置为磁场聚焦部100；

所述的两个辅助线圈2分别位于磁场聚焦部100的左右两侧；

所述的环形线圈103呈环状，且环形线圈103的截面呈矩形；

进一步的，所述的环形线圈103远离的磁场聚焦部100的一侧向下弯折设置，整体呈L形；

所述的环形线圈103包括水平部支臂1031、竖直部支臂1032、下部横支臂1033、上部横支臂1034；

所述的水平部支臂1031、竖直部支臂1032、下部横支臂1033、竖直部支臂1032、水平部支臂1031、上部横支臂1034相互连接设置；

所述的水平部支臂1031和竖直部支臂1032相互垂直设置；下部横支臂1033、上部横支臂1034分别与竖直部支臂1032、水平部支臂1031相互垂直设置；

所述的主磁场线圈1的两个环形线圈103的上部横支臂1034相互抵靠设置；

所述的主磁场线圈1的两个环形线圈103的上部横支臂1034的上表面与水平部支臂1031的上表面处于同一平面；

所述的下部横支臂1033分别位于主磁场线圈1的左右两侧的下部；

所述的两个辅助线圈2分别位于两个环形线圈103的上部横支臂1034的两侧；

进一步的，所述的辅助线圈2整体为矩形环状，辅助线圈2的截面呈矩形，且辅助线圈2的截面的高度与环形线圈103的截面的高度相同；

所述的辅助线圈2的上表面与环形线圈103的上部横支臂1034的上表面相互平齐设置；

所述的辅助线圈2的下侧向下延伸设置；

所述的环形线圈103的两个相互抵靠的上部横支臂1034与设置在两个上部横支臂1034的两侧的辅助线圈2构成磁场聚焦部100；

所述的辅助线圈2、环形线圈103由铜质漆包线缠绕设置；

所述的主磁场线圈1的两个环形线圈103的线圈匝数相同，所述的两个辅助线圈2的匝数相同；

进一步的，所述的环形线圈103向下弯曲的一侧设置有环形铁芯3；

所述的环形铁芯3包裹在环形线圈103上的下部横支臂1033的表面；

所述的环形铁芯3的直径不大于竖直部支臂1032的长度；

进一步的，所述的环形线圈103上还设有连桥铁芯4；

所述的连桥铁芯4包括设置在两侧的铁芯体41和设置在中部的连接桥42；

所述的铁芯体41位于磁场聚焦部100的两侧，且位于环形线圈103的两个水平部支臂1031之间；

所述的铁芯体41的前后两个相对的侧面分别与环形线圈103的水平部支臂1031的内部侧面相互抵靠设置；

所述的连桥铁芯4靠近辅助线圈2的一个侧面与辅助线圈2的侧面相互抵靠设置；

所述的第二铁芯4的底部与水平部支臂1031、上部横支臂1034的下表面相互平齐设置；

所述的连接桥42两端分别于铁芯体41相互连接，一体设置；

所述的连接桥42扣设在磁场聚焦部100的上方；且由辅助线圈2的中部空洞内穿过；

所述的环形铁芯3、连桥铁芯4均为硅钢铁芯。

进一步的，所述的辅助线圈2内的电流的方向与主磁场线圈1的磁场聚焦部100中的电流方向相同；

进一步的，所述的辅助线圈2与磁场聚焦部100相邻的一边的长度与磁场聚焦部100的长度相同。

使用时，两个环形线圈103以及两个辅助线圈2在磁场聚焦部100处的电流方向相同，四个线圈在磁场聚焦部100处形成组合磁场，主线圈1除了在磁场聚焦部100处形成组合磁场外还通过铁芯体41形成一个围绕磁场聚焦部100的闭合磁场；同时在环形铁芯3处，形成围绕着环形铁芯的环形磁场，由于环形铁芯所处平面低于磁场聚焦部100，所以环形铁芯的环形磁场不会影响磁场聚焦部100和铁芯体41形成的磁场的空间传播，确保磁场的传播距离和磁场强度。

在同样的外形尺寸条件下，对同样匝数和外形尺寸的线圈的磁场强度计算，得出磁场强度数据并进行比较：

根据实施例中制作磁场线圈模型，进行磁场强度计算：

线圈参数如下：

线圈：主磁场线圈、辅助线圈选用铜质漆包线绕制的矩形线圈，主磁场线圈的截面为8mm×10mm，辅助线圈的截面为9.5mm×10mm；

匝数：主线圈和辅助线圈采用紧密缠绕，线圈总匝数为200匝；

电流：线缆端部通入1000A的电流；

采用对比的方法分别计算三组线圈设计的磁场分布：

对比设计1：两个矩形主线圈组合后的磁场分布；两个矩形主线圈的匝数各为100匝；

对比设计2：两个矩形主线圈与两个矩形辅助线圈组合后的磁场分布；两个矩形主线圈与两个矩形辅助线圈的匝数各为50匝；

实施例设计：两个矩形主线圈与两个矩形辅助线圈组合且两个矩形主线圈向下弯曲，同时含有连桥铁芯和环形铁芯的磁场分布；两个矩形主线圈与两个矩形辅助线圈的匝数各为50匝。

根据三种方案的线圈结构建立相应的坐标系，对比设计1、对比设计2、实施例设计的方案中，将线圈的上表面的中心位置设定为O点，两主线圈之间的磁场聚焦部100中的电流方向为Y轴方向，与线圈的上表面相互垂直的方向为Z轴方向，与Y轴方向、Z轴方向相会垂直的方向为X轴方向，X、Y、Z轴过原点O。

经过计算三种方案的线圈的磁场强度沿Y轴方向分布如下表：

经过计算三种方案的线圈的磁场强度沿X轴方向分布如下表：

经过计算三种方案的线圈的磁场强度沿z轴方向分布如下表：

由表1、2和图11、12可以得出，在相同的线圈匝数和电流强度的情况下，在相同的Z轴坐标的前提下，本设计方案的相对磁场强度更大，且较大的磁场强度分布在-20mm～20mm（Y轴坐标）、-20 mm～20 mm（x轴坐标）的范围内；在相同的Z中坐标的前提下，本设计方案的磁场强度在-20 mm～20 mm（Y轴坐标）、-20mm～20mm（x轴坐标）以外的范围内急速减小，而对比设计1和对比设计2的磁场强度的递减幅度远远小于实施例方案。

由表3、图13可以得出，在相同的线圈匝数和电流强度的情况下，磁场强度沿Z轴方向减小，但在相同的Z轴坐标下，实施例的方案中的线圈产生的磁场强度远远大于两个对比线圈，足以证明本设计方案的线圈产生的磁场强度传播距离更远。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种组合式电磁线圈,其特征在于：它包括：一个主磁场线圈(1)、两个辅助线圈(2)；所述的主磁场线圈(1)由两个对称设置的独立的环形线圈(103)组合而成；两个环形线圈(103)相邻位置为磁场聚焦部(100)；所述的辅助线圈(2)设置在磁场聚焦部(100)处；所述的辅助线圈(2)与主磁场线圈(1)相互垂直设置；所述的环形线圈(103)包括相互连接设置的水平部支臂(1031)、竖直部支臂(1032)、下部横支臂(1033)、上部横支臂(1034)；所述的水平部支臂(1031)和竖直部支臂(1032)相互垂直设置；下部横支臂(1033)、上部横支臂(1034)分别与竖直部支臂(1032)、水平部支臂(1031)相互垂直设置；主磁场线圈(1)的两个环形线圈(103)的上部横支臂(1034)相互抵靠设置；环形线圈(103)的上部横支臂(1034)的上表面与水平部支臂(1031)的上表面处于同一平面；所述的下部横支臂(1033)分别位于主磁场线圈(1)下部的左右两侧；所述的辅助线圈(2)位于两个环形线圈(103)的上部横支臂(1034)的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种组合式电磁线圈,其特征在于：两个辅助线圈(2)分别位于磁场聚焦部(100)的左右两侧。

3.根据权利要求2所述的一种组合式电磁线圈,其特征在于：所述的环形线圈(103) 远离的磁场聚焦部(100)的一侧向下弯折设置，整体呈L形。

4.根据权利要求3所述的一种组合式电磁线圈,其特征在于：所述的环形线圈(103)、辅助线圈(2)在磁场聚焦部(100)处的电流方向相同。

5.根据权利要求4所述的一种组合式电磁线圈,其特征在于：所述的辅助线圈(2)整体为矩形环状，且环形线圈(103)、辅助线圈(2)的截面均呈矩形，所述的辅助线圈(2)的截面的高度与环形线圈(103)的截面的高度相同；所述的辅助线圈(2)的上端部表面与环形线圈(103)的上部横支臂(1034)的上表面相互平齐设置；所述的辅助线圈(2)的下侧向下延伸设置。

6.根据权利要求1或5所述的一种组合式电磁线圈,其特征在于：还包括环形铁芯(3)；所述的环形铁芯(3)包裹在环形线圈(103)的下部横支臂(1033)的表面；所述的环形铁芯(3)的直径不大于竖直部支臂(1032)的长度。

7.根据权利要求6所述的一种组合式电磁线圈,其特征在于：所述的环形线圈(103)上还设有连桥铁芯(4)；所述的连桥铁芯(4)包括设置在磁场聚焦部(100)两侧的铁芯体(41)和连接铁芯体(41)的连接桥(42)；所述的铁芯体(41)位于环形线圈(103)的两个水平部支臂(1031)之间；所述的铁芯体(41)的侧面分别与环形线圈(103)、辅助线圈(2)相互抵靠设置；所述的连桥铁芯(4)的底部与环形线圈(103)的上表面相互平齐设置；所述的连接桥(42)扣设在磁场聚焦部(100)的上方；且由辅助线圈(2)的中部空洞内穿过。

8.根据权利要求7所述的一种组合式电磁线圈,其特征在于：所述的辅助线圈(2)、环形线圈(103)由铜质漆包线缠绕而成；所述的主磁场线圈(1)的两个环形线圈(103)的线圈匝数相同，所述的两个辅助线圈(2)的匝数相同。

9.根据权利要求8所述的一种组合式电磁线圈,其特征在于：所述的环形铁芯(3)、连桥铁芯(4)均为硅钢铁芯。

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