CN202523502U - 用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，主要由中心线圈及位于中心线圈所在平面同一侧的周边线圈排列组成，所述的中心线圈与周边线圈分别位于以同一点为球心的球面上，中心线圈所在球面的半径最小。本实用新型实现结构简单，使磁聚焦在深度和强度上都有了很大的改善，而且使用领域广，不仅能应用到医疗领域，还能运用到许多工程环境中。

Description

用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列

技术领域

本实用新型涉及一种线圈排布阵列，具体是指一种用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列。

背景技术

磁约束方法不仅能运用在医疗器械领域，如今，它已广泛应用于各种工程问题中，例如：在许多工业生产部门中，往往需要在不损伤被检测材料、工件或设备的情况下，根据材料内部的异常引起的电磁信号的变化，来发现材料内部有无缺陷，检测的精确性往往决定于所发射的激励电磁信号的聚焦程度。而目前通常使用的是磁约束方法中的激励线圈聚焦，其应用效果决定于激励线圈电磁场分布的聚焦程度，在理想情况下，激励线圈可实现“磁约束”，传统的“磁约束”是指以特定的电磁场形态对带电粒子或带电体的运动轨迹进行约束和控制，而这种控制通常都是在磁场发生器件内部完成的。发生器或包围受控区域，或位于粒子运动轨迹之中，但是此时工程效应达最大，而目前使用的激励线圈聚焦性能较差，磁场分布较分散，在实际应用中，激励线圈的聚焦性能在强度和深度上均无法满足实际需求，更需要进一步的完善。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，它通过在三维空间内对线圈进行排布，不仅可以实现“磁约束”，而且聚焦点位于线圈阵列之外，方便在工程上使用。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，主要由中心线圈及位于中心线圈所在平面同一侧的周边线圈排列组成，所述的中心线圈与周边线圈分别位于以同一点为球心的球面上，中心线圈所在球面的半径最小，上述技术方案不仅可以实现磁场的“磁约束”，更关键的是可以使聚焦点位于线圈阵列之外，从而进一步方便在工程上应用。

为了更精确的将磁场聚焦于某个区域内，所述中心线圈及周边线圈与所在球面相切于线圈的几何中心。

本实用新型中，为了更好的实现该技术方案，所述的中心线圈与周边线圈均呈圆环状结构。

为了进一步增强聚焦点处的磁场强度，所述的周边线圈设置有一层以上。

为了便于排列线圈并进行封装，所述位于每层上周边线圈的圆心处于同一圆环上。

进一步的，所述位于每层上的周边线圈首尾依次相切。

为了实现磁场的“磁约束”，所述中心线圈及周边线圈的中轴线相交于所切球面的球心位置，球心位置即为磁场强度最大的聚焦点。

为了使磁场聚焦于某一条线上，所述位于同一层上周边线圈的中轴线相交于一点，该点位于中心线圈的中轴线上。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本实用新型通过将多个线圈在三维空间内进行排列形成线圈阵列模型，很大程度上改善了磁约束方法中激励线圈电磁场的聚焦性能，使电磁场不仅能聚焦在特定某个区域，还能实现在多个区域内的聚焦，并且在聚焦的强度和深度上都有很大的改善。

(2)本实用新型排布在三维空间内的多个线圈均为通电线圈，根据实际应用需求可为各子线圈设置独立电源驱动或统一电源驱动，通过调节线圈内的电流大小及相位改变磁场聚焦的强度与深度，从而满足在不同产业上的运用。

(3)本实用新型可将磁场聚焦于线圈阵列之外，更有利于在工程上应用，使得在封装线圈阵列时不必为待检测物体预留使用空间。

(4)本实用新型的线圈阵列原理简单，使用领域广，不仅能应用到医疗领域(例如：在经颅磁刺激疗法中的运用)，还能运用到许多工程环境中(例如：对工程设备的内部进行无损伤探测)。

(5)本实用新型结构简单，可运用于多个领域中，市场前景广阔，便于推广使用，并能带来较大的经济收益。

附图说明

图1为本实用新型单层线圈的俯视结构示意图。

图2为本实用新型单层线圈的左视结构示意图。

图3为本实用新型的实现原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

该技术方案所述之磁约束从出发点来说，是要在整个磁场发生器件外部的自由空间或介质内部特定区域内形成足够强度的聚焦磁场。磁约束线圈阵列由若干子线圈构成，由磁场矢量迭加原理，在目标区域产生的总场为各子线圈的矢量和。经设计优化的磁约束线圈阵列及其空间结构，并对各子线圈以适当的激励电流驱动，将能够有效地加强目标区域内的磁场相对强度，同时又可以较好地抑制非靶区部位的磁场相对强度，从而较好地实现磁场的聚焦。

该技术方案所述之磁约束即是运用上述方法，使之在目标区域内所产生的磁场比单只线圈产生的磁场更为集中，绝大部分场强所覆盖的范围更小，并抑制非目标区域的磁场相对强度。本技术方案着重点在于对磁场形态，即磁场聚焦性能的改进，考虑的是目标区域内磁场分布形态的改进，而非对发生器所产生的磁场的绝对强度的提升。

该用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，主要由中心线圈及周边线圈排列组成，中心线圈与周边线圈统称为子线圈，均为通电线圈。根据需要检测物体的具体情况，各子线圈大小可调，若应用于医疗器械中，可选用较小的线圈，若要应用于大型工程中，则必须选用较大的线圈。本实用新型可通过改变每层周边线圈的圆心所在圆环的大小，来改变周边线圈的磁场分布，选取合适的叠加磁场分布确定线圈阵列的结构，以实现将磁场聚焦到某个特定区域或多个区域。

如图3所示，排布该线圈阵列时：第一，首先选定一点为中心点，以该中心点为球心设置多个同心球面，中心线圈位于半径最小的球面上，该球面上仅设置中心线圈一个线圈。本实用新型中，为比较容易达到所要求的技术目的，我们均选用圆环形线圈，但其它几何形状的线圈仍可实现本实用新型的目的，如矩形线圈、三角形线圈等。由于选用的线圈均为平面结构，中心线圈所在平面将同心球面分为大球面、小球面两部分；第二，设置周边线圈的位置，将周边线圈设置在大于中心线圈所在球面半径的球面上，并且安放于中心线圈所在平面的同一侧，由于本实用新型要求磁场的聚焦点位于线圈阵列之外，所以周边线圈最好安放于小球面上，否则聚焦点即位于周边线圈与中心线圈之间的位置上，不利于本实用新型的推广应用；第三，根据实际需要，可设置多层周边线圈，周边线圈均位于同心的球面上，从内至外所在球面半径依次增大，从而进一步增强磁场聚焦性；第四，为了便于封装，位于每层上的周边线圈首尾依次相切，如此便能较好的确定线圈在三维空间内的位置，从而保证聚焦的精确度。

如图1、图2所示为本实用新型应用于医疗器械中单层线圈排布阵列的一个具体实施例。该线圈阵列由七个圆环子线圈组成，中心子线圈半径为0.6m，水平放置在某平面，其余六个周边子线圈半径均为0.5m，且此六个子线圈的线圈中心在同一圆环上，该圆环所在平面与中心线圈所在平面距离为0.3m。周边六个子线圈均放置在与中心子线圈平面成36.80996°倾角的平面内，且它们均位于中心线圈所在平面同一侧，周边六个子线圈的一个边缘与中心线圈所在平面相切。

本实用新型中，实现磁场的“磁约束”时，中心线圈及周边线圈的中轴线相交于所切球面的球心位置，球心位置即为磁场强度最大的聚焦点。

本实用新型中，为了达到最好的磁场聚焦效果，各子线圈均与所在球面相切于线圈的几何中心，每层上周边线圈的圆心最好处于同一圆环上，上述技术方案不仅更精确地实现了磁场的“磁约束”，关键的是还可以使聚焦点位于线圈阵列之外，从而进一步方便在工程上应用。

本实用新型中各线圈的个数，形状，结构，层数，空间相对位置构成等都可按实际需求调整，注入各线圈的电流大小和相位(含方向)根据实际需求磁场分布通过优化算法优化所得。本实用新型的线圈阵列原理简单，使用领域广，不仅能应用到医疗领域，还能运用到许多工程环境中。

实施例2

与实施例1的区别仅在于：根据具体情况，一些待检测物体可能需要在某一条线上都具有较强的磁场，此时可调节周边线圈与中心线圈所在平面之间的夹角，位于同一个球面上的周边线圈与中心线圈所在平面的夹角最好一致，即位于同一层上周边线圈的中轴线相交于一点，该点位于中心线圈的中轴线上。如此，便可将磁场聚焦于某个特定区域的一条直线上，这条磁聚焦线是若干个“磁约束”的集合，每层周边线圈独立的实现一个“磁约束”，将多层周边线圈的“磁约束”集合后便可将磁场聚焦于一条线上，不仅保证了磁场聚焦的效果，而且可以将磁场聚焦从一个点扩大至一条线，使其在某一个区域内磁场聚焦效果都非常的良好，增加了应用的灵活性，进一步扩大了使用范围。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，其特征在于：主要由中心线圈及位于中心线圈所在平面同一侧的周边线圈排列组成，所述的中心线圈与周边线圈分别位于以同一点为球心的球面上，中心线圈所在球面的半径最小。

2.根据权利要求1所述的用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，其特征在于：所述中心线圈及周边线圈与所在球面相切于线圈的几何中心。

3.根据权利要求2所述的用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，其特征在于：所述的中心线圈与周边线圈均呈圆环状结构。

4.根据权利要求3所述的用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，其特征在于：所述的周边线圈设置有一层以上。

5.根据权利要求4所述的用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，其特征在于：所述位于每层上周边线圈的圆心处于同一圆环上。

6.根据权利要求5所述的用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，其特征在于：所述位于每层上的周边线圈首尾依次相切。

7.根据权利要求6所述的用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，其特征在于：所述中心线圈及周边线圈的中轴线相交于所切球面的球心位置。

8.根据权利要求6所述的用于磁聚焦的三维空间线圈排布阵列，其特征在于：所述位于同一层上周边线圈的中轴线相交于一点，该点位于中心线圈的中轴线上。

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