FR2566958A1 - Device for generating a uniform magnetic field - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif géné rateur de champ magnétique uniforme et stable au cours du temps, qui est utilisable plûs particulièrement mais non exclusivement pour les techniques d'examen par résonance magnétique nucléaire. The present invention relates to a device for generating a uniform and stable magnetic field over time, which can be used more particularly but not exclusively for examination techniques by nuclear magnetic resonance.
Pour l'obtention d'un champ magnétique uniforme il est connu d'utiliser soit des systèmes de solénoïdes bobinés avec du fil fin de cuivre ou avec des disques de cuivre et refroidis par un liquide réfrigérant è une température voi sine de l'ambiante, soit des systèmes de solénoïdes supraconducteurs refroidis è la température de l'hélium liquide.Ces techniques présentent l'inconvénient de nécessiter des sources de courant stables au cours du temps ainsi que des systèmes de réfrigération
Par ailleurs il est connu depuis longtemps que, lorsque l'on découpe, dans une substance magnétique aimantée de façon parfaitement uniforme9 un volume délimité par une surface du second degré (sphère ou ellipse) induction en tous les points de ce volume est parfaitement uniforme
La présente invention a pour but de tirer parti de ce phénomène connu en l'appliquant è un dispositif généra- teur de champ magnétique de conception particulièrement simple et permettant d'obtenir une excellente uniformité ainsi qu'une bonne stabilité du champ magnétique produit
A cet effet ce dispositif générateur de champ magnétique uniforme est caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble d'aimants permanents parallélépipèdiques parallèles les uns aux autres et disposés è proximité immédiate les uns des autres, aimantés axialement et ayant la même intensité
d'aimantation, répartis en deux groupes de premiers et-seconds aimants distants les uns des autres et définissant, entre leurs faces polaires en regard, un entrefer délimité par une portion de surface de révolution de second degré (sphère ou cllip30lde), les premier et second a iman t s coaxiaux de chaque pairc d'aimants alignés dans les deux grou ps ayant chacun une longueur égaie ou proportionnelle à la moiti6. de la largeur dc l'entrefer qu'ils définissent, c'est-h-dire de la distance entre leurs faces polaires en regard, les premiers aimants ayant tous des faces polaires de même polarité qui est opposée à celle des fsces polaires des seconds aimants.To obtain a uniform magnetic field, it is known to use either solenoid systems wound with fine copper wire or with copper discs and cooled by a coolant to a temperature close to ambient, either superconductive solenoid systems cooled to the temperature of liquid helium. These techniques have the disadvantage of requiring stable current sources over time as well as refrigeration systems.
Furthermore, it has long been known that, when one cuts out, from a magnetic substance magnetized in a perfectly uniform manner9, a volume delimited by a surface of the second degree (sphere or ellipse) induction at all points of this volume is perfectly uniform
The object of the present invention is to take advantage of this known phenomenon by applying it to a magnetic field generator device of particularly simple design and making it possible to obtain excellent uniformity as well as good stability of the magnetic field produced.
To this end, this device for generating a uniform magnetic field is characterized in that it comprises a set of permanent parallelepipedal magnets parallel to each other and arranged in close proximity to each other, axially magnetized and having the same intensity.
magnetization, divided into two groups of first and second magnets distant from each other and defining, between their opposite polar faces, an air gap defined by a portion of surface of revolution of second degree (sphere or cllip30lde), the first and second has coaxial images of each pair of magnets aligned in the two groups each having a length equal to or proportional to half. the width dc of the air gap they define, that is to say the distance between their opposite polar faces, the first magnets all having polar faces of the same polarity which is opposite to that of the polar fsces of the second magnets.
On décrira ci-après,a titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel
La figure 1 est une vue en coupe axiale et- verticale d'un dispositif générateur de champ magnétique uniforme suivant l'invention
La figure 2 est une vue en coupe horizontale faite suivant la ligne II-II de la figure 1.Various embodiments of the present invention will be described below, by way of non-limiting examples, with reference to the appended drawing in which
Figure 1 is an axial and vertical sectional view of a device for generating a uniform magnetic field according to the invention
Figure 2 is a horizontal sectional view taken along line II-II of Figure 1.
Les figures 3,4 et 5 sont des schémas d'autres variantes d'exécution. Figures 3,4 and 5 are diagrams of other alternative embodiments.
Le dispositif générateur de champ magnétique uniforme suivant l'invention comprend, ainsi qu'il est représenté sur les figures 1 et 2, un ensemble d'aimants permanents parallélépipèdiques de même section droite mais de longueurs différentes, répartis en deux groupes è savoir un groupe d'aimants supérieurs 1 et un groupe d'aimants inférieurs 2. Chacun des aimants supérieurs 1 et inférieurs 2 peut être d'un seul bloc mais de préférence il est formé d'une superposition de petits parallélépipèdes rectangles identiques. Les aimants supérieurs 1 et inférieurs 2 sont associés par paire d'aimants coaxiaux, chaque paire d'aimants 1, 2 délimitant entre eux un entrefer de largeur d. The device for generating a uniform magnetic field according to the invention comprises, as shown in FIGS. 1 and 2, a set of parallelepipedic permanent magnets of the same cross section but of different lengths, divided into two groups, namely a group upper magnets 1 and a group of lower magnets 2. Each of the upper magnets 1 and lower 2 can be in one piece but preferably it is formed by a superposition of small identical rectangular parallelepipeds. The upper 1 and lower 2 magnets are associated by pair of coaxial magnets, each pair of magnets 1, 2 delimiting between them an air gap of width d.
Les faces polaires inférieures planes la des aimants supérieurs 1 et les faces polaires supérieures planes 2a des aimants inférieurs 2 sont disposées dans l'espace de telle façon que les centres de ces diverses faces polaires planes et transversales soient situés sur une portion d'un ellipsolde 3 qui, dans l'exemple non limitatif représenté sur les figures 1 et 2, est de révolution autour de son axe vertical xx' correspondant au petit axe de l'ellipse constituant sa génératrice.En fait la portion d'ellipsolde 3, lieu géométrique des centres des faces polaires la, 2, s'étend sur la presque totalité de l'ellipsoide, ,'. l'exception d'une partie tronquée délimitée par un cylindre n d'axe xx' et de rayon légèrement inférieur au demi-grand axe de l'ellipse formant la génératrice. Autrement dit les faces polaires la, 2a des aimants 1,2 ne s'étendent pas jusqu'au cercle équatorial engendré par les sommets du grand axe de l'ellipse constituant la génératrice de l'ellipsoide. I1 subsiste par conséquent un passage libre cylindrique entre les deux groupes d'aimants supérieurs 1 et inférieurs 2, pour permettre la mise en place des corps à analyser à l'intérieur du générateur.The planar lower pole faces 1a of the upper magnets 1 and the planar upper pole faces 2a of the lower magnets 2 are arranged in space so that the centers of these various planar and transverse pole faces are located on a portion of an ellipsold 3 which, in the nonlimiting example shown in FIGS. 1 and 2, is of revolution about its vertical axis xx 'corresponding to the minor axis of the ellipse constituting its generator. In fact the portion of ellipsolde 3, a geometrical place of the centers of the polar faces la, 2, extends over almost the entire ellipsoid,, '. the exception of a truncated part delimited by a cylinder n of axis xx 'and of radius slightly less than the semi-major axis of the ellipse forming the generatrix. In other words, the polar faces 1a, 2a of the magnets 1, 2 do not extend to the equatorial circle generated by the vertices of the major axis of the ellipse constituting the generatrix of the ellipsoid. I1 therefore remains a free cylindrical passage between the two groups of upper 1 and lower 2 magnets, to allow the establishment of the bodies to be analyzed inside the generator.
La longueur de chaque aimant d'une paire d'aimants supérieur 1 et inférieur 2 est choisie de telle façon qusel- le soit égale à la moitié de l'entrefer d entre les deux aimants considérés en regard l'un de l'autre ou à un multiple de d/2 . De ce fait on voit sur la figure 2 que les aimants 1 et 2 qui sont les plus voisins de l'axe de révolution xx' de l'ellipsolde 3 et qui définissent entre eux l'entrefer ayant la largeur d la plus grande, ont eux-mêmes chacun la plus grande longueur qui est égale à la moitié de cet entrefer. The length of each magnet of a pair of upper 1 and lower 2 magnets is chosen such that it is equal to half the air gap d between the two magnets considered facing each other or to a multiple of d / 2. Therefore we see in Figure 2 that the magnets 1 and 2 which are closest to the axis of revolution xx 'of the ellipsold 3 and which define between them the air gap having the width d the largest, have themselves each the greatest length which is equal to half of this air gap.
En fait il est nécessaire que la longueur totale desdeux aimants 1 et 2 de chaque paire d'aimants coaxiaux soit proportionnelle à l'entrefer d, le coefficient de proportionnalité étant un nombre entier quelconque mais le même pour tous les aimants. Du fait de cette proportionnalité des longueurs des divers aimants 1 et 2, les faces polaires supérieures lb des aimants supérieurs 1 et inférieures 2b des aimants inférieurs 2 ont elLes-mêmes leurs centres si- tués sur un ellipsoïde 4 de révolution autour de l'axe vertical xx' mais de plus petit rayon de courbure que 1' aIl i- solde 3. In fact it is necessary that the total length of the two magnets 1 and 2 of each pair of coaxial magnets is proportional to the air gap d, the coefficient of proportionality being any whole number but the same for all the magnets. Because of this proportionality of the lengths of the various magnets 1 and 2, the upper pole faces 1b of the upper magnets 1 and lower 2b of the lower magnets 2 have their centers located on an ellipsoid 4 of revolution around the axis. vertical xx 'but with a smaller radius of curvature than 1' iIl balance 3.
Comme on l'a vu précédemment, les aimants l et 2 sont avantageusement constitués par des empilages de petits aimants ayant la forme de parallélépipèdes rectangles. Ces empilages peuvent hêtre formés à 1' intérieur de cases paral lélépipèdiques définies par des cloisons de séparation 5 en matière non magnétique, disposées perpendiculairement leis unes aux autres, et formant deux ensembles de cases supérieures et de cases inférieures pour recevoir les aimants 1, 2 correspondants. As we have seen previously, the magnets 1 and 2 are advantageously constituted by stacks of small magnets having the shape of rectangular parallelepipeds. These stacks can be formed inside one paral helical boxes defined by partitions 5 of non-magnetic material, arranged perpendicularly connected to each other, and forming two sets of upper boxes and lower boxes to receive the magnets 1, 2 correspondents.
Les aimants supérieurs 1 et inférieurs 2 sont disposés de manière à présenter des pôles de polarités opposées aux extrémités de l'entrefer, les aimants supérieurs 1 présentant, par exemple, des faces polaires inférieures la constituant des pôles Nord tandis que les aimants inférieurs 2 présentent des faces polaires supérieures 2a constituant des pâles Sud. Tous les aimants individuels 1, 2 sont aimantés suivant des directions parallèles à l'axe vertical xx' et ont la même intensité d'aimantation. The upper 1 and lower 2 magnets are arranged so as to have poles of opposite polarities at the ends of the air gap, the upper magnets 1 having, for example, lower pole faces constituting the North poles while the lower magnets 2 have upper polar faces 2a constituting pale South. All the individual magnets 1, 2 are magnetized in directions parallel to the vertical axis xx 'and have the same magnetization intensity.
Les aimants permanents 1, 2 peuvent btre réalisés en n importe quel matériau à aimants disponible actuellement. The permanent magnets 1, 2 can be made of any magnet material currently available.
Toutefois il est préférable d'utiliser des aimants de la nuance du ferrite de baryum ou des alliage de terres rares, afin d'obtenir les inductions les plus fortes.However it is preferable to use magnets of the grade of barium ferrite or rare earth alloys, in order to obtain the strongest inductions.
La fermeture du flux magnétique est assurée par un ensemble de cales 6 en fer qui prolongent les divers aimants parallélépipèdiques 1, 2 jusqu'à des branches supérieure 7 et inférieure 8 d'une culasse magnétique 9 fermée sur elle-même. Les cales 6 en fer ont des longueurs qui sont fonctionde celles des aimants 1, 2, de manière à assurer la transmission des flux magnétiques individuels avec solution de continuité. The magnetic flux is closed by a set of wedges 6 made of iron which extend the various parallelepiped magnets 1, 2 up to upper 7 and lower 8 branches of a magnetic yoke 9 closed on itself. The shims 6 made of iron have lengths which are a function of those of the magnets 1, 2, so as to ensure the transmission of the individual magnetic fluxes with continuity solution.
Le réglage de l'uniformité du champ dans le volume de l'entrefer défini par l'ellipsoide 3 est réalisé en faisant varier la longueur des aimants parallélépipèdiques élémentaires par l'addition ou la soustraction de cales 10 en matériau à aimant, de faible épaisseur. Ces cales sont principalement accolées aux aimants 1, 2 proches de la zone cylindrique tronquée C de l'ellipsolde 3, et ce afin de compenser l'effet de la troncature résultant de l'arrêt des aimants à une certaine distance du cercle équatorial. The uniformity of the field in the volume of the air gap defined by ellipsoid 3 is adjusted by varying the length of the elementary parallelepiped magnets by adding or subtracting shims 10 made of thin magnet material . These shims are mainly attached to the magnets 1, 2 close to the truncated cylindrical zone C of the ellipsold 3, in order to compensate for the effect of the truncation resulting from the stopping of the magnets at a certain distance from the equatorial circle.
Le réglage de l'uniformité du champ peut être également obtenu par la mise en position de petits aimants perme nent sur la surface du circuit magnétique 9 externe. The uniformity of the field can also be adjusted by placing small magnets in position on the surface of the external magnetic circuit 9.
A titre d'exemple, si llellipsolde 3 est de révolution avec un demi-grand axe e et un demi-petit axe b, avec un rapport a/b - 2 et un matdriau du type ferrite de ba- ryum, il est possible de créer une induction de 1500 gauss, avec une uniformité de 10-5, dans un volume sphérique de rayon r = 2b/3. For example, if llellipsolde 3 is of revolution with a semi-major axis e and a semi-minor axis b, with a ratio a / b - 2 and a material of the barium ferrite type, it is possible to create an induction of 1500 gauss, with a uniformity of 10-5, in a spherical volume of radius r = 2b / 3.
La figure 3 illustre une variante d'exécution dans laquelle les ellipsoïdes 3 et 4 sont de révolution autour du grand axe yy'. FIG. 3 illustrates an alternative embodiment in which the ellipsoids 3 and 4 are of revolution around the major axis yy '.
La figure 4 illustre une variante d'exécution dans laquelle le surface interne sur laquelle se trouvent les centres des faces polaires la, 2a des aimants 1, 2 déliai tant l'entrefer,est une surface sphérique il -tandis que les faces polaires lb, 2b opposées sont situées sur un ellipaci- de 12. FIG. 4 illustrates an alternative embodiment in which the internal surface on which the centers of the pole faces 1a, 2a of the magnets 1, 2 are located, as well as the air gap, is a spherical surface 11 while the pole faces 1b, 2b opposite are located on an ellipacid of 12.
La figure 5 illustre la disposition inverse de la précédente, les faces polaires la, 2e délimitant l'entrefer étant situées sur un ellipsoïde 3 tandis que les faces polaires opposées lb, 2b se trouvent sur une sphère 140
Suivant une variante de réalisation les faces polai- res la, 2a délimitant l'entrefer pourraient être usinées de manière 9 avoir exactement la forme de la portion de la surface de l'ellipsoide ou de la sphère h l'endroit oè elles se trouvent, au lieu d'être planes. Egalement, les aimants parallélépipèdiques pourraient être assemblés les uns aux autres par collage ou autre moyen, en contact les uns avec les autres, sans discontinuité créée par l'épaisseur de la cloison. FIG. 5 illustrates the reverse arrangement of the previous one, the polar faces 1a, 2 delimiting the air gap being located on an ellipsoid 3 while the opposite polar faces 1b, 2b are on a sphere 140
According to an alternative embodiment, the polar faces 1a, 2a delimiting the air gap could be machined so as to have exactly the shape of the portion of the surface of the ellipsoid or of the sphere at the place where they are located, instead of being flat. Also, the parallelepiped magnets could be assembled to each other by gluing or other means, in contact with each other, without discontinuity created by the thickness of the partition.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8410129A FR2566958B1 (en) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | UNIFORM MAGNETIC FIELD GENERATING DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8410129A FR2566958B1 (en) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | UNIFORM MAGNETIC FIELD GENERATING DEVICE |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2566958A1 true FR2566958A1 (en) | 1986-01-03 |
| FR2566958B1 FR2566958B1 (en) | 1989-04-28 |
Family
ID=9305503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8410129A Expired FR2566958B1 (en) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | UNIFORM MAGNETIC FIELD GENERATING DEVICE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2566958B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3719306A1 (en) * | 1987-06-10 | 1988-12-22 | Bruker Analytische Messtechnik | Magnet for NMR tomographs and process for the production thereof |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR985815A (en) * | 1949-05-09 | 1951-07-24 | Delattre Et Frouard Reunis Ets | Pole piece for magnets and electromagnets |
| GB747409A (en) * | 1953-05-07 | 1956-04-04 | Mullard Radio Valve Co Ltd | Improvements in or relating to arrangements for producing magnetic fields |
-
1984
- 1984-06-27 FR FR8410129A patent/FR2566958B1/en not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR985815A (en) * | 1949-05-09 | 1951-07-24 | Delattre Et Frouard Reunis Ets | Pole piece for magnets and electromagnets |
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| DE3719306A1 (en) * | 1987-06-10 | 1988-12-22 | Bruker Analytische Messtechnik | Magnet for NMR tomographs and process for the production thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2566958B1 (en) | 1989-04-28 |
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