專利名稱：一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及磁聚焦領域，具體的說，是一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列。
背景技術：
在電磁治療、埋地金屬管線檢測等領域中，常需要構造某種特定形態的磁場來實現聚焦，以保證治療或檢查的精確度，如圖1、圖2所示的應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)來構造磁場。在現有技術中，線圈的結構通常由絕緣管以及纏繞于絕緣管上的導線組成，導線纏繞的圈數則為線圈的匝數。在設計時，需要先對每個子線圈上的導線通以恒定電流的方式進行分析，然后再運用磁場矢量迭加的原理進行設計。然而在實際的電路應用過程中，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，實現在同一時刻對每個電流激勵源進行同步控制，最終讓整個線圈陣列在空間某個區域產生某種形態的磁場。在應用過程中，尤其是當多個子線圈工作時，只有每個子線圈的時變電流在任何時刻都能夠與當初設計靜態電流完全成比例關系時，才能設計預期，實現空間磁場按設計的要求進行疊加。當然，這也對每個子線圈時變電流的完全匹配提出嚴格的要求，同時，對每個電流激勵源的同步控制問題也顯得尤為重要，使其在設計上較難實現。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，通過子線圈串聯的方式，可實現多個子線圈的同步激勵，結構簡單，較現有技術中采用多個激勵源同步控制的設計更加簡單，適用于各種形態的線圈陣列，應用范圍廣。本實用新型通過下述技術方案實現: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，所述的線圈陣列為磁場發生裝置，在本實用新型中，所述兩個以上的子線圈依次串聯，且在所述的子線圈上均纏繞有導線，通過子線圈的串聯連接，可實現線圈陣列中子線圈的同步控制，操作簡單易實現。本實用新型可采用單一電流激勵源對子線圈進行同步控制，即:在所述的線圈陣列中設有電源，所述的由子線圈形成的串聯支路則接于電源的兩端，降低了現有技術中采用多個電流激勵源進行同步控制而出現的難度，結構十分簡單；且所述的通過每個子線圈的設計電流值的絕對值與纏繞于該子線圈上導線的匝數成正比，即:整個線圈陣列的中每個子線圈的電流需按照基準線圈陣列的電流(導線的匝數)成比例增加，當然比例系數越大，整個線圈陣列產生的磁場強度越強，聚焦效果不發生變化，在實際應用過程中，還可通過子線圈的匝數來達到控制線圈電流大小的目的。所述的導線沿順時針或逆時針方向纏繞于子線圈上，所述的通過該子線圈上的激勵電流方向為正/負或負/正，包括以下兩種情況:(I)若規定激勵電流從內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為正；所述的導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。(2)若規定激勵電流從外層繞線流向內層繞線的方向(即:逆時針方向)為正方向，那么，所述的導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為正；所述的導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。在本實用新型中，所述兩個以上的子線圈通過導線依次串聯，所述導線的兩端分別與電源的兩端相連接，在使用時，通過每個子線圈的電流值、導線以及磁場強度的關系還包括以下兩種情況:(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度則與纏繞于每個子線圈上導線的匝數成正比，即:在串聯電流不變的情況下，等比例增加或減少每個纏繞于子線圈上的導線的匝數，產生的聚焦效果不變，產生的磁場強度等比例增加或減少。(2)所述的纏繞于每個子線圈上的導線匝數為恒定值，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度成正比，即:保持每個纏繞于子線圈上導線的匝數不變，按比例增大或減少串聯電流，產生的聚焦效果不變，產生的磁場強度按比例增大或減小。本實用新型與現有技術相比，具有以下優點及有益效果:(I)本實用新型結構簡單，組成線圈陣列的多個子線圈均通過串聯而連接，僅采用單一電源即可供電，同時，還可實現多個子線圈的同步激勵，較現有技術中采用多個激勵電源同步控制的設計而言，其結構更加簡單，也更易實現。(2)在本實用新型中，子線圈激勵電流的大小可通過該子線圈的匝數來進行調整，原理十分簡單，操作方便。(3)在本實用新型中，線圈激勵電流的方向可通過導線的纏繞方向來改變，對于整個線圈陣列而言，當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，該設計可廣泛適用于各種形態的線圈陣列，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域中。
圖1為現有技術中應用于電磁治療的線圈陣列的俯視圖。圖2為現有技術中應用于電磁治療的線圈陣列的側視圖。圖3為本實用新型子線圈的結構示意圖。圖4為圖3所示A的局部示意圖。圖5為本實用新型導線順時針纏繞時的結構示意圖。圖6為本實用新型導線逆時針纏繞時的結構示意圖。圖7為本實用新型應用于電磁治療的線圈陣列的電磁場分布仿真立體圖。圖8為本實用新型應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-導線。
具體實施方式
[0025]下面結合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。實施例:本實用新型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，在實際應用過程中，線圈陣列多為實現磁聚焦而形成的一種陣列結構，可應用于如:電磁治療、埋地金屬管線檢測等領域中，在設計時，通常采取對每個子線圈I通以恒定電流的方式進行分析，然后再運用磁場矢量迭加的原理進行設計。以圖1、圖2所示的應用于電磁治療的線圈陣列為例，傳統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，實現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域產生某種形態的磁場。在應用過程中，尤其是如圖1圖、2所示的多個子線圈I工作時，往往存在設計難度大、磁聚焦效果不理想等問題。因此，本實用新型在克服上述傳統方法不足的前提下，提出了一種新的設計，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，由子線圈I形成的串聯支路則接于電源的兩端，設計合理，更降低了現有技術中采用多個電流激勵源進行同步控制而出現的難度，結構簡單易實現。在本實用新型中，子線圈I為纏繞有導線2的線圈結構，兩個以上的子線圈I通過導線2依次串聯，而導線2的兩端則分別與電源的兩端相連接。同樣以應用于電磁治療的線圈陣列為例，子線圈I的結構可如圖3所示，在實際應用過程中，電路的控制均可通過導線2來實現，包括以下情況:(I)每個子線圈I的設計電流值的絕對值與纏繞于該子線圈I上導線2的匝數成正比，即整個線圈陣列的中每個子線圈I的電流需按照基準線圈陣列的電流(導線2的匝數)成比例增加，當然比例系數越大，整個線圈陣列產生的磁場強度越強，聚焦效果不發生變化，在本實用新型的應用過程中，還可通過子線圈I的匝數來達到控制線圈電流大小的目的，如圖4所示，子線圈I的匝數為六圈。以圖1所示結構為例，設圖1中每個子線圈I的匝數都為1，通過仿真得知子線圈 3、4、5、6、7、8、9 的電流分別為 1.2A、2A、0.8A、1.3A、0.6A、1.9A、3A，在目標區域內具有較好的磁場聚焦特性，則可設計子線圈I的電流比例關系為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系，將每個子線圈I串聯起來，激勵電流為0.1A，即流過每個單匝線上的電流為0.1A，可以通過等比例改變線圈匝數，設定每個子線圈I的匝數分別為:12匝:20匝:8匝:13匝:6匝:19匝:30匝，即可實現上述1.2: 2: 0.8: 1.3: 0.6: 1.9: 3的設計電流比例。該方法帶來如下幾點好處:其一為實現方式簡單方便、易于實現；其二為不需要各子線圈I的激勵電流動態考慮同步問題；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度，如將各子線圈I匝數定為:24匝:40匝:16匝:26匝:12匝:38匝:60匝，則要實現設計的聚焦效果和磁場強度，僅需要0.05A的串聯激勵電流即可；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度則與纏繞于每個子線圈I上導線2的匝數成正比，S卩:在串聯電流不變的情況下，將各子線圈I匝數同時按比例增加或減小若干倍。如:將每個子線圈I的匝數同比例增加一倍，分別達到:24匝:40匝:16匝:26匝:12匝:38匝:60匝。則產生的聚焦效果不變，但產生的磁場強度將增加一倍，達到原來的2倍，其余倍數以此類推，此處所說的“倍數”包括但不限于整數。b:所述的纏繞于每個子線圈I上的導線2匝數為恒定值，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度成正比，即:保持每個纏繞于子線圈I上導線2的匝數不變，將串聯激勵電流增加或減小若干倍，所產生的聚焦效果不發生變化，而磁場強度將會增加或減小同樣的倍數，此處所說的“倍數”包括但不限于整數。(2)通過每個子線圈I的激勵電流的方向可通過導線2的纏繞方向來改變:a:若規定激勵電流從內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的激勵電流方向為正；如圖6所示，導線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；b:若規定電流從外層繞線流向內層繞線的方向(即:逆時針方向)為正方向，那么，如圖6所示，導線2沿逆時針方向纏繞于子線圈I上時，通過該子線圈I的激勵電流方向為正；如圖5所示，導線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；在該電路的實際應用過程中，為更好的實現各子線圈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行調整，即:通過每個子線圈I上的電流方向(或導線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。本實用新型結構簡單，采用單一電源供電的方式，通過串聯的多個子線圈1，可實現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，應用范圍廣，適用于各種形態的線圈陣列，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域中。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型做任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本實用新型的保護范圍之內。
權利要求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，所述的線圈陣列為磁場發生裝置，其特征在于:所述兩個以上的子線圈(I)依次串聯，且在所述的子線圈(I)上均纏繞有導線(2)。
2.根據權利要求1所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于:在所述的線圈陣列中設有電源，所述的由子線圈(I)形成的串聯支路則接于電源的兩端，且所述的通過每個子線圈(I)的設計電流值的絕對值與纏繞于該子線圈(I)上導線(2)的匝數成正比。
3.根據權利要求2所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于:所述的導線(2)沿順時針或逆時針方向纏繞于子線圈(I)上，所述的通過該子線圈(I)上的激勵電流方向為正/負或負/正。
4.根據權利要求3所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于:所述兩個以上的子線圈(I)通過導線(2)依次串聯，所述導線(2)的兩端分別與電源的兩端相連接，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度則與纏繞于每個子線圈(I)上導線(2)的匝數成正比。
5.根據權利要求3所述的一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，其特征在于:所述兩個以上的子線圈(I)通過導線(2)依次串聯，所述導線(2)的兩端分別與電源的兩端相連接，所述的纏繞于每個子線圈(I)上的導線(2)匝數為恒定值，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度成正比。
專利摘要本實用新型公開了一種基于磁聚焦的等比例線圈陣列，包括設有電源的線圈陣列，所述的線圈陣列為由子線圈(1)組成的磁場感應機構，在本實用新型中，所述子線圈(1)的數量為兩個以上，且依次串聯，而所述的電源則連接在由子線圈(1)組成的串聯支路的兩端。所述的子線圈(1)為纏繞有導線(2)的線圈結構。本實用新型結構簡單，采用單一電源供電的方式，通過串聯的多個子線圈1，可實現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，應用范圍廣，適用于各種形態的線圈陣列，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域中。
文檔編號A61N2/02GK203026284SQ20122068499
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月13日 優先權日2012年12月13日
發明者劉冀成, 胡雅毅, 牟翔永, 陸繼慶, 李運洪, 鄒含 申請人:成都信息工程學院