Система круговых катушек для создания однородного магнитного поля

(21) 47 (22) 12 (46) 15 (71) Л ники итут точной мехаГалайдин и А, И. Замят (53) 53 (56) За кл,60За кл. 60 8,3,Х КАТУШЕК ДДОГО, МАГНИТНО(54) СИ СОЗДА ГО ПО (57) Иэ стемам бретение отндля создани й тся к магн днородног ымсиагнГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС 68724/2512;8902.92, бюл. В 6нингрвдский инстОПТИКИА, Иванов, П. А.ин9.143.43(088.8)явке ФРГ Ь 351481 й 24/Об, 1985.явка ФРГ М 353431 й 24/06, 1986,СТЕМА КРУГОВ 1НИЯ ОДНОРОДН Изобретение относится к магнитным системам для создания однородного магнитного поля, используемого, например, в магнитно-резонансной аппаратуре.Известна система катушек, состоящая из четырех круговых катушек, расположенных соосно и симметрично относительно центра системы катушек. Однородность создаваемого магнитного поля обычно оценивается первым нескомпенсированным членом разложения в ряд Тейлора осевой составляющей функции аксиального магнитного поля в центре системы, В магнитной системе при определенном соотношении токов в катушках могут быть ском- пенсированы неоднородности магнитного поля второго и четвертого порядков.Известна также система катушек, состоящая иэ четырех аналогично расположенного поля, используемого, например, в магнитно-резонансной аппаратуре. Целью изобретения является повышение однородности магнитного поля за счет минимизации членов разложения в ряд Тейлора осевой составляющей. магнитного поля в центре системы с второго по восьмой по. рядок включительно. Круговые катушки системы для создания однородного магнитного поля выполнены с одинаковым внутренним радиусом Й и электрически включены последовательно. Длина и толщина поперечного сечения центральной катушки составляют соответственно 2,682 й и 0,100 й, а боковые катушки имеют длину 0,725 В, толщину поперечного сечения 0,1.90 й и центры их расположены на расстоянии 1,843 В от центра системы катушек. 1 ил. ных кйушек, в которых при определенном а соотношении параметров могут быть скомпенсированы члены ряда Тейлора с второгоа по шестой порядок и соответствующие им у р неоднородности магнитного поля, Недо- . статком этой системы является избыточное числа используемых катушек,Наиболее блиэкой к технической сущно- О сти к предлагаемой является система Матушек для создания статического магнитного поля; состоящая из одной центральной и двух боковых катушек, расположенных совсно и симметрично относительно центральной, При этом центральная катушка в поперечном разрезе имеет отношение толщины к длине около 0,08, а боковые - около 0,6, Отношение средних радиусов центральной и боковых катушек равно 1,3, а отношение ампер-витков катушек равно 0 6.Выполнение этих условий позволяет минимизировать члены ряда Тейлора с второго по шестой порядок.Основным недостатком такой системы является недостаточная однородность создаваемого магнитного поля, так как члены разложения в ряд Тейлора осевой составляющей магнитного поля восьмого и более высоких порядков оказываются неминимизированными и вносят неоднородность в магнитное поле, Кроме того, катушки указанной системы имеют неодинаковые внутренние радиусы и токи, что ухудшае технико-зкономические показатели системы,Цель изобретения - повышение однородности манитного поля системы катушки за счет минимизации членов разложения в ряд Тейлора с второго по восьмой порядок с одновременным улучшением технико-экономических показателей.Указанная цель достигается тем, что в системе круговых катушек для создания однородного магнитного поля, состоящей из центральной катушки и двух боковых, расположенных соосио и симметрично относительно центральной, катушки имеют одинаковый внутренний радиус, намотаны в одну сторону и электрически соединены последовательно, а другие их размеры определяются решением системы из четырех неравенств Носе, где Нос - коэффициент ряда Тейлора и-го порядка для осевой составляющей магнитного поля системы катушек, п=2, 4, 6, 8; ю - заданная точность,Таким условиям удовлетворяет система катушек с внутренним радиусом, обозначенным й, в которой длина и толщина поперечного сечения центральной катушки составляют соответственно 2.682 й и 0,100 Й, а боковые катушки имеют длину 0,725 В, толщину поперечного сечения 8,190 й и центры их расположены на расстоянии 1,843 В от центра системы катушек,Магнитная система имеет пять пзрз. метров, а именйо: толщина (а) й и длинз (2 ф Й центральной катушки, толщина(а) Й и длина вз-Д) В боковых катушек и полная длина системы 2 фз) й. Выбирая один из них, например а, в качестве независимого параметра и решив систему из четырех уравнений, левые части которых - выражении для коэффициентов ряда Тейлора второго, четвертого, шестого и восьмого порядков, легко определить значения остальных четырех параметров,На чертеже изображена, система круговых катушек, поперечный разрез.10 15 20 Система состоит из центральной катушки 1 и двух боковых катушек 2 и 3, установленных с возможностью перемещения относительно основания 4. Катушки 1-3 намотаны медным изолированным проводом прямоугольного сечения. Направление намотки у всех катушек одинаковое. Основание 4 выполнено из немагиитного материала, например, сплава АМЦ, и обеспечивает достаточную жесткость всей системы. Катушка 1 закреплена на основании 4 жестко, а катушки 2 и 3 имеют возможность перемещения относительно центральной в пределах 10 мм, что необходимо для регулирования их положения. Последовательное соединение катушек обеспечивает одинаковую величину проходящего по ним тока.Для системы из трех катушек, имеющей следующие параметры; а 1 ир 1 - параметры центральной катушки; аг, % и Рз - параметры боковой катушки, справедливы соотношения для коэффициентов ряда Тейлора п-го порядкаНпс= Нп(а ф 1)+ Но( а 2.-Нп(аА),Минимизация членов ряда с второго повосьмой порядок может быть достигнута решением системы из четырех неравенств 30 Н я, где и 2,4, 6, 8, е - заданная точность, В результате решения получены следующие значения параметров катушек: для центральной катушки - а 1" 1,100, Р 1=1,341; для боковых катушек - аг,190, Д,480, 35 Д=2,205.Использование системы катушек, у которой скомпенсированы члены разложения в ряд Тейлора осевой составляющей магнитного поля с второго по восьмой порядок, позволяет расширить область однородного, магнитного поля.В таблице приведены для сравнениярасчетные параметры прототипа и предлагаемой системы катушек.Выполнение конструктивных параметров а.ф, В при изготовлении системй катушек должно быть достаточно точным, Так, например, их изменение иа 0,1 ф приводит к уменьшению области однородного магнитного поля на 80,71 и 45 соответственно.При примерно равных габаритах и массе, одинаковых внутренних радиусах и индукции магнитного поля известных систем 55 рзсширенз область однородности магнитного поля предлагаемой системы иа Я 4Кроме того, за счет более рационального расположения центральной катушки мощность, потребляемая предлагаемой системой, примерно на 40 ниже, чем у прототипа,Формула изобретения Система круговых катушек для создания однородного магнитного поля, включающая центральную катушку и две боковые катушки, расположенные соосно и симметрично относительно центральной, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения однородности магнитного поля за счет минимизации членов разложения в ряд Тейло. ра осевой составляющей магнитного поля вцентре системы с второго по восьмой порядок включительно, катушки выполнены с одинаковым внутренним радиусом В, элект рически включены последовательно, длинацентральной катушки составляет 2,682 В, толщина поперечного сечения - 0,1 В, длина каждой боковой катушки составляет 0,725 В, толщина поперечного сечения 0,190 В, а 10 центры их расположены нэ расстоянии1,843 В от центра системы катушек;