Lors de la conception de composants magnétiques IRM, l'intensité et l'uniformité du champ magnétique sont des indicateurs de performance essentiels. L'analyse théorique et la modélisation par simulation permettent de résumer les principaux facteurs influençant les performances du champ magnétique comme suit :
1. Conception du modèle de magnétisation
Ce composant adopte une disposition d'aimantation NS alternée (voir figure 1). Bien que cette disposition génère un champ magnétique de surface légèrement inférieur à celui de la structure Halbach traditionnelle, elle offre des transitions de champ magnétique plus douces, ce qui est bénéfique pour l'uniformité et le contrôle du champ. Une structure magnétique à 12 segments est utilisée (figure 2), confirmée par les résultats de simulation et les références bibliographiques. Des études ultérieures compareront cette structure à une structure à 16 segments par des tests réels.
Figure 1
Figure 2
2. Conception de la taille de l'aimant : diamètre intérieur et extérieur
Les diamètres intérieur et extérieur des aimants affectent considérablement l'intensité du champ magnétique :
- UN diamètre intérieur plus petitaboutit à un champ magnétique plus élevéet est le paramètre clé pour le réglage.
- Alors que augmenter le diamètre extérieuraméliore initialement le champ magnétique, l'avantage diminue au-delà d'un certain point et une taille excessive conduit à un gaspillage de matière.
Il est donc conseillé de suivre les directives courantes en matière de rapport hauteur/largeur des aimants : longueur/diamètre > 0,5, de préférence > 0,7, pour trouver un équilibre entre performance et coût.
3. Effet de la hauteur de l'aimant
La hauteur de l'aimant influence à la fois l'intensité et l'uniformité du champ. En raison de limitations de fabrication, les aimants seuls ne peuvent atteindre la hauteur souhaitée. structure de pile segmentée est utilisé pour renforcer la conception.
4. Performances et stabilité de l'aimant
Compte tenu de l'environnement d'utilisation, les aimants doivent présenter une résistance thermique stable. Cette conception utilise des aimants homologués pour 100°C pour assurer un fonctionnement fiable à long terme.
5. Contrôle de l'angle de déviation magnétique
La déviation de l'angle de magnétisation (angle de déviation magnétique) affecte l'uniformité du champ. La plupart des aimants sont chargés selon un angle précis, ce qui exige une grande précision. Nous optimisons le processus de production pour contrôler l'écart angulaire dans des limites acceptables.
6. Gestion des espaces d'assemblage dans les réseaux d'aimants circulaires
Chaque couche d'anneau magnétique est composée de 12 segments magnétiques disposés en cercle. La précision de ces assemblages influence directement le champ magnétique. Pour réduire l'erreur cumulative :
- Nous paire d'aimants à tolérance négative et positivepour un meilleur alignement.
- Nous contrôlons strictement déviation angulairede chaque pièce à minimiser les erreurs d'assemblage.
Image de simulation du champ magnétique de surface
Image de modélisation 3D
7. Contrôle de la planéité de la pile
Les surfaces d'extrémité irrégulières des anneaux magnétiques empilés créent des jeux d'installation et nuisent à l'uniformité du champ magnétique. Nous utilisons des rectifieuses pour usiner les deux faces d'extrémité des anneaux magnétiques afin de garantir :
- Surfaces planes;
- Faces d'extrémité parallèles ;
- Intégration d'empilement étroite.
8. Angle d'installation et alignement de l'axe central
Un alignement précis entre les anneaux magnétiques est nécessaire pour éviter un désalignement directionnel, qui peut déstabiliser le champ :
- Les bagues extérieures sont conçues avec trous de positionnement prérégléspour garantir des angles d'installation cohérents.
- Le distribution du champ de l'axe centralest simulé (voir figure 3), et un marge de 40 mmest réservé dans la conception pour maintenir les fluctuations du champ magnétique dans les région SR cible (20 mm) au minimum.
Figure 3
Littérature de référence et plans d'expansion
Journal de référence : Journal de physique appliquée, Vol. 104, 013910, 2008
Titre de l'article : Optimisation et amélioration de la conception des cylindres Halbach
Auteurs : R. Bjørk, CRH Bahl, A. Smith, N. Pryds
DOI : 10.1063/1.2952537
Valeurs théoriques et valeurs mesurées (unité : T/Gauss)
Région | Valeur théorique | Valeur mesurée | Plage d'erreur |
SR10 | 0,4954 T, ± 20 Gs | 0,4853 T, ± 46 G | Bien maîtrisé, avec une légère marge d'amélioration |
SR1 | 0,4956 T, ± 0,2 Gs (≈ 40 ppm) | 0,4853 T, ± 3 Gs (≈ 618 ppm) | La stabilité du centre nécessite une optimisation supplémentaire |
SR10
SR1
Brevets et résultats de simulation
Cette conception est accompagnée de demandes de brevet, et le complet simulation de champ magnétique et modélisation structurelle 3D est terminée. La dernière étape est assemblage et vérification de prototypes physiques.
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