Nella progettazione di componenti magnetici per risonanza magnetica, l'intensità e l'uniformità del campo magnetico sono indicatori di prestazione critici. Attraverso analisi teoriche e modelli di simulazione, i principali fattori che influenzano le prestazioni del campo magnetico possono essere riassunti come segue:
1. Progettazione del modello di magnetizzazione
Questo componente adotta una configurazione di magnetizzazione NS alternata (vedere Figura 1). Sebbene questa configurazione determini un campo magnetico superficiale leggermente inferiore rispetto alla tradizionale struttura di Halbach, offre transizioni di campo magnetico più fluide, il che è vantaggioso per l'uniformità e il controllo del campo. Viene utilizzata una struttura magnetica a 12 segmenti (Figura 2), confermata sia dai risultati delle simulazioni che dai riferimenti bibliografici. Studi futuri confronteranno questa struttura con una struttura a 16 segmenti attraverso test reali.
Figura 1
Figura 2
2. Dimensioni del magnete: diametro interno ed esterno
I diametri interno ed esterno dei magneti influiscono in modo significativo sull'intensità del campo magnetico:
- UN diametro interno più piccolosi traduce in un campo magnetico più elevatoed è il parametro chiave per la messa a punto.
- Mentre aumentando il diametro esternoinizialmente migliora il campo magnetico, ma oltre un certo punto il beneficio diminuisce e le dimensioni eccessive portano allo spreco di materiale.
Pertanto, è consigliabile seguire le linee guida comuni sul rapporto di aspetto dei magneti: lunghezza/diametro > 0,5, preferibilmente > 0,7, per trovare un equilibrio tra prestazioni e costi.
3. Effetto altezza magnetica
L'altezza del magnete influenza sia l'intensità che l'uniformità del campo. A causa di limitazioni di produzione, i singoli magneti non possono raggiungere l'altezza desiderata, quindi un struttura a pila segmentata viene utilizzato per rinforzare il design.
4. Prestazioni e stabilità del magnete
Considerando l'ambiente operativo, i magneti devono presentare una resistenza termica stabile. Questo progetto utilizza magneti classificati per 100°C per garantire un funzionamento affidabile a lungo termine.
5. Controllo dell'angolo di deviazione magnetica
La deviazione dell'angolo di magnetizzazione (angolo di deviazione magnetica) influisce sull'uniformità del campo. La maggior parte dei magneti viene caricata con un angolo, il che richiede un'elevata precisione. Ottimizziamo il processo di produzione per controllare la deviazione angolare entro limiti accettabili.
6. Gestione degli spazi di assemblaggio in array di magneti circolari
Ogni strato di anello magnetico è costituito da 12 segmenti magnetici disposti in cerchio. La precisione di queste giunzioni influenza direttamente il campo magnetico. Per ridurre l'errore cumulativo:
- Noi coppia di magneti con tolleranza negativa e positivaper un migliore allineamento.
- Controlliamo rigorosamente deviazione angolaredi ogni pezzo a ridurre al minimo gli errori di assemblaggio.
Immagine di simulazione del campo magnetico superficiale
Immagine di modellazione 3D
7. Controllo della planarità della pila
Le superfici terminali irregolari degli anelli magnetici impilati creano spazi vuoti nell'installazione e compromettono l'uniformità del campo magnetico. Utilizziamo rettificatrici per lavorare entrambe le superfici terminali degli anelli magnetici, per garantire:
- Superfici piane;
- Facce terminali parallele;
- Stretta integrazione di impilamento.
8. Angolo di installazione e allineamento dell'asse centrale
È necessario un allineamento preciso tra gli anelli magnetici per evitare disallineamenti direzionali che possono destabilizzare il campo:
- Gli anelli esterni sono progettati con fori per perni di posizionamento preimpostatiper garantire angoli di installazione coerenti.
- IL distribuzione del campo sull'asse centraleviene simulato (vedi Figura 3), e un margine di 40 mmè riservato nella progettazione per mantenere le fluttuazioni del campo magnetico entro regione SR target (20 mm) al minimo.
Figura 3
Letteratura di riferimento e piani di espansione
Rivista di riferimento: Rivista di fisica applicata, Vol. 104, 013910, 2008
Titolo dell'articolo: Ottimizzazione e miglioramento della progettazione del cilindro Halbach
Autori: R. Bjørk, CRH Bahl, A. Smith, N. Pryds
DOI: 10.1063/1.2952537
Valori teorici vs. valori misurati (unità: T / Gauss)
Regione | Valore teorico | Valore misurato | Intervallo di errore |
SR10 | 0,4954T, ±20Gs | 0,4853T, ±46Gs | Ben controllato, con lievi margini di miglioramento |
SR1 | 0,4956T, ±0,2Gs (≈40ppm) | 0,4853T, ±3Gs (≈618ppm) | La stabilità centrale necessita di ulteriore ottimizzazione |
SR10
SR1
Brevetti e risultati della simulazione
Questo disegno è accompagnato da domande di brevetto, e il completo simulazione del campo magnetico e modellazione strutturale 3D è stato completato. Il passaggio finale è assemblaggio e verifica del prototipo fisico.
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