Halbach MRI 자기 부품 설계 개념 및 자기장 최적화 분석

2025년 7월 14일

MRI 자기 부품 설계에서 자기장 강도와 균일성은 중요한 성능 지표입니다. 이론적 분석과 시뮬레이션 모델링을 통해 자기장 성능에 영향을 미치는 주요 요인을 다음과 같이 요약할 수 있습니다.

1. 자화 패턴 설계

이 구성 요소는 교번 NS 자화 배열을 채택합니다(그림 1 참조). 이 레이아웃은 기존 할바흐 구조에 비해 표면 자기장이 약간 낮지만, 더 부드러운 자기장 전이를 제공하여 자기장 균일성 및 제어에 유리합니다. 12세그먼트 자석 구조가 사용되었으며(그림 2), 이는 시뮬레이션 결과와 참고 문헌을 통해 확인되었습니다. 향후 연구에서는 실제 실험을 통해 이 구조를 16세그먼트 구조와 비교할 예정입니다.

2. 자석 크기 설계: 내경 및 외경

자석의 내경과 외경은 자기장 강도에 상당한 영향을 미칩니다.

에이 더 작은 내경결과는 더 높은 자기장튜닝의 핵심 매개변수입니다.
하는 동안 외경 증가처음에는 자기장을 향상시키지만, 특정 지점을 넘어서면 효과가 감소하고, 크기가 너무 크면 재료 낭비가 발생합니다.

따라서 일반적인 자석 종횡비 지침을 따르는 것이 좋습니다. 길이/직경 > 0.5, 바람직하게는 > 0.7성능과 비용 간의 균형을 맞추기 위해.

3. 자석 높이 효과

자석의 높이는 자기장 세기와 균일성에 영향을 미칩니다. 제조상의 한계로 인해 단일 자석으로는 원하는 높이에 도달할 수 없으므로, 세그먼트화된 스택 구조 디자인을 강화하는 데 사용됩니다.

4. 자석 성능 및 안정성

작동 환경을 고려할 때 자석은 안정적인 열 저항을 가져야 합니다. 이 설계는 다음 등급의 자석을 사용합니다. 100°C 안정적인 장기 운영을 보장합니다.

5. 자기 편차 각도 제어

자화 각도(자기 편각)의 편차는 자기장 균일성에 영향을 미칩니다. 대부분의 자석은 특정 각도로 충전되므로 높은 정밀도가 요구됩니다. 당사는 생산 공정을 최적화하여 허용 한계 내에서 각도 편차를 제어합니다..

6. 원형 자석 어레이의 조립 간격 처리

각 자기 링 층은 원형으로 배열된 12개의 자석 세그먼트로 구성됩니다. 이러한 조인트의 정밀도는 자기장에 직접적인 영향을 미칩니다. 누적 오차를 줄이려면:

우리 음극 및 양극 허용 오차 자석 쌍더 나은 정렬을 위해.
우리는 엄격하게 통제합니다 각도 편차각 조각의 조립 오류 최소화.

7. 스택 평탄도 제어

적층된 자석 링의 단면이 고르지 않으면 설치 간격이 발생하고 자기장 균일성이 손상됩니다. 당사는 연삭기를 사용하여 자석 링의 양면을 가공하여 다음과 같은 품질을 보장합니다.

평평한 표면;
평행한 끝면;
긴밀한 스태킹 통합.

8. 설치 각도 및 중심축 정렬

방향 오정렬을 방지하려면 자기 링 사이의 정확한 정렬이 필요하며, 이는 자기장을 불안정하게 만들 수 있습니다.

외부 링은 다음과 같이 설계되었습니다. 사전 설정된 위치 핀 구멍일관된 설치 각도를 보장합니다.

그만큼 중심축 필드 분포시뮬레이션됩니다(그림 3 참조). 40mm 여백자기장 변동을 일정 범위 내로 유지하기 위해 설계에 예약되어 있습니다. 타겟 SR 영역(20mm) 최소한으로.

참고 문헌 및 확장 계획
참고 저널: 응용물리학 저널, 제104권, 013910, 2008
기사 제목: Halbach 실린더 설계의 최적화 및 개선
저자: R. Bjørk, CRH Bahl, A. Smith, N. Pryds
DOI: 10.1063/1.2952537

이론값 대 측정값 (단위: T / 가우스)

지역	이론적 가치	측정된 값	오차 범위
SR10	0.4954T, ±20Gs	0.4853T, ±46Gs	잘 통제되고 있지만 개선의 여지가 약간 있습니다.
SR1	0.4956T, ±0.2Gs(≈40ppm)	0.4853T, ±3Gs (≈618ppm)	센터 안정성이 더욱 최적화되어야 합니다.