一种八边形轴向匀场线圈设计方法与流程

文档序号:24160933发布日期:2021-03-05 16:44阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种八边形轴向匀场线圈设计方法,其特征在于,以轴向匀场目标区域安装的线圈对轴向间距最大值和线圈对轴向间距最小值的约束为出发点,以轴向匀场目标区域的轴向磁场非均匀度为着眼点,以八边形线圈的边长比值,八边形线圈长边与轴向间距最大值的比值,每一组八边形线圈的轴向间距,以及不同组八边形线圈的匝数为约束条件进行轴向匀场线圈设计以确定八边形轴向匀场线圈的结构参数。2.根据权利要求1所述的八边形轴向匀场线圈设计方法,其特征在于,所述设计方法包括以下步骤:步骤1,设定目标均匀区的形状为边长为a的正方体区域,以目标均匀区的磁场非均匀度ε0作为设计线圈的目标,在正方体区域中产生目标磁场的方向上的中心轴线上等间隔取m个目标点p(m),用于评估轴向上的磁场非均匀度的分布情况;步骤2,以步骤1所述正方体区域的中心点作为原点,建立以原点为中心的对称的八边形线圈,该八边形线圈为隔边相等的线圈形状。设定线圈组轴向间距最大值为d
max
,设定线圈组轴向间距最小值为d
min
,设定八边形线圈的长边的最大边长为l
up
,定义需要确定的线圈参数为:八边形线圈的短边与长边的比值δ、八边形线圈长边与轴向间距最小值的比值σ
min
、每一组八边形线圈的轴向间距d
i
、不同组八边形线圈的匝数n
i
,其中i=2,3,4...,最外侧的线圈对的匝数n1设为1;步骤3,根据轴线上某目标点p(m)到某一根直导线的距离r
mk
,其中m为整数表示目标点的标号,k为直导线的标号,目标点p(m)到直导线起点的连线与该导线电流方向的夹角θ
1mk
和目标点p(m)到直导线终点的连线与该导线电流方向的夹角θ
2mk
,计算轴上各目标点处的轴向磁感应强度b
z
;步骤4,根据轴线中心点处的磁感应强度b
z
(z0)和轴线上不同位置的磁感应强度b
z
(z
p
),计算轴向坐标区域范围内的最大非均匀度ε
max
;步骤5,首先以单组线圈的形式,根据匀场要求建立非线性规划模型:式(1)中δ表示八边形线圈的短边与长边的比值,σ
min
表示八边形线圈长边与轴向间距最小值的比值,d1表示单线圈组的轴向间距,寻找到约束条件范围内使得轴向坐标区域范围内的最大非均匀度ε
max
的最小的待确定参数值;步骤6,求解上述模型,判断ε
max
≤ε0是否成立,若成立,则输出线圈参数;若仍无法得到满足条件的优化参数,则将公式(1)中求解得到的δ、σ
min
,将其作为已知量,从而确定八边形线圈的长边的长度l和短边的长度l;步骤7,沿轴向对称增加一组轴向间距更大的八边形线圈对,并建立对应的非线性规划模型:
式(2)中,设定最内侧的线圈组间距d1为d
min
,然后执行上述优化模型,寻找到约束条件范围内使得轴向坐标区域范围内的最大非均匀度ε
max
的最小的待确定参数值,判断若无法得到ε
max
≤ε0则调整d1的为d1+0.1
·
d
min
,以此类推,直至d1≥d
max
或找到满足ε
max
≤ε0的参数值时停止;步骤8,若仍无法得到满足的优化参数则重复步骤(7),直至得到满足设计要求的线圈参数,输出具体参数。3.根据权利要求2所述的八边形轴向匀场线圈设计方法,其特征在于,所述的八边形线圈的内角均为135
°
。4.根据权利要求2所述的八边形轴向匀场线圈设计方法,其特征在于,所述的磁场非均匀度ε0可用公式计算得到,一般取值为0.01%~1%。5.根据权利要求2所述的八边形轴向匀场线圈设计方法,其特征在于,所述八边形轴向线圈组轴向间距最大值d
max
≥a,且a/2≤d
min
·
σ
min
≤l
up
,其中a为均匀区的边长值。6.根据权利要求2所述的八边形轴向匀场线圈设计方法,其特征在于,所述的沿正方体区域的轴线等间隔取的目标点个数m为奇数。7.根据权利要求2所述的八边形轴向匀场线圈设计方法,其特征在于,由所述步骤7得到的匝数n
i
,若匝数不为整数则需要取整。8.根据权利要求2所述的八边形轴向匀场线圈设计方法,其特征在于,非线性规划模型采用内点法、梯度下降法的数值优化算法或粒子群算法的智能优化算法实现非线性优化求解。
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