专利名称：以涡状密绕通电线圈产生磁场的装置的制作方法
技术领域：
本发明所属领域主要是生物磁工程学，但亦可转用于其它电磁学技术领域。
在这些领域中，一项基本技术就是产生某种状态(类型、强度、分布)的频率不太高的外加磁场，使其通过某个弱磁性介质空间如机体，并对之发生特定类型、强度、分布的理化或生物学效应，而且常常要求该效应局限于某区域并达到特定深部，这往往首先就要求在避免机械侵入该空间的条件下外加磁场在该弱磁性介质空间内尽量局限而均匀地分布，典型形态就是其磁力线从周围向一中轴以同等程度集中。根据电磁学理论，如果其磁源元电流(本申请文件中磁源电流均指传导电流)在空间上连续分布，则必然归元为以磁力线中轴为共轴的连续排列的同向圆线电流且电流大小相等，其实物形式即一根通电的细长绝缘导线共轴密绕成一个旋转面(即或磁源是磁性材料，其电磁学性质与几何外形也应相当于这种形式)，这就是所需磁源的部件的最一般形式。
另外，为进一步加强特定深部的效应，常采取将外加磁场集中叠加或扫描(后者的前提是效应有延续性，如热效应)。为此目的，同时也为了减少不利影响，外加磁场的作用部位应有选择余地，这往往取决于磁源部件和机体几何上的特点及相互关系。
在现有技术中，磁源部件的位置及相应的形式不外乎两种情况1.磁源部件在其产生的磁力线的一端或两端，可称为“磁头式”。例如中国专利申请92110106.6公开的一种多功能强磁治疗机，由电容器组在单片机控制下向一对磁极输出脉冲信号，将磁极分置于人体两侧某些穴位形成脉冲强磁场，可用来溶石、排石。不难看出，磁头作用部位可有选择余地，但在现有技术中，磁头或者是永磁体，或者是少数线圈，或者是螺线管，外加磁场梯度必然很大，使局限性与均匀性难以兼顾。
2.磁源部件在其产生的磁力线周围，通常即用通电线圈环绕部分机体，简称“绕体式”。这样在线圈内部形成了磁路，但却限制了外加磁场作用部位的选择性，如还需加强特定深部的效应或避开不利作用部位就困难了。
可见，现有技术未能完善实现生物磁工程学的基本要求，而且根本问题就在于磁源线圈的组合方式简单套用电工学中的螺线管形式。
本发明的目的就是从根本上革新磁源部件的形式，从而更好地满足生物磁工程学的本质性要求，使该领域能有突破性进展，并广泛应用到各相关领域。
本发明以涡状密绕通电线圈作为磁头式的磁源部件。这种磁源部件的一般形式如前述，它的特征可概括为1.“电”，“线”本质要点是使磁源电流连续分布且电流密度大小均等，一般作法即采用一根绝缘长导线，其电阻率均一(尽量减小，可为超导体)，横截面全等且足够小(与绕成的旋转面的几何参数相比)，通以工作电流Ⅰ;
2.“密”本质要点同上，一般作法是尽量缩小相邻线圈的间隔包括绝缘层厚度;
3.“绕”本质要点是使各磁源电流共轴同向环流，一般作法是将上述导线共轴密绕成一个旋转面-不包括螺线管或其它现有技术中的通电线圈组合方式-密绕系数记作n，与该旋转面的几何参数一起称为该磁源部件的结构参数。
空间某点的磁场强度H就取决于各磁源部件的工作电流、结构参数及其与该点的位置关系的参数(简称位置参数)，这些即磁源工作参数。
可以证明，上述磁源部件若采取磁头式，则使外加磁场局限而均匀地分布的最佳形式或称代表形式即平面密绕线圈，这时结构参数即密绕系数n和所绕成的圆环内径x0，外径x，所产生的磁力线在以内圆为底的一段圆柱内较为集中，在中轴上距线圈中心为y处，H=nI2(lnx+x2+y2x0+x20+y2-xx2+y2+x0x20+y2) 设u=xx0,ν=yx0,]]>则H＝nI2(lnu+u2+ν21+1+ν2-uu2+ν2+11+ν2)]]>H方向符合右手螺旋定则。
在线圈中心处(v＝0)，H＝ (nⅠ)/2 lnu若磁源部件为多个，则各自产生的H矢量叠加。
该磁源部件一般外型不很大，通过电流频率也不太高，产生的磁场又主要处于弱磁性介质，故可作为集总电路元件并模型化为一个定常线性电感串联和/或并联定常线性电阻，共参数值可由普通电工测量技术予以分析标定。
以上是本发明的内容，与现有技术相比有以下优点1.磁源工作参数可简便、灵活、精确地调整，而原则上就能精确产生任意状态的磁场并且-在频率不太高时-较为局限而均匀地穿过一段弱磁性介质空间如机体，这样非常有利于调控在一定深度的局部发生特定类型、强度、分布的效应;
2.可将外加磁场集中叠加或扫描以进一步加强特定深部的效应，并避开不利的作用部位;
3.可避免机械侵入该弱磁性介质空间。
本发明在实施中与现有的用通电线圈产生磁场的磁技术的区别仅仅在于线圈的组合方式，其它方面原则上相同，较完善的实施系统除磁源外还包括以下装置及技术(一)提供磁源工作条件的部分，包括1.磁屏蔽将一切可能干扰所需外加磁场的磁场屏蔽在外，其实施符合普通磁屏蔽技术。
2.磁源电源向相互并联的各磁源部件提供电能，其实施符合普通电工技术。
3.其它如使磁源部件导线成为超导体的低温技术等。
(二)磁源工作参数的受控部分，包括1.磁源电流的受控部分向各磁源部件输出可控的工作电流，包括在磁源部件总电路中输出总工作电流的部分和在各磁源部件分电路中输出分部件工作电流的部分，其实施符合普通电子电工技术。
2.磁源部件结构参数的受控部分各磁源部件两端均有选择接头，原则上能选择性接通该部件任意两个不相邻线圈，其实施符合普通电工技术。
3.磁源位置参数的受控部分用来调控各磁源部件与外加磁场作用部位的位置关系，其实施符合普通机械移位技术。
(三)磁源工作参数及效应相关参数、效应参数的监测部分，包括1.磁源电流的监测部分检测各磁源部件工作电流，其实施符合普通电流测量技术。
2.磁源部件结构参数的监测部分检查各磁源部件两端接头情况，其实施符合普通电工技术。
3.磁源位置参数的监测部分测量各磁源部件与外加磁场作用部位的位置关系，其实施符合普通机械移位测量技术。
4.效应相关参数的监测部分检测外加磁场在其工作介质或模拟介质中的磁介质参数及其它效应相关参数，其实施符合相应的生物医学工程学检测技术。
5.效应参数的监测部分检测外加磁场在其工作介质或模拟介质中的磁场状态参数及其它效应参数，其实施符合相应的生物医学工程学检测技术。
(四)反馈控制部分根据生物磁工程学对外加磁场状态的具体要求，制定磁源工作参数值及其范围，向磁源工作参数的受控部分发出控制信息，并收集监测部分的实测信息，进行比较、分析、相应作出调整。其实施的理论依据是外加磁场效应的机理模型和磁源工作参数与外加磁场状态的关系，实施手段最好借助电脑与自动化技术。该部分包括1.短馈控制部分对磁源各工作参数分别短馈控制。
2.长馈控制部分收集磁源工作参数及效应相关参数的实测信息，得出理论效应参数值，与实测的及制定的效应参数值进行比较、分析，对控制信息作相应调整。
权利要求
1.本发明所属领域主要是生物磁工程学，主题是产生通过机体等弱磁性介质空间的非高频外加磁场的磁源部件的形式，与现有技术相比较，本发明特征为以涡状密绕通电线圈作为磁头式磁源部件，在避免机械侵入该弱磁性介质空间的条件下，使外加磁场在该空间内更为局限而均匀地分布，而外加磁场作用部位仍有选择余地。
2.根据权利要求1所述的涡状密绕通电线圈，其特征为将一根通以工作电流的绝缘导线共轴密绕成一个旋转面-不包括螺线管或其它现有技术中的通电线圈组合方式-所用导线电阻率均一，横截面全等且足够小(与绕成的旋转面几何参数相比)，并尽量缩小相邻线圈的间隔包括绝缘层厚度。
3.根据权利要求1所述的磁头式磁源部件，其特征为磁源部件在其产生的磁力线的一端或两端。
4.根据权利要求2所述的涡状密绕通电线圈，作为根据权利要求3所述的磁头式磁源部件，代表形式为平面密绕线圈，其特征为通电导线密绕成一个平面圆环。
全文摘要
本发明为以涡状密绕通电线圈产生磁场的装置，所属领域主要是生物磁工程学，主题是产生通过机体等弱磁性介质空间的非高频外加磁场的磁源部件的形式，其特征为以涡状密绕通电线圈作为磁头式磁源部件，在避免机械侵入该弱磁性介质空间的条件下，使外加磁场在该空间内更为局限而均匀的分布，而外加磁场作用部位仍有选择余地。可用于各相关领域，使外加磁场在弱磁性介质空间内一定深度的局部发生特定类型、足够强度的效应。
文档编号H01F7/20GK1097895SQ9410594
公开日1995年1月25日 申请日期1994年6月4日 优先权日1994年6月4日
发明者郭晓峰 申请人:郭晓峰