(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210585621.5 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 四川大学华西医院 地址 610000 四川省成 都市武侯区国学巷 37号 (72)发明人 樊庆文　魏全　裴宏亮　孙峰辉　 (74)专利代理 机构 成都环泰专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 51242 专利代理师 李斌　李辉 (51)Int.Cl. H01F 27/34(2006.01) H01F 27/28(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场 (57)摘要 本发明公开了一种补偿式亥姆赫兹线圈磁 场， 包括以下步骤： S1： 在标准的亥姆赫兹线圈的 中间增加一个和主线圈参数相同的补偿线圈， 三 个线圈之间的轴向距离等于线圈半径， S2： 建立 补偿式亥姆赫兹线圈的空间磁场数学模型， 研究 补偿式亥姆赫兹线圈的磁场分布 规律， 优化主线 圈与补偿线圈的电流比值， 确定补偿式亥姆赫兹 线圈的物理参数， 可以得到补偿式线圈的有效均 匀磁场最大的空间大小。 该补偿式亥姆赫兹线圈 磁场， 在补偿式亥姆赫兹线圈的磁场模型中， 相 比于标准亥姆赫兹线圈有效均匀磁场空间增加 了80％。 补偿式亥姆赫兹线圈具有有效磁场均匀 度高， 有效面积大， 磁场强度与电流强度等比例 增加的优点， 能够满足对均匀磁场的空间大小要 求。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115020089 A 2022.09.06 CN 115020089 A 1.一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 在标准的亥姆赫兹线圈的中间增加一个和主线圈参数相同的补偿线圈， 三个线圈 之间的轴向距离等于线圈半径； S2： 建立补偿式亥姆赫兹线圈的空间磁场数学模型， 研究补偿式亥姆赫兹线圈的磁场 分布规律， 优化主线圈与补偿线圈的电流比值， 确定补偿式亥姆赫兹线圈的物理参数， 可以 得到补偿式线圈的有效均匀磁场最大的空间大小； S3： 补偿式亥姆赫兹线圈是在标准亥姆赫兹线圈的基础上， 将原来的间距增大两个线 圈之间的轴向距离2R， 增加一个半径和匝数与主线圈相同的补偿线圈， 且补偿线圈与主线 圈之间的距离等于线圈的半径R， 以中心线圈中心 为坐标原 点， 以线圈轴向方向为y轴， 以线 圈竖直方向为Z轴方向， 以线圈垂 直方向为X轴方向， 空间中存在一点P， 点P 到三线圈的方向 向量为 点P与三个线圈的竖直方向的夹角为( θ1, θ2, θ3)， 且θ1＝θ2＝θ3， 空间点p 在空间中的坐标为(rx,x,rz)， 线圈大小为R； S4： 补偿式亥姆赫兹线圈在P点处产生的磁场由两个主线圈和补偿线圈在此处产生的 磁场叠加而成， 该磁场可通过公式计算得出， 当补偿式亥姆赫兹线圈的尺 寸参数(R,L,N)一 定， 主线圈与补线圈的电流同时增大n(n为任意数)倍时， 空间中任一点的磁感应强度也会 增大n倍； S5： 计算不同主副线圈电流比最优化值， 采取不同的k值计算在主线圈在不同比例电流 的时候， 取 得磁场均匀度为5％的最大区域矩形面积； S6： 在保证磁感强度误差5％以内时， 有效均匀磁场 面积随主线圈电流与补偿线圈电流 的比值的增大而先增大后减小， 在比值为1.56时， 取得最大值， 占的轴向线圈面积最大， 在 固定硬件的条件下， 其有效面积不 随电流变化而变化， 也同时证明了补偿 式亥姆赫兹线圈 尺寸固定的情况 下， 磁场强度与电流大小成正比。 2.根据权利要求1所述的一种补偿式亥姆赫兹线 圈磁场， 其特征在于： 所述主线 圈和所 述副线圈的电流比为 I1:I2＝1.56。 3.根据权利要求1所述的一种补偿式亥姆赫兹线 圈磁场， 其特征在于： 所述主副线 圈的 半径为R， 主副线圈的间隔为R。 4.根据权利要求1所述的一种补偿式亥姆赫兹线 圈磁场， 其特征在于： 所述线圈的匝数 设置为n， 线圈的磁场为Bo， 且 5.根据权利要求3所述的一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场， 其特征在于： 所述步骤S3以y 轴、 Z轴和X轴设置三维空间， 单线圈的磁场强度为(Bx,By,Bz)， 通过毕奥 ‑萨伐尔定律知计算 磁场强度的 即可计权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115020089 A 2算出单线圈的磁场强度。 6.根据权利要求5所述的一种补偿式亥姆赫兹线 圈磁场， 其特征在于： 所述单线 圈的圆 心设置为 坐标原点， μ0为真空中的磁导 率， I为电流， 为电流源单位向量， 为空间点p到电 流源的方向向量， r0为P点到电流源的距离， 线圈匝数为n， R为线圈大小， rz为空间点到线圈 轴向的距离， θ 为空间点与线圈竖直方向的夹角， x为空间点p到线圈中心的距离 。 7.根据权利要求1所述的一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场， 其特征在于： 所述步骤S4中公 式为 8.根据权利要求7所述的一种补偿式亥姆赫兹线圈磁场， 其特征在于： 所述步骤S4公式 中 μ0为真空中的磁 导率， I为电流， N为线圈匝数， rz为P点到线圈轴向的距离， R为线圈大小， θ 为空间点与线圈竖直方向的夹角， x为空间点p到线圈中心的距离， k为主副线圈的比例系 数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115020089 A 3