Синтез оптимальных структур источников магнитного поля электротехнических устройств

• Автор: Дергачев, Павел Андреевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Оптимальные структуры с постоянными магнитами и катушками с током для создания и управления магнитным полем в электротехнических устройствах
1.1 Применение пространственных структур с постоянными магнитами в электротехнических устройствах
1.2 Управление магнитным полем в магнитной системе МРТ с постоянными магнитами открытого типа

1.3 Создание магнитного поля магнитной системой МРТ со сверхпроводящими катушками

2. Методика построения оптимальных намагниченных структур электротехнических устройств

2.1 Постановка задачи синтеза оптимальных намагниченных структур

2.2 Алгоритм оптимизации для решения обратной задачи

2.3 Структура программного обеспечения для синтеза оптимальных структур

2.4 Системы с однородным полем
2.5 Ротор электрической машины
2.6 Системы с применением гибридных материалов
2.7 Сопоставление механических параметров магнитоэлектрических машин, изготовленных из различных материалов
3. Настройка магнитной системы МРТ с постоянными магнитами
3.1 Конструкция магнитной системы МРТ с постоянными магнитами
3.2 Постановка задачи
3.3 Сферические гармоники
3.4 Сфероидальные гармоники
3.5 Методика настройки однородности магнитного поля магнитной системы томографа с постоянными магнитами
3.6 Структура программного обеспечения для настройки магнитной системы МРТ
3.7 Результат настройки магнитной системы с постоянными магнитами открытого типа
4. Синтез геометрии сверхпроводящих катушек для МРТ туннельного типа
4.1 Постановка задачи
4.2 Расчет поля, создаваемого катушкой произвольной формы
4.3 Влияние дискретного разбиения катушек на точность расчета
4.4 Секторальные сферические гармоники
4.5 Методика синтеза геометрии катушек
4.6 Структура программного обеспечения синтеза сверхпроводящих катушек
4.7 Результаты синтеза сверхпроводящих катушек для магнитной системы МРТ туннельного типа
Заключение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение
В ряде электротехнических устройств: электрических аппаратах, электрических машинах, медицинских приборах и установках для физических исследований, необходимо создавать определенную топографию магнитного поля в объеме рабочей области с высокой точностью. В качестве источников магнитного поля применяются постоянные магниты и катушки с током. Достижение необходимых технических параметров с лучшими экономическими показателями изделия требует решения оптимизационных задач поиска наилучших конструктивных компоновок постоянными магнитами и катушками. Определение таких конструктивных компоновок, иначе оптимальных магнитных структур, относится к обратным задачам стационарного магнитного поля, которые отличаются некорректностью и неоднозначностью решений.
Принцип формирования магнитного поля системой определенным образом ориентированных постоянных магнитов, обладающих минимальными полями рассеяния, был предложен Маллинсоном в 1973 году. На практике такой подход применил Клаус Халбах в 1980-ых годах в магнитной системе для фокусировки пучка элементарных частиц в ускорителе, впоследствии названной его именем, С развитием производства редкоземельных постоянных магнитов, имеющих в диапазоне рабочих полей слабо изменяющуюся намагниченность, этот принцип стали применять и в других системах, в первую очередь в электрических машинах. Это позволяет повысить эффективность использования постоянных магнитов и улучшить технические параметры электрических машин. Однако широкое применение таких магнитных структур сдерживается отсутствием методов и программных средств для их проектирования, а также недостаточной проработкой технологии изготовления.
Помимо систем, использующих в качестве источников магнитного поля постоянные магниты, существует большое многообразие конструкций, источниками магнитного поля в которых являются катушки с током. Наряду с обыч-

ей выйти в лидеры. Тем не менее, сегодня эта компания не предлагает высокопольные томографы открытого типа. Их отсутствие компенсируется укороченными томографами туннельного типа. Рассмотрим наиболее совершенные из них [25, 26]. Наиболее короткий вариант магнитной системы с полем 1,5 Тл применен в модели MAGNETOM Espree. Длина магнитной системы всего 1250 мм, при этом сохранен комфортный внутренний диаметр 700 мм. Масса этой системы 3,5 Т, а рабочая область - сфера диаметром 500 мм.
Компания Siemens уже производит системы с полем 3,0 Тл для медицинских исследований со всеми преимуществами предыдущих систем. Одна из последних систем с таким полем - система MAGNETOM Verio. Она имеет комфортный внутренний диаметр 700 мм, ее длинна 1730 мм, при весе 6,4 Т (рис. 1.23), рабочая область также сфера диаметром 500 мм.
Рис. 1.23. Внешний вид помещения для установки томографа Siemens MAGNETOM Verio
Еще одним лидером рынка современных томографов является компания Philips [27]. Эта компания также предлагает решения с полем 1,5 Тл и 3,0 Тл, но в их модельном ряде уже появляются системы открытого типа с полем 1,5 Тл. Один из последних томографов фирмы Philips туннельного типа - томограф Achieva XR. Этот томограф изначально поставляется с полем 1,5 Тл, но уже на