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,相關(guān)仿真參數(shù)的設(shè)置如表1所示?通電線圈是一個(gè)封閉的體,需要指定源的方向,建立Section面進(jìn)行定義,如圖4所示?1.3控制方程SKH45T磁場(chǎng)成形壓機(jī)通過(guò)通電線圈產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),通電線圈為亥姆霍茲線圈[10-11],亥姆霍茲線圈可以在公共軸線中點(diǎn)附近產(chǎn)生較大范圍的均勻磁場(chǎng),亥姆霍茲線圈是由一對(duì)匝數(shù)和半徑相同[12]?繞線厚度相同且同軸平行放置的圓形單線圈組成,左右兩個(gè)線圈串聯(lián)

發(fā)射和接收極線圈是一種用于無(wú)線通信和無(wú)線能量傳輸?shù)难b置，通常與磁芯結(jié)合使用。發(fā)射極線圈是一個(gè)線圈，通過(guò)通電產(chǎn)生交變電流，從而在周圍產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)與接收極線圈中的磁芯產(chǎn)生相互耦合，從而傳輸電能或信號(hào)。接收極線圈通常也是一個(gè)線圈，通過(guò)與發(fā)射極線圈的磁場(chǎng)耦合，感應(yīng)到隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，并將其轉(zhuǎn)換為電能或信號(hào)。磁芯是發(fā)射和接收極線圈中的一個(gè)重要組成部分。

然而，如果鳥籠線圈內(nèi)的磁場(chǎng)分布由于其設(shè)計(jì)而發(fā)生波動(dòng)，圖像質(zhì)量就會(huì)很差，這對(duì)醫(yī)生診斷病人的能力產(chǎn)生負(fù)面影響。為了幫助醫(yī)生避免這個(gè)問(wèn)題，工程師可以通過(guò)仿真來(lái)優(yōu)化 MRI 鳥籠線圈的設(shè)計(jì)。在 COMSOL Multiphysics? 中設(shè)計(jì)和優(yōu)化 MRI 鳥籠式線圈 我們今天討論的案例模型展示了如何設(shè)計(jì)一個(gè)鳥籠線圈，并優(yōu)化它在人體頭部造影周圍的磁場(chǎng)，用來(lái)創(chuàng)造所需的磁場(chǎng)分布。

然而，如果鳥籠線圈內(nèi)的磁場(chǎng)分布由于其設(shè)計(jì)而發(fā)生波動(dòng)，圖像質(zhì)量就會(huì)很差，這對(duì)醫(yī)生診斷病人的能力產(chǎn)生負(fù)面影響。為了幫助醫(yī)生避免這個(gè)問(wèn)題，工程師可以通過(guò)仿真來(lái)優(yōu)化 MRI 鳥籠線圈的設(shè)計(jì)。在 COMSOL Multiphysics? 中設(shè)計(jì)和優(yōu)化 MRI 鳥籠式線圈 我們今天討論的案例模型展示了如何設(shè)計(jì)一個(gè)鳥籠線圈，并優(yōu)化它在人體頭部造影周圍的磁場(chǎng)，用來(lái)創(chuàng)造所需的磁場(chǎng)分布。

科學(xué)家使用亥姆霍茲線圈來(lái)產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)，用于研究電磁場(chǎng)及其特性。在 MRI、光譜學(xué)、磁阻測(cè)量和設(shè)備校準(zhǔn)中都會(huì)使用這類設(shè)備。這篇文章，我們將介紹什么是亥姆霍茲線圈，為什么它如此重要，以及使用仿真方法對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。使用亥姆霍茲線圈產(chǎn)生均勻磁場(chǎng) 磁場(chǎng)由移動(dòng)電荷產(chǎn)生，當(dāng)電荷在空間中移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)時(shí)，能夠建立磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)不均勻時(shí)，物體在各處的磁場(chǎng)均不同。

我校在開(kāi)展電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，均采用仿真實(shí)踐相結(jié)合的形式，例如在螺線管線圈磁場(chǎng)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，一方面借助毫特斯拉計(jì)和磁感應(yīng)法對(duì)螺線管 線圈軸線上的磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，另一方面借助ANSYS Maxwell軟件對(duì)空心和鐵芯螺線管線圈進(jìn)行仿真建模，與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，查看線圈周圍的磁場(chǎng)分布 情況。通過(guò)軟件展示的場(chǎng)圖，可使學(xué)生更清晰、直觀地觀察磁場(chǎng)的分布情況。

導(dǎo)線中的電流（黑色箭頭）會(huì)在周圍空氣域產(chǎn)生磁場(chǎng)（彩色箭頭）。實(shí)際上，在解決上述模型的過(guò)程中，還有一些其他的假設(shè)。首先，我們可以看到，線圈周圍有一個(gè)圓柱體，代表空氣域。這是我們求解磁場(chǎng)的計(jì)算域。這是一個(gè)有限域，但磁場(chǎng)實(shí)際上將無(wú)限延伸到離線圈很遠(yuǎn)的地方。磁場(chǎng)強(qiáng)度將隨著與直線距離的倒數(shù)而下降，因此在離線圈很遠(yuǎn)的地方，磁場(chǎng)將非常小。

位于球形自由空間域內(nèi)的通過(guò)無(wú)限元域 截?cái)嗟恼叫慰招?em>線圈，可以由理論公式計(jì)算出總電感。該模型使用了由 無(wú)限元域 截?cái)嗟那蛐斡颍w建模方法與 COMSOL 案例庫(kù)中的亥姆霍茲線圈案例非常相似，其中同時(shí)使用了 磁場(chǎng)，僅電流 接口和磁場(chǎng) 接口進(jìn)行計(jì)算，并證明了這些公式給出的結(jié)果相同。盡管 磁場(chǎng)、僅電流 和 磁場(chǎng) 接口都可以使用，但這兩個(gè)公式之間存在許多差異。

具體參考上一篇文章，線圈里面的電流和電壓的關(guān)系為 2.互感結(jié)果 另外可以得到1-2，2-3，1-3之間的互感數(shù)值，也就是對(duì)應(yīng)的互感。互感M=M12=M21，它表示兩個(gè)線圈之間的磁耦合程度。當(dāng)線圈 1 中有電流變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的一部分磁通會(huì)穿過(guò)線圈 2，從而在線圈 2 中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

磁通門探頭有單磁芯探頭、雙磁芯探頭和環(huán)形磁芯探頭等形式，為了輸出高靈敏度的磁場(chǎng)信號(hào)，并使得傳感器體積足夠小，本項(xiàng)目采用雙磁性探頭的結(jié)構(gòu)，雙磁芯探頭由激勵(lì)線圈、感應(yīng)線圈和磁芯構(gòu)成。 磁通門探頭的輸出信號(hào)十分微弱，而且含有很大的噪聲信號(hào)。所以要通過(guò)前置放大電路和濾波電路來(lái)增強(qiáng)電路的信噪比。磁通門電路必須具備相敏特性，使輸出信號(hào)表征被測(cè)磁場(chǎng)的極性。

在另一個(gè)額外的學(xué)分項(xiàng)目中，我搭建了一個(gè)三軸亥姆霍茲線圈，它可以產(chǎn)生均勻的球形磁場(chǎng)。它將被送到化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，用于測(cè)量在均勻磁場(chǎng)下工作的磁性納米粒子。與購(gòu)買動(dòng)輒數(shù)千美元的線圈相比，這套裝置在10安培電流下可達(dá)到233.6高斯的最高磁場(chǎng)強(qiáng)度，所有線圈的成本略高于250美元，這還僅僅是22 awg線材的成本。

總結(jié)（1）不考慮線圈發(fā)熱及絕緣材料受溫度的影響，在額定工作電壓下環(huán)境溫度的變化使線圈導(dǎo)線的電阻率改變，電流和線圈磁動(dòng)勢(shì)隨溫度的升高而減小。 （2）環(huán)境溫度升高會(huì)使磁路中工作氣隙處的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度變?nèi)酰姶砰y電磁力減小，當(dāng)初始位置電磁力小于預(yù)緊力時(shí)，閥無(wú)法開(kāi)啟。 （3）電磁閥啟閉的時(shí)長(zhǎng)與電磁力、磁場(chǎng)強(qiáng)度密切相關(guān)，環(huán)境溫度升高會(huì)使電磁閥開(kāi)啟時(shí)間延長(zhǎng)、關(guān)閉時(shí)間縮短。

3.電壓產(chǎn)生的電流再產(chǎn)生磁場(chǎng)，雖然會(huì)抵消一部分激勵(lì)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，但是其數(shù)值只是相對(duì)于第三方導(dǎo)體有效，而自身的電壓是由磁通量的變化率Φ來(lái)確定的，而數(shù)值是來(lái)源于激勵(lì)線圈，和自身的磁場(chǎng)不相關(guān)。

由于設(shè)備中存在時(shí)變電流和感應(yīng)渦流，所以我們選擇使用 AC/DC 模塊中的“磁場(chǎng)”接口來(lái)模擬磁場(chǎng)。此外，我們還使用了“均勻多匝線圈”模型中的單個(gè)“線圈”特征對(duì)承載反方向電流的線圈進(jìn)行模擬，并通過(guò)“計(jì)算力”特征計(jì)算出了鋁板中的電動(dòng)力，該特征計(jì)算出了麥克斯韋應(yīng)力張量。

當(dāng)矩形線圈置于磁場(chǎng)中并通過(guò)其傳輸電流時(shí)，力作用在線圈上，使其連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 考慮兩個(gè)相對(duì)固定的條形磁鐵的磁極，由一個(gè)狹窄的通道隔開(kāi)。一小段導(dǎo)線形成一個(gè)環(huán)，并放置在磁鐵之間的間隙中，使其處于磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)中。當(dāng) loop 的末端連接到電池端子時(shí)，loop 開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。這是由于磁體的磁場(chǎng)干擾了流入導(dǎo)體的電流。由于圓圈中感應(yīng)的磁極，感應(yīng)的南極被吸引到北極，反之亦然。

該方法的檢測(cè)原理為：當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場(chǎng)會(huì)在三個(gè)探測(cè)線圈中產(chǎn)生電壓，通過(guò)檢測(cè)各個(gè)線圈電壓的幅值和波形，可以得知?dú)庀?em>磁場(chǎng)的變化，進(jìn)而達(dá)到檢測(cè)電機(jī)故障的目的。這線圈能免受高頻諧波的干擾，故障特征明顯，因此非常適合由逆變器供電的電機(jī)系統(tǒng)，另外，這種方法不需要知道電機(jī)的參數(shù)。由于探測(cè)線圈直接檢測(cè)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，該方法的診斷結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

簡(jiǎn)要的說(shuō)，直流無(wú)刷電機(jī)為了能轉(zhuǎn)動(dòng)，必須使定子線圈的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子永久磁體的磁場(chǎng)之間始終存在一定的角度。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程也就是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向改變的過(guò)程，為了使二者磁場(chǎng)存在角度，到一定的程度后，定子線圈的磁場(chǎng)方向必須改變。那么怎么知道要改變定子磁場(chǎng)的方向了呢？那就靠那三個(gè)霍爾了。

由于兩相電他們的相位一前一后，那么線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)力也會(huì)一前一后。