[发明专利]一种八棱柱形径向匀场线圈设计方法

权利要求书

1.一种八棱柱形径向匀场线圈设计方法，其特征在于，以径向匀场目标区域的径向最长跨度为出发点，以径向匀场目标区域的径向磁场均匀度为着眼点，以外八棱柱线圈的径向短边与长边边长比值，内八棱柱线圈的径向短边与长边边长比值，外八棱柱线圈的径向长边与轴向边长比值，内八棱柱线圈的径向长边与轴向边长比值，内八棱柱线圈与外八棱柱线圈的电流比值为约束条件进行径向匀场线圈设计以八棱柱形径向匀场线圈的结构参数；

所述设计方法包括以下步骤：

步骤1，设定目标均匀区为边长a的正方体区域，以目标均匀区的磁场非均匀度ε作为设计线圈的目标，在产生目标磁场的方向上将沿正方体区域的径向中心轴线的x轴或y轴等间隔取m个目标点P(m)，用于评估该轴线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棱形线圈，其基本形状为向内弯折的八棱柱形，由内外尺寸不同的两组八棱柱形线圈嵌套组成，其中一组为外八棱柱线圈对，另一组为内八棱柱线圈对；设定外八棱柱线圈和内八棱柱线圈的径向长边边长均为L，定义待确定参数：外八棱柱线圈的径向短边与长边边长比值为δ₁，内八棱柱线圈的径向短边与长边边长比值为δ₂，外八棱柱线圈的径向长边与轴向边长比值为σ₁，内八棱柱线圈的径向长边与轴向边长比值为σ₂，外八棱柱线圈的电流为I₁，外八棱柱线圈的电流为I₂；

步骤3，根据外八棱柱的径向长边边长L和外八棱柱径向短边边长与长边边长的比值δ₁，计算得到线圈径向的最大长度

步骤4，根据线圈组的径向最大长度s_max及均匀区在线圈骨架所覆盖体积中的比例K确定均匀区在轴向上的坐标区域范围为[-K·s_max/2,K·s_max/2]；

步骤5，根据外八棱柱线圈的电流I₁、外八棱柱线圈的电流I₂，径向轴线上某目标点P(m)到外八棱柱和内八棱柱线圈上的某一根直导线k的距离分别为R_1mk和R_2mk，其中k表示直导线的标号，目标点P(m)到外八棱柱和内八棱柱线圈上的某一根直导线k起点的连线与该导线电流方向的夹角分别为θ_11mk和θ_12mk，目标点P(m)到外八棱柱和内八棱柱线圈上的某一根直导线k终点的连线与该导线电流方向的夹角分别为θ_21mk和θ_22mk，计算x轴上不同位置的轴向磁感应强度B_x(x_p)；

步骤6，根据径向轴线中心点处的磁感应强度B_x(x₀)和径向轴线不同位置的磁感应强度B_x(x_p)，计算径向轴线坐标区域范围内的最大非均匀度ε_max；

步骤7，根据径向匀场要求建立非线性规划模型，设定均匀区内磁场非均匀度作为优化目标，线圈的尺寸参数作为约束条件，所建立的非线性规划模型如下：

minε_max

s.t.ε_max≤ε

0＜δ₁＜1

0＜δ₂＜δ₁

1/2≤σ₁≤5/2

0＜σ₂/σ₁＜1

-5I₂/I₁＜5

I₁，I₂∈N

寻找到约束条件范围内使得径向轴线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，在此基础上，根据实际要求增加约束条件，便于设计和求解；

步骤8，输出满足设计要求的线圈组参数，y方向的匀场线圈由x轴匀场线圈中心沿z轴旋转90°得到。

2.根据权利要求1所述的八棱柱形径向匀场线圈设计方法，其特征在于，所述的八棱柱线圈径向的内角均为135°。