[发明专利]以涡状密绕通电线圈产生磁场的装置

说明书

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，