Виды индукторов и создаваемых ими полей (стр. 2 из 2)

Рисунок 3 – Плоская цилиндрическая катушка.

Таким образом, у коротких цилиндрических катушек для лечения в одинаковой степени используется как внутривитковое поле, где силовые линии направлены вдоль тела и конечностей пациента, так и торцевое поле, у которого аксиальная составляющая вектора магнитной индукции перпендикулярна поверхности тела.

Система двух плоских цилиндрических катушек (катушки Гельмгольца). Две плоские цилиндрические катушки, размещенные так, чтобы разноименные полюса находились друг напротив друга, образуют систему Гельмгольца. Отличительной особенностью системы двух параллельных катушек является то, что в пространстве между ними образуется достаточно однородное и равномерное магнитное поле, картина силовых линий которого изображена на рис.4. Следовательно, в пространстве между катушками существует практически только одна аксиальная составляющая Вх вектора магнитной индукции. С внешних сторон катушек имеется и радиальная составляющая Вг. Значение индукции вдоль оси X для двухконтурной системы рассчитывается по формуле:

(8)

а в точке х = 0:

(9)

Распределение аксиальной составляющей индукции Вх по оси показано на рис.4, в, а по сечению х = 0 - на рис.4, б.

Рисунок 4 – Система двух плоских цилиндрических катушек: а) геометрия; б) распределение индукции Вх по сечению х - 0; в) распределение индукции Вх по оси; г) силовые линии магнитного поля.

Влияние на структуру поля поперечных размеров катушек, отклонения от условия Гельмгольца, спиральности обмоток исследованы в распределение значений магнитной индукции Вх вдоль оси X зависит от расстояния между ними. Подробная методика расчета системы двух катушек приведена, где показано, что оптимальное расстояние между катушками (зазор I) не может превышать средний радиус r.

В упоминавшихся выше промышленных аппаратах "Полюс-101", "Полемиг", "Алимп-1", индукторы которых выполнены в виде колец (коротких цилиндрических катушек), может быть реализован режим работы, определяемый системой Гельмгольца, для осуществления локального воздействия.

Электромагнит. Устройство, состоящее из катушки индуктивности, как правило, многослойной и ферромагнитного сердечника называют электромагнитом. Наличие сердечника с большой относительной магнитной проницаемостью ц многократно усиливает и концентрирует магнитный поток. Это позволяет при одних и тех же параметрах магнитного поля существенно уменьшать габариты индукторов. Кроме того, используя соответствующую конструкцию, технологию и материал сердечника, можно формировать поля заданной формы, обеспечивать требуемую глубину проникновения, необходимую степень локализации и т.п. Охарактеризовать распределение магнитного поля в областях пространства, частично занятых ферромагнитным материалом, представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Зависимость скалярного магнитного потенциала (рм и неравномерно распределенной намагниченности М по объему ферромагнетика описывается уравнением Пуассона:

(10)

Решение этого уравнения затруднено, главным образом, тем, что распределение величины М неизвестно. Результаты исследований показывают, что в общем случае векторы индукции В, напряженности магнитного поля Н и намагниченности М не совпадают по направлению, кроме точек, лежащих на оси (рис.5).

Фактически произвести достаточно точный расчет магнитных полей и параметров разомкнутых электромагнитов возможно только методами моделирования с обработкой на ЭВМ.

Распределение магнитной индукции по сечению сердечника неравномерно (Рис.6, б, в).

Максимум индукции Во достигается в среднем сечении. Распределение индукции Вх по оси соответствует выражению:

(11)

где /с - длина сердечника, к - коэффициент, зависящий от конструкции сердечника: к - 0,9 - для сердечника круглого сечения; к = 0,75 - для сердечника прямоугольного сечения.

Рисунок 5 – Распределение магнитной индукции В и напряженности магнитного поля Н в разомкнутом образце ферромагнетиков.

Моделирование на ЭВМ и многочисленные эксперименты, проведенные авторами, показали, что по сечению магнитная индукция Ву распределена как это показано на рис.5, б. Максимум достигается на поверхности сердечника в сечении х = 0. Индукция убывает пропорционально квадрату расстояния.

Рисунок 6 – Индуктор-электромагнит: а) геометрия; б) распределение индукции Вy по сечению х = 0; в) распределение индукции Вх по оси сердечника.

В практике магнитотерапии используются индукторы-электромагниты самых разнообразных форм и конструкций. В первую очередь - это электромагниты с осесимметричными полями (рис.7), у которых полюса располагаются на противоположных торцах прямых сердечников. Такие индукторы различаются формой сечения сердечника (как правило, круглая или прямоугольная), а также отношением длины к диаметру (площади поперечного сечения). Имеют применение электромагниты с расположением полюсов в одной плоскости (П - образный сердечник, рис.8), магнитное поле которых неравномерно и неоднородно, локализовано, в основном, в пространстве между полюсами и в сторону от полюсов.

Рисунок 7 – Индукторы-электромагниты с осесимметричными полями: а) сердечник круглого сечения; б) сердечник прямоугольного сечения.

Ферромагнитные сердечники позволяют создавать направленные магнитные поля требуемой конфигурации. Например, цилиндрический сердечник с центральным вырезом обеспечивает формирование узконаправленного магнитного поля, силовые линии которого показаны на рис.9. Если у осесимметричного электромагнита с плоским сердечником (рис.7, б) ввести полюсные наконечники (рис.10), то симметрия поля в какой-то мере нарушается. При этом с одной стороны несколько увеличивается глубина действия силовых линий магнитного поля.

Рисунок 8 – Электромагнит с П цилиндрическобразным сердечником.

Рисунок 9 – Электромагнит на основе сердечника с центральным вырезом.

Рисунок 10 – Электромагнит на основе плоского сердечника с полюсными наконечниками.

ЛИТЕРАТУРА

1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И. Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. – 376с.

2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей / Под ред Р.И. Утямышева и М. Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с.

3. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура.: [Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с.