基于永磁场睡眠磁疗仪的磁路设计及有限元分析

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1、硕士学位论文基于永磁场睡眠磁疗仪的磁路设计及有限元分析作者姓名徐波学科专业材料加工工程指导教师曾德长教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月MagneticCircuitDesignandFiniteElementAnalysisBasedonSleepTherapyApparatuswithPermanentMagneticFieldAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XUBoSupervisor：Prof.Dr.ZENGDeC

2、hangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TH782学校代号：10561学号：201520115865华南理工大学硕士学位论文基于永磁场睡眠磁疗仪的磁路设计及有限元分析作者姓名：徐波指导教师姓名、职称：曾德长教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料加工工程研究方向：基于永磁场睡眠磁疗仪的磁路设计及有限元分析论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月4日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员

3、：主席：欧阳柳章委员：曾德长高岩匡同春余红雅摘要随着现代社会的快速发展，生活节奏加快，人们所面临的来自工作和生活的压力不断增加，受睡眠问题困扰的人群显著增多。经颅磁刺激技术通过产生交变磁场来调节脑区的活动，抑制神经元的兴奋来诱导睡眠，因疗效显著且无副作用在睡眠治疗领域应用越来越广。目前，市场上普遍使用的线圈经颅磁刺激睡眠治疗仪存在磁场聚焦性差、磁刺激强度低、发热量高、噪音大等问题，容易导致疗效差和引发受试者的临床不适感。本论文提出了永磁场睡眠磁疗仪的理念。首先概述了其结构组成，并详细介绍了其工作原理及

4、运行方法。然后借助于磁路计算分析方法与有限元仿真分析方法进行结构的设计与优化，论文主要内容包括：首先，通过磁路分析揭示了磁疗仪磁路属于丁型磁路，磁路计算结果显示永磁体长度与实际尺寸不符，表明磁疗仪磁路存在严重漏磁问题。二维有限元分析结果表明，左右两侧永磁体端面中心点连线上磁感应强度的分布呈现开口向上的抛物线型，中间区域的磁感应强度最小，其最大值可达72mT。然后，基于第一代磁疗仪的路径磁感应强度分析，空间磁力线走向分析结果，揭示了由于曲面软磁体过大为永磁体自身磁力线闭合提供了捷径，导致气隙B值有所降低

5、。经过优化后，最大B值为50.524mT，质量为3785g。基于第二代磁疗仪研究磁极端头尺寸与其聚磁作用的关系，当气隙间距分别为1、2、3、4cm时，其对应B值分别为1725、937、779、649mT，当气隙间距为1cm时，磁极端头的聚磁作用很明显，气隙中心B值最高，随着气隙间距增加，磁极端头的聚磁作用逐渐减弱，当气隙间隙超过4cm时，从磁极端头到气隙中心，B值持续降低。基于第三代磁疗仪研究永磁体充磁方式对磁疗仪气隙磁感应强度分布的影响，在0o、18o、90o三个角度的充磁方式下，气隙中心对应B值分

6、别为29.521、28.662、11.409mT，水平充磁方式效果最佳，通过对垂直充磁方式下永磁体内部磁力线的分析，表明垂直充磁会导致磁力线的分流现象，从而降低了从端面出来的磁力线数量，进而降低了气隙磁感应强度。最后，对比三代磁疗仪的质量、气隙磁感应强度等各项参数，从第一代到第三代，总重量依次降低，B值也在减小，但质量减小的幅度远远大于磁感应强度减小的幅度。I对应永磁体占比分别为32.2、49.5、50.4%，永磁体质量占比的提高提升了磁疗仪形成磁场的能力，其单位质量永磁体形成磁场的能力依次为0.04

7、15、0.0509、0.0574mT/g，说明磁疗仪结构的优化也间接优化了磁路与永磁体的工作点。关键词：磁疗仪；磁路分析；有限元分析；磁感应强度IIABSTRACTWithfastdevelopingsocietyandacceleratingpaceoflife,peoplearefacinggrowingpressurefromworkandlife.Asaresult,thepopulationsufferingfromsleepproblemshasincreasedsignificantly

8、.Becauseofitsremarkablecurativeeffectandnosideeffects,transcranialmagneticstimulation(TMS)hasbeenwidelyusedtoregulatethebrainactivityandinhibittheneuronsexcitationwhichcaninducesleepbyalternatingmagneticfields.Currently,therearep