[发明专利]基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置及磁场控制方法

说明书

一种基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置及磁场控制方法，属于执行器驱动技术领域。本发明为解决现有磁场发生装置产生的磁场不可控且工作空间大小不可调整的问题。装置包括四个磁场发生单元沿圆周方向依次间隔90°排布；每个磁场发生单元包括底座和两个电磁铁模块，两个电磁铁模块在底座上呈镜像对称设置，两个电磁铁模块天顶角的取值范围为45°～60°；八个电磁铁模块两两相对，并且四对电磁铁模块的轴线相交于一点；采用梯形丝杠、螺母、T型轴承座、联轴器和步进电机构成调整机构，可调整磁场内部空间的大小。本发明可以驱动各类型的微执行器。

技术领域

本发明涉及基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置及磁场控制方法，属于执行器驱动技术领域。

背景技术

现有磁场发生装置主要包括亥姆霍兹线圈、多极电磁铁、旋转永磁体等。

利用电动机带动永磁体旋转的方式产生旋转磁场的报道并不鲜见，但是利用永磁体产生磁场的磁场发生装置，其磁场强度大小不可调节。例如，现有方向可调的均匀磁场和均匀一阶梯度磁场的设计中，公开了一种能产生均匀磁场和九个分量的一阶梯度磁场的磁场发生装置，该装置由三组两两正交的亥姆霍兹线圈和六对平面梯度线圈组成。它可以产生驱动磁性执行器的梯度场或旋转场，而且均匀性好；但是只能在小的工作空间内产生较小的磁通量密度。再例如，现有一种交变磁场发生装置及交变磁场产生方法中公开了一种在20×20×20mm空间内产生具有较强磁通密度的交变磁场的装置，该装置中使用两级电磁铁获得了大的磁通密度；但是由于只使用了两级电磁铁，使产生的梯度场和旋转磁场有限；同时由于电磁铁电感大导致截止频率低，产生的旋转磁场频率有限，并且工作空间不可调整。

发明内容

针对现有磁场发生装置产生的磁场不可控且工作空间大小不可调整的问题，本发明提供一种基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置及磁场控制方法。

本发明的一种基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，包括四个磁场发生单元，四个磁场发生单元沿圆周方向依次间隔90°排布；

每个磁场发生单元包括底座22和两个电磁铁模块，两个电磁铁模块在底座22上呈镜像对称设置，所述两个电磁铁模块的天顶角相同，天顶角的取值范围为45°～60°；八个电磁铁模块两两相对，并且四对电磁铁模块的轴线相交于一点；

所述电磁铁模块包括圆柱磁芯10、圆盘磁芯3、骨架、绕组、支撑板、抱箍、梯形丝杠16、螺母18、T型轴承座19、联轴器20和步进电机21；

圆盘磁芯3套接在圆柱磁芯10上将圆柱磁芯10分隔为固定段和自由段，骨架套接在所述自由段上并与圆盘磁芯3的一侧表面固定连接，绕组设置在骨架上；支撑板首端固定在底座22上，末端用于支撑圆盘磁芯3；所述固定段的底端通过抱箍固定，抱箍上设置轴向通孔，通孔的一端固定螺母18；梯形丝杠16的自由端穿过螺母18，固定端安装于T型轴承座19上，T型轴承座19固定于支撑板上；步进电机21的输出轴穿过底座22通过联轴器20连接梯形丝杠16的固定端。

根据本发明的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，所述骨架包括轴套9、后水冷块4、后水冷块端盖14、中水冷块6、中水冷块端盖13、前水冷块8、前水冷块端盖12和连接盖11；

绕组包括一号绕组5和二号绕组7；

轴套9套接在所述自由段上并与圆盘磁芯3的一侧表面固定连接，轴套9的前端固定连接盖11；轴套9上缠绕一号绕组5和二号绕组7，一号绕组5与圆盘磁芯3之间设置后水冷块4，后水冷块4配置后水冷块端盖14；一号绕组5和二号绕组7之间设置中水冷块6，中水冷块6配置中水冷块端盖13；二号绕组7与连接盖11之间设置前水冷块8，前水冷块8配置前水冷块端盖12。

根据本发明的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，所述一号绕组5和二号绕组7串联连接。

根据本发明的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，所述后水冷块4、中水冷块6和前水冷块8的水路分别通过PVC管与水冷机连接。