CN106558972A - 强磁场环境下的动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种强磁场环境下的动力装置，在强磁场环境下绕组线圈缠绕在绕组固定盘上，绕组线圈一端用铰链固定，另一端与动力传递杆一端连接，动力传递杆的另一端指向单向受力齿轮，运用电子控制装置给绕组线圈提供交变电流，使绕组线圈产生上下方向的交变磁场，该交变磁场与原磁场相互作用，使通电绕组线圈受到安培力产生上下往复运动，然后通过动力传递杆把该直线运动传递到单向受力传动齿轮，单向受力传动齿轮把直线运动转换成旋转运动，然后向外提供动力输出。本发明装置利用强磁场环境提供动力同时在该强磁场环境下向外提供动力输出，其是对原磁场无干扰的一种动力装置，适用于核磁共振领域探头线圈作机械运动、自动进样等需要动力的环境。

Description

强磁场环境下的动力装置

技术领域

本发明涉及一种动力装置，特别涉及一种强磁场环境下的动力装置。

背景技术

在核磁共振领域，由于其原理上决定了必须用一个强磁场去磁化样品，而且为了满足应用要求，其磁场还必须满足一定的均匀性和稳定性，这就导致了常规动力装置无法应用在这一领域。目前按分类常规动力装置应用在核磁共振领域有如下缺点：

常规电动机。电动机是一种广泛应用于把电能转换成机械能的装置，大部分的电动机包含定子和转子两个核心部分，分为以下三种形式：a定子为永磁，转子为绕组；b定子为绕组，转子为永磁；c定子与转子都是绕组。当电机为a和b两种形式时，如果应用在核磁共振的强磁场环境下，其直接就对磁场产生强的干扰，破坏磁场的均匀性和稳定性，进而干扰核磁设备的正常运行或者核磁的强磁场直接磁化电动机中的永磁部分导致电动机不能正常工作。如果是c类型的电动机，其实际上是由一个绕组产生电磁来担当永磁的角色，同样的，这个电磁铁在通电期间也会对磁场产生干扰。而且，一般电机为了增强内部磁场的稳定性，外壳使用磁导率非常强的磁轭约束磁场来防止漏磁。这个磁轭对核磁共振的磁场会产生非常大的影响。

超声波电机、压电陶瓷电机等非常规电机。此类形式的电机由于其不含永磁或者不依赖磁场来产生动力因此不会对核磁共振设备产生影响。但是该类型的电机一般成本高、价格昂贵、控制复杂，而且一般为了增强其结构上的坚固性，均或多或少使用了铁或钢材质的加固件，而铁及一些铁含量高的材料对磁场非常敏感，会严重影响磁场的均匀性。若该类型的电机为了避免影响核磁共振设备正常工作而不采用这些常见的加固金属部件，那么其成本会进一步增加。

动力装置外置，远离核磁共振磁场。 这种方案有一些非常明显的缺点：a如果用于核磁共振射频探头电路调谐的动力，由于外置增加的连接线，会使射频探头系统的内阻增大，探头灵敏度下降，进而会大大降低探头的信噪比；b核磁共振的磁场一般呈开放式结构，其磁泄露是非常严重的（相对于正常地磁环境），那么电机就要放在离磁场较远的距离，这样会导致动力传递装置复杂化，可靠性降低。

在现有的技术条件下，核磁共振环境所使用的动力装置成本高、结构复杂。

发明内容

本发明是针对核磁共振环境所使用的动力装置成本高、结构复杂的问题，提出了一种强磁场环境下的动力装置，为一种不影响原磁场的且简单经济的动力装置。

本发明的技术方案为：一种强磁场环境下的动力装置，包含动力绕组、动力绕组供电系统、直线动力传递杆和单向受力传动齿轮，动力绕组线圈缠绕在一个动力绕组固定盘上，固定盘的一端被铰链固定在该动力模组外壳上，固定盘对称另一端与直线动力传递杆一端相连，直线动力传递杆垂直向下的另一端搁置在单向受力传动齿轮水平直径的一个牙上，动力绕组供电控制系统给动力绕组提供交变电流，整个装置除了动力绕组供电控制系统外，其他均处于核磁共振的强磁场环境下。

所述动力绕组是由无铁磁性材料并且导电性良好的金属绕制而成。

所述动力绕组固定盘为规则几何形状，设计固定盘的面积的大小调节单向受力传动齿轮输出扭力。

所述动力绕组固定盘上缠绕的动力绕组线圈的匝数及控制供电电流的大小调节单向受力传动齿轮的输出扭力。

本发明的有益效果在于：本发明强磁场环境下的动力装置，利用强磁场环境提供动力同时在该强磁场环境下向外提供动力输出，特殊的是，其是对原磁场(永磁磁场或超导磁场)无影响。适用于核磁共振领域探头线圈作机械运动、自动进样等需要动力的环境。

附图说明

图1为本发明强磁场环境下的动力装置结构示意图。

具体实施方式

本发明利用核磁共振本身的强磁场，通电动力绕组线圈在磁场中受力产生上下往复运动，利用直线动力传递杆把此上下直线运动传递到一个单向受力传动齿轮，单向受力传动齿轮把直线运动转换成旋转运动，然后向外提供动力输出。

如图1所示强磁场环境下的动力装置结构示意图，图中未画出电子控制装置，其可以安装在磁场环境外面，通过导线连接给动力绕组提供电流。本发明包含核磁共振设备本身的强磁场6（0.01T以上，磁场越高，动力越强）、一个动力绕组3、一个直线动力传递杆4和一个单向受力传动齿轮5。动力绕组3线圈缠绕在一个动力绕组固定盘2上，固定盘2的一端被铰链1固定在该动力模组外壳上。固定盘2对称另一端与直线动力传递杆4一端相连，直线动力传递杆4的另一端刚好到达单向受力传动齿轮5水平直径的一个牙上。

本发明中比较重要的一部分是适当调整动力绕组3线圈的匝数及面积大小以获得满足要求的扭力输出，遵循以下公式：

F=K*B*I*N*L

其中B为磁场强度，I为电子控制装置供电电流大小（交流有效值），N为动力绕组匝数，L为动力绕组线圈周长，K为单向受力传动齿轮5外径与旋转中心轴直径的比。因为机械结构的摩擦等原因，推荐计算30%盈余。

整个装置除了动力绕组供电控制系统外，其他均处于核磁共振的强磁场环境下，强磁场环境给通电动力绕组提供动力，所述动力绕组3环绕在一个固定盘2上，固定盘2通过铰链1装置固定在动力装置的外壳上，运用电子控制装置控制动力绕组3的通电电流方向，使其产生上下方向交变的磁场，动力绕组3产生的磁场与核磁共振的磁场相互作用使动力绕组3受到上下往复的作用力。当动力绕组受到向下的作用力时，其向下运动，动力绕组在向下运动的过程中直线动力传递杆4受到一个向下的作用力，向下做直线运动，所述直线动力传递杆4把动力绕组产生的向下的作用力直线传递给单向受力传动齿轮5，所述单向受力传动齿轮5受到传递杆的推动产生旋转，当动力绕组受到向上的作用力时，其向上运动，进而直线动力传递杆4受到一个向上的作用力，直线动力传递杆4回退，当直线动力传递杆回退时，齿轮保留在原位。通过控制动力绕组的通电电流，使动力绕组所绕的固定盘2连接直线动力传递杆4一端做上下往复运动，进而推动直线动力传递杆保持上下往返运动，推动齿轮做持续的旋转运动，给外部提供动力。

所述的核磁共振的强磁场环境是核磁共振设备本身自然存在的一个磁场环境，本装置巧妙的利用该强磁场提供动力，且不会对强磁场产生影响。

所述的电子控制装置用于给动力绕组提供一定频率及电压的交流电，可由PLC、单片机PWM控制输出。

所述的动力绕组3是由若干圈铜、铝、银等无铁磁性材料并且导电性良好的金属绕制而成，不会影响磁场均匀性，绕组线圈可以绕成圆形也可是方形或者其他规则几何形状，所述的动力绕组可以通过改变绕组所围成的平面面积的大小、绕组线圈匝数大小，绕组线圈通电电流大小来调节单向受力传动齿轮输出扭力，面积越大，匝数越多，通电电流越大其产生的扭力越大。

所述的动力绕组绕在固定盘上其一端通过一个铰链固定在动力装置外壳上，通电时绕组线圈受到安培力的作用，被铰链固定的一端不会上下运动，另一端可实现上下运动。

所述的动力绕组一端被铰链固定，另一端连接一个直线动力传递杆，动力绕组受到的上下方向的安培力通过直线动力传递杆传递给单向受力传动齿轮，单向受力传动齿轮转成旋转运动以方便给外部提供动力输出。

所述的动力绕组需要一定频率的交流供电。

所述的单向受力传动齿轮5可以通过改变其直径来改变该装置的输出扭力大小。该装置可以外加减速机以增强其扭矩输出。

Claims (4)

1.一种强磁场环境下的动力装置，其特征在于，包含动力绕组、动力绕组供电系统、直线动力传递杆和单向受力传动齿轮，动力绕组线圈缠绕在一个动力绕组固定盘上，固定盘的一端被铰链固定在该动力模组外壳上，固定盘对称另一端与直线动力传递杆一端相连，直线动力传递杆垂直向下的另一端搁置在单向受力传动齿轮水平直径的一个牙上，动力绕组供电控制系统给动力绕组提供交变电流，整个装置除了动力绕组供电控制系统外，其他均处于核磁共振的强磁场环境下。

2.根据权利要求1所述强磁场环境下的动力装置，其特征在于，所述动力绕组是由无铁磁性材料并且导电性良好的金属绕制而成。

3.根据权利要求2所述强磁场环境下的动力装置，其特征在于，所述动力绕组固定盘为规则几何形状，设计固定盘的面积的大小调节单向受力传动齿轮输出扭力。

4.根据权利要求1至3任意一项所述强磁场环境下的动力装置，其特征在于，所述动力绕组固定盘上缠绕的动力绕组线圈的匝数及控制供电电流的大小调节单向受力传动齿轮的输出扭力。