CN107491097B - 基于三维磁场的磁性颗粒调控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于三维磁场的磁性颗粒调控装置，包括支撑架、绝缘工作腔和六根导磁棒；支撑架包括长方体框架结构，在长方体框架结构的每个面上开设有固定孔，绝缘工作腔设置在长方体框架结构内，六根导磁棒各自的一端分别与绝缘工作腔相抵接；在六根导磁棒上分别套设有脉冲线圈，在脉冲线圈上套设有极化线圈，极化线圈卡固在固定孔内，在极化线圈和脉冲线圈上分别设置有接线柱，接线导柱分别通过导线与电源的正极和负极连接。本发明能够将三维定时保持恒定取向磁场与脉冲磁场相结合，以实现对绝缘工作腔内的磁性纳米颗粒的深度聚集。

Description

基于三维磁场的磁性颗粒调控装置

技术领域

本发明涉及磁场调控技术领域，更为具体地，涉及一种基于三维磁场的磁性颗粒调控装置。

背景技术

由于磁性纳米颗粒的体积较小，磁性较弱，因此可以广泛应用于不同的领域，对于某些特定领域，需要将磁性纳米颗粒注入到溶液的特定位置，再在外界施加外界交变磁场，在交变磁场的作用下，磁性纳米颗粒中的磁畴排列方向也会随着磁场的方向交替变化，在旋转变化的过程中，磁畴相互碰撞磨擦，从而产生热量，通过这种磁滞生热方式对溶液内的特定位置进行加热实现上述加热装置的首要条件是能将磁性纳米颗粒移动到溶液的特定位置，但对于溶液内较深的位置，由于磁场难于调控，无法实现深部磁性纳米颗粒的靶向调控。

因此，急需一种基于三维磁场的磁性颗粒调控装置，以实现磁性纳米颗粒的深度调控。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于三维磁场的磁性颗粒调控装置，以解决在溶液的深部位置处，磁性纳米颗粒难于调控的问题。

本发明提供的基于三维磁场的磁性颗粒调控装置，包括：支撑架、绝缘工作腔、六根导磁棒、六组极化线圈、六组脉冲线圈；其中，

支撑架包括底板、上板、下板和四个侧板，四个侧板分别竖立在底板上，上板、下板与四个侧板组成长方体框架结构，绝缘工作腔设置在长方体框架结构内，在绝缘工作腔内装有磁性纳米颗粒溶液，在上板、下板和四个侧板上分别开设有固定孔；

六根导磁棒分为三组各自沿X轴、Y轴和Z轴方向对称设置；

六组脉冲线圈均绕制成圆环状，六组脉冲线圈各自套设在一根导磁棒上，在每组脉冲线圈上均设置有两个接线柱，两个接线柱分别通过导线与电源的正极和负极连接；

六组极化线圈均绕制成圆环状，六组极化线圈各自套设在一组脉冲线圈上，且六组极化线圈分别对应卡固在上板、下板和四个侧板卡固的固定孔内，六根导磁棒各自的一端分别与绝缘工作腔相抵接；在每组极化线圈上均设置有两个接线导柱，两个接线导柱分别通过导线与电源的正极和负极连接。

与现有技术相比，本发明提供的基于三维磁场的磁性颗粒调控装置，通过在绝缘工作腔的六个方向分别设置一根导磁棒，在每根导磁棒上依次套设有脉冲线圈和极化线圈，极化线圈通电后形成三维定时保持恒定取向磁场，脉冲线圈充电后形成脉冲磁场，利用三维极化磁场与脉冲磁场相结合，以实现对绝缘工作腔内的磁性纳米颗粒的深度调控。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的基于三维磁场的磁性颗粒调控装置的结构示意图；

图2为图1沿A-A线的剖视图；

图3为根据本发明实施例的极化线圈的结构示意图；

图4为图3沿B-B线的剖视图；

图5为根据本发明实施例的脉冲线圈的结构示意图；

图6为图5沿D-D线的剖视图。

图中的附图标记包括：支撑架1、底板11、上板12、侧板13、斜撑14、导磁棒2、限位凸起21、脉冲线圈3、进水口31、出水口32、接线柱33、极化线圈4、进水口41、出水口42、接线导柱43、绝缘工作腔5。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

如图1-图6所示，本发明提供的基于三维磁场的磁性颗粒调控装置，包括：支撑架1、六根导磁棒2、六组脉冲线圈3、六组极化线圈4和绝缘工作腔5；其中，支撑架1起到支撑固定导磁棒2、脉冲线圈3、极化线圈4和绝缘工作腔5的作用，支撑架1包括底板11、上板12、下板和侧板13(为了看清基于三维磁场的磁性颗粒调控装置的内部结构，图1中省略了底板和两个侧板)，侧板13的数量为四个，四个侧板13竖立在底板11上，上板12位于下板的上方，上板12和下板的四条边分别通过螺钉与一个侧板14相固定，上板12、下板和四个侧板13组装成长方体框架结构，在上板12、下板和四个侧板13上分别开设有固定孔，固定孔用于卡固极化线圈4。

为了增加侧板13与底板11之间的稳定性，在侧板13与底板11之间设置斜撑14，斜撑14为直角三角形，斜撑14的两条直角边分别与侧板13、底板11固定连接。

六组极化线圈4分别卡固在上板12、下板和四个侧板13的固定孔内，即两组相对的极化线圈4沿X轴方向设置，另外两组相对的极化线圈4沿Y轴方向设置，剩下两组相对的极化线圈4沿Z轴方向设置。在基于三维磁场的磁性颗粒调控装置工作时，两组相对的极化线圈同时充电，沿X轴、Y轴或Z轴产生定时保持恒定取向磁场。

产生定时保持恒定取向磁场的条件为极化线圈的匝数相同，且充入的电流大小相同，以X轴为例，两组相对的极化线圈会在X轴产生两个强度相同、方向相同的磁场，从而在X轴方向形成定时保持恒定取向磁场。

由于极化线圈4需要充电，因此，极化线圈4也需要散热，防止被融化，因此，极化线圈4采用空心的铜管绕制而成，最终绕制成圆环状，极化线圈4中间的空心圆用于供脉冲线圈3插入；空心的铜管可以实现水的流动，从而对极化线圈4进行散热。本发明中，铜管绕制的层数为1-20层，每层为5-50匝。

为了实现极化线圈4的水冷循环，在极化线圈4上开设有数量相同的进水口41和出水口42，图3中示出了两个进水口41和两个出水口42，两个进水口41和两个出水口42分别通过水管与水冷箱连通，水冷箱内的水从进水口41进入极化线圈4，再从出水口42流回到水冷箱内，完成一次水冷循环，水冷箱内自带有水泵，水泵用于将水冷箱内的水抽进极化线圈的进水口41。本发明中，极化线圈4采用二进二出的方式实现水冷循环，如要更快速地冷却极化线圈4，可以增加进水口41和出水口42的数量。

为了实现极化线圈4的充电，在极化线圈4上还设置有两个接线导柱43，其中的一个接线导柱43通过导线与电源的正极电性连接，另一个接线导柱43通过导线与电源的负极电性连接，形成闭合的回路。

六组脉冲线圈3分别插入并穿过一个极化线圈4，使极化线圈4套在脉冲线圈3上，两者为过盈配合，从而实现脉冲线圈3的固定。脉冲线圈3同极化线圈4一样，两组相对的脉冲线圈3沿X轴方向设置，另外两组相对的脉冲线圈3沿Y轴方向设置，剩下两组相对的脉冲线圈3沿Z轴方向设置。在基于三维磁场的磁性颗粒调控装置工作时，脉冲线圈3单独充电，从而产生一个脉冲磁场。

脉冲线圈3也需要冷却降温，防止在充电时被高温融化，脉冲线圈3也采用空心的铜管绕制而成，铜管的层数为1-20层，每层为5-200匝。

在脉冲线圈3上开设有数量相同的进水口31和出水口32，由于脉冲线圈3充入的电流要大于极化线圈4充入的电流，因此，在脉冲线圈3上设置的进水口31的数量大于极化线圈4上设置的进水口41的数量，图5中示出了四个进水口41和四个出水口42分别通过水管与水冷箱连通，实现脉冲线圈3四进四出的水冷循环。本发明并不局限于脉冲线圈3使用四进四出的水冷循环，可以根据实际需要调整进水口31和出水口32的数量。

在脉冲线圈3上还设置有两个接线柱33，两个接线柱33中的一个通过导线与电源的正极连接，另一个通过导线与电源的负极电性连接，形成闭合回路。

本发明还可以通过另一种方案实现水循环，该方案为：脉冲线圈3与极化线圈4均为实心的铜线，铜线并排绕制有水管，水管包括进水口和出水口，进水口和出水口分别与水冷箱连通，通过水管实现水冷循环，以对铜线降温。

六根导磁棒2分别插入一组脉冲线圈3的空心圆中，也就是将脉冲线圈3套在导磁棒2上，实现两组相对的导磁棒2沿X轴方向设置，另外两组相对的导磁棒2沿Y轴方向设置，剩下两组相对的导磁棒2沿Z轴方向设置，导磁棒2与脉冲线圈3为过盈配合。

绝缘工作腔5设置在上板12、下板和四个侧板13组装成的长方体框架结构内，六根导磁棒2各自深入长方体框架结构内的一端分别与绝缘工作腔5抵接，即六根导磁棒2分别从前后左右上下六个方向将绝缘工作腔5包围在中间，每组极化线圈和每组脉冲线圈充电产生的磁场均通过对应的导磁棒2导入绝缘工作腔5内，在绝缘工作腔5内形成定时保持恒定取向磁场和脉冲磁场。

为了防止导磁棒2完全插入脉冲线圈3内，在导磁棒2上远离绝缘工作腔5的一端设置有一圈限位凸起21，限位凸起21可以限制导磁棒2伸进脉冲线圈3的长度，也就是固定导磁棒2伸入脉冲线圈3的位置。

在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向设置两个对称的极化线圈4的目的是：分别在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向产生定时保持恒定取向磁场，以对绝缘工作腔5内的磁性纳米颗粒进行磁化，磁化后的磁性纳米颗粒会旋转匹配定时保持恒定取向磁场，而不会朝某个方向产生位移。在磁性纳米颗粒被磁化后无需再次对其磁化，也就是说，首次产生的定时保持恒定取向磁场用于对磁性纳米颗粒进行磁化，而之后产生的定时保持恒定取向磁场用于使磁性纳米颗粒旋转方向，从而实现磁性纳米颗粒沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的三维空间运动。

由于定时保持恒定取向磁场无法驱动磁性纳米颗粒移动，因此，需要借助脉冲线圈3产生的脉冲磁场驱动磁性纳米颗粒沿某个轴方向运动，当然，在对脉冲线圈3充电之前停止对极化线圈充电，使保持恒定取向磁场消失。例如：对X轴方向的一组脉冲线圈进行充电，产生一个与磁性纳米颗粒的磁极方向相反的脉冲磁场，磁性纳米颗粒会受到脉冲磁场的排斥力而远离脉冲线圈3运动。

在X轴方向设置两个脉冲磁场3的目的在于可以使磁性纳米颗粒沿着X轴方向左右运动，在Y轴和Z轴方向两个脉冲磁场3的目的同理可得。

本发明中两个对称设置的极化线圈4可以为分别独立的极化线圈，独立的极化线圈各自充电，两个对称设置的极化线圈4也可以为连接的极化线圈，即两个极化线圈同时充电，充电的电流大小相同，一个极化线圈作为N极，另一个极化线圈作为S极，从而产生定时保持恒定取向磁场。

脉冲磁场为渐变磁场，以确保靠近脉冲线圈的磁性纳米颗粒受到更大的磁力，有更大的位移，促使磁性纳米颗粒团聚。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于三维磁场的磁性纳米颗粒聚集装置，其特征在于，包括：支撑架、绝缘工作腔、六根导磁棒、六组极化线圈、六组脉冲线圈；其中，

所述支撑架包括底板、上板、下板和四个侧板，四个侧板分别竖立在所述底板上，所述上板、所述下板与四个侧板组成长方体框架结构，所述绝缘工作腔设置在所述长方体框架结构内，在所述绝缘工作腔内装有磁性纳米颗粒溶液，在所述上板、所述下板和四个侧板上分别开设有固定孔；

六根导磁棒分为三组各自沿X轴、Y轴和Z轴方向对称设置；每根导磁棒远离所述绝缘工作腔的一端设置有一圈限位凸起；

六组脉冲线圈均绕制成圆环状，六组脉冲线圈各自套设在一根导磁棒上，在每组脉冲线圈上均设置有两个接线柱，两个接线柱分别通过导线与电源的正极和负极连接；

六组极化线圈均绕制成圆环状，六组极化线圈各自套设在一组脉冲线圈上，且六组极化线圈分别对应卡固在所述上板、所述下板和四个侧板的固定孔内，六根导磁棒各自的一端分别与所述绝缘工作腔相抵接；在每组极化线圈上均设置有两个接线导柱，两个接线导柱分别通过导线与所述电源的正极和负极连接；以及，

两组相对的极化线圈同时充电，产生定时保持恒定取向磁场，使磁性纳米颗粒磁化并旋转匹配定时保持恒定取向磁场；

六组脉冲线圈单独充电，产生一个与磁性纳米颗粒的磁极方向相反的脉冲磁场。

2.如权利要求1所述的基于三维磁场的磁性纳米颗粒聚集装置，其特征在于，所述支撑架还包括直角三角形的斜撑，所述斜撑的两条直角边分别与所述底板和所述侧板固定连接。

3.如权利要求1所述的基于三维磁场的磁性纳米颗粒聚集装置，其特征在于，每组脉冲线圈绕制1—20层，每层5-50匝数。

4.如权利要求1所述的基于三维磁场的磁性纳米颗粒聚集装置，其特征在于，每组极化线圈绕制1—20层，每层5-200匝数。

5.如权利要求1所述的基于三维磁场的磁性纳米颗粒聚集装置，其特征在于，每组极化线圈或每组脉冲线圈均为空心的铜管，所述铜管包括数量相同的进水口和出水口，所述铜管的进水口和出水口分别通过水管与水冷箱相连通，实现极化线圈的水冷循环。

6.权利要求1所述的基于三维磁场的磁性纳米颗粒聚集装置，其特征在于，所述脉冲线圈或所述极化线圈均为实心的铜线，所述铜线与水管并排绕制，所述水管包括数量相同的进水口和出水口，所述水管的进水口和出水口分别与水冷箱相连通，实现脉冲线圈的水冷循环。

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