CN110265204B - 可变结构三维磁场发生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可变结构三维磁场发生系统，包括三组相互正交的线圈组，三组相互正交的线圈组包括X轴线圈组、设置在X轴线圈组内侧的Z轴线圈组以及设置在Z轴线圈组内侧的Y轴线圈组，X轴线圈组包括两个沿X轴方向相对设置的X轴线圈，两个X轴线圈之间设有X轴间距调节机构；Z轴线圈组包括两个沿Z轴方向相对设置的Z轴线圈，两个Z轴线圈之间设有Z轴间距调节机构；Y轴线圈组包括两个沿Y轴方向相对设置的Y轴线圈，两个Y轴线圈之间设有Y轴间距调节机构。本发明设计简单，每组线圈组中两个线圈的间距均可调，可实现三维磁场发生系统在亥姆赫兹结构与麦克斯韦结构之间的自动切换，进而完成匀强磁场和均匀梯度磁场的快速切换。

Description

可变结构三维磁场发生系统
技术领域：
本发明涉及一种可变结构三维磁场发生系统。
背景技术：
现有三维磁场发生装置中，其线圈自身结构和相互结构都是固定的，不方便对每一维中线圈之间的间距进行调整，故无法实现磁场发生系统在亥姆赫兹线圈结构和麦克斯韦线圈结构间的自动切换，从而产生匀强磁场或均匀梯度磁场。
发明内容：
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种可变结构三维磁场发生系统，不仅结构合理，而且可实现亥姆霍兹线圈结构和麦克斯韦线圈之间的快速切换。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可变结构三维磁场发生系统，包括底座和设置在底座上的三组相互正交的线圈组，每组线圈组均包括两个共轴且相对设置的线圈，两个线圈之间设有间距调节机构。
进一步的，三组相互正交的线圈组包括X轴线圈组、设置在X轴线圈组内侧的Z轴线圈组以及设置在Z轴线圈组内侧的Y轴线圈组，所述X轴线圈组包括两个沿X轴方向相对设置的X轴线圈，两个X轴线圈之间设有X轴间距调节机构；所述Z轴线圈组包括两个沿Z轴方向相对设置的Z轴线圈，两个Z轴线圈之间设有Z轴间距调节机构；所述Y轴线圈组包括两个沿Y轴方向相对设置的Y轴线圈，两个Y轴线圈之间设有Y轴间距调节机构。
进一步的，两个X轴线圈分别安装在两个沿X轴方向设置的线圈支架A上，两个线圈支架A的底部与底座沿X轴方向滑动连接；所述X轴间距调节机构包括沿X轴方向设置的并由驱动电机A驱动旋转的双向丝杆A，所述双向丝杆A两端旋向相反的螺纹段分别与两个线圈支架A螺纹连接。
进一步的，所述底座上于X轴线圈组的两侧分别设有一支撑架；两个Z轴线圈分别安装在两个沿Z轴方向设置的线圈支架B，两个线圈支架B与其中一个支撑架沿Z轴方向滑动连接；所述Z轴间距调节机构包括沿Z轴方向设置在另一个支撑架上的并由驱动电机B驱动旋转的双向丝杆B，所述双向丝杆B两端旋向相反的螺纹段分别与两个线圈支架B螺纹连接。
进一步的，两个Y轴线圈分别安装在两个沿Y轴方向设置的线圈支架C上，两个线圈支架C的底部与底座沿Y轴方向滑动连接；所述Y轴间距调节机构包括沿Y轴方向设置的并由驱动电机C驱动旋转的双向丝杆C，所述双向丝杆C两端旋向相反的螺纹段分别与两个线圈支架C螺纹连接。
进一步的，所述底座上远离双向丝杆B的支撑架上设有Z轴滑槽，所述线圈支架B于远离双向丝杆B的一端设有用以与Z轴滑槽滑动配合的Z轴滑动凸部；所述底座上设有中部相垂直的X轴滑槽和Y轴滑槽，所述线圈支架A的底部固联有用以与X轴滑槽滑动配合的X轴滑块，所述线圈支架C的底部固联有用以与Y轴滑槽滑动配合的Y轴滑块。
进一步的，所述Z轴滑槽与Z轴滑动凸部的截面均为燕尾形状。
进一步的，所述双向丝杆A的一端、双向丝杆B的一端以及双向丝杆C的一端均设有用以检测两个线圈之间的间距的距离传感器。
进一步的，所述X轴线圈、Y轴线圈以及Z轴线圈均为圆形状。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明结构设计简单、合理，每组线圈组中两个线圈的间距均可调，可实现三维磁场发生系统在亥姆赫兹结构与麦克斯韦结构之间的自动切换，进而完成匀强磁场和均匀梯度磁场的快速切换。
附图说明：
图1是本发明实施例的立体构造示意图；
图2是本发明实施例的主视构造示意图；
图3是本发明实施例的俯视构造示意图；
图4是X轴线圈安装在线圈支架A上的立体构造示意图；
图5是Z轴线圈安装在线圈支架B上的立体构造示意图；
图6是Y轴线圈安装在线圈支架C上的立体构造示意图；
图7是本发明实施例中底座的立体构造示意图；
图8是本发明实施例中系统结构切换示意图。
图中：
1-底座；2-X轴线圈组；201-X轴线圈；3-Z轴线圈组；301-Z轴线圈；4-Y轴线圈组；401-Y轴线圈；5-线圈支架A；6-驱动电机A；7-双向丝杆A；8-支撑架；9-线圈支架B；10-驱动电机B；11-双向丝杆B；12-线圈支架C；13-驱动电机C；14-双向丝杆C；15-Z轴滑槽；16-Z轴滑动凸部；17-X轴滑槽；18-Y轴滑槽；19-X轴滑块；20-Y轴滑块；21-丝杆安装架A；22-丝杆安装架C；23-距离传感器。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～7所示，本发明一种可变结构三维磁场发生系统，包括矩形状的底座1和设置在底座1上的三组相互正交的线圈组，每组线圈组均包括两个共轴且相对设置的线圈，两个线圈之间设有间距调节机构，以便调节两个线圈组之间的间距。由于每组线圈组中两个线圈的间距均可调，可实现三维磁场发生系统在亥姆赫兹结构与麦克斯韦结构之间的自动切换，进而完成匀强磁场和均匀梯度磁场的快速切换。
本实施例中，三组相互正交的线圈组包括X轴线圈组2、设置在X轴线圈组2内侧的Z轴线圈组3以及设置在Z轴线圈组3内侧的Y轴线圈组4，所述X轴线圈组2包括两个沿X轴方向（横向）共轴相对设置的X轴线圈201，两个X轴线圈201之间设有X轴间距调节机构；所述Z轴线圈组3包括两个沿Z轴方向（竖向）共轴相对设置的Z轴线圈301，两个Z轴线圈301设置在X轴线圈201的内部，两个Z轴线圈301之间设有Z轴间距调节机构；所述Y轴线圈组4包括两个沿Y轴方向（纵向）共轴相对设置的Y轴线圈401，两个Y轴线圈401设置在Z轴线圈301内部，两个Y轴线圈401之间设有Y轴间距调节机构。
本实施例中，两个X轴线圈201分别安装在两个沿X轴方向相对设置的线圈支架A5上，两个线圈支架A5的底部与底座1沿X轴方向滑动连接；所述X轴间距调节机构包括沿X轴方向设置的并由驱动电机A6驱动旋转的双向丝杆A7，所述双向丝杆A7两端旋向相反的螺纹段分别螺纹贯穿两个线圈支架A5，双向丝杆A7与两个线圈支架A5螺纹连接，当驱动电机A6驱动双向丝杆A7正、反转时，双向丝杆A7的旋转运动转换为两个线圈支架A5在底座1上沿着X轴方向平移运动，两个线圈支架A5同步相向或背向运动，以实现调节两个X轴线圈201之间的间距。
本实施例中，所述底座1上于X轴线圈组2的两侧分别设有一支撑架8；两个Z轴线圈301分别安装在两个沿Z轴方向相对设置的线圈支架B9，Z轴线圈301缠绕在线圈支架B9上，两个线圈支架B9与其中一个支撑架8沿Z轴方向滑动连接；所述Z轴间距调节机构包括沿Z轴方向设置在另一个支撑架8上的并由驱动电机B10驱动旋转的双向丝杆B11，所述双向丝杆B11两端旋向相反的螺纹段分别螺纹贯穿两个线圈支架B9，双向丝杆B11与两个线圈支架B9螺纹连接，当驱动电机B10驱动双向丝杆B11正、反转时，双向丝杆B11的旋转运动转换为两个线圈支架B9在支撑架8上沿着Z轴方向平移运动，两个线圈支架B9同步相向或背向运动，以实现调节两个Z轴线圈301之间的间距。
本实施例中，两个Y轴线圈401分别安装在两个沿Y轴方向相对设置的线圈支架C12上，两个线圈支架C12的底部与底座1沿Y轴方向滑动连接；所述Y轴间距调节机构包括沿Y轴方向设置的并由驱动电机C13驱动旋转的双向丝杆C14，所述双向丝杆C14两端旋向相反的螺纹段分别螺纹贯穿两个线圈支架C12，双向丝杆C14与两个线圈支架C12螺纹连接，当驱动电机C13驱动双向丝杆C14正、反转时，双向丝杆C14的旋转运动转换为两个线圈支架C12在底座1上沿着Y轴方向平移运动，两个线圈支架C12同步相向或背向运动，以实现调节两个Y轴线圈401之间的间距。
本实施例中，所述底座1上远离双向丝杆B11的支撑架8上设有Z轴滑槽15，所述线圈支架B9于远离双向丝杆B11的一端设有用以与Z轴滑槽15滑动配合的Z轴滑动凸部16；所述底座1上设有中部相垂直的X轴滑槽17和Y轴滑槽18，所述线圈支架A5的底部固联有用以与X轴滑槽17滑动配合的X轴滑块19，所述线圈支架C12的底部固联有用以与Y轴滑槽18滑动配合的Y轴滑块20。
本实施例中，所述Z轴滑槽15与Z轴滑动凸部16的截面均为燕尾形状。
本实施例中，所述双向丝杆A7的两端设置在丝杆安装架A21，所述丝杆安装架A21固联在底座1上；所述双向丝杆C14的两端设置在丝杆安装架C22，所述丝杆安装架C22固联在底座1上。
本实施例中，所述双向丝杆A7的一端、双向丝杆B11的一端以及双向丝杆C14的一端均设有用以检测两个线圈之间的间距的距离传感器23，以便当两个线圈运动到指定位置时发出反馈信号，驱使驱动电机停止工作，确保能够准确切换到指定的线圈结构，保证了线圈切换的精确度，实现系统结构变化的闭环控制。
本实施例中，所述X轴线圈、Y轴线圈以及Z轴线圈均为圆形状；X轴线圈、Y轴线圈以及Z轴线圈之间相互不接触，以避免运动时产生干涉。
本实施例中，所述线圈支架A和线圈支架C均为一块板状结构，线圈支架A和线圈支架C的上端均设有用以容置线圈的一端的凹部，线圈支架A和线圈支架C上均设有用以与双向丝杆的螺纹段相配合的螺孔；所述线圈支架B为两块板状结构组成，两块板状结构均设有容易容置线圈的一端的凹部，两块板状结构设置在线圈的两端，其中一块板状结构上设置有用以与双向丝杆的螺纹段配合的螺孔。
本实施例中，所述驱动电机A、驱动电机B以及驱动电机C均为伺服电机。
本实施例中，工作时，三台驱动电机开始工作，驱动电机带动双向丝杆转动，完成对相对设置的线圈同时向外或向内运动；若线圈未达到指定的位置，则距离传感器无动作，驱动电机继续工作；当线圈运动到指定位置时，距离传感器发出反馈信号（已达到限定位置），驱动电机停止工作。在驱动电机停止工作后，每组线圈组中的两个线圈通入同向电流（亥姆赫兹线圈结构）或者反向电流（麦克斯韦线圈结构），从而产生匀强磁场或均匀梯度磁场。
具体实施过程：如图8所示，图7中的Ⅰ和Ⅳ为具有亥姆霍兹线圈结构的磁场发生系统，图8中的Ⅱ图Ⅲ为具有麦克斯韦线圈结构的磁场发生系统。当三台驱动电机开始工作时，驱动电机带动双向丝杆转动；因为双向丝杆具有两段旋向相反的螺纹，双向丝杆带动成对线圈支架同时向外或向内移动；线圈由线圈支架固定，故成对线圈会随着线圈支架同时向外或向内移动，从而实现结构的切换。当三组线圈组同时向外运动时，当一对线圈的距离刚好达到
Figure DEST_PATH_IMAGE002
倍该线圈的半径时，距离传感器会发出信号，控制线圈停止运动，此时系统结构会切换为具有麦克斯韦线圈结构的磁场发生系统，如图8中Ⅰ→Ⅱ所示；当三组线圈组同时向内运动时，一对线圈的距离刚好运动到该线圈的半径时，距离传感器会发出信号，控制线圈停止运动，此时系统结构会切换成具有亥姆赫兹线圈结构的磁场发生系统，如图8中Ⅲ→Ⅳ所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种可变结构三维磁场发生系统，其特征在于：包括底座和设置在底座上的三组相互正交的线圈组，每组线圈组均包括两个共轴且相对设置的线圈，两个线圈之间设有间距调节机构；三组相互正交的线圈组包括X轴线圈组、设置在X轴线圈组内侧的Z轴线圈组以及设置在Z轴线圈组内侧的Y轴线圈组，所述X轴线圈组包括两个沿X轴方向相对设置的X轴线圈，两个X轴线圈之间设有X轴间距调节机构；所述Z轴线圈组包括两个沿Z轴方向相对设置的Z轴线圈，两个Z轴线圈之间设有Z轴间距调节机构；所述Y轴线圈组包括两个沿Y轴方向相对设置的Y轴线圈，两个Y轴线圈之间设有Y轴间距调节机构；两个X轴线圈分别安装在两个沿X轴方向设置的线圈支架A上，两个线圈支架A的底部与底座沿X轴方向滑动连接；所述X轴间距调节机构包括沿X轴方向设置的并由驱动电机A驱动旋转的双向丝杆A，所述双向丝杆A两端旋向相反的螺纹段分别与两个线圈支架A螺纹连接；所述底座上于X轴线圈组的两侧分别设有一支撑架；两个Z轴线圈分别安装在两个沿Z轴方向设置的线圈支架B，两个线圈支架B与其中一个支撑架沿Z轴方向滑动连接；所述Z轴间距调节机构包括沿Z轴方向设置在另一个支撑架上的并由驱动电机B驱动旋转的双向丝杆B，所述双向丝杆B两端旋向相反的螺纹段分别与两个线圈支架B螺纹连接；两个Y轴线圈分别安装在两个沿Y轴方向设置的线圈支架C上，两个线圈支架C的底部与底座沿Y轴方向滑动连接；所述Y轴间距调节机构包括沿Y轴方向设置的并由驱动电机C驱动旋转的双向丝杆C，所述双向丝杆C两端旋向相反的螺纹段分别与两个线圈支架C螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的可变结构三维磁场发生系统，其特征在于：所述底座上远离双向丝杆B的支撑架上设有Z轴滑槽，所述线圈支架B于远离双向丝杆B的一端设有用以与Z轴滑槽滑动配合的Z轴滑动凸部；所述底座上设有中部相垂直的X轴滑槽和Y轴滑槽，所述线圈支架A的底部固联有用以与X轴滑槽滑动配合的X轴滑块，所述线圈支架C的底部固联有用以与Y轴滑槽滑动配合的Y轴滑块。
3.根据权利要求2所述的可变结构三维磁场发生系统，其特征在于：所述Z轴滑槽与Z轴滑动凸部的截面均为燕尾形状。
4.根据权利要求1所述的可变结构三维磁场发生系统，其特征在于：所述双向丝杆A的一端、双向丝杆B的一端以及双向丝杆C的一端均设有用以检测两个线圈之间的间距的距离传感器。
5.根据权利要求1所述的可变结构三维磁场发生系统，其特征在于：所述X轴线圈、Y轴线圈以及Z轴线圈均为圆形状。
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