CN112959311A - 基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置及磁场控制方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置及磁场控制方法

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。

根据本发明的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，所述支撑板包括上支撑板2和下支撑板15，上支撑板2和下支撑板15相对设置在圆柱磁芯10的两侧，上支撑板2和下支撑板15的首端固定在底座22上，末端用于支撑圆盘磁芯3；T型轴承座19固定于下支撑板15上。

根据本发明的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，所述抱箍分为抱箍上部1和抱箍下部17，轴向通孔设置于抱箍下部17。

根据本发明的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，每对电磁铁模块之间至少相距308mm。

根据本发明的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，所述电磁铁模块还包括励磁电源，所述励磁电源通过调频电路调频后为绕组供电。

本发明还提供了一种基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置的磁场控制方法，采用所述基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置实现，包括产生梯度磁场用于驱动执行器或产生旋转磁场用于驱动执行器；

其中产生梯度磁场驱动执行器时，绕组通入电流的获得方法包括：

选定绝对坐标系下磁场空间V，使用电磁有限元软件仿真电流I通过一个电磁铁模块的绕组时产生的磁场，获得空间V内的仿真磁通量密度分布矩阵B(I)，P为磁场空间V中的一点，P点的磁通量密度记为B^P(I)，磁通量密度梯度记为

再使用齐次变换分别获得八个电磁铁模块分别在磁场空间V内产生的磁场对应的仿真磁通量密度分布矩阵B_i(I_i)i＝1，2…8，点P对应的仿真磁通量密度B^P _i(I_i)，i＝1，2…8，磁通量密度梯度

测量执行器的磁化强度M；

当执行器位于点P，通过驱动力F的公式确定目标磁通量密度梯度

然后根据电流与磁通量密度及其梯度的线性关系，由仿真电流I与仿真磁通量密度梯度

的对应关系，计算获得目标磁通量密度

对应的电流I1_i；

产生旋转磁场用于驱动执行器时，绕组通入电流的获得方法包括：

对处于一条轴线上的一对电磁铁模块同时采用电磁有限元软件仿真驱动，其通入仿真电流I0方向相同，大小相等，获得一对电磁铁模块在P点产生的仿真磁通量密度B'_i；

根据下式计算获得目标旋转磁场(B_x(t),B_y(t),B_z(t))时，对应的每对电磁铁模块在P点产生的磁通量密度B1'_i(I1'_i)：

式中B_x(t)为目标旋转磁场的x轴分量，B_y(t)为目标旋转磁场的y轴分量,B_z(t)为目标旋转磁场的z轴分量；

然后根据电流与磁通量密度的线性关系，由仿真电流I0与仿真磁通量密度B'_i的对应关系，计算获得目标磁通量密度B1'_i(I1'_i)对应的电流I1'_i。

根据本发明的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置的磁场控制方法，

将圆柱磁芯10、圆盘磁芯3和绕组形成的整体作为电磁铁；

所述调频电路包括电容C，所述电容C与所述电磁铁串联，电容C取值的计算方法包括：

式中f为目标交变磁场频率，L为电磁铁电感；

所述目标交变磁场频率f远高于电磁铁截止频率f₀：

式中R为电磁铁电阻。

本发明的有益效果：本发明适用于生物医药技术领域，可实现对磁性执行器的驱动和导向。它利用多级电磁铁产生磁场，组合通入各电磁铁的电流，可在工作区域内产生梯度磁场和旋转磁场。

本发明所述装置在电磁铁模块中设置了包括梯形丝杠、螺母、T型轴承座、联轴器和步进电机等构成的调整机构，可根据实验需求相应调整每对电磁铁模块之间的距离，从而改变磁场发生装置的内部空间；实验对象体积大时，收缩磁芯获得大空间，实验对象体积小时，伸长磁芯获得大的磁通密度；并且多级电磁铁的设置形式，使得独立控制各电磁铁的电流可获得梯度磁场和旋转磁场，可以驱动各类型的微执行器，在微纳机器人技术研究领域具有很高的实用价值。

采用本发明装置及方法，可驱动微纳米机器人的执行器完成靶向送药，精密手术和医学检测等任务；产生的磁场具有易控制、生物兼容性好和穿透性强等优点。

附图说明

图1是本发明所述基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置的整体结构示意图；

图2是一个电磁铁模块的主视图；

图3是图2的A-A向视图；

图4是基于本发明装置获得组合磁场的原理框图；

图5是电磁铁与调频电路连接的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一、结合图1至图5所示，本发明的第一方面提供了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。

本实施方式中，底座22可以为三段式结构，相邻段之间夹角相等，对应天顶角的取值范围，相邻段之间夹角的取值范围可以为135°～150°。四个磁场发生单元沿圆周方向排布成球形外轮廓。

作为示例，所述电磁铁模块的天顶角最优值为54.74°。

微纳米机器人技术是一门新兴的交叉学科，利用外加磁场控制机器人执行器运动，是现代电磁医学技术的主要动力方式，因此需要搭建可控的外加磁场发生装置。外加磁场发生装置需要具有较大的可调内部空间以满足不同体积活体对象的实验需求，所生成的梯度磁场需具备x轴分量Bxx，y轴分量Byyt和z轴分量Bzz；并且所生成的旋转磁场需具有较高的频率。本实施方式所述磁场发生装置采用了多级电磁铁，可在大的空间内产生较强的磁通密度，通过独立控制各电磁铁的电流可获得梯度磁场和旋转磁场。

作为示例，结合图3所示，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。

所述后水冷块4与后水冷块端盖14之间、中水冷块6与中水冷块端盖13之间、前水冷块8与前水冷块端盖12之间可使用摩擦焊连接，并做防水处理。后水冷块4、中水冷块6与前水冷块8与轴套9可采用过盈配合。连接盖11与轴套9和前水冷块8之间使用螺钉连接。

将绕组分为两部分有利于增强散热。

进一步，所述一号绕组5和二号绕组7串联连接，并可接入励磁电路。

再进一步，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。

作为示例，结合图3所示，所述支撑板包括上支撑板2和下支撑板15，上支撑板2和下支撑板15相对设置在圆柱磁芯10的两侧，上支撑板2和下支撑板15的首端固定在底座22上，末端用于支撑圆盘磁芯3；T型轴承座19固定于下支撑板15上。

作为示例，结合图3所示，所述抱箍分为抱箍上部1和抱箍下部17，轴向通孔设置于抱箍下部17。

进一步，每对电磁铁模块之间至少相距308mm。使电磁铁模块的磁芯之间至少为308mm，可确保其相互影响小，从而八个电磁铁产生的磁场可使用叠加定理获得组合磁场。

再进一步，所述电磁铁模块还包括励磁电源，所述励磁电源通过调频电路调频后为绕组供电。增加调频电路可以产生远高于截止频率的特定交变磁场。利用调频电路，可抵消电磁铁的高频感抗，实现高频旋转磁场。

结合图4所示，在具体使用中，本发明可对每台步进电机21配置步进电机驱动器，再结合上位机发出信号控制调整机构，改变磁场发生装置内部空间大小以适应实验对象，再发出信号控制励磁电路以获得目标混合磁场。

本实施方式中，将圆柱磁芯10、圆盘磁芯3和绕组形成的整体作为电磁铁，电磁铁与底座22之间通过调整机构相连。调整机构包括：上支撑板2、下支撑板15、梯形丝杠16、抱箍上部1、抱箍下部17、螺母18、T型轴承座19、联轴器20和步进电机21。其中，上支撑板2、下支撑板15还可辅助支撑后水冷块4，下支撑板15与后水冷块4可使用销定位，并用螺钉连接；上支撑板2与后水冷块4使用螺钉连接；上支撑板2、下支撑板15与底座22之间可使用螺钉连接；抱箍上部1和抱箍下部17抱紧在圆柱磁芯10固定段的底端，可使用螺钉将螺母18固定在抱箍下部17；T型轴承座19可通过螺钉与下支撑板15固定，梯形丝杠16使用一端固定，一端自由的安装方式安装在T型轴承座19上，传动效率低于50％时可自锁；步进电机21通过联轴器20传递扭矩给梯形丝杠16，实现圆柱磁芯10的前后运动，从而控制内部空间的大小。

具体实施方式二、结合图1至图5所示，本发明的另一方面还提供了一种基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置的磁场控制方法，采用具体实施方式一所述基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置实现，包括产生梯度磁场用于驱动执行器或产生旋转磁场用于驱动执行器；

其中产生梯度磁场驱动执行器时，绕组通入电流的获得方法包括：

选定绝对坐标系下磁场空间V，使用电磁有限元软件仿真电流I通过一个电磁铁模块的绕组时产生的磁场，获得空间V内的仿真磁通量密度分布矩阵B(I)，P为磁场空间V中的一点，P点的磁通量密度记为B^P(I)，磁通量密度梯度记为

再使用齐次变换分别获得八个电磁铁模块分别在磁场空间V内产生的磁场对应的仿真磁通量密度分布矩阵B_i(I_i)i＝1，2…8，点P对应的仿真磁通量密度B^P _i(I_i)，i＝1，2…8，磁通量密度梯度

测量执行器的磁化强度M；

当执行器位于点P，通过驱动力F的公式确定目标磁通量密度梯度

然后根据电流与磁通量密度及其梯度的线性关系，由仿真电流I与仿真磁通量密度梯度

的对应关系，计算获得目标磁通量密度

对应的电流I1_i；

产生旋转磁场用于驱动执行器时，绕组通入电流的获得方法包括：

对处于一条轴线上的一对电磁铁模块同时采用电磁有限元软件仿真驱动，其通入仿真电流I0方向相同，大小相等，获得一对电磁铁模块在P点产生的仿真磁通量密度B'_i；

根据下式计算获得目标旋转磁场(B_x(t),B_y(t),B_z(t))时，对应的每对电磁铁模块在P点产生的磁通量密度B1'_i(I1'_i)：

式中B_x(t)为目标旋转磁场的x轴分量，B_y(t)为目标旋转磁场的y轴分量,B_z(t)为目标旋转磁场的z轴分量；

然后根据电流与磁通量密度的线性关系，由仿真电流I0与仿真磁通量密度B'_i的对应关系，计算获得目标磁通量密度B1'_i(I1'_i)对应的电流I1'_i。

本实施方式中，电磁铁工作在磁芯材料的线性阶段，通入电磁铁的电流I与产生的磁通量密度成线性关系。点P可为绝对坐标系下磁场内部空间的任意位置。其中仿真电流I，磁通量密度B_i(I_i)以及磁化强度M，可共同存储在上位机中。

为获得旋转磁场，电磁铁需成对驱动，通入方向相同，大小相等的电流。

进一步，将圆柱磁芯10、圆盘磁芯3和绕组形成的整体作为电磁铁；

励磁电源为直流电机驱动器，驱动器发出的PWM波在电磁铁电感的滤波作用下可获得所需的励磁电流。

若要产生远高于截止频率的交变磁场f，可以通过增加调频电路来实现。

结合图5所示，其中AC表示交流电源；所述调频电路包括电容C，所述电容C与所述电磁铁串联，电容C取值的计算方法包括：

式中f为目标交变磁场频率，L为电磁铁电感；

所述目标交变磁场频率f远高于电磁铁截止频率f₀：

式中R为电磁铁电阻。

串联电容C为调频电路的简单示例，可根据实际需要，选择调频电路的适当形式。

本实施方式所述磁场控制方法的具体实现过程包括：

1、磁场发生装置的初始化：依据实验对象的体积调整内部空间，上位机控制步进电机21调整圆柱磁芯10的伸出长度，并启动水冷系统；

2、控制程序的初始化：使用电磁有限元软件，仿真电流I通过单个电磁铁产生的磁通量密度B(I)；测量电磁铁的电感L；测量执行器的磁化强度M，共同存入上位机。

3、使用梯度磁场控制执行器时，求解获得各级电磁铁通入的电流I1_i；

4、使用旋转磁场控制执行器时，首先确定旋转频率频率f，再接入调频电路，例如：可串联

的电容，求解获得各对电磁铁通入的电流I1'_i。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (10)

1.一种基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，其特征在于，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)。

3.根据权利要求2所述的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，其特征在于，所述一号绕组(5)和二号绕组(7)串联连接。

4.根据权利要求3所述的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，其特征在于，

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。

5.根据权利要求1所述的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，其特征在于，

所述支撑板包括上支撑板(2)和下支撑板(15)，上支撑板(2)和下支撑板(15)相对设置在圆柱磁芯(10)的两侧，上支撑板(2)和下支撑板(15)的首端固定在底座(22)上，末端用于支撑圆盘磁芯(3)；T型轴承座(19)固定于下支撑板(15)上。

6.根据权利要求5所述的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，其特征在于，所述抱箍分为抱箍上部(1)和抱箍下部(17)，轴向通孔设置于抱箍下部(17)。

7.根据权利要求1所述的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，其特征在于，每对电磁铁模块之间至少相距308mm。

8.根据权利要求1所述的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置，其特征在于，所述电磁铁模块还包括励磁电源，所述励磁电源通过调频电路调频后为绕组供电。

9.一种基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置的磁场控制方法，采用权利要求1至8所述基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置实现，其特征在于包括产生梯度磁场用于驱动执行器或产生旋转磁场用于驱动执行器；

其中产生梯度磁场驱动执行器时，绕组通入电流的获得方法包括：

选定绝对坐标系下磁场空间V，使用电磁有限元软件仿真电流I通过一个电磁铁模块的绕组时产生的磁场，获得空间V内的仿真磁通量密度分布矩阵B(I)，P为磁场空间V中的一点，P点的磁通量密度记为B^P(I)，磁通量密度梯度记为

再使用齐次变换分别获得八个电磁铁模块分别在磁场空间V内产生的磁场对应的仿真磁通量密度分布矩阵B_i(I_i)i＝1，2…8，点P对应的仿真磁通量密度B^P _i(I_i)，i＝1，2…8，磁通量密度梯度

测量执行器的磁化强度M；

当执行器位于点P，通过驱动力F的公式确定目标磁通量密度梯度

然后根据电流与磁通量密度及其梯度的线性关系，由仿真电流I与仿真磁通量密度梯度

的对应关系，计算获得目标磁通量密度

对应的电流I1_i；

产生旋转磁场用于驱动执行器时，绕组通入电流的获得方法包括：

对处于一条轴线上的一对电磁铁模块同时采用电磁有限元软件仿真驱动，其通入仿真电流I0方向相同，大小相等，获得一对电磁铁模块在P点产生的仿真磁通量密度B'_i；

根据下式计算获得目标旋转磁场(B_x(t),B_y(t),B_z(t))时，对应的每对电磁铁模块在P点产生的磁通量密度B1'_i(I1'_i)：

式中B_x(t)为目标旋转磁场的x轴分量，B_y(t)为目标旋转磁场的y轴分量,B_z(t)为目标旋转磁场的z轴分量；

然后根据电流与磁通量密度的线性关系，由仿真电流I0与仿真磁通量密度B'_i的对应关系，计算获得目标磁通量密度B1'_i(I1'_i)对应的电流I1'_i。

10.根据权利要求9所述的基于多级电磁铁的高频强磁场发生装置的磁场控制方法，其特征在于，

将圆柱磁芯(10)、圆盘磁芯(3)和绕组形成的整体作为电磁铁；

所述调频电路包括电容C，所述电容C与所述电磁铁串联，电容C取值的计算方法包括：

式中f为目标交变磁场频率，L为电磁铁电感；

所述目标交变磁场频率f远高于电磁铁截止频率f₀：

式中R为电磁铁电阻。

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