CN114121401A - 旋转/梯度复合磁场发生装置 - Google Patents

旋转/梯度复合磁场发生装置 Download PDF

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鄢晓晖
庞世尧
刘婷
胡静
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Xiamen University
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Xiamen University
Shenzhen Research Institute of Xiamen University
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Abstract

旋转/梯度复合磁场发生装置，涉及电磁技术领域。由永磁组件、驱动系统、控制系统和散热系统组成，永磁组件由单个或多个永磁体在空间自定义布局构成，控制系统通过驱动系统与永磁组件相连，散热系统安装在驱动系统旁。永磁组件由永磁体安装在组合支架上构成，组合支架的空间结构根据需要自定义设计，通过3D打印技术制备。通过更换自定义的永磁组件，实现用一套装置产生多种类型的旋转/梯度复合磁场，通过驱动系统和控制系统实时调节磁场的方向、强度和旋转频率，通过散热系统降温，保护设备，延长工作时间，其结构简单、操作便捷、成本低，应用场景广泛。

Description

旋转/梯度复合磁场发生装置
技术领域
本发明涉及电磁技术领域，具体是涉及一种旋转/梯度复合磁场发生装置。
背景技术
磁场发生器在生物医学等领域具有广泛的应用，如利用磁场发生器驱动控制磁性微型机器人在体内运动，完成一系列工作，这在生物探测、智能载药、可控药物释放、血栓清除等领域有着重要的意义。
用于驱动磁性微型机器人的磁场类型有梯度磁场、旋转磁场等，梯度磁场可以直接拉动微型机器人沿空间磁场梯度差做直线运动，旋转磁场可以驱动微型机器人做旋转运动。目前已报道的磁场发生装置产生的磁场类型较为单一，磁场强度和方向调节困难，工作时间短，应用场景十分受限。
发明内容
本发明的目的在于解决现有磁场发生器产生的磁场类型单一，磁场强度和方向调节困难，工作时间短，应用场景受限等问题，提供一种旋转/梯度复合磁场发生装置。
本发明由永磁组件、驱动系统、控制系统和散热系统组成，所述永磁组件由单个或多个永磁体在空间自定义布局构成，所述驱动系统与永磁组件固定连接，所述控制系统与驱动系统相连，用以控制驱动系统的各参数，所述散热系统安装在驱动系统旁。
所述永磁组件由单个或多个永磁体安装在组合支架上构成，所述组合支架的空间结构根据需要自定义设计，通过3D打印技术制备，不同的永磁组件可以在空间中产生不同的磁场类型，以满足不同应用场景的需要。
所述驱动系统由平移驱动系统和旋转驱动系统组成，用于控制永磁组件在空间中的位置、角度及转速。
所述平移驱动系统由x丝杆、z丝杆、y丝杆、一号电机、二号电机、三号电机和底座组成。
所述x丝杆固定在底座上，所述z丝杆垂直安装于x丝杆上，可沿x丝杆平移；所述y丝杆垂直安装于z丝杆上且与x丝杆垂直，可沿z丝杆平移；三轴丝杆在空间中互相垂直。
所述一号电机、二号电机、三号电机的输出端分别与x丝杆、z丝杆、y丝杆的端部连接，通过控制系统控制三个电机来分别实现三轴丝杆的转动，以调节永磁组件在空间中的坐标位置。
所述旋转驱动系统由四号电机、五号电机、六号电机和连接支架组成。
所述四号电机固定在平移驱动系统y丝杆的末端，所述五号电机通过连接支架垂直固定于四号电机的输出轴，所述六号电机通过连接支架垂直固定于五号电机的输出轴，三个电机的输出轴在空间中互相垂直，通过控制系统控制四号电机和五号电机，可以调节六号电机在空间中的角度。
所述永磁组件的组合支架与六号电机的输出轴固定连接，通过控制系统控制六号电机，可以调节永磁组件的转速，进而调节所产生磁场的旋转频率。
所述散热系统由6个散热风扇组成，所述散热风扇分别安装在各电机旁，为各个运行中的电机降温，延长工作时间和使用寿命。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明所述旋转/梯度复合磁场，通过更换自定义的永磁组件，实现用一套装置产生多种类型的旋转/梯度复合磁场，通过驱动系统和控制系统实时调节磁场的方向、强度和旋转频率，通过散热系统降温，保护设备，延长工作时间，其结构简单，操作便捷，成本低，应用场景广泛。
附图说明
图1为本发明所述一种旋转/梯度复合磁场发生装置的结构示意图；
图2为本发明所述永磁组件组合支架的结构示例之一；
图3为本发明所述永磁组件组合支架的结构示例之二；
图4为本发明所述永磁组件组合支架的结构示例之三；
图5为本发明所述平移驱动系统的结构示意图；
图6为本发明所述旋转驱动系统的结构示意图。
图中各标记为：永磁组件1，驱动系统2，平移驱动系统21，底座211，x丝杆212，z丝杆213，y丝杆214，一号电机215，二号电机216，三号电机217，旋转驱动系统22，四号电机221，五号电机222，六号电机223，控制系统3，散热系统4。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
如图1、5、6所示，本发明所述一种旋转/梯度复合磁场发生装置由永磁组件1、驱动系统2、控制系统3和散热系统4组成。本实施例中，所述永磁组件1由单个永磁体安装在支架上构成，所述驱动系统2与永磁组件1固定连接，所述控制系统3与驱动系统2相连，用以控制驱动系统2的各参数，所述散热系统4安装在驱动系统2旁。
显然，所述永磁组件1不限于本实施例中的结构，如图2所示。可以根据需要用不同结构的永磁组件来替换，永磁组件可由单个或多个永磁体安装在组合支架上构成，组合支架的空间结构根据需要自定义设计，通过3D打印等技术制备，这里给出其他两种结构设计示例，如图3、4所示，不同的永磁组件可以在空间中产生不同的磁场类型，以满足不同应用场景的需要。
具体地，所述驱动系统2由平移驱动系统21和旋转驱动系统22组成。
如图5所示，所述平移驱动系统21由x丝杆212，z丝杆213，y丝杆214，一号电机215、二号电机216、三号电机217和底座211组成，所述一号电机215、二号电机216、三号电机217的输出端分别连接在x丝杆212、z丝杆213、y丝杆214的端部，用来控制三轴丝杆的转动。所述x丝杆212固定在底座211上，所述z丝杆213垂直安装于x丝杆212上，z丝杆213通过一号电机215的驱动可沿x丝杆212平移；所述y丝杆214垂直安装于z丝杆213上且与x丝杆212垂直，y丝杆214通过二号电机216的驱动可沿z丝杆213平移；y丝杆214通过三号电机217的驱动可使其沿自身丝杆方向平移。三轴丝杆在空间中互相垂直，平移驱动系统21用于调节永磁组件在空间中的坐标位置。
如图6所示，所述旋转驱动系统22由四号电机221、五号电机222、六号电机223和若干连接支架组成，所述四号电机221固定在平移驱动系统y丝杆214的末端，所述五号电机222通过连接支架垂直固定于四号电机221的输出轴，所述六号电机223通过连接支架垂直固定于五号电机222的输出轴，所述永磁组件1的组合支架与六号电机223的输出轴固定连接。三个电机的输出轴在空间中互相垂直，通过控制四号电机和五号电机，可以调节六号电机在空间中的角度；通过控制六号电机，可以调节永磁组件的转速，进而调节所产生磁场的旋转频率。
根据应用场景对工作空间和磁场的要求来调节磁场发生器的参数。控制系统3用于控制驱动系统2的六个电机，控制系统3与永磁组件1固定相连，通过对一号电机215、二号电机216、三号电机217的控制，使永磁组件1分别沿x丝杆212，z丝杆213，y丝杆214的方向平移，以调整永磁组件1在空间中的坐标位置；同样地，通过控制系统3对四号电机221、五号电机222、六号电机223的控制，使永磁组件1分别绕四号电机221、五号电机222、六号电机223的输出轴转动，以调整永磁组件1在空间的放置角度。通过对永磁组件1的三个位置坐标和三个角度坐标的控制，实现对永磁组件所产生磁场强度和方向的调节。
永磁组件1周围的空间始终存在梯度磁场，调整好永磁组件1在空间中的位置和角度后，如果用控制系统3来调节六号电机223的转速，使六号电机223带动永磁组件1绕其输出轴按一定的旋转频率转动，那么可在永磁组件1的周围产生磁场强度、方向和旋转频率均可控的旋转/梯度复合磁场。此外，如果用其他自定义的永磁组件替换本实施例中的永磁组件，那么可在其周围产生各种类型的旋转/梯度复合磁场。
所述散热系统4由若干散热风扇组成，若干散热风扇分别安装在各电机附近，电机通电工作时会发热，散热风扇在旁边为其降温，以延长磁场发生设备的工作时间和使用寿命。
相比于现有的磁场发生器，本发明通过更换自定义的永磁组件，实现用一套装置产生多种类型的旋转/梯度复合磁场，通过驱动系统和控制系统实时调节磁场的方向、强度和旋转频率，通过散热系统降温，保护设备，延长工作时间，其结构简单，操作便捷。
本发明可应用于多种场景，例如对磁性微型机器人的长时间体外个体/集群控制；通过更换不同的永磁组件来产生不同类型的旋转/梯度复合磁场，以操控各型磁性粒子的平移、旋转等运动，来实现一些微操作技术如磁分离、磁搅拌等。此外，本发明所述磁场发生装置有着较好的仪器兼容性，可与显微镜、光声、超声、CT等成像设备配合使用。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，例如改变永磁组件的磁体数量和排列方式、改变驱动控制方式、改变机械运动方式、改变冷却方式等，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.旋转/梯度复合磁场发生装置，其特征在于由永磁组件(1)、驱动系统(2)、控制系统(3)和散热系统(4)组成，所述永磁组件(1)由永磁体在空间自定义布局构成，所述驱动系统(2)与永磁组件(1)固定连接，所述控制系统(3)与驱动系统(2)相连，所述散热系统(4)安装在驱动系统(2)旁。
2.如权利要求1所述旋转/梯度复合磁场发生装置，其特征在于所述永磁组件(1)由永磁体安装在组合支架上构成，所述组合支架的空间结构根据需要自定义设计，通过3D打印技术制备。
3.如权利要求1所述旋转/梯度复合磁场发生装置，其特征在于所述驱动系统(2)由平移驱动系统(21)和旋转驱动系统(22)组成。
4.如权利要求3所述旋转/梯度复合磁场发生装置，其特征在于所述平移驱动系统(21)由x丝杆(212)、z丝杆(213)、y丝杆(214)、一号电机(215)、二号电机(216)、三号电机(217)和底座(211)组成；
所述x丝杆(212)固定在底座(211)上，所述z丝杆(213)垂直安装于x丝杆(212)上，可沿x丝杆(212)平移；所述y丝杆(214)垂直安装于z丝杆(213)上且与x丝杆(212)垂直，可沿z丝杆(213)平移；三轴丝杆在空间中互相垂直；
所述一号电机(215)、二号电机(216)、三号电机(217)的输出端分别与x丝杆(212)、z丝杆(213)、y丝杆(214)的端部连接。
5.如权利要求3所述旋转/梯度复合磁场发生装置，其特征在于所述旋转驱动系统(22)由四号电机(221)、五号电机(222)、六号电机(223)和连接支架组成；
所述四号电机(221)固定在平移驱动系统y丝杆(214)的末端，所述五号电机(222)通过连接支架垂直固定于四号电机(221)的输出轴，所述六号电机(223)通过连接支架垂直固定于五号电机(222)的输出轴，三个电机的输出轴在空间中互相垂直。
6.如权利要求5所述旋转/梯度复合磁场发生装置，其特征在于永磁组件(1)的组合支架与六号电机(223)的输出轴固定连接。
7.如权利要求1所述旋转/梯度复合磁场发生装置，其特征在于所述散热系统(4)由六个散热风扇组成，所述散热风扇分别安装在各电机旁。
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