CN115035775A - 对介质中磁流体分散体复合的控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

发明提供对介质中磁流体分散体复合的控制方法与装置。该装置包括透明容器、磁流体、透明介质、外壳，以及至少一个工作磁铁和至少一个复合控制磁铁。所述透明容器中填充有磁流体和透明介质。所述外壳内具有腔室。所述透明容器内嵌设置在腔室内。所述外壳上开设有用于观察所述透明容器的观察窗。所述工作磁铁和复合控制磁铁组件布置在腔室中。所述工作磁铁为电磁铁。所述工作磁铁产生的磁场操控磁流体运动。所述复合控制磁铁产生的磁场吸引聚集滞留的磁流体分散体。分散体能够自动复合，解决介质中磁流体分散体难以复合的技术瓶颈，提升磁流体在实际艺术表达或相关产品中的展示性能。

Description

对介质中磁流体分散体复合的控制方法与装置

技术领域

本发明涉及磁流体演示领域，特别涉及对介质中磁流体分散体复合的控制方法与装置。

背景技术

磁流体独特的磁致相变物理效应与艺术形貌使之愈加受到创意消费产品领域的关注，并被开发成各类艺术、娱乐、减压、潮玩产品。在这类产品设计中，磁流体常被置于与之不相溶的透明介质中(例如水、油液等)，它们再被密封于透明容器中。该类产品常在透明容器外部置有磁场发生器(如电磁铁)，通过控制磁场来实现对磁流体相变形态的控制，并映射于音乐节奏等其他信号类型，达到一种可视化的创意展示效果。在无磁场条件下，磁流体主要受到重力和透明介质的浮力作用，其中浮力可抵消一部分甚至全部重力作用。在施加磁场条件下，磁流体会受到磁场力作用(朝着磁场发生器运动)，这时由于浮力对重力的抵消作用，以及磁流体与不相溶透明介质界面间的低阻尼效应，磁流体在磁场驱动下的运动表现得异常灵敏。

然而，正是由于这种异常灵敏的运动性能，磁流体在受到变化磁场的反复驱动的过程中，一团体积较大的磁流体因其各区域受到的磁场力不同(加速度不同)、以及其他因素的影响，导致很容易分裂成多个分散体(如图1所示)。这时，由于每个分散体都处于与之不相溶的透明介质中，即便两个分散体发生接触，其两个界面间存在由不相溶透明介质构成的介质膜，因表面张力的存在导致分散体难以重新复合成大团磁流体。

此技术瓶颈的存在严重影响了磁流体的艺术表达效果，亦对相关产品的核心品质产生了严重制约。在实际生产中，通过手动引导一个具有较大磁力的磁铁可将分散体复合，但每次进行这种手动复合无疑是一款优质产品不可接受的质量缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供对介质中磁流体分散体复合的控制方法与装置，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，对介质中磁流体分散体复合的控制装置，包括透明容器、磁流体、透明介质、外壳，以及至少一个工作磁铁。

所述透明容器中灌注有磁流体和透明介质。

所述外壳内具有腔室。所述透明容器内嵌设置在腔室内。所述外壳上开设有用于观察所述透明容器的观察窗。

所述工作磁铁布置在腔室中。所述工作磁铁为电磁铁。所述工作磁铁产生的磁场用于操控磁流体运动以及吸引聚集滞留的磁流体分散体。

进一步，还包括至少一个复合控制磁铁。所述复合控制磁铁布置在腔室中。所述复合控制磁铁产生的磁场用于吸引聚集滞留的磁流体分散体。

进一步，所述复合控制磁铁为永磁铁。所述复合控制磁铁布置在运动机构上。所述运动机构布置在腔室中。所述运动机构控制复合控制磁铁的移动路径。

进一步，所述运动机构为直线驱动机构或旋转驱动机构。

本发明还公开一种根据上述装置的磁流体分散体复合控制方法，所述运动机构控制复合控制磁铁在移动路径上双向运动。所述复合控制磁铁靠近透明容器时，吸附磁流体分散体。所述复合控制磁铁远离透明容器时，释放大团磁流体。

进一步，所述复合控制磁铁为电磁铁。

本发明还公开一种根据上述装置的磁流体分散体复合控制方法，向复合控制磁铁中通入电流。复合控制磁铁产生磁场，磁流体分散体受强磁场力作用，克服分散体间表面张力，复合成大团磁流体。

进一步，向复合控制磁铁中通入可控电流。复合控制磁铁产生磁场，驱使磁流体分散体振荡运动，使磁流体分散体复合成大团磁流体。

进一步，通入可控电流的步骤包括以下条件中任意一项或多项：

a)以固定频率交替通断电。

b)以变频通断电。

c)以变占空比通断电。

进一步，启动复合控制功能的方式包括以下方式中任意一项或多项：

a)在装置日常工作结束的间隙自动启动。

b)周期性启动。

c)提供功能按钮由操作者启动。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：分散体能够自动复合，解决介质中磁流体分散体难以复合的技术瓶颈，提升磁流体在实际艺术表达或相关产品中的展示性能。

附图说明

图1为大团磁流体分裂为多个分散体示意图；

图2为控制装置结构示意图；

图3为实施例4中磁流体分散体在磁场力作用下复合示意图；

图4为实施例5中磁流体分散体在磁场力作用下复合示意图；

图5为实施例8中磁流体分散体在磁场力作用下复合示意图；

图6为以固定频率交替通断电示意图；

图7为以变频通断电示意图；

图8为以变占空比通断电示意图；

图9为实施例12中控制装置结构示意图；

图10为实施例13中控制装置结构示意图；

图11为实施例14中控制装置结构示意图；

图12为实施例15中控制装置结构示意图。

图中：透明容器1、磁流体2、透明介质3、工作磁铁4、复合控制磁铁5、外壳8、旋转驱动机构11、软磁性导磁体13。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开对介质中磁流体分散体复合的控制装置，包括透明容器1、磁流体2、透明介质3、外壳8，以及至少一个工作磁铁4。

所述透明容器1中灌注有磁流体2和透明介质3。

所述外壳8内具有腔室。所述透明容器1内嵌设置在腔室内。所述外壳8上开设有用于观察所述透明容器1的观察窗。

所述工作磁铁4布置在腔室中。所述工作磁铁4为电磁铁。所述工作磁铁4产生的磁场用于操控磁流体2运动以及吸引聚集滞留的磁流体分散体。

实施例2：

本实施例公开对介质中磁流体分散体复合的控制装置，包括透明容器1、磁流体2、透明介质3、外壳8，以及至少一个工作磁铁4和至少一个复合控制磁铁5。

所述透明容器1中灌注有磁流体2和透明介质3。

所述外壳8内具有腔室。所述透明容器1内嵌设置在腔室内。所述外壳8上开设有用于观察所述透明容器1的观察窗。

所述工作磁铁4和复合控制磁铁5布置在腔室中。所述工作磁铁4为电磁铁。所述工作磁铁4产生的磁场用于操控磁流体2运动。所述复合控制磁铁5产生的磁场用于吸引聚集滞留的磁流体分散体。

本实施例可以使分散体能够自动复合，解决介质中磁流体分散体难以复合的技术瓶颈，提升磁流体在实际艺术表达或相关产品中的展示性能。

实施例3：

本实施例主要结构同实施例2，其中，所述复合控制磁铁5为永磁铁。永磁铁的磁场力足够大，磁流体分散体在其磁场作用下会向永磁铁靠近，分散体受磁场的作用力而克服分散体间因介质膜而存在的表面张力，从而使分散体复合成大团磁流体。所述复合控制磁铁5布置在运动机构上。所述运动机构布置在腔室中。所述运动机构控制复合控制磁铁5的移动路径。

实施例4：

本实施例主要结构同实施例3，其中，所述运动机构为直线驱动机构10。参见图3，直线驱动机构10控制永磁铁与容器间的距离，实现对磁流体磁场力的控制。在实际生产中，直线驱动机构10可选用丝杠、电动推杆、电动缸、直线电机或齿轮齿条等结构。

实施例5：

本实施例主要结构同实施例3，其中，所述运动机构为旋转驱动机构11。旋转驱动机构11旁侧布置有非导磁体12和软磁性导磁体13。通过电驱磁力座控制永磁铁的磁场开关。当复合控制磁铁5处于竖直状态时，无磁感应线进入容器1，无法复合磁流体分散体。当复合控制磁铁5在电驱旋转机构11驱动旋转后处于水平状态时，由复合控制磁铁5和软磁性导磁体13形成穿透容器1的磁场，可复合磁流体分散体。

实施例6：

本实施例提供一种根据实施例3～5所述任意一项装置的磁流体分散体复合控制方法，所述运动机构控制复合控制磁铁5在移动路径上双向运动。所述复合控制磁铁5靠近透明容器1时，吸附磁流体分散体。所述复合控制磁铁5远离透明容器1时，释放大团磁流体。

实施例7：

本实施例主要结构同实施例2，其中，所述复合控制磁铁5为电磁铁。

实施例8：

参见图5，本实施例提供一种根据实施例7所述装置的磁流体分散体复合控制方法，向复合控制磁铁5中通入电流。复合控制磁铁5产生磁场，磁流体分散体受强磁场力作用，克服分散体间因介质膜而存在的表面张力，从而使分散体复合成大团磁流体。

实施例9：

现实中使电磁铁产生足够强磁场的条件可能难以满足，如受限于电磁铁体积大、高成本、电源性能要求高等要求，可通过本实施例来强化。

本实施例提供一种根据实施例7所述装置的磁流体分散体复合控制方法，向复合控制磁铁5中通入可控电流。复合控制磁铁5产生磁场，驱使磁流体分散体振荡运动。

实施例10：

本实施例主要结构同实施例9，其中，通入可控电流的步骤包括以下条件中任意一项或多项：

a)参见图6，以固定频率交替通断电。对磁流体分散体施加一定频率(优选0.2～20Hz中的某频率)的周期磁场(即电磁铁交替通断电)，使得磁流体产生振荡运动，基本原理是利用分散体不同大小(不同惯性)、所受不同磁力等原因导致的速率和方向差异，实现对分散体间的反复碰撞和挤压，从而克服因介质膜存在的表面张力，分散体得以复合成大团磁流体。

b)参见图7，以变频通断电。电磁铁以变频(优选0.2～20Hz之间正逆变化)通断电驱使磁流体的振荡运动，相比单一频率下的振荡运动，不同大小的分散体因固有频率的不同而在此变频磁场力作用下可实现更高效的复合效果。本实施例中，频率先减小再增大，以此往复。

c)参见图8，以变占空比通断电。本方法保持电磁铁的通断电频率不变，电磁铁以变占空比(优选50～100％之间正逆变化)通断电驱使磁流体的振荡运动，不同大小的分散体在此变占空比磁场力作用下可实现更高效的复合效果。

a)、b)和c)三种条件并非彼此孤立，它们可组合使用，如在改变频率的同时改变占空比等。

值得说明的是的是，图6～图8中的电流、电压波形仅图示了矩形波，亦可为锯齿波等其他小型，且仅图示出理想波形，而非表示其实际波形，更不表示磁感应强度的实际波形。

实施例11：

本实施例主要步骤同实施例同实施例6、8、9和10，其中，分散体复合控制功能的启动方式包括以下条件中任意一项或多项：

A)在装置日常工作的间隙自动启动(如利用音乐播放结束时的间隙自动执行一次复合操作)。

B)周期性启动(在装置工作状态下，如每半小时、每小时等执行一次复合操作)。

C)提供功能按钮由用户启动。

实施例12：

本实施例主要结构同实施例2，其中，透明容器1的形状为多面体。

实施例13：

本实施例主要结构同实施例12，其中，参见图9，在本实施例中，透明容器1为长方体容器。透明容器1的六个面标记为正面、背面、底面、顶面和两个侧面。透明容器1内嵌设置在外壳8的腔室内。外壳8上开设有用于观察透明容器1正面的观察窗。透明容器1的背面、底面、顶面或侧面中一个或多个面设置有磁铁，其中一个或多个磁铁为工作磁铁4，用于装置的艺术展示功能。而其余的一个或多个磁铁为复合控制磁铁5，用于磁流体分散体的复合控制。

当磁流体密度大于透明介质密度时，优选在透明容器1的底部设置复合控制磁铁5用于复合控制(在装置日常工作的待机间隙，分散体自动沉降至底部)。

当磁流体密度小于透明介质密度时，优选在透明容器1的顶部设置复合控制磁铁5用于复合控制(在装置日常工作的待机间隙，分散体自动上浮至顶部)。

当磁流体密度等于或接近透明介质密度时，在透明容器1的背面、底面、顶面、侧面的皆可设置复合控制磁铁5用于复合控制。

实施例14：

本实施例主要结构同实施例1，其中，参见图10，透明容器1的形状为圆柱体。

实施例15：

本实施例主要结构同实施例1，其中，透明容器1的形状为异形结构，如星形、月亮形、太阳形、心形或雪花形。参见图11，在本实施例中，透明容器1选用心形形状。

实施例16：

本实施例主要结构同实施例3或7，其中，所述壳体8的腔室还设置有主控模块。所述主控模块连接有供能电源。所述主控模块包括音乐模块和控制模块。所述运动机构和/或复合控制磁铁5与控制电路板电性连接。参见图12，所述壳体8上设有电源接口、功能按键和扬声器。

Claims (10)

1.对介质中磁流体分散体复合的控制装置，其特征在于：包括透明容器(1)、磁流体(2)、透明介质(3)、外壳(8)，以及至少一个工作磁铁(4)；

所述透明容器(1)中灌注有磁流体(2)和透明介质(3)；

所述外壳(8)内具有腔室；所述透明容器(1)内嵌设置在腔室内；所述外壳(8)上开设有用于观察所述透明容器(1)的观察窗；

所述工作磁铁(4)布置在腔室中。所述工作磁铁(4)为电磁铁；所述工作磁铁(4)产生的磁场用于操控磁流体(2)运动以及吸引聚集滞留的磁流体分散体。

2.根据权利要求1所述的对介质中磁流体分散体复合的控制装置，其特征在于：还包括至少一个复合控制磁铁(5)；所述复合控制磁铁(5)布置在腔室中；所述复合控制磁铁(5)产生的磁场用于吸引聚集滞留的磁流体分散体。

3.根据权利要求2所述的对介质中磁流体分散体复合的控制装置，其特征在于：所述复合控制磁铁(5)为永磁铁；所述复合控制磁铁(5)布置在运动机构上；所述运动机构布置在腔室中；所述运动机构控制复合控制磁铁(5)的移动路径。

4.根据权利要求3所述的对介质中磁流体分散体复合的控制装置，其特征在于：所述运动机构为直线驱动机构或旋转驱动机构。

5.一种根据权利要求3所述装置的磁流体分散体复合控制方法，其特征在于：所述运动机构控制复合控制磁铁(5)在移动路径上双向运动；所述复合控制磁铁(5)靠近透明容器(1)时，吸附磁流体分散体；所述复合控制磁铁(5)远离透明容器(1)时，释放大团磁流体；所述透明容器(1)的形状为多面体或异形结构。

6.根据权利要求2所述的对介质中磁流体分散体复合的控制装置，其特征在于：所述复合控制磁铁(5)为电磁铁；所述透明容器(1)的形状为星形、月亮形、太阳形、心形或雪花形形状。

7.一种根据权利要求6所述装置的磁流体分散体复合控制方法，其特征在于：向复合控制磁铁(5)中通入电流；复合控制磁铁(5)产生磁场，磁流体分散体受强磁场力作用，克服分散体间表面张力，复合成大团磁流体。

8.一种根据权利要求6所述装置的磁流体分散体复合控制方法，其特征在于：向复合控制磁铁(5)中通入可控电流；复合控制磁铁(5)产生磁场，驱使磁流体分散体振荡运动，使磁流体分散体复合成大团磁流体。

9.根据权利要求8所述的对介质中磁流体分散体复合控制方法，其特征在于，通入可控电流的步骤包括以下条件中任意一项或多项：

a)以固定频率交替通断电；

b)以变频通断电；

c)以变占空比通断电。

10.根据权利要求5、7或8所述的对介质中磁流体分散体复合控制方法，其特征在于，启动复合控制功能的方式包括以下方式中任意一项或多项：

a)在装置日常工作结束的间隙自动启动；

b)周期性启动；

c)提供功能按钮由操作者启动。

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