本申请涉及电磁领域，公开了一种混合磁场装置和混合磁场系统。该混合磁场装置包括第一线圈、第二线圈和第三线圈；其中，第二线圈和第三线圈沿第一轴线间隔设置；第一线圈设置于第二线圈和第三线圈的间隔处，且第一线圈所在的第二轴线与第一轴线垂直，以在第一线圈内形成混合磁场区域。通过上述方式，能够解决线圈产生的梯度磁场的场强小和梯度方向不均匀的缺点，从而拥有更大的梯度范围，扩大了工作空间。
【技术实现步骤摘要】
混合磁场装置、混合磁场系统
本申请涉及电磁领域，特别是涉及一种混合磁场装置、混合磁场系统。
技术介绍
在过去的几十年中，微型机器人技术的各方面都取得了许多进展，磁控微型机器人能在人体内腔完成很多医学动作，并且不对身体器官、组织造成损伤，这种机器人需要靠外界磁场进行无绳驱动，通过改变磁场特性使机器人拥有不同的形态，因此可以通过控制外部磁场方向和大小对微型机器人进行运动控制。目前磁场的发生装置有很多种。大多数磁场系统产生的是均匀磁场，不能产生梯度磁场来实现更多操作可能性，虽然可以通过单独控制一个线圈可以产生一个带有梯度的磁场，但仅仅依靠一个线圈产生的梯度磁场有场强较小和梯度方向不均匀等缺点。
技术实现思路
为了解决上述问题，本申请提供一种混合磁场装置、混合磁场系统，能够解决线圈产生的梯度磁场的场强小和梯度方向不均匀的缺点，从而拥有更大的梯度范围，扩大了工作空间。本申请采用的一种技术方案是提供一种混合磁场装置，该混合磁场装置包括：第一线圈；第二线圈和第三线圈，第二线圈和第三线圈沿第一轴线间隔设置；其中，第一线圈设置于第二线圈和第三线圈的间隔处，且第一线圈所在的第二轴线与第一轴线垂直，以在第一线圈内形成混合磁场区域。其中，该混合磁场装置还包括：第四线圈和第五线圈，第四线圈和第五线圈沿第三轴线间隔设置；其中，第一轴线和第三轴线相交于中心点，第二线圈和第三线圈位于中心点的两侧，第四线圈和第五线圈位于中心点的两侧，第一轴线和第三轴线所形成的平面，与第二轴线垂直。其中，第二线圈和/或第三线圈和/或第四线圈和/或第五线圈的直径小于20厘米；第一线圈的长度小于20厘米。其中，在第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈和第五线圈通入的电流关系为：混合磁场区域中产生对应为旋转轴的旋转磁场；其中，Ix表示第二线圈和第三线圈通入的电流，Iy表示第四线圈和第五线圈通入的电流，Iz表示第一线圈通入的电流，ω表示旋转频率，Ux表示第二线圈和第三线圈通入的电压，Uy表示第四线圈和第五线圈通入的电压，Uz表示第一线圈通入的电压，Tx表示第二线圈和第三线圈通入的电压与电流的转换系数，Ty表示第四线圈和第五线圈通入的电压与电流的转换系数，Tz表示第一线圈通入的电压与电流的转换系数，nx表示旋转轴在第一轴线上的坐标，ny表示旋转轴在第三轴线上的坐标，nz表示旋转轴在第二轴线上的坐标，Kx表示对应第二线圈和第三线圈的校正系数，Ky表示对应第四线圈和第五线圈的校正系数，Kz表示对应第一线圈的校正系数，u和v表示为旋转轴的旋转平面上的一组正交单位向量。其中，在第一线圈通入电流时，第一线圈产生的均匀磁场中任意点的磁感应强度为：其中，R1表示第一线圈的半径，I为电流强度，n为第一线圈的线圈匝数，μ0为真空磁导率，dl为一个元段长度，a为任意点在第二轴线上的位置值。其中，当电源提供的电流方向和电流大小一致时，第二线圈和第三线圈产生的均匀磁场中任意点的磁感应强度为：其中，R2表示第二线圈的半径，R3表示第三线圈的半径，I为电流强度，N0为第二线圈或第三线圈的线圈匝数，μ0为真空磁导率，X为任意点在第一轴线上的位置值。其中，当电源提供的电流方向相反或电流大小不一致时，第二线圈和第三线圈产生的梯度磁场中任意点的磁感应强度为：其中，R2表示第二线圈的半径，R3表示第三线圈的半径，I1为第二线圈的电流强度，I2为第三线圈的电流强度，N0为第二线圈或第三线圈的线圈匝数，μ0为真空磁导率，X为任意点在第一轴线上的位置值。其中，第二线圈和/或第三线圈设置有磁芯。其中，第二线圈和第三线圈的之间的距离为第一线圈的直径。本申请采用的另一种技术方案是提供一种混合磁场系统，该混合磁场系统包括机器人和如上述技术方案提供的混合磁场装置；机器人位于混合磁场装置的混合磁场区域中，以在混合磁场装置产生的磁场下工作。本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请的一种混合磁场装置，该混合磁场装置包括：第一线圈；第二线圈和第三线圈，第二线圈和第三线圈沿第一轴线间隔设置；其中，第一线圈设置于第二线圈和第三线圈的间隔处，且第一线圈所在的第二轴线与第一轴线垂直，以在第一线圈内形成混合磁场区域。通过上述方式，利用第二线圈和第三线圈沿第一轴线间隔设置在第一线圈两端，使第一线圈内形成混合磁场，能够解决线圈产生的梯度磁场的场强小和梯度方向不均匀的缺点，从而拥有更大的梯度范围，扩大了工作空间。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：图1是本申请提供的混合磁场装置一实施例的结构示意图；图2是本申请提供的混合磁场装置中沿X轴的均匀磁场的示意图；图3是本申请提供的混合磁场装置另一实施例的结构示意图；图4是本申请提供的混合磁场装置另一实施例的结构示意图；图5是本申请提供的混合磁场装置第二实施例中第一线圈组件的结构示意图；图6是本申请提供的混合磁场系统一实施例的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。混合磁场装置是一种可以同时产生均匀磁场和梯度磁场或旋转磁场的磁场装置，可以在一空间区域内利用磁场的改变对磁场中的物质进行移动。例如应用于医疗微型机器人，可以有效的控制机器人的行动方向。参阅图1，图1是本申请提供的混合磁场装置第一实施例的结构示意图。该混合磁场装置10包括第一线圈11、第二线圈12和第三线圈13。其中，第二线圈12和第三线圈13沿第一轴线间隔设置；其中，第一线圈11设置于第二线圈12和第三线圈13的间隔处，且第一线圈11所在的第二轴线与第一轴线垂直，以在第一线圈11内形成混合磁场区域。在一些实施例中，第一线圈11、第二线圈12和第三线圈13分别与电源(图未示)连接，电源用于为第一线圈11、第二线圈12和第三线圈13提供工作电压，对应的第一线圈11、第二线圈12和第三线圈13在工作电流作用下产生磁场。在一些实施例中，将混合磁场装置10以X轴Z轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种混合磁场装置，其特征在于，所述混合磁场装置包括：/n第一线圈；/n第二线圈和第三线圈，所述第二线圈和所述第三线圈沿第一轴线间隔设置；/n其中，所述第一线圈设置于所述第二线圈和所述第三线圈的间隔处，且所述第一线圈所在的第二轴线与所述第一轴线垂直，以在所述第一线圈内形成混合磁场区域。/n
【技术特征摘要】
1.一种混合磁场装置，其特征在于，所述混合磁场装置包括：
第一线圈；
第二线圈和第三线圈，所述第二线圈和所述第三线圈沿第一轴线间隔设置；
其中，所述第一线圈设置于所述第二线圈和所述第三线圈的间隔处，且所述第一线圈所在的第二轴线与所述第一轴线垂直，以在所述第一线圈内形成混合磁场区域。
2.根据权利要求1所述的混合磁场装置，其特征在于，
所述混合磁场装置还包括：
第四线圈和第五线圈，所述第四线圈和所述第五线圈沿第三轴线间隔设置；
其中，所述第一轴线和所述第三轴线相交于中心点，所述第二线圈和所述第三线圈位于所述中心点的两侧，所述第四线圈和所述第五线圈位于所述中心点的两侧，所述第一轴线和所述第三轴线所形成的平面，与所述第二轴线垂直。
3.根据权利要求2所述的混合磁场装置，其特征在于，
所述第二线圈和/或所述第三线圈和/或所述第四线圈和/或所述第五线圈的直径小于20厘米；所述第一线圈的长度小于20厘米。
4.根据权利要求2所述的混合磁场装置，其特征在于，
在所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈、所述第四线圈和所述第五线圈通入的电流关系为：
所述混合磁场区域中产生对应为旋转轴的旋转磁场；
其中，Ix表示所述第二线圈和所述第三线圈通入的电流，Iy表示所述第四线圈和所述第五线圈通入的电流，Iz表示所述第一线圈通入的电流，ω表示旋转频率，Ux表示所述第二线圈和所述第三线圈通入的电压，Uy表示所述第四线圈和所述第五线圈通入的电压，Uz表示所述第一线圈通入的电压，Tx表示所述第二线圈和所述第三线圈通入的电压与电流的转换系数，Ty表示所述第四线圈和所述第五线圈通入的电压与电流的转换系数，Tz表示所述第一线圈通入的电压与电流的转换系数，nx表示旋转轴在第一轴线上的坐标，ny表示旋转轴在第三轴线上的坐标，nz表示旋转轴在第二轴线上的坐标，Kx表示对应所述第二线圈和所述第三线圈的校正系数，Ky表示对应所述第四线圈和所...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐天添，赖证宇，黄晨阳，郝智明，张善修，吴新宇，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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