由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器及制备方法

1.本发明涉及一种电磁装置，特别是涉及一种由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器及制备方法。


背景技术：

2.在电磁领域，磁铁以其吸引铁磁性物质的特性，被广泛运用于我们的生产生活。其中，电磁铁通过电流的变化而具有磁力大小可控、磁极可变、磁性较强的优势，因此在工业上电磁铁的应用相比于永久磁铁更为普遍，如电磁起重机、电磁继电器、磁悬浮列车等。
3.然而，现有电磁铁基本为刚性，受制于其刚性材料的低柔韧性、高强硬度的特点，传统电磁铁存在柔韧性差、灵活性不足、环境适应性弱的问题，难以适应复杂多变的应用场景，例如一端固定的电磁铁其磁场方向只有正反两个，无法随时间在三维空间内自由改变；同时，由于不可转动，当目标物没有位于电磁铁正对位置时，电磁铁气隙无法达到最小值，即电磁铁的工作效率无法达到最佳。与刚性电磁铁相比，橡胶磁、软胶磁等软性磁铁(如硅胶与钕铁硼的混合固化物)具有柔韧性好、灵活性高、安全性与环境适应性好的优势。但这些软性磁铁的磁性来源于充磁，前期工艺繁琐，并且磁性不稳定、时效性差，易因外加强磁场、温度、振动、时间等因素的影响而消磁。并且，这些软性磁铁的磁力有无、磁力大小都不可人为地实时控制，在工作过程中精度不高、能控性差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器及制备方法，在使用过程中不需要充磁、不会消磁，磁力大小及方向都能改变。
5.为达到上述目的，本发明提供一种由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，包括螺线管，所述螺线管包括由液态金属导线绕成的线圈，所述线圈连接有电源。
6.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其中还包括第一平台、第二平台，所述螺线管还包括内铁芯，所述线圈绕在所述内铁芯上，所述线圈与所述内铁芯相互粘接，所述内铁芯两端分别连接于所述第一平台、所述第二平台上，所述内铁芯适于伸长、缩短、弯折。
7.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其中所述螺线管还包括外铁芯，所述外铁芯为管状，所述外铁芯套在所述内铁芯、所述线圈外，所述外铁芯与所述线圈相互粘接，所述外铁芯两端分别连接于所述第一平台、所述第二平台上，所述外铁芯适于伸长、缩短、弯折。
8.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其中所述外铁芯上设置有多个缺口。
9.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其中所述内铁芯、所述外铁芯均由混合有铁粉的硅胶浇注而成。
10.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其中所述外铁芯浇筑时所述内铁
芯、所述线圈均放入外铁芯模具中。
11.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其中所述液态金属导线为注入镓铟合金或镓铟锡合金的硅胶管，所述镓铟合金中镓和铟的质量百分比为镓75％、铟25％，所述镓铟锡合金中镓、铟、锡的质量百分比为镓62.5％、铟21.5％、锡16％。
12.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其中还包括方向控制单元，所述方向控制单元包括至少两根绳索、至少两个电机，所述绳索与所述电机一一对应，所述绳索一端连接于所述第一平台上，所述绳索与所述第一平台的连接点位于所述螺线管外侧，各所述绳索与所述第一平台的连接点均匀间隔设置，所述绳索另一端穿过所述第二平台卷绕于所述电机的转轴上，所述第二平台与所述电机同步。
13.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，还包括第三平台，其中所述电机为步进电机，所述电机设置于所述第三平台上，所述第三平台与所述第二平台通过多个螺栓相连接。
14.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器的制备方法，包括下述步骤：
15.采用高纯球形铁粉与硅胶混合浇注并脱模后得到内铁芯，高纯球形铁粉与硅胶的质量百分比为高纯球形铁粉80％，硅胶20％；
16.在所述内铁芯上缠绕硅胶管，然后向硅胶管中注入镓铟合金或镓铟锡合金，形成线圈；
17.将所述内铁芯、线圈放入外铁芯模具中，采用高纯球形铁粉与硅胶混合浇注并脱模后得到外铁芯，高纯球形铁粉与硅胶的质量百分比为高纯球形铁粉80％，硅胶20％；
18.将所述内铁芯、外铁芯的两端与第一平台、第二平台相连接。
19.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，由于包括螺线管，螺线管包括由液态金属导线绕成的线圈，线圈通电后即产生磁场，因此使用过程中不需要充磁，也不会因外界环境因素影响消磁，磁性稳定、使用寿命长，磁力有无、磁力大小可控，同时，由于线圈能够伸长或弯折，因此螺线管长度及螺线管端部的方向均能发生变化，从而使螺线管的气隙大小、磁力大小及螺线管的磁场方向均能改变，使电磁力的大小、方向都可根据需要改变，极大增强了电磁铁的灵活性，使电磁铁适用于更多应用场景。
附图说明
20.图1为本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器的立体结构示意图；
21.图2为本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器转动状态的结构示意图；
22.图3为本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器工作状态的结构示意图；
23.图4为本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器中螺线管的制作工艺示意图。
具体实施方式
24.如图1、图2、图3所示，本发明一种由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，包括螺线管13，螺线管13包括由液态金属导线绕成的线圈131，线圈131连接有电源，线圈131通电后产生磁场，线圈131能够伸长或弯折。本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，由于包括螺线管13，螺线管13包括由液态金属导线绕成的线圈131，线圈131通电后即产生磁
场，因此使用过程中不需要充磁，也不会因外界环境因素影响消磁，磁性稳定、使用寿命长，磁力有无、磁力大小可控，同时，由于线圈131能够伸长或弯折，因此螺线管长度及螺线管端部的方向均能发生变化，从而使螺线管的气隙大小、磁力大小及螺线管的磁场方向均能改变，使电磁力的大小、方向都可根据需要改变，极大增强了电磁铁的灵活性，使电磁铁适用于更多应用场景。
25.可选地，如图4所示，本发明一种由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器还包括第一平台11、第二平台12，螺线管13还包括内铁芯132，线圈131绕在内铁芯132上，线圈131与内铁芯132相互粘接，内铁芯132两端分别连接于第一平台11、第二平台12上，内铁芯132采用柔性材料，内铁芯132适于伸长、缩短、弯折。具体地，内铁芯132与第一平台11、第二平台12均相互粘接。螺线管13还包括内铁芯132，增加本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器的磁场强度。
26.可选地，螺线管13还包括外铁芯133，外铁芯133为管状，外铁芯133套在内铁芯132、线圈131外，外铁芯133与线圈131相互粘接，外铁芯133两端分别连接于第一平台11、第二平台12上，外铁芯133采用柔性材料，外铁芯133适于伸长、缩短、弯折。螺线管13还包括外铁芯133，进一步增加本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器的磁场强度。
27.可选地，外铁芯133上设置有多个缺口134，利于散热，防止本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器使用过程中温度过高。
28.可选地，如图4所示，内铁芯132、外铁芯133均由混合有铁粉的硅胶浇注而成，具体地，由80％高纯球形铁粉与20％硅胶混合浇注而成。
29.可选地，外铁芯133浇筑时内铁芯132、线圈131均放入外铁芯模具中，使浇注完成后的外铁芯133、内铁芯132均与线圈131相粘接。
30.可选地，液态金属导线为注入镓铟合金或镓铟锡合金的硅胶管，镓铟合金中镓和铟的质量百分比为镓75％、铟25％，镓铟锡合金中镓、铟、锡的质量百分比为镓62.5％、铟21.5％、锡16％。液态金属导线采用注入镓铟合金的硅胶管，能够依托其良好的柔韧性适应于内铁芯132、外铁芯133的形变且对内铁芯132、外铁芯133形变的限制作用较小。
31.在制作螺线管13的过程中，向内铁芯模具41中注入混合有铁粉的硅胶，脱模后得到内铁芯132，在内铁芯132外缠绕硅胶管，向硅胶管内注入镓铟合金液体形成线圈131，然后将内铁芯132、线圈131放入外铁芯模具42中，向外铁芯模具42中注入混合有铁粉的硅胶，脱模后得到外铁芯133，将内铁芯132、外铁芯133两端分别与第一平台11、第二平台12粘接，形成螺线管13。
32.可选地，本发明一种由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器还包括方向控制单元，方向控制单元包括两根或多根绳索21、两个或多个电机22，绳索21与电机22一一对应，绳索21一端连接于第一平台11上，绳索21与第一平台11的连接点位于螺线管13外侧，各绳索21与第一平台11的连接点均匀间隔设置，绳索21另一端穿过第二平台12卷绕于电机22的转轴上，第二平台12与电机22同步。本实施例中，绳索21设置有四条，电机22设置有四个。方向控制结构通过控制四个电机22的工作，使各绳索21进行伸缩配合，实现螺线管长度的变化及螺线管端部位置的变化，从而使本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器的磁场拥有除正反两个方向(通电螺线管输入正反向电流产生的两个磁场方向)之外的多方向变化，还可以改变气隙大小、磁力大小，使电磁力的大小、方向都可改变，极大增强了电磁铁的
灵活性。
33.可选地，电机22为步进电机。
34.可选地，本发明一种由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器还包括第三平台31，电机22设置于第三平台31上，第三平台31与第二平台12通过多个螺栓相连接。
35.本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器的制备方法，包括下述步骤：
36.采用高纯球形铁粉与硅胶混合浇注并脱模后得到内铁芯132，高纯球形铁粉与硅胶的质量百分比为高纯球形铁粉80％，硅胶20％；
37.在内铁芯132上缠绕硅胶管，然后向硅胶管中注入镓铟合金或镓铟锡合金，形成线圈131；
38.将内铁芯132、线圈131放入外铁芯模具中，采用高纯球形铁粉与硅胶混合浇注并脱模后得到外铁芯133，高纯球形铁粉与硅胶的质量百分比为高纯球形铁粉80％，硅胶20％；
39.将内铁芯132、外铁芯133的两端与第一平台11、第二平台12相连接。

技术特征：
1.一种由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其特征在于：包括螺线管(13)，所述螺线管(13)包括由液态金属导线绕成的线圈(131)，所述线圈(131)连接有电源。2.根据权利要求1所述的由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其特征在于：还包括第一平台(11)、第二平台(12)，所述螺线管(13)还包括内铁芯(132)，所述线圈(131)绕在所述内铁芯(132)上，所述线圈(131)与所述内铁芯(132)相互粘接，所述内铁芯(132)两端分别连接于所述第一平台(11)、所述第二平台(12)上，所述内铁芯(132)适于伸长、缩短、弯折。3.根据权利要求2所述的由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其特征在于：所述螺线管(13)还包括外铁芯(133)，所述外铁芯(133)为管状，所述外铁芯(133)套在所述内铁芯(132)、所述线圈(131)外，所述外铁芯(133)与所述线圈(131)相互粘接，所述外铁芯(133)两端分别连接于所述第一平台(11)、所述第二平台(12)上，所述外铁芯(133)适于伸长、缩短、弯折。4.根据权利要求3所述的由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其特征在于：所述外铁芯(133)上设置有多个缺口(134)。5.根据权利要求4所述的由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其特征在于：所述内铁芯(132)、所述外铁芯(133)均由混合有铁粉的硅胶浇注而成。6.根据权利要求6所述的由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其特征在于：所述外铁芯(133)浇筑时所述内铁芯(132)、所述线圈(131)均放入外铁芯模具中。7.根据权利要求1所述的由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其特征在于：所述液态金属导线为注入镓铟合金或镓铟锡合金的硅胶管，所述镓铟合金中镓和铟的质量百分比为镓75％、铟25％，所述镓铟锡合金中镓、铟、锡的质量百分比为镓62.5％、铟21.5％、锡16％。8.根据权利要求1所述的由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其特征在于：还包括方向控制单元，所述方向控制单元包括至少两根绳索(21)、至少两个电机(22)，所述绳索(21)与所述电机(22)一一对应，所述绳索(21)一端连接于所述第一平台(11)上，所述绳索(21)与所述第一平台(11)的连接点位于所述螺线管(13)外侧，各所述绳索(21)与所述第一平台(11)的连接点均匀间隔设置，所述绳索(21)另一端穿过所述第二平台(12)卷绕于所述电机(22)的转轴上，所述第二平台(12)与所述电机(22)同步。9.根据权利要求8所述的由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，其特征在于：还包括第三平台(31)，所述电机(22)为步进电机，所述电机(22)设置于所述第三平台(31)上，所述第三平台(31)与所述第二平台(12)通过多个螺栓相连接。10.根据权利要求1-9任一所述的由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：采用高纯球形铁粉与硅胶混合浇注并脱模后得到内铁芯(132)，高纯球形铁粉与硅胶的质量百分比为高纯球形铁粉80％，硅胶20％；在所述内铁芯(132)上缠绕硅胶管，然后向所述硅胶管中注入镓铟合金或镓铟锡合金，形成线圈(131)；将所述内铁芯(132)、所述线圈(131)放入外铁芯模具中，采用高纯球形铁粉与硅胶混合浇注并脱模后得到外铁芯(133)，高纯球形铁粉与硅胶的质量百分比为高纯球形铁粉
80％，硅胶20％；将所述内铁芯(132)、外铁芯(133)的两端与第一平台(11)、第二平台(12)相连接。

技术总结
本发明涉及一种电磁装置，特别是涉及一种由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器及制备方法，其中磁致软体驱动器包括第一平台、第二平台、螺线管、方向控制单元、第三平台，所述螺线管包括线圈、内铁芯、外铁芯，所述线圈由液态金属柔性导线绕成，所述液态金属导线为注入镓铟合金或镓铟锡合金的硅胶管，所述内铁芯、所述外铁芯均由混合有铁粉的硅胶浇注而成。本发明由液态金属导线缠绕的磁致软体驱动器，使用过程中无需充磁，不会因干扰因素消磁，磁性稳定、使用寿命长，磁力有无、大小及方向都可控，极大增强了电磁铁的灵活性，使电磁铁适用于更多应用场景。多应用场景。多应用场景。


技术研发人员：路士州 王楚超 莫文音 宋凯凯 宫建红 靖泽英 刘晓涵 李俊达 张权
受保护的技术使用者：山东大学威海工业技术研究院
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/9/9