李来利，李　静

(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230027)

Design and Simulation of an Apparatus for Electromagnetic Actuating in the Vertical Plane

LI Laili，LI Jing

(Department of Precision Machinery and Precision Instrumentation，University of Science and Technology of China，

Hefei 230027，China)

用于垂直面内电磁驱动的装置设计与仿真

李来利，李静

(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230027)

Design and Simulation of an Apparatus for Electromagnetic Actuating in the Vertical Plane

LI Laili，LI Jing

(Department of Precision Machinery and Precision Instrumentation，University of Science and Technology of China，

Hefei 230027，China)

摘要：采用SolidWorks和ANSYS相结合的方法，设计了一个四极子电磁驱动装置，以实现在垂直平面内对磁球位移的2-D线性控制。在Zhang等人提出的磁力模型基础上，通过ANSYS的仿真计算，对驱动电流与磁球受力平衡位置的关系进行了修正，并验证了该装置能够用于垂直面内二维位移的线性控制。

关键词：电磁驱动；SolidWorks；ANSYS

中图分类号：TM153

文献标识码：A

文章编号：1001-2257(2015)07-0011-04

收稿日期：2015-03-17

基金项目：973重大科学研究计划项目(2012CB9375000)

作者简介：李来利(1990-)，女，安徽亳州人，硕士研究生，研究方向为光电检测技术与仪器；李静(1968-)，女，安徽合肥人，副教授，研究方向为光电测试技术与仪器。

Abstract：By combining SolidWorks with ANSYS，a quadrupole electromagnetic actuator is designed to apply 2-D linear displacement control to magnetic beads in a vertical plane. Based on the magnetic force model developed by Zhang et al. and using ANSYS simulation, the functional relationship between the effective drive current and the force balanced position of magnetic bead is corrected. Furthermore，the ability of the apparatus to apply linear displacement control in the vertical plane is verified.

Key words：electromagnetic actuation；SolidWorks；ANSYS

0引言

在生物显微操纵技术中，磁镊是通过外加梯度磁场对连接生物样品的导磁性微粒操纵，该过程无机械接触、无热损伤[1]。此外，由于典型的生物材料对磁场不敏感[2]，所以磁镊仅作用于导磁性微粒，不会发生不必要的捕获。因此，磁镊在生物学领域中具有很高的应用价值。近年来，有关磁镊的研究集中在电磁驱动装置，即采用电磁铁和磁极来产生可控的梯度磁场，对处于场中的超导磁性微粒进行操控[3-6]。

在生物学大分子拉伸实验中，通常大分子的一端与盖玻片表面连接，另一端与磁球连接，需要在垂直平面内对磁球施加磁力，控制其轴向位移[7]。……