CN101821871A - 磁致伸缩致动器 - Google Patents

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Abstract

一种磁致伸缩致动器，包括在同一纵轴上彼此分隔的至少两个GMM棒(8，9)的组件，每个棒被各自的电磁激励线圈(10，11)包围且被安装在各自的偏置永久磁体(12，13，14)之间，所述组件被安装在机械预应力机构(20，21)与适于将所述致动器产生的力耦合到表面中的基座(3)之间。

Description

磁致伸缩致动器
技术领域
本发明涉及从少量的磁致伸缩材料产生提高的输出的磁致伸缩致动器。
背景技术
巨磁致伸缩材料(GMM)是各种稀土和其他金属与铁的合金。在US4308474、US4374665、US4609402和US4849034中描述了这种材料的实例。早期的GMM主要被发展用于军事应用，例如声纳设备，其中对功率消耗和成本的考虑不是主要设计标准。最近，磁致伸缩致动器已被用于音频应用，例如公共广播系统和便携式个人音频系统(参见例如WO02/076141)，其中低的重量、成本和功率消耗是重要的因素。致动器典型地用于在表面中引起音频信号，然后该表面可以辐射信号，实际上充当扬声器。已经发展了包含小的GMM棒(例如长度为10-15mm且直径为2-5mm)的致动器。这些使得能够以足够低的功率消耗实现可接受的音频输出，从而允许令人满意的电池操作。
在WO02/076141中阐明了希望在磁致伸缩致动器中实现穿过GMM棒的长度的尽可能接近线性的磁场。这可通过使在棒的每个端部处的具有显著大于该棒的直径的磁体偏置而实现，还优选通过利用非磁性间隔物使该磁体与棒的端部间隔而实现。这些要求倾向于限制可以使用的棒的长度，并且，虽然在WO02/076141中提到使用端对端定位的两件或更多件GMM，但实际上这样做几乎没有优点，这是因为对确保线性磁场的需求限制了可以使用的GMM的长度。
由于响应于磁场变化的GMM棒的长度变化占长度的极小比例，因此棒的长度越长，在表面中由致动器引起的振动的振幅越大。由此，为了提高在较大音量处的音频质量，希望使用较长的棒。
这些矛盾的要求限制了设计者制造可以产生高质量声音的小的、低功率消耗的磁致伸缩致动器的范围。
发明内容
现在已经发现，可以通过提供这样的磁致伸缩致动器而实现改进的音频性能，该磁致伸缩致动器包括在同一纵轴上彼此分隔的至少两个GMM棒的组件，每个棒被各自的电磁激励线圈包围且被安装在各自的偏置永久磁体之间，所述组件被安装在机械预应力机构与适于将所述致动器产生的力耦合到表面中的基座(foot)之间。
非磁性间隔物被设置在每个棒的在所述棒与邻近的偏置磁体之间的每一端处，并且优选将所述磁体选择为具有显著大于所述棒的直径，这些因素有助于确保穿过每个棒的磁场尽可能地接近线性，同时避免所述棒的磁饱和。
虽然提到了所述棒的直径，但应理解，所述棒不需要具有圆形横截面；例如，由于它们典型地是从较大块的GMM材料裁出的，它们通常具有矩形截面，并且完全圆形的横截面的形成仅仅是对材料的浪费而没有为致动器的性能提供优点。
典型地，例如，对于通过电池操作的低功率消耗器件而言，所述棒具有小于20mm的长度。
所述线圈以相同的频率范围操作且因此可以被串联连接，但对于某些应用，优选并联连接。希望每个线轴(bobbin)承载多于一个线圈，例如，每个线圈被优化用于不同的频率范围。在每个线轴上具有多个线圈的情况下，可以采用串联和并联连接的组合，例如，来自每个线轴的一个线圈被串联连接，并且剩余线圈被并联连接。
在一个实施例中，其中所述组件的端部与连接到所述基座的杠杆(lever)啮合，从而可以通过所述基座沿从所述纵轴偏斜的方向或与所述纵轴垂直地施加力。该配置允许以紧凑形式构造致动器。
所述机械预应力机构可以包括与所述组件的端部啮合的螺杆，并且可以在所述棒之间或每对相邻的棒之间使用公共偏置磁体。
附图说明
在示例本发明的示例性实施例的附图中：
图1是根据第一实施例的致动器的横截面正视图；
图2是根据第二实施例的致动器的横截面正视图；以及
图3是图2所示的实施例的可选实施例的致动器的横截面正视图。
具体实施方式
首先参考图1，磁致伸缩致动器包括中空的柱状体1，在该柱状体1的一端处的较窄内腔1a中安装有可滑动的插塞或推杆(pusher)2，基座3被固定到该插塞2。插塞2在其内端周围具有凸缘4以使其保持在所述体内，片弹簧5被插入在凸缘4与由较窄内腔1a的端部限定的肩1b之间。
线轴组件位于插塞2的上端上，并且由均具有中心腔6a和7a的一对塑料线轴6和7构成，GMM 8和9的棒分别被可滑动地设置在中心腔6a和7a中。每个线轴在其每一端具有凸缘6b、7b以限定环形间隙，用于激励GMM的信号线圈10、11被缠绕在该环形间隙中。每个线轴凸缘6b、7b被形成为在其外面具有凹槽，在该凹槽中容纳盘状磁体12、13或14。非磁性间隔物15、16、17或18被插入在GMM棒8或9的一端与邻近的磁体之间。端件19被设置在最上面的磁体14与调节螺杆20之间，该调节螺杆20被安装在穿过体1的端板21的带螺纹的内腔中，从而允许以希望的程度对组件机械地预加应力。
线圈10和11中的每一个具有相同的驱动信号，从而由GMM棒8和9产生的力为同相，因此被叠加在一起。
图2示出另一下轮廓(low-profile)构造，其中线轴组件的结构与图1所示的基本相同，对应的部件被标以相同的参考标号。在该情况下，组件具有位于与第一端件19相对的一端的第二端件22，其与安装在体24内的杠杆23啮合。杠杆23具有被端件22啮合的中心部分23a、在其一端处的与中心部分成直角地延伸的第一臂23b、以及与第一臂平行但在中心部分的另一侧从中心部分的另一端延伸的第二臂23c。借助于通过弹簧26偏置的弹性板25，第一臂23b被连接到体，而第二臂23c承载基座27，该基座27将振动耦合到将被激发的表面。该杠杆使得驱动器组件能够被设置为使其纵轴平行于致动器所在的表面，并且还可以用于放大在基座处的振动的振幅。体24在与基座相反的一侧承载重物28，以为基座加载并因此提高信号耦合。
在图3的实施例中，线轴组件与图2的线轴组件基本相同，但其省去了间隔物15-18，并且被安装在致动器的体的实心端30与杠杆31之间，杠杆31以可弹性弯曲板的形式通过铰链32而被固定到端30，该可弹性弯曲板在杠杆31的主臂31a的端部上具有穿过其的孔，所述孔装在可压接的(crimpable)柱33之上。柱33的压接将铰链32固定在位。铰链32在其另一端处具有两个带齿的翼片(tab)34，这两个翼片装入体的端部30中的槽中，接着，槽的两侧被压接以将铰链固定在体中。杠杆31具有与主臂31a成直角的中间部分31b，并且线轴组件的端部啮合在中间部分31b中的凹陷35中。杠杆的尾部31c与中间部分的端部垂直且与主臂31a平行地延伸，并且具有定位柱36以容纳盘簧37的一端，盘簧的另一端设置在体上的柱38上。主臂31a承载基座39以啮合在表面上并将振动耦合到表面(例如，顶板)中。信号电缆连接器40提供与线圈10和11的连接。在装配该致动器时，在铰链安装件的压接期间以适当的预应力保持线圈组件和杠杆，铰链安装件的压接由此将杠杆保持在位，其中在固定之后维持所希望的预应力。这样，不需要通过单独可调螺杆来调节预应力，从而显著简化了制造且因此降低了成本。
已经发现，通过改变基座在致动器上的位置，可以修改频率响应。因此，基座39被可调节地安装在臂31a上。

Claims (16)

1.一种磁致伸缩致动器，其包括在同一纵轴上彼此分隔的至少两个GMM棒的组件，每个棒被各自的电磁激励线圈包围且被安装在各自的偏置永久磁体之间，所述组件被安装在机械预应力机构与适于将所述致动器产生的力耦合到表面中的基座之间。
2.根据权利要求1的磁致伸缩致动器，包括非磁性间隔物，其位于每个棒的在所述棒与邻近的偏置磁体之间的每一端处。
3.根据权利要求1或2的磁致伸缩致动器，其中每个棒具有非圆形的横截面。
4.根据权利要求3的磁致伸缩致动器，其中每个棒具有矩形横截面。
5.根据上述权利要求中的任何一项的磁致伸缩致动器，其中每个棒具有小于20mm的长度。
6.根据上述权利要求中的任何一项的磁致伸缩致动器，其中每个棒被多于一个的线圈包围。
7.根据上述权利要求中的任何一项的磁致伸缩致动器，其中所述线圈被串联连接。
8.根据权利要求1至6中的任何一项的磁致伸缩致动器，其中所述线圈被并联连接。
9.根据权利要求6的磁致伸缩致动器，其中所述线圈中的一些被串联连接，一些被并联连接。
10.根据上述权利要求中的任何一项的磁致伸缩致动器，其中所述组件的端部与连接到所述基座的杠杆啮合，从而通过所述基座沿从所述纵轴偏斜的方向或与所述纵轴垂直地施加力。
11.根据权利要求10的磁致伸缩致动器，其中通过可弹性弯曲的铰链平板在所述体中安装所述杠杆。
12.根据权利要求11的磁致伸缩致动器，其中所述铰链板被可调地附接到所述体，从而可以在所述板的附接期间对所述线圈和棒组件施加预应力负载，并且通过所述板的安装位置来维持所述预应力。
13.根据上述权利要求中的任何一项的磁致伸缩致动器，其中所述机械预应力机构包括与所述组件的端部啮合的螺杆。
14.根据上述权利要求中的任何一项的磁致伸缩致动器，其中所述机械预应力机构包括弹簧。
15.根据上述权利要求中的任何一项的磁致伸缩致动器，其中在所述棒之间或每对相邻的棒之间设置公共偏置磁体。
16.一种磁致伸缩致动器，其基本为如参考附图的图1、图2或图3所述和/或如附图的图1、图2或图3所示。
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