CN102938601B - 一种利用压电堆进行位置锁止的大位移磁作动器 - Google Patents

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一种利用压电堆进行位置锁止的大位移磁作动器，第一压电堆嵌于第一输出杆和第一压电堆保护壳中，第一锁止机构与第一压电堆保护壳相连，第一锁止机构与外空心圆柱导磁体连接，外空心圆柱导磁体与圆柱永磁铁一端磁力连接，圆柱永磁铁另一端与内圆柱导磁体磁力连接，在外空心圆柱导磁体与内圆柱导磁体间隙中套有空心圆柱线圈，空心圆柱线圈与第二锁止机构连接，第二锁止机构与第二压电堆保护壳连接，第二压电堆嵌于第二输出杆和第二压电堆保护壳中；对空心圆柱电磁铁施加一定量、一定方向电流，产生安培力推动或拉动第一输出杆或第二输出杆输出正向或负向大位移和推力；如此往复实现了双向位置锁止大位移输出，结构紧凑，操作简单，适用范围很广。

Description

一种利用压电堆进行位置锁止的大位移磁作动器
技术领域
本发明涉及一种大位移压电、磁作动器，具体涉及一种利用压电堆进行位置锁止的大位移磁作动器。
背景技术
作动器作为一种具有输出位移和力的动力装置被广泛应用于科学研究和工业领域，其潜在的经济效应十分显著，作动器的设计和研制已受到高度重视。但是，现有的压电作动器存在如下问题：一，压电作动器一般由压电堆、机械结构、弹簧及输出机构一起构成一个作动系统，共同完成工作，机械结构、弹簧和输出机构共同作用需要足够的刚度，且对加工精度要求高；二，输出机构与外部的配合也要求有足够的刚度，不然压电作动器所输出的位移会被减小，很不经济实用；三，实验和工作过程中，需要保证与输出机构相关部分也有足够的刚度，很不方便，效率低下。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用压电堆进行位置锁止的大位移磁作动器，作动器中磁力实现作动器的大位移输出，结构紧凑，安装方便，操作简单，适用范围很广。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种利用压电堆进行位置锁止的大位移磁作动器，在圆柱体作动器外壳19的内部依次为：第一压电堆1嵌于第一输出杆14和第一压电堆保护壳13为一体的机构中，第一锁止机构2通过第一圆球15和第二圆球16与第一压电堆保护壳13相连接，第一锁止机构2与外空心圆柱导磁体4通过螺纹连接，外空心圆柱导磁体4与置于其内的圆柱永磁铁3一端通过磁力连接，圆柱永磁铁3另一端与置于外空心圆柱导磁体4内的内圆柱导磁体5通过磁力连接，在外空心圆柱导磁体4与内圆柱导磁体5之间的间隙中套有空心圆柱线圈6，空心圆柱线圈6与第二锁止机构9通过螺纹连接，第一弹簧片7和第二弹簧片8通过螺钉将外空心圆柱导磁体4和第二锁止机构9连接，第二锁止机构9通过第三圆球17和第四圆球18与第二压电堆保护壳11相连接，第二压电堆10嵌于第二输出杆12和第二压电堆保护壳11为一体的机构中，第一端盖20与第二端盖21将作动器机构封闭于圆柱体作动器外壳19内部。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、第一压电堆1通电，第一压电堆1膨胀，通过第一圆球15和第二圆球16推动第一锁止机构2，第一锁止机构2受力与圆柱体作动器外壳19挤压锁止；第二压电堆10未通电，第二压电堆10未膨胀，第二锁止机构9未受力，未锁止；由于圆柱永磁铁3的两端分别与外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5连接，外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5之间的间隙中套有空心圆柱线圈6，对空心圆柱线圈6施加一定量和一定方向的电流，通电的空心圆柱线圈6产生一个与圆柱永磁铁3方向相反的磁场，进而产生一个相排斥的安培力，在相排斥的安培力作用下推动第二锁止机构9、第二压电堆保护壳11、第二压电堆10、第三圆球17、第四圆球18以及第二输出杆12，通过第二输出杆12输出正向的大位移和推力。
2、第二压电堆10通电，第二压电堆10膨胀，通过第三圆球17和第四圆球18推动第二锁止机构9，第二锁止机构9受力与圆柱体作动器外壳19挤压锁止；第一压电堆1未通电，第一压电堆1未膨胀，第一锁止机构2未受力，未锁止；由于圆柱永磁铁3的两端分别与外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5连接，外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5之间的间隙中套有空心圆柱线圈6，对空心圆柱线圈6施加一定量和一定方向的电流，通电的空心圆柱线圈6产生一个与圆柱永磁铁3方向相同的磁场，进而产生一个相吸的安培力，在相吸的安培力作用下拉动第一锁止机构2、第一压电堆保护壳13、第一压电堆1、第一圆球15、第二圆球16以及第一输出杆14，通过第一输出杆14输出负向的大位移和拉力。
3、第二压电堆10通电，第二压电堆10膨胀，通过第三圆球17和第四圆球18推动第二锁止机构9，第二锁止机构9受力与圆柱体作动器外壳19挤压锁止；第一压电堆1未通电，第一压电堆1未膨胀，第一锁止机构2未受力，未锁止；由于圆柱永磁铁3的两端分别与外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5连接，外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5之间的间隙中套有空心圆柱线圈6，对空心圆柱线圈6施加一定量和一定方向的电流，通电的空心圆柱线圈6产生一个与圆柱永磁铁3方向相反的磁场，进而产生一个相排斥的安培力，在相排斥的安培力作用下推动第一锁止机构2、第一压电堆保护壳13、第一压电堆1、第一圆球15、第二圆球16以及第一输出杆14，通过第一输出杆14输出正向的大位移和推力。
4、第一压电堆1通电，第一压电堆1膨胀，第一圆球15和第二圆球16推动第一锁止机构2，第一锁止机构2受力与圆柱体作动器外壳19挤压锁止；第二压电堆10未通电，第二压电堆10未膨胀，第二锁止机构9未受力，未锁止；由于圆柱永磁铁3的两端分别与外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5连接，外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5之间的间隙中套有空心圆柱线圈6，对空心圆柱线圈6施加一定量和一定方向的电流，通电的空心圆柱线圈6产生一个与圆柱永磁铁3方向相同的磁场，进而产生一个相吸的安培力，在相吸的安培力作用下拉动第二锁止机构9、第二压电堆保护壳11、第二压电堆10、第三圆球17、第四圆球18以及第二输出杆12，通过第二输出杆12输出负向的大位移和拉力。
5、重复上述1、2，假设圆柱体作动器外壳19无限长，第二输出杆12将输出无限大正向的大位移,第一输出杆14将输出无限大负向的大位移；重复上述3、4，假设圆柱体作动器外壳19无限长，第一输出杆14将输出无限大正向的大位移，第二输出杆12将输出无限大负向的大位移。
附图说明
图1为本发明利用压电堆进行位置锁止的大位移磁作动器结构示意图。
图2为本发明利用压电堆进行位置锁止的大位移磁作动器部分结构示意图，其中图2(a)为第一压电堆1、第一输出杆14、第一压电堆保护壳13、第一锁止机构2、第一圆球15以及第二圆球16结构示意图；图2(b)为第二压电堆10、第二输出杆12、第二压电堆保护壳11、第二锁止机构9、第三圆球17以及第四圆球18结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2(a)和图2(b)所示，本发明一种利用压电堆进行位置锁止的大位移磁作动器，在圆柱体作动器外壳19的内部依次为：第一压电堆1嵌于第一输出杆14和第一压电堆保护壳13为一体的机构中，第一锁止机构2通过第一圆球15和第二圆球16与第一压电堆保护壳13相连接，第一锁止机构2与外空心圆柱导磁体4通过螺纹连接，外空心圆柱导磁体4与置于其内的圆柱永磁铁3一端通过磁力连接，圆柱永磁铁3另一端与置于外空心圆柱导磁体4内的内圆柱导磁体5通过磁力连接，在外空心圆柱导磁体4与内圆柱导磁体5之间的间隙中套有空心圆柱线圈6，空心圆柱线圈6与第二锁止机构9通过螺纹连接，第一弹簧片7和第二弹簧片8通过螺钉将外空心圆柱导磁体4和第二锁止机构9连接，第二锁止机构9通过第三圆球17和第四圆球18与第二压电堆保护壳11相连接，第二压电堆10嵌于第二输出杆12和第二压电堆保护壳11为一体的机构中，第一端盖20与第二端盖21将作动器机构封闭于圆柱体作动器外壳19内部。
如图1所示，本发明的工作原理为：第一压电堆1通电，第一压电堆1膨胀，通过第一圆球15和第二圆球16推动第一锁止机构2，第一锁止机构2受力与圆柱体作动器外壳19挤压锁止；第二压电堆10未通电，第二压电堆10未膨胀，第二锁止机构9未受力，未锁止；由于圆柱永磁铁3的两端分别与外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5连接，外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5之间的间隙中套有空心圆柱线圈6，对空心圆柱线圈6施加一定量和一定方向的电流，通电的空心圆柱线圈6产生一个与圆柱永磁铁3方向相反的磁场，进而产生一个相排斥的安培力，在相排斥的安培力作用下推动第二锁止机构9、第二压电堆保护壳11、第二压电堆10、第三圆球17、第四圆球18以及第二输出杆12，通过第二输出杆12输出正向的大位移和推力。
第二压电堆10通电，第二压电堆10膨胀，通过第三圆球17和第四圆球18推动第二锁止机构9，第二锁止机构9受力与圆柱体作动器外壳19挤压锁止；第一压电堆1未通电，第一压电堆1未膨胀，第一锁止机构2未受力，未锁止；由于圆柱永磁铁3的两端分别与外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5连接，外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5之间的间隙中套有空心圆柱线圈6，对空心圆柱线圈6施加一定量和一定方向的电流，通电的空心圆柱线圈6产生一个与圆柱永磁铁3方向相同的磁场，进而产生一个相吸的安培力，在相吸的安培力作用下拉动第一锁止机构2、第一压电堆保护壳13、第一压电堆1、第一圆球15、第二圆球16以及第一输出杆14，通过第一输出杆14输出负向的大位移和拉力。
如此往复，假设圆柱体作动器外壳19无限长，第二输出杆12将输出无限大正向的大位移,第一输出杆14将输出无限大负向的大位移。
第二压电堆10通电，第二压电堆10膨胀，通过第三圆球17和第四圆球18推动第二锁止机构9，第二锁止机构9受力与圆柱体作动器外壳19挤压锁止；第一压电堆1未通电，第一压电堆1未膨胀，第一锁止机构2未受力，未锁止；由于圆柱永磁铁3的两端分别与外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5连接，外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5之间的间隙中套有空心圆柱线圈6，对空心圆柱线圈6施加一定量和一定方向的电流，通电的空心圆柱线圈6产生一个与圆柱永磁铁3方向相反的磁场，进而产生一个相排斥的安培力，在相排斥的安培力作用下推动第一锁止机构2、第一压电堆保护壳13、第一压电堆1、第一圆球15、第二圆球16以及第一输出杆14，通过第一输出杆14输出正向的大位移和推力。
第一压电堆1通电，第一压电堆1膨胀，第一圆球15和第二圆球16推动第一锁止机构2，第一锁止机构2受力与圆柱体作动器外壳19挤压锁止；第二压电堆10未通电，第二压电堆10未膨胀，第二锁止机构9未受力，未锁止；由于圆柱永磁铁3的两端分别与外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5连接，外空心圆柱导磁体4和内圆柱导磁体5之间的间隙中套有空心圆柱线圈6，对空心圆柱线圈6施加一定量和一定方向的电流，通电的空心圆柱线圈6产生一个与圆柱永磁铁3方向相同的磁场，进而产生一个相吸的安培力，在相吸的安培力作用下拉动第二锁止机构9、第二压电堆保护壳11、第二压电堆10、第三圆球17、第四圆球18以及第二输出杆12，通过第二输出杆12输出负向的大位移和拉力。如此往复，假设圆柱体作动器外壳19无限长，第一输出杆14将输出无限大正向的大位移，第二输出杆12将输出无限大负向的大位移。

Claims (1)

1.一种利用压电堆进行位置锁止的大位移磁作动器，其特征在于：在圆柱体作动器外壳（19）的内部依次为：第一压电堆（1）嵌于第一输出杆（14）和第一压电堆保护壳（13）为一体的机构中，第一锁止机构（2）通过第一圆球（15）和第二圆球（16）与第一压电堆保护壳（13）相连接，第一锁止机构（2）与外空心圆柱导磁体（4）通过螺纹连接，外空心圆柱导磁体（4）与置于其内的圆柱永磁铁（3）一端通过磁力连接，圆柱永磁铁（3）另一端与置于外空心圆柱导磁体（4）内的内圆柱导磁体（5）通过磁力连接，在外空心圆柱导磁体（4）与内圆柱导磁体（5）之间的间隙中套有空心圆柱线圈（6），空心圆柱线圈（6）与第二锁止机构（9）通过螺纹连接，第一弹簧片（7）和第二弹簧片（8）通过螺钉将外空心圆柱导磁体（4）和第二锁止机构（9）连接，第二锁止机构（9）通过第三圆球（17）和第四圆球（18）与第二压电堆保护壳（11）相连接，第二压电堆（10）嵌于第二输出杆（12）和第二压电堆保护壳（11）为一体的机构中，第一端盖（20）与第二端盖（21）将作动器机构封闭于圆柱体作动器外壳（19）内部。
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