CN102945726A

CN102945726A - 基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置及其组合

Info

Publication number: CN102945726A
Application number: CN2012103955087A
Authority: CN
Inventors: 杨斌堂
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: CN102945726B

Abstract

本发明公开了一种基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置及其组合，包括：用于产生电磁场的电磁体；根据磁场方向产生挤压力的磁性体；通过电磁体传递的磁性体的挤压力而产生伸缩弹性体变形的弹性机体；其中，所述弹性机体设有机体空穴，所述磁性体置于所述机体空穴中，所述电磁体位于机体空穴和磁性体的外侧。当对电磁体施加电流产生电磁场，电磁场将作用于磁性体，磁性体将产生挤压力而传到弹性机体上使弹性机体产生伸长变形，当电磁场撤销，由于弹性机体的弹性回复力作用，磁性体又会被挤压复位。本发明基于磁性体和电磁体在弹性机体中相互作用的而产生弹性驱动，其驱动直接，柔性度大，驱动效率高。

Description

基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置及其组合

技术领域

本发明涉及电磁激励驱动器件技术领域，具体是一种基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置及其组合。

背景技术

近些年来，驱动器领域发展迅速，产生了各种电磁和智能材料的如巨磁致伸缩材料、压电陶瓷以及磁致伸缩形状记忆合金等新型的可用于精密驱动器。这些驱动器能量密度大，输出功率高，伸缩形变精确。如2001年8月公开的专利：CN98809282.4：是一种用于将接触器移到接通状态或者断开状态的电磁驱动器，该驱动器包括一个接触驱动杆，该驱动杆在与断开状态相对应的第一位置和与接通状态相对应的第二位置之间沿纵向移动。由磁性材料制成并与接通线圈相互作用的芯子安装到接触驱动杆上。还具有一个极片，该极片由磁性材料形成，它具有向着芯子的表面，在接触驱动杆的第一位置上该表面以远离芯子垂直于移动方向的表面一个空隙距离而布置，并且在第二个位置上，旧能近地靠在所述芯子表面。驱动器还包括一个磁轭，该磁轭由磁性材料形成，用于闭合通过极片和芯子的接通线圈的磁力线环路。永磁体装置用于将接触驱动杆保持在第一位置上，同时弹簧将处于第二位置上的接触驱动杆预压向第一位置。驱动器设置有断开线圈，为了将接触驱动杆从第二位置移到第一位置上，激励该线圈，从而至少暂时地对消永磁体装置的磁场，永磁体装置的磁力线环路与接通线圈的磁力线环路相分开。但是这类驱动器的共同的特点是器驱动结构刚性体，不具备柔性伸缩驱动的特点。不适合于被驱动体是柔性物体的驱动应用领域。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置及其组合。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置，包括：

-用于产生电磁场的电磁体；

-根据磁场方向产生挤压力的磁性体；

-通过电磁体传递的磁性体的挤压力而产生伸缩弹性体变形的弹性机体；

其中，所述弹性机体设有机体空穴，所述磁性体置于所述机体空穴中，所述电磁体位于机体空穴和磁性体的外侧。

所述磁性体为若干方向异形颗粒体，其长度位置方向与电磁体的磁场方向不一致。

所述方向异形颗粒体为永磁体。

所述磁性体为纳米级的微小铁磁或永磁粉粒中的一种或其混合，所述磁性体分布在机体空穴中。

所述机体空穴中设有利于磁性体敏捷响应或增加磁激励驱动效果的介质。

所述介质包括：

-当磁性体为方向异形颗粒体，所述介质为润滑液体；

-当磁性体为方向微小铁磁或永磁粉粒中的一种或其混合时，所述介质为润滑液体或气体。

一种根据基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置组合而成的线性驱动装置，由若干基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置串接组成。

所述组成所述线性驱动装置的若干电磁体极化轴轴向串联为一个串行电磁体，每一个电磁体之间由弹性的导线段连接。

一种根据所述线性驱动装置组合而成的面型驱动装置，由若干线性驱动装置编织连接。

一种根据所述面型驱动装置组合而成的体型驱动装置，由若干面型驱动装置组合连接。

本发明的工作机理为，当对电磁体施加电流产生电磁场，电磁场将作用于磁性体，如果磁性体为方向异形颗粒体，并且其长度方向为磁极方向，那么磁性体将会发生偏转，使长度方向转到电磁体的磁场方向，那么电磁体将受到挤压力而传到弹性机体上使弹性机体产生伸长变形，如果磁性体为微小铁磁或永磁粉粒，微小颗粒将沿电磁场方向聚集，使电磁场方向上的电磁体受挤压力，而传递到弹性机体上，使弹性基体伸长。当电磁场撤销，由于弹性机体的弹性回复力作用，磁性体又会被挤压复位。这样当电磁激励工作一次，弹性基体将伸长收缩一次，即产生往复伸缩的驱动过程。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.基于磁性体和电磁体在弹性机体中相互作用的而产生弹性驱动器件。

2.驱动直接，柔性度大，驱动效率高。

本发明的机构可用于研制柔性驱动环境下的驱动器件，体积和重量小，产生较大位移的柔性往复驱动功能体。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图，其中，（a）为初始状态，(b)为电磁激励后状态；

图2为本发明实施例2的结构示意图，其中，（a）为初始状态，(b)为电磁激励后状态；

图3为本发明实施例3的结构示意图，其中，初始状态，(b)为电磁激励后状态；

图4为本发明实施例4的结构示意图，其中，（a）为初始状态，(b)为电磁激励后直线驱动状态，（c）为基于被激励体弯曲面型的弯曲驱动状态；

图5为本发明实施例5中电磁体的串联结构示意图，其中，（a）为电磁体的第一种放置形态，（b）为电磁体的第二种放置形态；

图6为本发明实施例6中驱动装置的多种形态，其中，（a）为柔性驱动装置，（b）线性驱动装置，（c）为面型驱动装置，（d）为体型驱动装置；

图中，1为弹性机体，2为电磁体，3为磁性体，4为机体空穴，5为介质。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例包括：

-用于产生电磁场的电磁体2；

-根据磁场方向产生挤压力的磁性体3；

-通过电磁体传递的磁性体的挤压力而产生伸缩弹性体变形的弹性机体1；

其中，所述弹性机体1设有机体空穴4，所述磁性体3置于所述机体空穴4中，所述电磁体2位于机体空穴4和磁性体3的外侧。

如图1所示，在本实施例中，磁性体3为一个方向异形永磁体，其磁极方向位于长度方向。将磁性体3置于机体空穴4中，电磁体1位于空穴4和磁性体3的两侧。初始时，磁性体3放置在空穴中，磁性体3的磁极方向即长度方向与电磁体2的磁场方向不一致。

对于如图1所示机构，当对电磁体2施加电流产生电磁场，电磁场将作用于磁性体3，磁性体3可以为永磁体，并且其长度方向为磁极方向，那么磁性体3将会发生偏转，使长度方向转到电磁体2的磁场方向，那么电磁体2将受到挤压力而传到弹性机体1上使弹性机体1产生伸长变形。当电磁场撤销，由于弹性机体1的弹性回复力作用，磁性体3又会被挤压复位。这样当电磁激励工作一次，弹性基体将伸长收缩一次，即产生往复伸缩的驱动过程。

优选地，在本实施例中，机体空穴4中还设有利于磁性体敏捷响应或增加磁激励驱动效果的介质5，该介质5可以为润滑液体。

实施例2

实施例2为实施例1的变化例。

如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于，磁性体3为一个以上方向异形永磁体组成的磁性体3。在本实施例中，介质5为润滑液体，例如润滑油，作用机理和过程如实施例1。

实施例3

实施例3为实施例1的变化例。

如图3所示，本实施例在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于，磁性体3为纳米级的方向微小铁磁或永磁粉粒，或微小铁磁和永磁粉粒混合粉粒，且初始分布在机体空穴4中。

优选地，在本实施例中，所采用的介质5为润滑液体或气体，磁性体3均匀分布在介质5中。当电磁体2作用时，初始均匀分布在介质5中的方向微小颗粒将沿电磁场方向聚集，使电磁场方向上的电磁体2受挤压力，而传递到弹性机体1上，使弹性基体1伸长；电磁体2磁场撤销，弹性体1弹性复位。

实施例4

实施例4为根据上述三个实施例提供的柔性驱动装置组合而成的线性驱动装置。

如图4所示，本实施例由若干基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置串接组成。经组合的这种线性驱动装置可以实现整体或局部通电激励的驱动方式。这种方式的驱动位移是单个驱动位移的累加，致使驱动位移更大，如图4（a）所示；或驱动变形能力更强，可以较好贴合有异形面形的被驱动体，如图4（b）所示。

本实施例的作用机理和过程如实施例1。

实施例5

实施例5为实施例4的优选例。

如图5（a）和（b）所示，在本实施例中，所使用电磁体2不是每个独立连接电源，而是电磁体2极化轴轴向并行串联为一个串行电磁体。每个电磁体2之间由弹性的导线段连接，这样可以达到一个电信号输入，多点激励的效果。

工作时，这两种串行的电磁线圈可同时布置在弹性基体内部或周围，已达到增强电磁场强度和增加电磁场激励方向，使所述的柔性驱动器驱动效果更佳。

实施例6

本实施例包括组合驱动装置的多种形态，可以为：

-如实施例1至3中任一个实施例提供的柔性驱动装置，如图6（a）所示；

-利用上述柔性驱动装置串联形成的如实施例4所述的线性柔性装置，如图6（b）所示；

-利用上述的线性驱动装置组合编织而成的面型驱动装置，如图6（c）所示；

-利用上述面型驱动装置组合连接的体型驱动装置，如图6（d）所示。

本实施例的作用机理和过程如实施例1。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置，其特征在于，包括：

-用于产生电磁场的电磁体；

-根据磁场方向产生挤压力的磁性体；

2.根据权利要求1所述的基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置，其特征在于，所述磁性体为若干方向异形颗粒体，其长度位置方向与电磁体的磁场方向不一致。

3.根据权利要求2所述的基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置，其特征在于，所述方向异形颗粒体为永磁体。

4.根据权利要求1所述的基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置，其特征在于，所述磁性体为纳米级的微小铁磁或永磁粉粒中的一种或其混合，所述磁性体分布在机体空穴中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置，其特征在于，所述机体空穴中设有利于磁性体敏捷响应或增加磁激励驱动效果的介质。

6.根据权利要求5中任一项所述的基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置，其特征在于，所述介质包括：

-当磁性体为方向异形颗粒体，所述介质为润滑液体；

7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置组合而成的线性驱动装置，其特征在于，由若干基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置串接组成。

8.根据权利要求7所述的基于磁性体和电磁体相互作用的柔性驱动装置组合而成的线性驱动装置，其特征在于，所述组成所述线性驱动装置的若干电磁体极化轴轴向串联为一个串行电磁体，每一个电磁体之间由弹性的导线段连接。

9.根据权利要求7或8所述的线性驱动装置组合而成的面型驱动装置，其特征在于，由若干线性驱动装置编织连接。

10.根据权利要求9所述的面型驱动装置组合而成的体型驱动装置，其特征在于，由若干面型驱动装置组合连接。