CN104201932B - 大位移输出磁致伸缩驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大位移输出磁致伸缩驱动器，利用通电线圈产生的磁场驱动磁致伸缩棒产生伸缩运动，利用双滑块、双连杆和单曲柄组成的组合位移放大机构将磁致伸缩棒产生的微小位移放大输出为大位移，放大倍数可根据两个连杆和曲柄之间的转动副的中心位置调整，同时还可以根据需要级联多个由双滑块、双连杆和单曲柄组成的组合位移放大机构成倍的增加位移的输出。相比于传统的直接输出磁致伸缩驱动器，本发明除了能实现高响应速度、高精度，机电转换率高等优点外还能够实现放大系数可调的大位移的输出，拓宽了磁致伸缩驱动器的应用范围。

Description

大位移输出磁致伸缩驱动器

发明领域

本发明涉及一种磁致伸缩驱动器，尤其是一种利用曲柄连杆组合机构实现输出位移放大的磁致伸缩驱动器。

背景技术

磁致伸缩驱动器，是利用某些磁性体的外部一旦加上磁场则磁性体的外形尺寸会发生变化的现象制作的驱动器。磁致伸缩驱动器因其结构简单、机电转换效率高、响应速度快、输出力大、位移输出精度高等优点在声纳的水声换能器技术、电声换能器技术、减振与防振、减噪与防噪系统等很多微位移驱动方面得到了广泛的应用。虽然磁致伸缩器虽然输出力可以很大，但是由磁致伸缩体产生的位移却通常在微米量级，因此限制了其在很多不仅需要高响应频率、大输出力，高精度，同时要求大位移输出的场合的应用。

发明内容

本发明提供了一种大位移输出磁致伸缩驱动器，其不仅具有高响应频率、大输出力，高精度的特点，同时可以实现放大倍数可调的大位移输出；

为实现上述目的，本发明提供一种大位移输出磁致伸缩驱动器，包括一个可在长度方向伸缩的磁致伸缩棒；缠绕在磁致伸缩棒上的驱动线圈；第一滑块、第一连杆、曲柄、第二连杆和第二滑块组成的双曲柄连杆位移放大机构；

所述磁致伸缩棒的一端为固定端，另一端为自由端，当在驱动线圈中施加交流电时，磁致伸缩棒自由端在驱动线圈所产生的变化磁场的作用下产生沿长度方向的伸缩运动；

所述第一滑块同磁致伸缩棒的自由端连接，可沿磁致伸缩棒的长度方向单自由度滑动；

所述第一滑块和第一连杆之间、第一连杆和曲柄之间、曲柄和第二连杆之间、第二连杆和第二滑块之间、曲柄和机架之间全部为转动副连接；

所述第二滑块可沿磁致伸缩棒的长度方向单自由度滑动，第二滑块和第一滑块的运动方向在同一条直线上；

所述第一连杆和第二连杆长度相同且曲柄和第一连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径比曲柄和第二连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径小；

所述由第一滑块、第一连杆、曲柄、第二连杆和第二滑块组成的双曲柄连杆位移放大机构可通过调节曲柄和第一连杆及第二连杆形成的转动副的中心位置来调节位移放大机构的放大倍数；

所述由第一滑块、第一连杆、曲柄、第二连杆和第二滑块组成的双曲柄连杆位移放大机构可以通过多个串联的方式成倍的增大磁致伸缩驱动器的位移输出；

本发明大位移输出磁致伸缩驱动器的工作原理为：磁致伸缩棒在通电线圈的驱动下推动第一滑块沿磁致伸缩棒长度方向运动，带动第一连杆推动曲柄转动，曲柄的转动再推动第二连杆运动，从而推动第二滑块沿磁致伸缩棒长度方向运动。由于第一连杆和第二连杆长度相同、曲柄转过的角度相同且曲柄和第二连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径比曲柄和第一连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径大，因此可实现将磁致伸缩驱动器输出的微小位移放大的作用。放大比由曲柄和第二连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径同曲柄和第一连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径的比值决定，通过串联由第一滑块、第一连杆、曲柄、第二连杆和第二滑块组成的双曲柄连杆位移放大机构磁致伸缩驱动器还可实现更大位移的输出；

本发明大位移输出磁致伸缩驱动器相比传统的磁致伸缩驱动器来讲其优势在于：采用了共用曲柄但曲柄有效半径不同的双曲柄连杆位移放大机构，不仅具有高响应速度、高精度，机电转换率高等优点，同时能够实现放大系数可调的大位移直线运动输出，拓宽了其在很多需要大位移输出方面的应用。

附图说明

图1为本发明大位移输出磁致伸缩驱动器的结构示意图；

图2 为本发明大位移输出磁致伸缩驱动器位移放大机构级联结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图1和一个具体实施例对本发明大位移输出磁致伸缩驱动器进行进一步的说明；

如图1所示为本发明大位移输出磁致伸缩驱动器主要由一个可在长度方向伸缩的磁致伸缩棒1，缠绕在磁致伸缩棒上的驱动线圈2，以及由第一滑块3、第一连杆4、曲柄5、第二连杆6、第二滑块7组成的双曲柄连杆位移放大机构组成；

其中磁致伸缩棒1的右端为固定端，左端为自由运动端，第一滑块3同磁致伸缩棒1的自由端连接，第一滑块3可沿磁致伸缩棒1的长度方向单自由度滑动。第一滑块3和第一连杆4的一端通过转轴和轴承构成转动副连接，第一连杆4另一端和曲柄5之间也通过转轴和轴承构成转动副连接，第一连杆和曲柄5之间转动副的中心转轴在本实施例中优先选择为曲柄5长度方向的中点处。曲柄5的末端和第二连杆6的一端通过转轴和轴承构成转动副连接，第二连杆6的长度和第一连杆4相同，第二连杆6的另一端和第二滑块7之间同样通过转轴和轴承构成转动副连接，第二滑块7可沿磁致伸缩棒1的长度方向单自由度滑动；

磁致伸缩棒1在通电线圈2的驱动下推动第一滑块3沿磁致伸缩棒1长度方向运动，带动第一连杆4推动曲柄5转动，曲柄5的转动再推动第二连杆6运动，从而推动第二滑块7沿磁致伸缩棒长度1方向运动。由于第一连杆4和第二连杆6长度相同，且曲柄5和第二连杆4组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径长度是曲柄5和第一连杆6组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径的2倍，因此可实现将磁致伸缩棒1输出的微小位移放大的作用。放大比由曲柄5和第一连杆4组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径同曲柄5和第二连杆6组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径的比值决定；

如图2所示，通过串联由第一滑块3、第一连杆4、曲柄5、第二连杆6、第二滑块7组成的双曲柄连杆位移放大机构还可实现更大位移的输出；

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本发明中未明确的部分属于本领域的公知技术。

Claims (5)

1.一种大位移输出磁致伸缩驱动器，包括一个可在长度方向伸缩的磁致伸缩棒，缠绕在磁致伸缩棒上的驱动线圈，其特征在于：还包括由第一滑块、第一连杆、曲柄、第二连杆和第二滑块组成的双曲柄连杆位移放大机构；所述磁致伸缩棒的一端为固定端，另一端为自由端，磁致伸缩棒自由端在驱动线圈产生的磁场作用下可沿磁致伸缩棒的长度方向产生伸缩运动；所述第一滑块同磁致伸缩棒的自由端连接，并且只拥有沿磁致伸缩棒长度方向运动的自由度；所述第一连杆和第二连杆长度相同且曲柄和第二连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径比曲柄和第一连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径大;磁致伸缩棒在通电线圈的驱动下推动第一滑块沿磁致伸缩棒长度方向运动，带动第一连杆推动曲柄转动，曲柄的转动再推动第二连杆运动，从而推动第二滑块沿磁致伸缩棒长度方向运动；第一连杆和第二连杆长度相同，且曲柄和第二连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径长度是曲柄和第一连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径的2倍;放大比由曲柄和第一连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径同曲柄和第二连杆组成的曲柄连杆机构中曲柄的有效半径的比值决定。

2.根据权利要求 1所述的大位移输出磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述第一滑块和第一连杆之间、第一连杆和曲柄之间、曲柄和第二连杆之间、第二连杆和第二滑块之间、曲柄和机架之间全部为转动副连接。

3.根据权利要求 1所述的大位移输出磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述第二滑块沿磁致伸缩棒的长度方向单自由度滑动，第二滑块和第一滑块的运动方向在同一条直线上。

4.根据权利要求 1或2任一项所述的大位移输出磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述由第一滑块、第一连杆、曲柄、第二连杆和第二滑块组成的双曲柄连杆位移放大机构通过调节曲柄和第一连杆及第二连杆形成的转动副的中心位置来调节位移放大机构的放大倍数。

5.根据权利要求 1所述的大位移输出磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述由第一滑块、第一连杆、曲柄、第二连杆和第二滑块组成的双曲柄连杆位移放大机构通过多个串联的方式成倍的增大磁致伸缩驱动器的位移输出。