CN105846635B - 磁极力驱动微伸缩装置及其使用方法 - Google Patents
磁极力驱动微伸缩装置及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种磁极力驱动微伸缩装置及其使用方法，包括框架、第一磁体、第二磁体、弹性体、位移输出部件；沿框架的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体、第二磁体；第一磁体与第二磁体接触放置或间隔设置；第一磁体直接或间接抵住弹性体，或者第一磁体紧固连接弹性体；位移输出部件连接于第一磁体或者弹性体。本发明的磁极力驱动是利用电磁体与永磁体的磁极间、或者电磁体与电磁体的磁极间直接作用力实现的驱动技术，相比基于智能材料驱动方式可产生较大驱动行程。
Description
技术领域
本发明涉及磁致驱动技术领域，具体地，涉及磁极力驱动微伸缩装置及其使用方法。
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。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，同时要求较大位移输出的场合的应用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种磁极力驱动微伸缩装置及其使用方法。本发明的磁极力驱动是利用电磁体与永磁体的磁极间、或者电磁体与电磁体的磁极间直接作用力实现的驱动技术，相比基于智能材料驱动方式可产生较大驱动行程。
根据本发明提供的一种磁极力驱动微伸缩装置，包括框架、第一磁体、第二磁体、弹性体、位移输出部件；
沿框架的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体、第二磁体；
第一磁体与第二磁体接触放置或间隔设置；
第一磁体直接或间接抵住弹性体，或者第一磁体紧固连接弹性体；
位移输出部件连接于第一磁体或者弹性体。
优选地，第一磁体为永磁体或者电磁体；第二磁体为电磁体；
弹性体为蝶形弹簧；
第一磁体的一端接触第二磁体，第一磁体的另一端抵住蝶形弹簧的一端，蝶形弹簧的另一端抵住框架的内孔的孔口壁；
穿在蝶形弹簧的通孔中的位移输出部件的一端紧固连接第一磁体。
优选地，第一磁体与第二磁体两者中的至少一者为电磁体，另一者为永磁体或者电磁体；
间隔设置的第一磁体、第二磁体分别紧固连接于弹性体在轴向上的不同部位；
弹性体在轴向上的两端分别连接有位移输出部件；
弹性体穿在第一磁体与第二磁体的轴向通孔中，并且弹性体、第一磁体、第二磁体同轴设置。
优选地，还包括第三磁体、预弹性施加端盖；
紧固连接于框架的第二磁体为电磁体、导磁体、非导磁体或者弹性部件；
沿框架的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体、第二磁体、第三磁体；
第二磁体的两端分别接触第一磁体、第三磁体；
弹性体以间隙配合方式穿在第一磁体、第二磁体、第三磁体的轴向通孔中，并且弹性体、第一磁体、第二磁体、第三磁体同轴设置；
弹性体的两端分别螺纹连接预弹性施加端盖；
第一磁体、第三磁体的非接触第二磁体的一端分别抵住对应的预弹性施加端盖；
第一磁体、第三磁体由S极指向N极的方向一致；
弹性体在轴向上的两端分别连接有位移输出部件。
优选地，还包括第三磁体、预弹性施加端盖；
紧固连接于框架的第二磁体为电磁体、导磁体、非导磁体或者弹性部件；
沿框架的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体、第二磁体、第三磁体；
第二磁体的两端分别接触第一磁体、第三磁体；
第一磁体、第二磁体、第三磁体以间隙配合方式依次设置在弹性体的轴向孔腔中，并且弹性体、第一磁体、第二磁体、第三磁体同轴设置；
弹性体的孔腔的两端腔壁分别螺纹连接预弹性施加端盖；
第一磁体、第三磁体的非接触第二磁体的一端分别抵住对应的预弹性施加端盖；
第一磁体、第三磁体由S极指向N极的方向一致；
预弹性施加端盖连接有位移输出部件。
优选地，还包括励磁线圈；框架位于励磁线圈的内部，且与励磁线圈同轴设置。
优选地，
-第一磁体与第二磁体之间、第二磁体与第三磁体之间设置有磁致伸缩体；和/或
-弹性体为弹簧、弹性轴、波纹管、连轴器、柔性铰链或者弹性管；其中，弹性管为弹性材料制成的管体，或者弹性管是刚性材料通过线切割加工切槽方式得到的管体；弹性轴为弹性材料制成的实心轴体，或者弹性轴是刚性材料通过线切割加工切槽方式得到的实心轴体。
根据本发明提供的一种上述的磁极力驱动微伸缩装置的使用方法，包括：
令第二磁体失电，蝶形弹簧将第一磁体紧抵接触于第二磁体；
令第二磁体上电，第二磁体向第一磁体施加斥力，使第一磁体压缩蝶形弹簧从而发生位移，以带动位移输出部件移动。
根据本发明提供的一种上述的磁极力驱动微伸缩装置的使用方法，包括：
令第一磁体、第二磁体中的电磁体上电，使第一磁体与第二磁体之间产生斥力而相互远离，以驱使弹性体伸长，以带动位移输出部件移动；
令第一磁体、第二磁体中的电磁体失电，使第一磁体与第二磁体之间的斥力消失，弹性体缩回原状，以带动位移输出部件移动。
根据本发明提供的上述的磁极力驱动微伸缩装置的使用方法，包括：
令由电磁体构成的第二磁体失电，将弹性体两端的预弹性施加端盖向内旋入，直到第一磁体、第二磁体、第三磁体之间紧抵生成预压应力，使弹性体处于伸长状态；
令由电磁体构成的第二磁体上电，第二磁体分别对第一磁体、第三磁体生成相向的斥力，克服预压应力使第一磁体、第三磁体之间相互远离，从而第一磁体、第三磁体分别向外侧挤压预弹性施加端盖，由预弹性施加端盖通过弹性体或者直接带动位移输出部件移动；
令由电磁体构成的第二磁体失电，使施加于第一磁体、第三磁体的斥力消失，弹性体缩回，从而由弹性体通过预弹性施加端盖或者直接带动位移输出部件移动。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可以通过将电磁力作用于永磁体(或者将电磁力作用于电磁体)，将电磁力传递致弹性体，而使弹性体在期望运动的方向上(弹性体轴向)产生微小变形(伸长)的装置。
2、在本发明中可采用第一磁体与第二磁体之间、第二磁体与第三磁体之间接触放置，使相邻的电磁体和永磁体之间的磁极作用间距最短，从而产生可能的最大电磁斥力，并在电磁体与永磁体由于斥力作用的微小相去行程中保持较大的电磁斥力。
3、本发明可以达到小体积、微小行程，但能产生较大驱动斥力(推力)的驱动效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明第一实施例中磁极力驱动微伸缩装置的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中磁极力驱动微伸缩装置的结构示意图；
图3为本发明第三实施例中磁极力驱动微伸缩装置的结构示意图；
图4为本发明第四实施例中磁极力驱动微伸缩装置的结构示意图；
图5为本发明第五实施例中磁极力驱动微伸缩装置的结构示意图。
图中：
1-框架
2-第一磁体
3-第二磁体
4-弹性体
5-位移输出部件
6-孔口壁
7-第三磁体
8-预弹性施加端盖
9-励磁线圈
10-磁致伸缩体
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
第一实施例
如图1所示为本发明的第一实施例，在本实施例中，根据本发明提供的磁极力驱动微伸缩装置，包括框架1、第一磁体2、第二磁体3、弹性体4、位移输出部件5；沿框架1的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体2、第二磁体3；第一磁体2与第二磁体3接触放置(在变化例中为间隔设置)；第一磁体2直接(在变化例中为间接)抵住弹性体4(在变化例中第一磁体2紧固连接弹性体4)；位移输出部件5连接于第一磁体2(在变化例中连接于弹性体4)，位移输出部件5可以为直杆。
具体地，第一磁体2为永磁体或者电磁体；第二磁体3为电磁体；弹性体4为蝶形弹簧；第一磁体2的一端接触第二磁体3，第一磁体2的另一端抵住蝶形弹簧的一端，蝶形弹簧的另一端抵住框架1的内孔的孔口壁6；穿在蝶形弹簧的通孔中的位移输出部件5的一端紧固连接第一磁体2。
工作原理：所述磁极力驱动微伸缩装置的使用方法，包括：令第二磁体3失电，蝶形弹簧将第一磁体2紧抵接触于第二磁体3；令第二磁体3上电，第二磁体3向第一磁体2施加斥力，使第一磁体2压缩蝶形弹簧从而发生位移，以带动位移输出部件5移动。反复失电、上电就可以驱动位移输出部件5进行伸缩位移。采用永磁体的第一磁体2与弹性体刚性连接(例如粘结)或者挤压接触，则第一磁体2的驱动位移将传递至与第一磁体2的位移输出端衔接的弹性体上，弹性体变形，而使得第一磁体2得以产生微小位移。
第二实施例
如图2所示为本发明的第二实施例，在本实施例中，根据本发明提供的磁极力驱动微伸缩装置，包括框架1、第一磁体2、第二磁体3、弹性体4、位移输出部件5、第三磁体7、预弹性施加端盖8；沿框架1的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体2、第二磁体3；第一磁体2与第二磁体3接触放置(在变化例中为间隔设置)；第一磁体2通过预弹性施加端盖8间接向外侧抵住弹性体4；位移输出部件5连接于弹性体4，位移输出部件5可以为直杆。
紧固连接于框架1的第二磁体3为电磁体(在变化例中第二磁体3可以为导磁体、非导磁体或者弹性部件)；沿框架1的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体2、第二磁体3、第三磁体7；第二磁体3的两端分别接触第一磁体2、第三磁体7；弹性体4以间隙配合方式穿在第一磁体2、第二磁体3、第三磁体7的轴向通孔中，从而可以相对于第一磁体2、第二磁体3、第三磁体7运动，并且弹性体4、第一磁体2、第二磁体3、第三磁体7同轴设置；弹性体4的两端分别螺纹连接预弹性施加端盖8，即图2中示出的位于纸面左右两侧的两个预弹性施加端盖8。这样，预弹性施加端盖8相对弹性体4旋进时，两预弹性施加端盖8将挤压第一磁体2、第三磁体7，而使得弹性体(弹性管)伸长；此时停止旋进，则弹性体(弹性管)的弹性回复力使第一磁体2与第二磁体3之间、第三磁体7与第二磁体3之间有预压应力，挤压无间隙靠紧。预弹性施加端盖8与框架同轴并相对(微小间隙)滑动配合，以导向限位，保证弹性体(弹性管)伸长过程中其两端的同轴度。
第一磁体2、第三磁体7的非接触第二磁体3的一端分别抵住对应的预弹性施加端盖8；第一磁体2、第三磁体7由S极指向N极的方向一致；弹性体4在轴向上的两端分别连接有位移输出部件5。
弹性体4可以为弹簧、弹性轴、波纹管、连轴器、柔性铰链或者弹性管，其中，弹性管为弹性材料制成的管体，或者弹性管是刚性材料通过线切割加工切槽方式得到的管体，例如在金属管件表面加工出沿螺纹线延伸的切槽，从而使管件在轴向上获得弹性；弹性轴为弹性材料制成的实心轴体，或者弹性轴是刚性材料通过线切割加工切槽方式得到的实心轴体。
工作原理：所述磁极力驱动微伸缩装置的使用方法，包括：令由电磁体构成的第二磁体3失电，将弹性体4两端的预弹性施加端盖8向内旋入，直到第一磁体2、第二磁体3、第三磁体7之间紧抵生成预压应力，使弹性体4处于伸长状态；令由电磁体构成的第二磁体3上电，第二磁体3分别对第一磁体2、第三磁体7生成相向的斥力，克服预压应力使第一磁体2、第三磁体7之间相互远离，从而第一磁体2、第三磁体7分别向外侧挤压预弹性施加端盖8，由预弹性施加端盖8通过弹性体4带动位移输出部件5移动；令由电磁体构成的第二磁体3失电，使施加于第一磁体2、第三磁体7的斥力消失，弹性体4缩回，从而由弹性体4直接带动位移输出部件5移动。反复失电、上电就可以驱动位移输出部件5进行伸缩位移。
在采用电磁体第二磁体3的两端分别布置的第一磁体2、第三磁体7的磁极布置方式是，第二磁体3通电所产生的电磁力总是同时对第一磁体2、第三磁体7相斥或相吸。第一磁体2、第三磁体7可采用永磁体，也可以其中的一个或两者替换为电磁铁，通过对不同电磁铁通以不同方向的电流，而产生电磁线圈与电磁线圈之间的斥力。
第三实施例
如图3所示为本发明的第三实施例，在本实施例中，根据本发明提供的磁极力驱动微伸缩装置，包括框架1、第一磁体2、第二磁体3、弹性体4、位移输出部件5、第三磁体7、预弹性施加端盖8；沿框架1的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体2、第二磁体3；第一磁体2与第二磁体3接触放置(在变化例中为间隔设置)；第一磁体2通过预弹性施加端盖8间接向外侧抵住弹性体4；位移输出部件5通过预弹性施加端盖8连接于弹性体4，位移输出部件5可以为直杆。
紧固连接于框架1的第二磁体3为电磁体(在变化例中第二磁体3可以为导磁体、非导磁体或者弹性部件)；沿框架1的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体2、第二磁体3、第三磁体7；第二磁体3的两端分别接触第一磁体2、第三磁体7；第一磁体2、第二磁体3、第三磁体7以间隙配合方式依次设置在弹性体4的轴向孔腔中，并且弹性体4、第一磁体2、第二磁体3、第三磁体7同轴设置；弹性体4的孔腔的两端腔壁分别螺纹连接预弹性施加端盖8；第一磁体2、第三磁体7的非接触第二磁体3的一端分别抵住对应的预弹性施加端盖8；第一磁体2、第三磁体7由S极指向N极的方向一致；预弹性施加端盖8连接有位移输出部件5。
工作原理：所述磁极力驱动微伸缩装置的使用方法，包括：令由电磁体构成的第二磁体3失电，将弹性体4两端的预弹性施加端盖8向内旋入，直到第一磁体2、第二磁体3、第三磁体7之间紧抵生成预压应力，使弹性体4处于伸长状态；令由电磁体构成的第二磁体3上电，第二磁体3分别对第一磁体2、第三磁体7生成相向的斥力，克服预压应力使第一磁体2、第三磁体7之间相互远离，从而第一磁体2、第三磁体7分别向外侧挤压预弹性施加端盖8，由预弹性施加端盖8直接带动位移输出部件5移动；令由电磁体构成的第二磁体3失电，使施加于第一磁体2、第三磁体7的斥力消失，弹性体4缩回，从而由弹性体4通过预弹性施加端盖8带动位移输出部件5移动。反复失电、上电就可以驱动位移输出部件5进行伸缩位移。
第四实施例
如图4所示为本发明的第四实施例，第四实施例为第二实施例的变化例，在第四实施例中，与第二实施例的主要区别在于：根据本发明提供的磁极力驱动微伸缩装置还包括励磁线圈9；框架1位于励磁线圈9的内部，且与励磁线圈9同轴设置。
工作原理：位于框架1外部的励磁线圈9和中间固定采用电磁铁的第二磁体3同时作用时，可以产生电磁力相互叠加或削弱的效果，进而可以实现通过对励磁线圈9和第二磁体3所采用电磁线圈施加相同或相反的电流而对第一磁体2、第三磁体7进行向外或向内微小位移的调控效果。
第五实施例
如图5所示为本发明的第五实施例，第五实施例为第二实施例的变化例，在第五实施例中，与第二实施例的主要区别在于：根据本发明提供的磁极力驱动微伸缩装置中，第一磁体2与第二磁体3之间、第二磁体3与第三磁体7之间设置有磁致伸缩体10。
工作原理：在采用电磁铁的第二磁体3与采用永磁体的第一磁体2之间、第二磁体3与采用永磁体的第二磁体7之间加入磁致伸缩材料，而使得电磁场激励时产生磁致伸缩位移和电磁永磁斥力位移的叠加位移效果。同时弹性体(弹性管)预压力的施加以及永磁体偏置磁场的施加，均会对磁致伸缩体产生伸缩增益效果。磁致伸缩体相对电磁体和永磁体受挤压接触，并可以伸长推动永磁体运动，并将该运动通过预弹性施加端盖施加在弹性体(弹性管)上。
第六实施例
在本发明的第六实施例中，根据本发明提供的磁极力驱动微伸缩装置，包括框架1、第一磁体2、第二磁体3、弹性体4、位移输出部件5；沿框架1的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体2、第二磁体3；第一磁体2与第二磁体3接触放置(在变化例中为间隔设置)；第一磁体2通过预弹性施加端盖8间接向外侧抵住弹性体4；位移输出部件5连接于弹性体4，位移输出部件5可以为直杆。
第一磁体2与第二磁体3两者中的至少一者为电磁体，另一者为永磁体或者电磁体；间隔设置的第一磁体2、第二磁体3分别紧固连接于弹性体在轴向上的不同部位；弹性体4在轴向上的两端分别连接有位移输出部件5；弹性体4穿在第一磁体2与第二磁体3的轴向通孔中，并且弹性体4、第一磁体2、第二磁体3同轴设置。
工作原理：所述磁极力驱动微伸缩装置的使用方法，包括：令第一磁体2、第二磁体3中的电磁体上电，使第一磁体2与第二磁体3之间产生斥力而相互远离，以驱使弹性体4伸长，以带动位移输出部件5移动；令第一磁体2、第二磁体3中的电磁体失电，使第一磁体2与第二磁体3之间的斥力消失，弹性体4缩回原状，以带动位移输出部件5移动。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (7)
1.一种磁极力驱动微伸缩装置，其特征在于，包括框架(1)、第一磁体(2)、第二磁体(3)、弹性体(4)、位移输出部件(5)；
第一磁体(2)与第二磁体(3)接触放置或间隔设置；
第一磁体(2)间接抵住弹性体(4)，或者第一磁体(2)紧固连接弹性体(4)；
位移输出部件(5)连接于第一磁体(2)或者弹性体(4)；
磁极力驱动微伸缩装置还包括第三磁体(7)、预弹性施加端盖(8)；
紧固连接于框架(1)的第二磁体(3)为电磁体、导磁体、非导磁体或者弹性部件；
沿框架(1)的内孔的轴向，内孔中依次同轴设置有第一磁体(2)、第二磁体(3)、第三磁体(7)；
第二磁体(3)的两端分别接触第一磁体(2)、第三磁体(7)；
弹性体(4)以间隙配合方式穿在第一磁体(2)、第二磁体(3)、第三磁体(7)的轴向通孔中，并且弹性体(4)、第一磁体(2)、第二磁体(3)、第三磁体(7)同轴设置；
弹性体(4)的两端分别螺纹连接预弹性施加端盖(8)；
第一磁体(2)、第三磁体(7)的非接触第二磁体(3)的一端分别抵住对应的预弹性施加端盖(8)；
第一磁体(2)、第三磁体(7)由S极指向N极的方向一致；
弹性体(4)在轴向上的两端分别连接有位移输出部件(5)；
-弹性体(4)为弹簧。
2.根据权利要求1所述的磁极力驱动微伸缩装置，其特征在于，第一磁体(2)为永磁体或者电磁体；第二磁体(3)为电磁体；
弹性体(4)为蝶形弹簧；
第一磁体(2)的一端接触第二磁体(3)，第一磁体(2)的另一端抵住蝶形弹簧的一端，蝶形弹簧的另一端抵住框架(1)的内孔的孔口壁(6)；
穿在蝶形弹簧的通孔中的位移输出部件(5)的一端紧固连接第一磁体(2)。
3.根据权利要求1所述的磁极力驱动微伸缩装置，其特征在于，第一磁体(2)与第二磁体(3)两者中的至少一者为电磁体，另一者为永磁体或者电磁体；
间隔设置的第一磁体(2)、第二磁体(3)分别紧固连接于弹性体在轴向上的不同部位；
弹性体(4)在轴向上的两端分别连接有位移输出部件(5)；
弹性体(4)穿在第一磁体(2)与第二磁体(3)的轴向通孔中，并且弹性体(4)、第一磁体(2)、第二磁体(3)同轴设置。
4.根据权利要求1所述的磁极力驱动微伸缩装置，其特征在于，还包括励磁线圈(9)；框架(1)位于励磁线圈(9)的内部，且与励磁线圈(9)同轴设置。
5.一种权利要求2所述的磁极力驱动微伸缩装置的使用方法，其特征在于，包括：
令第二磁体(3)失电，蝶形弹簧将第一磁体(2)紧抵接触于第二磁体(3)；
令第二磁体(3)上电，第二磁体(3)向第一磁体(2)施加斥力，使第一磁体(2)压缩蝶形弹簧从而发生位移，以带动位移输出部件(5)移动。
6.一种权利要求3所述的磁极力驱动微伸缩装置的使用方法，其特征在于，包括：
令第一磁体(2)、第二磁体(3)中的电磁体上电，使第一磁体(2)与第二磁体(3)之间产生斥力而相互远离，以驱使弹性体(4)伸长，以带动位移输出部件(5)移动；
令第一磁体(2)、第二磁体(3)中的电磁体失电，使第一磁体(2)与第二磁体(3)之间的斥力消失，弹性体(4)缩回原状，以带动位移输出部件(5)移动。
7.根据权利要求1所述的磁极力驱动微伸缩装置的使用方法，其特征在于，包括：
令由电磁体构成的第二磁体(3)失电，将弹性体(4)两端的预弹性施加端盖(8)向内旋入，直到第一磁体(2)、第二磁体(3)、第三磁体(7)之间紧抵生成预压应力，使弹性体(4)处于伸长状态；
令由电磁体构成的第二磁体(3)上电，第二磁体(3)分别对第一磁体(2)、第三磁体(7)生成相向的斥力，克服预压应力使第一磁体(2)、第三磁体(7)之间相互远离，从而第一磁体(2)、第三磁体(7)分别向外侧挤压预弹性施加端盖(8)，由预弹性施加端盖(8)通过弹性体(4)或者直接带动位移输出部件(5)移动；
令由电磁体构成的第二磁体(3)失电，使施加于第一磁体(2)、第三磁体(7)的斥力消失，弹性体(4)缩回，从而由弹性体(4)通过预弹性施加端盖(8)或者直接带动位移输出部件(5)移动。
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