CN114844391A - 一种基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，包括杆件、驱动外壳一、驱动外壳二、驱动体、钳位体一、钳位体二，所述驱动体、钳位体均包括线圈安装座、励磁线圈、线圈铁芯，所述励磁线圈缠绕于所述线圈安装座中，所述驱动体的线圈铁芯与所述第二磁流变弹性体和所述驱动外壳构成安装，所述第二磁流变弹性体与所述驱动外壳第二内腔构成安装所述线圈安装座的空间，所述钳位体一、二的线圈铁芯呈L形，并与一套设于所述杆件的非导磁圈及所述第一、三磁流变弹性体构成安装所述线圈安装座的空间。采用本发明，通过磁流变弹性体磁致伸缩的特性实现装置的驱动，具有性能稳定、无须密封、散热效果强、装置响应迅速等优点。

Description

一种基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置

技术领域

本发明涉及粘弹性材料磁控微位移装置领域，尤其涉及一种基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置。

背景技术

磁致伸缩是指物体在磁场中磁化时，在磁化方向会发生伸长或缩短，当通过线圈的电流变化或者是改变与磁体的距离时其尺寸即发生显著变化的铁磁性材料，通常称为铁磁致伸缩材料。其尺寸变化比铁氧体等磁致伸缩材料大得多，而且所产生的能量也大，则称为超磁致伸缩材料。自从发现物质的磁致伸缩效应后，人们就一直想利用这一物理效应来制造有用的功能器件与设备。为此人们研究和发展了一系列磁致伸缩材料，主要有三大类：即：磁致伸缩的金属与合金、铁氧体磁致伸缩材料、电致伸缩材料。人们利用材料磁致伸缩的特性制造的微位移驱动器，可用于机器人、自动控制、超精密机械加工、红外线、电子束、激光束扫描控制、照相机快门、线性电机、智能机翼、燃油喷射系统、微型泵、阀门、传感器等领域。然而现有的磁致伸缩驱动器存在装置稳定性不好、密封性差、散热差、响应速度慢等不足。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置。可提供更为理想的散热效果、密封性能、高速的响应、高稳定性的驱动装置。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，其特征在于，包括杆件、驱动外壳一、驱动外壳二、驱动体、钳位体一、钳位体二，所述驱动外壳一、驱动外壳二套设于所述杆件上，且内部具有上中下三个内腔，其中分别设置有所述钳位体一、驱动体、钳位体二，中部的内腔由驱动外壳一、驱动外壳二的相接触部分共同拼成；所述钳位体一包括套设于所述杆件上的第一线圈安装座、线圈铁芯、非导磁圈、第一磁流变弹性体，所述第一线圈安装座套接于所述非导磁圈外，所述第一磁流变弹性体为环形结构，位于所述钳位体一的上端或下端，所述第一线圈安装座置于所述第一磁流变弹性体、非导磁圈、线圈铁芯构成的封闭腔中, 所述第一线圈安装座中缠绕有励磁线圈；所述钳位体二与钳位体一的结构相同或对称；所述驱动体包括第二磁流变弹性体、第二线圈安装座、铁芯，所述第二磁流变弹性体套设于所述杆件上，所述第二线圈安装座套设于所述第二磁流变弹性体外，所述第二磁流变弹性体的上下端面均贴附有所述铁芯，所述第二线圈安装座缠绕有励磁线圈。

其中，所述线圈铁芯在截面的一侧上呈L形，并与所述非导磁圈构成U形结构，所述第一线圈安装座置于所述U形结构中。

其中，所述铁芯具有圆环部以及与所述第二磁流变弹性体的上下端面贴附的端部。

其中，所述圆环部的外径大于所述第二线圈安装座的外径。

其中，所述第一磁流变弹性体的外径至少等于所述第一线圈安装座的外径。

其中，所述第一磁流变弹性体在磁场作用下与所述杆件接触。

其中，所述第二磁流变弹性体在磁场作用下沿所述杆件方向伸长变形。

其中，所述驱动外壳一、驱动外壳二各由一对半壳并合为一体组成，所述驱动外壳一和驱动外壳二在所述第二磁流变弹性体的伸长作用一下相对移动。。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明利用磁流变弹性体在磁场作用下产生磁致伸缩反应的特性实现装置的驱动，具有性能稳定，不需要任何密封件，具有散热效果好、密封性强、装置响应迅速、稳定性好等优点。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图；

图2是本发明装置的整体结构的剖视结构示意图；

图3是本发明装置钳位机构从不工作时到正常工作时磁流变弹性体的形变示意图；

图4是本发明装置驱动机构从不工作时到正常工作时磁流变弹性体的形变示意图；

图5是构成驱动外壳一的带孔外壳和无孔外壳的结构示意图；

图6是构成驱动外壳二的带孔外壳和无孔外壳的结构示意图；

图7是本发明装置紧固机构结构示意图；

图8是本发明装置工作原理示意图；

图9是钳位体正常工作时钳位部分磁场模拟图；

图10是钳位体正常工作时钳位部分三维平面磁场示意图；

图11是驱动体正常工作时驱动部分磁场模拟图；

图12是本发明装置驱动体正常工作时驱动部分三维平面磁场示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1、图2所示，本发明实施例的一种基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，包括了杆件1、驱动外壳一、驱动外壳二、驱动体、钳位体一、钳位体二。

驱动外壳一、二各由一对半壳并合为一体组成，驱动外壳一和驱动外壳二可以相互接触，也可以脱离沿杆件方向移动，并不是一个整体，通过上下两个箍环进行相互分别将驱动外壳一和驱动外壳二固定。驱动外壳一、二套设于杆件1上，且两端内具有上中下三个环形内腔，钳位体一、驱动体、钳位体二分别安装于三个内腔中。

中部的内腔由驱动外壳一、驱动外壳二的相接触部分共同拼成。

钳位体一包括套设于杆件1上的第一线圈安装座3、线圈铁芯6、非导磁圈5、第一磁流变弹性体2。

第一线圈安装座3套接于非导磁圈5外，线圈铁芯6在截面的一侧上呈L形，并与非导磁圈5构成U形结构，其中，非导磁圈5和线圈铁芯6围成了第一线圈安装座3和励磁线圈4所需的安装空间，第一线圈安装座置于所述第一磁流变弹性体、非导磁圈、线圈铁芯构成的封闭腔中，励磁线圈4缠绕于线圈安装座3的线圈缠绕位置，线圈铁芯6上设置有导线通孔。

第一磁流变弹性体2为环结构，位于钳位体一的底侧或顶侧。

驱动体包括第二磁流变弹性体18、第二线圈安装座19、铁芯17、21，励磁线圈20缠绕于第二线圈安装座19的线圈缠绕位置，第二线圈安装座19位于第二磁流变弹性体18和外壳22、23形成的空腔内，铁芯17和铁芯21结构相同均为轴对称的环状结构，铁芯17和铁芯21分别位于第二磁流变弹性体上下端面与外壳7、8、22、23形成的空腔内。

第二磁流变弹性体18所呈的环形结构与其余磁流变弹性体的环形结构不同，第二磁流变弹性体18位于中腔的中部其环状结构内部位于杆件1外。

杆件实际应用形状不局限于该装置展示的圆柱形，应用时可根据实际应用场景将杆件换为长方体形、三角柱体形、多角柱体形等，所述杆件也可换为环状件，其装置实际应用时的整体外形也不局限于该装置展示的圆柱形，具体可结合杆件形状的变化来设计。

铁芯17和铁芯21具有圆环部171以及与所述第二磁流变弹性体的上下端面贴附的端部172。

圆环部的外径大于第二线圈安装座的外径。

钳位体二与钳位体一结构相同或对称，钳位体二包括线圈安装座33、励磁线圈34、线圈铁芯36，线圈铁芯36呈L形，并与非导磁圈35构成U形结构，其中，非导磁圈35和线圈铁芯36围成了线圈安装座33和励磁线圈34所需的安装空间，励磁线圈34缠绕于线圈安装座33的线圈缠绕位置，线圈铁芯36上设置有导线通孔。

第一磁流变弹性体2、第三磁流变弹性体32均为环形结构，其内径在不工作时不与杆件1表面接触，第一磁流变弹性体2、第三磁流变弹性体32的外径至少等于所述线圈铁芯的外径。

如图5、7所示，驱动外壳一由一对半壳并合为一体组成，且通过箍环进行相互固定，一对半壳包括无孔外壳7和带孔外壳8，无孔外壳7和带孔外壳8围成一个圆柱体且被杆件1从中心穿过，其中，带孔外壳8上设置有导线通孔87。外箍环12和外箍环16的内端面与无孔外壳7和带孔外壳8的外壁面重合，外箍环螺栓9和外箍环螺栓13分别穿过由外箍环12、16形成的左右两个通孔，外箍环螺栓垫片10位于外箍环螺栓9和外箍环12通孔部分的上端面之间，外箍环螺母11被螺栓穿过紧贴于外箍环螺栓垫片10的另一外箍环12的上端面，外箍环螺栓垫片14位于外箍环螺栓13和外箍环16通孔部分的上端面之间，外箍环螺母15被螺栓穿过紧贴于外箍环螺栓垫片14的另一外箍环16的上端面。

如图6、7所示，驱动外壳二与由一对半壳并合为一体组成，且通过箍环进行相互固定，一对半壳包括无孔外壳22和带孔外壳23，无孔外壳22和带孔外壳23围成一个圆柱体且被杆件1从中心穿过，其中，带孔外壳23上设置有导线通孔237。外箍环27和外箍环31的内端面与无孔外壳22和带孔外壳23的外壁面重合，外箍环螺栓24和外箍环螺栓28分别穿过由外箍环27、31形成的左右两个通孔，外箍环螺栓垫片25位于外箍环螺栓24和外箍环27通孔部分的上端面之间，外箍环螺母26被螺栓穿过紧贴于外箍环螺栓垫片25的另一外箍环27的上端面，外箍环螺栓垫片29位于外箍环螺栓28和外箍环31通孔部分的上端面之间，外箍环螺母30被螺栓穿过紧贴于外箍环螺栓垫片29的另一外箍环31的上端面。

如图3、4所示，在所述励磁线圈34、所述励磁线圈20、所述励磁线圈4均不提供磁场时，本发明装置不固定于杆件，根据装置放置角度的不同，由于重力作用使得装置可沿杆件方向滑动；在所述励磁线圈34提供可控磁场、所述励磁线圈20和所述励磁线圈4不提供磁场时，所述第三磁流变弹性体32沿杆件1发生径向变形，锁定整个装置；在所述励磁线圈34和所述励磁线圈20提供可控磁场，所述励磁线圈4不提供磁场时，装置中由驱动外壳二构成的下部区域被锁定，所述第二磁流变弹性体18沿杆件1方向往装置上部外壳方向伸长，为整个装置提供了与形变方向相同的驱动力，使得装置中驱动外壳一所在区域整体沿所述第二磁流变弹性体18的形变方向发生移动；在所述励磁线圈34、所述励磁线圈20、所述励磁线圈4均提供可控磁场时，使得装置在伸长状态被锁定；在所述励磁线圈4提供可控磁场、所述励磁线圈20和所述励磁线圈34均不提供磁场时，所述第一磁流变弹性体沿杆件1发生径向变形，装置中驱动外壳一所在区域整体被锁定于杆件1，所述第二磁流变弹性体18沿杆件1恢复原长，由驱动外壳二围成的装置下部沿杆件1整体上移。

在具体实施例中，初始状态所述励磁线圈34提供可控磁场，所述励磁线圈4和所述励磁线圈20均不提供磁场，使钳位体二的所述第三磁流变弹性体沿所述杆件1发生径向变形，将装置下部即驱动外壳二所在区域卡紧在杆件的当前位置，从而锁定了整体装置；接着，所述励磁线圈34继续提供磁场，所述励磁线圈20也提供可控磁场，所述励磁线圈4不提供磁场，装置下部继续卡紧于杆件，所述第二磁流变弹性体18沿所述杆件1往装置上部的方向伸长，推动装置上部即驱动外壳一所在区域沿杆件1发生位移；然后，在所述励磁线圈20和所述励磁线圈34提供可控磁场的情况下，所述励磁线圈4也提供可控磁场，驱动外壳二围成的装置下部继续卡紧杆件不动，所述第二磁流变弹性体18完成伸长，所述第一磁流变弹性体2沿杆件1发生径向变形，将驱动外壳一围成的装置上部固定于杆件；装置上部固定后，所述励磁线圈4继续提供可控磁场，所述励磁线圈20和所述励磁线圈34均不提供磁场，此时装置上部被固定，所述第二磁流变弹性体恢复原长，在恢复原长时带动装置下部发生沿杆件1往装置上部方向的位移；然后，所述励磁线圈4提供可控磁场的情况下，所述励磁线圈34也提供可控磁场，所述励磁线圈20不提供磁场，此时，装置的上部、下部都被固定于杆件；最后，所述励磁线圈34提供可控磁场，所述励磁线圈4和所述励磁线圈20均不提供磁场，恢复到装置的初始状态。不断重复上述操作，该装置可一直沿所述杆件往装置上部方向移动，如图8所示。

在具体实施例中，所述励磁线圈4设置在所述线圈安装座3上，所述线圈安装座3可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述线圈铁芯6上；所述励磁线圈34设置在所述线圈安装座33上，所述线圈安装座33可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述线圈铁芯36上，所述励磁线圈20设置在所述线圈安装座19上，所述线圈安装座19可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述无孔外壳22和所述带孔外壳23围成的空腔。

在一些实施方式中，所述励磁线圈4可通过其他非导磁材料固定于所述线圈安装座3上；所述励磁线圈20可通过其他非导磁材料固定于所述线圈安装座19上；所述励磁线圈34可通过其他非导磁材料固定于所述线圈安装座33上；

在具体实施例中，所述线圈铁芯6可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述带孔外壳8上；所述线圈铁芯36可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述带孔外壳23上。

在具体实施例中，所述非导磁圈5可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述线圈铁芯6上；所述非导磁圈35可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述线圈铁芯36上。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，其特征在于，包括杆件、驱动外壳一、驱动外壳二、驱动体、钳位体一、钳位体二，所述驱动外壳一、驱动外壳二套设于所述杆件上，且内部具有上中下三个内腔，其中分别设置有所述钳位体一、驱动体、钳位体二，中部的内腔由驱动外壳一、驱动外壳二的相接触部分共同拼成；所述钳位体一包括套设于所述杆件上的第一线圈安装座、线圈铁芯、非导磁圈、第一磁流变弹性体，所述第一线圈安装座套接于所述非导磁圈外，所述第一磁流变弹性体为环形结构，位于所述钳位体一的上端或下端，所述第一线圈安装座置于所述第一磁流变弹性体、非导磁圈、线圈铁芯构成的封闭腔中, 所述第一线圈安装座中缠绕有励磁线圈；所述钳位体二与钳位体一的结构相同或对称；所述驱动体包括第二磁流变弹性体、第二线圈安装座、铁芯，所述第二磁流变弹性体套设于所述杆件上，所述第二线圈安装座套设于所述第二磁流变弹性体外，所述第二磁流变弹性体的上下端面均贴附有所述铁芯，所述第二线圈安装座缠绕有励磁线圈。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，其特征在于，所述线圈铁芯在截面的一侧上呈L形，并与所述非导磁圈构成U形结构，所述第一线圈安装座置于所述U形结构中。

3.根据权利要求2所述的基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，其特征在于，所述铁芯具有圆环部以及与所述第二磁流变弹性体的上下端面贴附的端部。

4.根据权利要求3所述的基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，其特征在于，所述圆环部的外径大于所述第二线圈安装座的外径。

5.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，其特征在于，所述第一磁流变弹性体的外径至少等于所述第一线圈安装座的外径。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，其特征在于，所述第一磁流变弹性体在磁场作用下与所述杆件接触。

7.根据权利要求6所述的基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，其特征在于，所述第二磁流变弹性体在磁场作用下沿所述杆件方向伸长变形。

8.根据权利要求7所述的基于磁流变弹性体磁致伸缩原理的双钳位驱动装置，其特征在于，所述驱动外壳一、驱动外壳二各由一对半壳并合为一体组成，所述驱动外壳一和驱动外壳二在所述第二磁流变弹性体的伸长作用一下相对移动。

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