CN204465381U - 基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，包括：电磁驱动机构、位移驱动机构以及位移输出机构，其中，所述位移驱动机构设置于电磁驱动机构的磁场内，所述位移驱动机构在电磁驱动机构的磁场作用下产生形变，所述位移输出机构连接于位移驱动机构的形变输出端；所述电磁驱动机构包括：永磁驱动体和永磁体；所述永磁体在永磁驱动体的作用下与位移驱动机构之间形成变化的磁场作用力，所述位移驱动机构的外端为形变输出端；本实用新型通过永磁体有效隔绝永磁驱动体在通电情况下产生的热量，避免热量对位移驱动机构驱动装置产生的影响，实现真正的精密驱动。
Description
技术领域
本实用新型涉及精密驱动器技术领域，具体地，涉及一种基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置。
背景技术
近些年来，电、磁致伸缩材料领域发展迅速，产生了如巨磁致伸缩材料、压电陶瓷以及磁致伸缩形状记忆合金等新型的机敏材料，这些材料由于具有能量密度大，输出功率高，伸缩形变精确等优点，通常被应用于精密驱动器技术领域。
现有的采用机敏材料的精密驱动器，其工作原理为，在机敏材料的外部设置电磁驱动装置，通过对电磁驱动装置通电产生磁场使机敏材料进行形变，进而影响输出杆的输出位移形成精密位移驱动器。
上述现有的精密位移驱动器，由于通过电磁驱动装置产生的磁场影响机敏材料变形，则机敏材料必然要求设置于电磁驱动装置通电所产生的磁路内；电磁驱动装置通电后会产生热量，机敏材料在热量的作用下将具有一定的热膨胀，而对于精密位移驱动器来说，微量的异变都将使驱动产生误差，无法真正满足现代企业对精密驱动的要求。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，在不影响电磁驱动装置产生的磁场对机敏材料进行有效控制的情况下，通过在电磁驱动装置和机敏材料之间进行隔热，避免电磁驱动装置通电后产生的热量对机敏材料进行影响，进而实现真正的精密驱动。
为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的。
一种基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，包括：电磁驱动机构、位移驱动机构以及位移输出机构，其中，所述位移驱动机构设置于电磁驱动机构的控制磁场内，所述位移驱动机构在电磁驱动机构的控制磁场作用下产生形变，所述位移输出机构连接于位移驱动机构的形变输出端；
所述电磁驱动机构包括：永磁驱动体和永磁体；所述永磁体在永磁驱动体的作用下与位移驱动机构之间形成变化的磁场作用力，所述位移驱动机构的外端为形变输出端。
优选地，基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置还包括：
-框体，所述电磁驱动机构和位移驱动机构分别设置于框体内部，所述位移输出机构至少部分设置于框体内部，所述框体的一侧设有用于位移输出机构位移输出的端口；
-中心轴刚性体，所述中心轴刚性体沿轴向设置于框体的中心处，包括内段和外段，所述外段上设置有放置腔，所述位移驱动机构设置于放置腔内，所述外段的外侧端部设有用于位移驱动机构与位移输出机构连接的开口。
优选地，所述永磁驱动体采用电磁线圈，所述电磁线圈设置于中心轴刚性体内段的外部；
所述永磁体设置于中心轴刚性体的外侧；或，
所述永磁体通过旋转轴设置于中心轴刚性体上，初始状态下，所述永磁体的磁极位于中心轴刚性体轴线的上下两侧。
优选地，当永磁体设置于中心轴刚性体的外侧时，所述永磁体与电磁线圈之间连接有弹簧，和/或，所述永磁体和框体之间设置有滑块结构，且滑块结构固接于永磁体上；
当永磁体通过旋转轴设置于中心轴刚性体上时，所述永磁体的外部设有导磁材料体。
优选地，中心轴刚性体的内段采用导磁材料，中心轴刚性体的外段采用非导磁材料，所述内段与外段之间通过连接件连接。
优选地，所述永磁驱动体采用电机；
所述永磁体通过旋转轴设置于中心轴刚性体上，所述电机连接在旋转轴上；初始状态下，所述永磁体的两磁极位于中心轴刚性体轴线的上下两侧。
优选地，所述永磁体为一个永磁体单体或由至少一对永磁体单体构成的多对磁极的集成永磁体，当电机带动集成永磁体转动时，集成永磁体的多对磁极可以产生基于转速的多倍永磁体激励，而形成对永磁驱动体的高频激励，易于产生高频驱动。
优选地，所述永磁体的外部设有导磁材料体。
优选地，还包括如下任一个或任多个部件：
-簧片，所述簧片设置于位移输出机构与位移驱动机构之间；
-内压电材料体，所述内压电材料体设置于位移驱动机构的内端，且与位移驱动机构之间具有相互作用力；
-外压电材料体，所述外压电材料体设置于位移输出机构的位移输出端，且与位移输出端之间具有相互作用力；
-吸热物理相变材料体，所述吸热物理相变材料体设置于位移驱动机构与放置腔之间或内压电材料体与放置腔之间；
-支撑杆，所述支撑杆位于中心轴刚性体的开口处，并支撑在中心轴刚性体与框体之间。
优选地，所述位移驱动机构采用磁致伸缩棒；所述磁致伸缩棒的侧壁与放置腔之间相接触。
优选地，所述位移驱动机构采用方向异形永磁结构体；
所述方向异形永磁结构体包括一个方向异形永磁体；或，多个并列设置于的方向异形永磁体。
优选地，所述位移驱动机构采用磁流变液体或磁粒子。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
1、实现了电磁无热影响高频激励；
2、通过在电磁驱动机构中加入永磁体进行隔热，使电磁线圈或电机不直接与位移驱动机构(磁致伸缩棒或方向异形永磁结构体)产生作用，进而避免电磁线圈或电机工作时产生的热量对位移驱动机构造成影响，提高了驱动控制精度。
3、永磁体为磁致伸缩棒提供了预偏置磁场。
4、吸热物理相变材料体进一步隔绝了电磁线圈或电机与位移驱动机构之间的热量传递，提高驱动控制精度。
5、内压电材料体和/或外压电材料体实现对位移驱动机构的输出力测量以及输出位移测量。
6、中心轴刚性体的内段导磁材料和外段非导磁材料的结合，将电磁线圈磁场力控制在内段上，避免微量磁场对位移驱动机构产生影响，进一步提高驱动控制精度。
7、支撑杆避免位移驱动机构产生偏摆，进一步提高驱动控制精度。
8、当永磁体固定于中心轴刚性体上时，永磁体外部的导磁材料体将磁场限制在导磁材料体内，加强磁场力度，有效控制位移驱动机构产生形变。
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，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本实用新型实施例1结构示意图；
图2为本实用新型实施例2结构示意图；
图3为本实用新型实施例3结构示意图；
图4为本实用新型实施例4结构示意图；
图中：1为电磁线圈，2为永磁体，3为磁致伸缩棒，4为位移输出杆，5为簧片，6为框体，7为内压电材料体，8为外压电材料体，9为吸热物理相变材料体，10为内轴，11为外轴，12为连接件，13为滑块结构，14为支撑杆，15为弹簧，16为导磁材料体，17为旋转轴，18为方向异形永磁体。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型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。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，包括：电磁驱动机构、位移驱动机构以及位移输出机构，其中，所述位移驱动机构设置于电磁驱动机构的控制磁场内，所述位移驱动机构在电磁驱动机构的控制磁场作用下产生形变，所述位移输出机构连接于位移驱动机构的形变输出端；
所述电磁驱动机构包括：永磁驱动体和永磁体；所述永磁体在永磁驱动体的作用下与位移驱动机构之间形成相对移动，进而形成变化的磁场作用力，使所述位移驱动机构位于永磁体的磁路内，位移驱动机构的外端为形变输出端。
进一步地，基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置还包括：
-框体，所述电磁驱动机构和位移驱动机构分别设置于框体内部，所述位移输出机构至少部分设置于框体内部，所述框体的一侧设有用于位移输出机构位移输出的端口；
-中心轴刚性体，所述中心轴刚性体沿轴向设置于框体的中心处，包括内段和外段，所述外段上设置有放置腔，所述位移驱动机构设置于放置腔内，所述外段的外侧端部设有用于位移驱动机构与位移输出机构连接的开口。
进一步地，永磁体设置于中心轴刚性体的外部。
在本实施例中，所述位移驱动机构采用磁致伸缩棒，所述永磁驱动体采用电磁线圈，所述电磁线圈设置于中心轴刚性体的内段外部。
初始状态下，永磁体与电磁线圈相接触，所述永磁体与磁致伸缩棒之间部分重叠；对电磁线圈施加正向电流，使电磁线圈产生正向电磁场，并作用在永磁体上，永磁体在正向电磁场的作用下远离电磁线圈，逐步向磁致伸缩棒移动，磁致伸缩棒在变化的永磁体磁场的作用力下产生形变，并由磁致伸缩棒的外端传递至位移输出机构(位移输出杆)上。相应地，对电磁线圈施加反向电流，使电磁线圈产生反向电磁场，并作用在永磁体上，永磁体在反向电磁场的作用下靠近电磁线圈，逐步远离磁致伸缩棒，磁致伸缩棒在变化的磁场作用下缩短，并带动位移输出机构(位移输出杆)缩回。
进一步地，所述磁致伸缩棒的内端与放置腔之间刚性连接。
本实施例提供的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，具有如下有益效果：
1、实现了电磁无热影响高频激励；
2、隔热，使电磁线圈通电过程中产生的热量无法直接作用于磁致伸缩棒上，避免热量对磁致伸缩棒造成热膨胀的影响，提高了磁致伸缩棒形变的精度，进而提高位移输出机构的输出精度；
3、为磁致伸缩棒提供预偏置磁场。
实施例2
实施例2为实施例1的优选例，在实施例1的技术方案的基础上，通过增加相应部件，使实施例1提供的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置实现更多的更能。
本实施例提供的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，在实施例1的基础上，还包括如下任一个或任多个部件：
-簧片，所述簧片设置于位移输出机构与磁致伸缩棒之间；
-内压电材料体，所述内压电材料体设置于磁致伸缩棒的内端，且与磁致伸缩棒之间具有相互作用力；
-外压电材料体，所述外压电材料体设置于位移输出机构的位移输出端，且与位移输出端之间具有相互作用力；
-吸热物理相变材料体(如固体石蜡)，所述吸热物理相变材料体设置于位移驱动机构与放置腔之间或内压电材料体与放置腔之间；
-支撑杆，所述支撑杆位于中心轴刚性体的开口处，并支撑在中心轴刚性体与框体之间。
本实施例的工作原理与实施例1相同。
在本实施例中：
1、内压电材料体可以实现磁致伸缩棒输出力的测量；所述外压电材料体可以实现位移输出机构输出力的测量；所述内压电材料体、外压电材料体以及簧片实现输出位移的测量；具体为：
内压电材料体与磁致伸缩棒的内端形成相互作用力，即，磁致伸缩棒伸长过程中内端产生的作用力F1作用在内压电材料体上；
外压电材料体与位移输出机构的输出端形成相互作用力，即，位移输出机构的输出端位移输出过程中产生的用力F3作用在外压电片材料体上；
磁致伸缩棒伸长挤压位移输出机构的过程中，簧片受到挤压力(弹力)F2，即，F1+F2＝F3；通过内压电材料体和外压电材料体可知F1和F3的大小，从而可知F2的大小；簧片受到的挤压力(弹力)F2＝kx，其中，k为已知的簧片劲度系数，x为簧片压缩位移，即为位移输出机构的输出位移。
2、吸热物理相变材料体进一步实现隔热的作用，电磁线圈通电后产生的热量通过吸热物理相变材料体，由于吸热物理相变材料体具有吸热后相变的特性，进而实现隔热。
3、支撑杆避免磁致伸缩棒在伸缩过程中发生偏摆，使形变输出完全作用于位移输出机构上。
本实施例还可以具有如下功能：
-中心轴刚性体的内段采用导磁材料，中心轴刚性体的外段采用非导磁材料，电磁线圈设置于导磁材料的外部，避免电磁线圈传递至磁致伸缩棒的微量磁场对磁致伸缩棒的形变产生影响，进一步提高了位移输出机构的输出精度。
进一步地，导磁材料和非导磁材料之间通过连接件连接。
-永磁体与框体之间设置有滑块结构，所述滑块结构固接于永磁体上，滑块结构用于永磁体在框体内顺畅移动，同时具有限位作用，使用此滑块结构，可以避免永磁体与磁致伸缩棒之间的相对移动发生偏移。
-永磁体与电磁线圈之间设置有弹簧，弹簧可以增加电磁线圈与磁致伸缩棒之间的距离，且不影响电磁线圈与永磁体之间以及永磁体与磁致伸缩棒之间的相互作用。
实施例3
本实施例3为实施例1或实施例2的变化例，在本实施例中，永磁体为一个椭圆形结构，并通过旋转轴设置于中心轴刚性体上。
初始状态下，永磁体的两磁极为上下方向，在电磁线圈电磁场的作用力下，永磁体发生偏转旋转，磁极变为左右方向，磁致伸缩棒在永磁体磁场变化的作用力下发生形变。
进一步地，所述永磁体的外部设置有导磁材料体。
磁体外部的导磁材料体将磁场限制在导磁材料体内，加强磁场力度，有效控制位移驱动机构产生形变。
实施例4
实施例5为实施例3的变化例，在本实施例中，永磁驱动体采用电机，所述通过旋转轴带动永磁体旋转，进而与位移驱动机构之间产生变化的磁场作用力。
进一步地，所述永磁体为一个永磁体单体或由至少一对永磁体单体构成的多对磁极的集成永磁体，当电机带动集成永磁体转动时，集成永磁体的多对磁极可以产生基于转速的多倍永磁体激励，而形成对永磁驱动体的高频激励，易于产生高频驱动。
实施例5
实施例5为实施例1至实施例4中任一个实施例的变化例。在本实施例中，所述位移驱动机构还可以采用如下任一种形式：
-方向异性永磁结构体，方向异性永磁结构体的外端为形变输出端；
所述方向异形永磁结构体包括一个方向异形永磁体；或，多个并列设置于的方向异形永磁体。
-磁流变液体。
-磁粒子。
本实施例的工作原理与实施例1相同。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型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，这并不影响本实用新型的实质内容。
Claims (10)
1.一种基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，其特征在于，包括：电磁驱动机构、位移驱动机构以及位移输出机构，其中，所述位移驱动机构设置于电磁驱动机构的磁场内，所述位移驱动机构在电磁驱动机构的磁场作用下产生形变，所述位移输出机构连接于位移驱动机构的形变输出端；
所述电磁驱动机构包括：永磁驱动体和永磁体；所述永磁体在永磁驱动体的作用下与位移驱动机构之间形成变化的磁场作用力，所述位移驱动机构的外端为形变输出端；
基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置还包括：
-框体，所述电磁驱动机构和位移驱动机构分别设置于框体内部，所述位移输出机构至少部分设置于框体内部，所述框体的一侧设有用于位移输出机构位移输出的端口；
-中心轴刚性体，所述中心轴刚性体沿轴向设置于框体的中心处，包括内段和外段，所述外段上设置有放置腔，所述位移驱动机构设置于放置腔内，所述外段的外侧端部设有用于位移驱动机构与位移输出机构连接的开口。
2.根据权利要求1所述的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，其特征在于，所述永磁驱动体采用电磁线圈，所述电磁线圈设置于中心轴刚性体内段的外部；
所述永磁体设置于中心轴刚性体的外侧；或，
所述永磁体通过旋转轴设置于中心轴刚性体上，初始状态下，所述永磁体的磁极位于中心轴刚性体轴线的上下两侧。
3.根据权利要求2所述的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，其特征在于，当永磁体设置于中心轴刚性体的外侧时，所述永磁体与电磁线圈之间连接有弹簧，和/或，所述永磁体和框体之间设置有滑块结构，且滑块结构固接于永磁体上；
当永磁体通过旋转轴设置于中心轴刚性体上时，所述永磁体的外部设有导磁材料体。
4.根据权利要求2所述的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，其特征在于，中心轴刚性体的内段采用导磁材料，中心轴刚性体的外段采用非导磁材料，所述内段与外段之间通过连接件连接。
5.根据权利要求1所述的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，其特征在于，所述永磁驱动体采用电机；
所述永磁体通过旋转轴设置于中心轴刚性体上，所述电机连接在旋转轴上；初始状态下，所述永磁体的两磁极位于中心轴刚性体轴线的上下两侧；
所述永磁体为一个永磁体单体；或
由至少一对永磁体单体构成的多对磁极的集成永磁体。
6.根据权利要求5所述的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，其特征在于，所述永磁体的外部设有导磁材料体。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，其特征在于，还包括如下任一个或任多个部件：
-簧片，所述簧片设置于位移输出机构与位移驱动机构之间；
-内压电材料体，所述内压电材料体设置于位移驱动机构的内端，且与位移驱动机构之间具有相互作用力；
-外压电材料体，所述外压电材料体设置于位移输出机构的位移输出端，且与位移输出端之间具有相互作用力；
-吸热物理相变材料体，所述吸热物理相变材料体设置于位移驱动机构与放置腔之间或内压电材料体与放置腔之间；
-支撑杆，所述支撑杆位于中心轴刚性体的开口处，并支撑在中心轴刚性体与框体之间。
8.根据权利要求7所述的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，其特征在于，所述位移驱动机构采用磁致伸缩棒；所述磁致伸缩棒的侧壁与放置腔之间相接触。
9.根据权利要求7所述的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，其特征在于，所述位移驱动机构采用方向异形永磁结构体；
所述方向异形永磁结构体包括一个方向异形永磁体；或，多个并列设置于的方向异形永磁体。
10.根据权利要求7所述的基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置，其特征在于，所述位移驱动机构采用磁流变液体或磁粒子。
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| CN201420778149.8U CN204465381U (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置 |
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Publications (1)
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| CN204465381U true CN204465381U (zh) | 2015-07-08 |
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ID=53672203
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| CN201420778149.8U Withdrawn - After Issue CN204465381U (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204465381U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104506077A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-04-08 | 上海交通大学 | 基于电磁-永磁驱动的超精密驱动装置 |
| CN105448555A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-30 | 杨斌堂 | 双稳态光路调整机构及方法 |
| CN106894952A (zh) * | 2017-03-18 | 2017-06-27 | 南昌工程学院 | 一种磁致伸缩式压电微风发电装置 |
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2014
- 2014-12-10 CN CN201420778149.8U patent/CN204465381U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (3)
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| CN105448555A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-30 | 杨斌堂 | 双稳态光路调整机构及方法 |
| CN106894952A (zh) * | 2017-03-18 | 2017-06-27 | 南昌工程学院 | 一种磁致伸缩式压电微风发电装置 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20150708 Effective date of abandoning: 20180119 |