專(zhuān)利名稱(chēng)：磁致伸縮裝置以及采用該裝置的直線(xiàn)電機(jī)與振動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種磁致伸縮裝置，尤其涉及一種利用磁致伸縮裝置產(chǎn)生 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的裝置。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，由于巨磁致伸縮材料具有相對(duì)以往壓電類(lèi)伸縮材料更巨大的應(yīng) 變能力而得到了科研和工程技術(shù)人員的廣泛重視，現(xiàn)有技術(shù)中的巨磁致伸縮材料(如Terfenol-D)是一種在磁場(chǎng)作用下可以產(chǎn)生伸縮形變的新型智能材料， 目前，有關(guān)利用巨磁致伸縮材料成功研制高性能精密驅(qū)動(dòng)器和精密直線(xiàn)電機(jī)的 報(bào)道已不鮮見(jiàn)，國(guó)外個(gè)別公司已研制出相關(guān)產(chǎn)品并投入市場(chǎng)。磁致伸縮機(jī)理是指物體因其磁化強(qiáng)度的變化而產(chǎn)生形變的現(xiàn)象，如圖2 (a) 與(b)所示，當(dāng)將原長(zhǎng)為L(zhǎng)。的磁致伸縮體1置于外部勵(lì)磁場(chǎng)時(shí)，其形狀會(huì)伸長(zhǎng)為 L，變化長(zhǎng)度為AL,并且該變化的大小與永磁體7的勵(lì)磁強(qiáng)度成正比。所以， 當(dāng)以能使一7la茲體7靠近或遠(yuǎn)離一磁致伸縮材料體或利用磁路71將永磁體磁場(chǎng) 導(dǎo)入或?qū)С龃胖律炜s體1，那么磁致伸縮體1的長(zhǎng)度將會(huì)發(fā)生伸長(zhǎng)或收縮(復(fù)原) 變化。尺蠖運(yùn)動(dòng)沖幾理如圖l(a)為尺蠖運(yùn)動(dòng)機(jī)理示意圖，一個(gè)典型的尺蠖運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu)有兩個(gè)箝位部分A'和C'(可采用磁致伸縮裝置實(shí)現(xiàn)箝位)，以及一個(gè)伸縮部 分B'(可采用多茲致伸縮裝置實(shí)現(xiàn)伸縮)組成。其中，A'和C'可以通過(guò)控制實(shí)現(xiàn)箝 位卡緊和箝位釋放過(guò)程，B'可以實(shí)施伸長(zhǎng)或縮短動(dòng)作。如圖所示，完成一個(gè)單步尺蠖運(yùn)動(dòng)要通過(guò)六個(gè)分步動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且單步尺蠖運(yùn)動(dòng)可以被積累最終實(shí)現(xiàn) 長(zhǎng)行程或無(wú)限行程運(yùn)動(dòng)。通過(guò)改變A'和C'的箝位順序可以使尺蠖運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生 變化，而實(shí)現(xiàn)相反方向運(yùn)動(dòng)。 尺蠖運(yùn)動(dòng)還有另外一種模式，如圖l(b)所示，在這種模式中機(jī)體本身不移 動(dòng)，移動(dòng)部分為中間的橫桿。該橫桿在如圖注釋的六個(gè)分步作用下將進(jìn)行一個(gè) 單步尺蠖位移運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)方向與前一模式相反。現(xiàn)有技術(shù)中有采用磁致伸縮與尺蠖運(yùn)動(dòng)機(jī)理制成的直線(xiàn)電機(jī)，如2004年2月11日公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)為CN1474504A的中國(guó)專(zhuān)利，其公開(kāi)了一種磁控形狀記憶合金蠕動(dòng)型直線(xiàn)電機(jī)，主要由MSMA動(dòng)子、鐵心、勵(lì)磁繞組、輸出軸、連桿、支架、夾鉗、位移傳感器、控制器等組成，帶有氣隙的鐵心使位于氣隙中的MSMA的^f茲場(chǎng)強(qiáng)度與勵(lì)磁繞組電流成正比，改變勵(lì)^磁繞組的電流可以控制MSMA的變形量。但是由于磁致伸縮材料必須在時(shí)變磁場(chǎng)強(qiáng)度作用下才可能產(chǎn)生伸長(zhǎng)、收縮或復(fù)原等動(dòng)作，從而使磁致伸縮驅(qū)動(dòng)廣泛采用電磁驅(qū)動(dòng)方式，以便產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)。然而，這種驅(qū)動(dòng)方式下的電磁線(xiàn)圏會(huì)產(chǎn)生熱損耗和熱輻射，特別是在需要強(qiáng)磁場(chǎng)的大電流以及高頻激勵(lì)的情況下，會(huì)對(duì)包裹在線(xiàn)圈內(nèi)或螺線(xiàn)管中央的磁致伸縮材料產(chǎn)生很大的熱漲效應(yīng)，這種熱漲效應(yīng)將直接影響磁致伸縮材料的伸縮性能，特別是在一些需要產(chǎn)生精確伸縮的應(yīng)用場(chǎng)合，這種熱漲負(fù)作用尤為明 曰i。最近， 一些學(xué)術(shù)研究文章對(duì)此類(lèi)問(wèn)題都有關(guān)注，為減少可能的熱漲效應(yīng)， 避免影響所設(shè)計(jì)的精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或電機(jī)的性能，設(shè)計(jì)人員往往在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中要 考慮循環(huán)冷卻系統(tǒng)，使得基于磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)多、性?xún)r(jià) 比低。另外，基于磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)所研發(fā)的直線(xiàn)電機(jī)，特別是利用尺蠖運(yùn)動(dòng) 原理設(shè)計(jì)制造的直線(xiàn)電機(jī)，往往需要至少三路電流激勵(lì)和控制系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)箝 位一伸縮交替動(dòng)作的尺蠖運(yùn)動(dòng)。這樣， 一方面箝位動(dòng)作的電(電致箝位機(jī)構(gòu)如 壓電箝位方式)或電磁(磁致伸縮箝位機(jī)構(gòu))環(huán)節(jié)又進(jìn)一步增加了機(jī)體的熱損 耗和熱輻射，另 一方面電流的控制信號(hào)和電源系統(tǒng)也將更復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一種利用具有磁場(chǎng)強(qiáng)度相位差 的永磁鐵激 致伸縮材料以及相應(yīng)的箝位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)尺蠖運(yùn)動(dòng)直線(xiàn)裝置，利用 本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)或振動(dòng)器，可以不使用電磁線(xiàn)圈，從而可以完 全避免電磁幾困對(duì)磁致伸縮材料產(chǎn)生的熱漲負(fù)效應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型釆用如下技術(shù)方案磁致伸縮裝置包括一個(gè) 磁通回路，所'述磁通回路中包括剛性導(dǎo)磁支架、磁致伸縮體，剛性導(dǎo)磁支架的 一側(cè)或相對(duì)的兩側(cè)設(shè)有貫通口 ，貫通口內(nèi)設(shè)置相對(duì)于貫通口可自由運(yùn)動(dòng)的剛性 導(dǎo)磁棒，磁致伸縮體通過(guò)剛性導(dǎo)磁棒與剛性導(dǎo)磁支架組成封閉框架，所述的磁 通回路中還包括永磁體，永磁體兩極分別通過(guò)剛性導(dǎo)磁支架與磁致伸縮體、剛 性導(dǎo)磁棒連接組成一個(gè)磁通回路，該永磁體位于驅(qū)動(dòng)裝置上并通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置帶 動(dòng)，可在與其內(nèi)部磁力線(xiàn)垂直的平面內(nèi)相對(duì)于剛性導(dǎo)磁支架循環(huán)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置包括由動(dòng)力帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸和與該軸同心的飛輪，飛輪為非導(dǎo)磁材 料，固接在旋轉(zhuǎn)軸上，永磁體位于飛輪外沿；飛輪上設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上永磁 體，設(shè)置一個(gè)以上7JC磁體飛輪的相鄰的永磁體之間通過(guò)非導(dǎo)磁材料間隔；旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置至少一個(gè)飛輪；設(shè)置多個(gè)飛輪的裝置，各飛輪上的永磁體沿旋轉(zhuǎn)軸軸 向的投影為部分重合；磁致伸縮體與剛性導(dǎo)磁支架接觸的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置彈簧。 采用上迷磁致伸縮裝置的直線(xiàn)電機(jī)包括磁致伸縮裝置、導(dǎo)軌桿，磁致伸縮 裝置的剛性導(dǎo)磁棒上固接剛性非導(dǎo)磁棒，導(dǎo)軌桿通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒可與磁致伸 縮裝置接觸。磁致伸縮裝置的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置兩個(gè)飛輪，兩個(gè)飛輪分別對(duì)應(yīng)兩個(gè) 剛性導(dǎo)磁支架，分別為箝位剛性導(dǎo)磁支架與伸縮剛性導(dǎo)磁支架。伸縮剛性導(dǎo)磁 支架一側(cè)固定，另一側(cè)通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒與箝位剛性導(dǎo)磁支架固定連接，箝位 剛性導(dǎo)磁支架的剛性非導(dǎo)磁棒與導(dǎo)軌桿存在間隙，其間隙小于磁致伸縮裝置中
磁致伸縮體的形變量。{茲致伸縮裝置的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置三個(gè)飛輪，三個(gè)飛4侖分別 對(duì)應(yīng)三個(gè)剛性導(dǎo)磁支架，分別為兩個(gè)箝位剛性導(dǎo)磁支架與一個(gè)伸縮剛性導(dǎo)磁支 架。伸縮剛性導(dǎo)磁支架固定，其通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒分別固接兩箝位剛性導(dǎo)磁支 架，箝位剛性導(dǎo)磁支架的剛性非導(dǎo)磁棒與導(dǎo)軌桿存在間隙，其間隙小于磁致伸 縮裝置中磁致伸縮體的形變量。采用上述磁致伸縮裝置的振動(dòng)裝置包括磁致伸 縮裝置、導(dǎo)擬干，磁致伸縮裝置一側(cè)固定，另一側(cè)與導(dǎo)軌桿通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒 固接。在磁致伸縮體與剛性導(dǎo)磁支架的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置彈簧，彈簧可以增加預(yù)壓 力使磁致伸縧沐具有更好的伸長(zhǎng)和復(fù)位效果，從而可以達(dá)到更準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)位移 精度；可在與》茲致伸縮體連接的剛性導(dǎo)磁支架的兩邊之間設(shè)置非導(dǎo)磁固定桿， 磁致伸縮體設(shè)置在剛性導(dǎo)磁支架與非導(dǎo)磁固定桿組成的框架內(nèi)，這樣可防止磁 致伸縮體與剛;性導(dǎo)磁支架脫離。其中根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要，永磁體可以是具有能產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)強(qiáng)度的永磁體，可以是具有能產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度的永磁體，可以 是能夠產(chǎn)生具有相位差磁場(chǎng)的永磁體組合。利用能夠使永磁體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或移動(dòng) 動(dòng)作的機(jī)構(gòu)使7lc磁體相對(duì)磁致伸縮體、箝位體之間相對(duì)距離發(fā)生變化使磁場(chǎng)強(qiáng) 度連續(xù)變化而4吏磁致伸縮體產(chǎn)生伸或縮的效應(yīng)，使箝位體與剛性支架之間產(chǎn)生 應(yīng)力增加或縮小的效應(yīng)，從而可以實(shí)現(xiàn)利用尺蠖運(yùn)動(dòng)機(jī)理設(shè)計(jì)的"箝位一伸縮 一箝位"機(jī)構(gòu)動(dòng)作的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，制成直線(xiàn)電機(jī)，此結(jié)構(gòu)還可用于制造驅(qū)動(dòng)器、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)電一體化系統(tǒng)、機(jī)器人等。此直線(xiàn)電機(jī)無(wú)需電磁環(huán)節(jié)和冷卻系統(tǒng)， 提高了磁致伸縮材料的伸縮精度，進(jìn)而提高電機(jī)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)精度并使電機(jī)整體結(jié) 構(gòu)和控制環(huán)節(jié)大大簡(jiǎn)化。因此，才財(cái)居如圖1所示尺蠖運(yùn)動(dòng)4幾理，當(dāng)引入一永f茲場(chǎng)并且該永》茲場(chǎng)可以 產(chǎn)生有時(shí)序沐交替作用能使伸縮裝置A，、 B，、 C，三部分能實(shí)現(xiàn)尺蠖運(yùn)動(dòng)的六個(gè)分步動(dòng)作， 一個(gè)在永磁場(chǎng)作用下的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造具有如下優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)效果1、 可實(shí)現(xiàn)無(wú)需電磁線(xiàn)圈的無(wú)熱耗損磁致伸縮驅(qū)動(dòng)；2、 可實(shí)現(xiàn)無(wú)剛性接觸，無(wú)摩擦力的磁結(jié)聯(lián)傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)；3、 可實(shí)現(xiàn)無(wú)需三路電源控制或無(wú)需電源驅(qū)動(dòng)的尺蠖運(yùn)動(dòng)；4、 可方便實(shí)現(xiàn)由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或由一個(gè)方向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 化為另一個(gè)方向直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)；5 、 可以制成振動(dòng)或應(yīng)力波源。


圖1為尺蠖運(yùn)動(dòng)原理圖1) A卡緊，B、 C釋放示意圖；2) A卡緊，B伸長(zhǎng)，C釋放示意圖；3) A、 C都卡緊，同時(shí)B伸長(zhǎng)示意圖；4) A釋放，B伸長(zhǎng)，C卡緊示意圖；5) A釋放，B收縮，C卡緊示意圖；6) A卡緊；B、 C釋放示意圖。圖2為永磁作用下磁致伸長(zhǎng)材料伸縮示意圖；圖3為實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3磁致伸長(zhǎng)部件結(jié)構(gòu)放大示意圖；圖5為實(shí)施例1中旋轉(zhuǎn)軸與飛輪的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為實(shí)施例1中A、 B、 C三部分受永石茲體作用的磁場(chǎng)時(shí)序圖；圖7為實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
磁致伸縮裝置包括一個(gè)磁通回路，所述磁通回路中包括剛性導(dǎo)磁支架3、磁 致伸縮體l,剛性導(dǎo)磁支架3的一側(cè)或相對(duì)的兩側(cè)設(shè)有貫通口 10，貫通口10內(nèi) 設(shè)置相對(duì)于貫通口 10可自由運(yùn)動(dòng)的剛性導(dǎo)磁棒8，磁致伸縮體l通過(guò)剛性導(dǎo)磁 棒8與剛性導(dǎo)磁支架3組成封閉框架，所述的磁通回路中還包括永磁體7,永磁 體7兩極分別通過(guò)剛性導(dǎo)磁支架3與磁致伸縮體1、剛性導(dǎo)磁棒9連接組成一個(gè) 磁通回路，該永磁體7位于驅(qū)動(dòng)裝置上并通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)，可在與其內(nèi)部磁 力線(xiàn)垂直的平面內(nèi)相對(duì)于剛性導(dǎo)磁支架3循環(huán)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置包括由動(dòng)力帶動(dòng) 的旋轉(zhuǎn)軸6和與該軸同心的飛輪2,飛輪2為非導(dǎo)磁材料，固接在旋轉(zhuǎn)軸6上， 永磁體7位于飛輪2外沿。 實(shí)施例1采用上述磁致伸縮裝置可制成直線(xiàn)電機(jī)，直線(xiàn)電機(jī)包括磁致伸縮裝置與導(dǎo) 軌桿4，磁致伸縮裝置的剛性導(dǎo)磁棒9上固接剛性非導(dǎo)磁棒8，導(dǎo)軌桿4通過(guò)剛 性非導(dǎo)磁棒8可與磁致伸縮裝置接觸。在磁致伸縮裝置的旋轉(zhuǎn)軸6上設(shè)置三個(gè) 飛輪2，每個(gè)飛輪2都是由永磁體7 (分別標(biāo)注為a、 b、 c)和非永磁體E構(gòu)成； 三個(gè)飛輪2分別對(duì)應(yīng)三個(gè)剛性導(dǎo)磁支架3,其與磁致伸縮體1 、剛性導(dǎo)磁棒9組 成完整的磁通回路；由于磁致伸縮裝置A、 C相對(duì)于磁致伸縮裝置B會(huì)產(chǎn)生位移， 所以磁致伸縮裝置A、 C中貫通口 10的寬度要稍大于磁致伸縮裝置B中磁致伸 縮體1的最大形變量的一半與飛輪2寬度之和，這樣磁致伸縮裝置A、 C在相對(duì) 于磁致伸縮裝置B移動(dòng)的過(guò)程中，磁致伸縮裝置A、 C中的飛輪2可以避免與 剛性導(dǎo)磁支架3碰撞。在磁場(chǎng)作用下磁致伸縮裝置A、 C可分別通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒8與導(dǎo)軌桿4緊 密配合，無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)剛性非導(dǎo)磁棒8與導(dǎo)軌桿4具有一定的間隙，磁致伸縮
裝置A與C之間通過(guò)磁致伸縮裝置B連接。裝配飛輪2時(shí)，使永磁體a、 b與c 之間的相對(duì)位置要有一定的錯(cuò)位，即如圖4所示T向投影到一平面時(shí)永磁體a、 b、 c能夠產(chǎn)生如圖5 (c)所示的投影重合，其圖中abc表示三個(gè)永磁體投影重合， ab和bc表示永磁體投影兩個(gè)重合，a、 c表示永磁體投影不重合。這樣，當(dāng)永 磁體a、 b、 c旋轉(zhuǎn)時(shí)相對(duì)尺蠖運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A、 B、 C勵(lì)磁會(huì)產(chǎn)生如圖6所示的勵(lì)磁 時(shí)序。^茲致伸縮裝置在受磁場(chǎng)作用時(shí)與導(dǎo)軌桿4之間緊密配合，導(dǎo)軌桿4表現(xiàn) 為被鎖定；在磁致伸縮裝置不受磁場(chǎng)作用時(shí)，由于磁致伸縮體1恢復(fù)形變，可 使f茲致伸縮裝置與導(dǎo)軌桿4分離。為了使磁致伸縮裝置在去掉磁場(chǎng)時(shí)能夠完全 恢復(fù)原形，在^f茲致伸縮體1與剛性導(dǎo)^茲支架3之間設(shè)置彈簧5,如圖4中(a)-(c) 所示，可以有不同的設(shè)置方式。彈簧5可以增加預(yù)壓力使磁致伸縮體1能夠更 好地復(fù)位，從而可以產(chǎn)生更好的伸縮效果；為防止磁致伸縮體1與剛性導(dǎo)磁支 架3脫離，在與磁致伸縮體1連接的剛性導(dǎo)磁支架3的兩邊之間設(shè)置非導(dǎo)磁固 定桿ll，磁致伸縮體1設(shè)置在剛性導(dǎo)磁支架3與非導(dǎo)磁固定桿11組成的框架內(nèi)。 按照?qǐng)D6所示的勵(lì)磁時(shí)序，完成一個(gè)完整的工作過(guò)程如下1) 當(dāng)磁致伸縮裝置A、 B、 C都沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)、磁致伸縮裝置A、 C分別與導(dǎo) 軌桿4分離，導(dǎo)軌桿4不移動(dòng)；2) 當(dāng)磁致伸縮裝置A有磁場(chǎng)，磁致伸縮裝置B、 C沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，磁致伸縮 裝置A產(chǎn)生形變與導(dǎo)軌桿4緊密配合，磁致伸縮裝置B、 C不變形，導(dǎo)軌桿4不 移動(dòng)；3) 當(dāng)磁致伸縮裝置A、 B有磁場(chǎng)，磁致伸縮裝置C沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，磁致伸縮 裝置A、 B產(chǎn)生形變，磁致伸縮裝置C不變形，磁致伸縮裝置B產(chǎn)生伸長(zhǎng)的形變 將磁致伸縮裝置A與C向外擴(kuò)張，由于磁致伸縮裝置C與導(dǎo)軌桿4分離，磁致 伸縮裝置A產(chǎn)生形變，與導(dǎo)軌桿4之間緊密配合，將帶動(dòng)導(dǎo)軌桿4共同向左直
線(xiàn)移動(dòng)；4) 當(dāng)磁致伸縮裝置A、 B、 C有磁場(chǎng)，磁致伸縮裝置A、 B、 C都產(chǎn)生形變， 磁致伸縮裝置A、 C與導(dǎo)軌桿4緊密配合，導(dǎo)軌桿4表現(xiàn)為鎖定；5) 當(dāng)磁致伸縮裝置A去掉磁場(chǎng)，磁致伸縮裝置B、 C有磁場(chǎng)時(shí)，磁致伸縮 裝置A恢復(fù)形變與導(dǎo)軌桿4分離，磁致伸縮裝置B、 C產(chǎn)生形變，導(dǎo)軌桿4不移 動(dòng)；6) 當(dāng)磁致伸縮裝置A、 B去掉磁場(chǎng)，磁致伸縮裝置C有磁場(chǎng)時(shí)，磁致伸縮 裝置A、 B恢復(fù)形變，磁致伸縮裝置C產(chǎn)生形變，磁致伸縮裝置B恢復(fù)形變將磁 致伸縮裝置A與C向里收縮，由于磁致伸縮裝置A與導(dǎo)軌桿4分離，磁致伸縮 裝置C將帶動(dòng)導(dǎo)軌桿4共同向左直線(xiàn)移動(dòng)；7) 當(dāng)磁致伸縮裝置A、 B、 C都沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，磁致伸縮裝置又開(kāi)始重復(fù)上述 工作流程。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)一周，磁致伸縮裝置將使導(dǎo)軌桿4前進(jìn)兩步；如果將旋轉(zhuǎn) 軸6連續(xù)旋轉(zhuǎn)，那么導(dǎo)軌桿4的單步運(yùn)動(dòng)位移將累積，使導(dǎo)軌桿4產(chǎn)生大行程 甚至無(wú)限行程運(yùn)動(dòng)。同樣，如果將旋轉(zhuǎn)軸6反方向旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)軌桿4也將產(chǎn)生反 向運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)軌桿4可以產(chǎn)生前進(jìn)或后退的運(yùn)動(dòng)，即直線(xiàn)電機(jī)得以實(shí)現(xiàn)。旋 轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)可以采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)甚至手動(dòng)實(shí)現(xiàn)；該過(guò)程也即為將一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 實(shí)施例2本發(fā)明直線(xiàn)電機(jī)還可以是只有一個(gè)箝位部分和一個(gè)伸縮部分組成的結(jié)構(gòu)， 即^f茲致伸縮裝置B、 C,相應(yīng)的設(shè)置兩個(gè)飛輪2，如圖7所示。在旋轉(zhuǎn)軸6上設(shè) 置兩個(gè)飛輪2,兩個(gè)飛輪2分別與對(duì)應(yīng)的磁致伸縮裝置B、 C中的剛性導(dǎo)磁支架 3以及》茲致伸縮體1、剛性導(dǎo)磁棒9組成完整的磁通回路；在》茲場(chǎng)作用下》茲致伸
縮裝置C與導(dǎo)軌桿4緊密配合，磁致伸縮裝置C通過(guò)磁致伸縮裝置B控制左右 運(yùn)動(dòng)。裝配飛輪2時(shí)，使永石茲體b與c之間的相對(duì)位置要有一定的錯(cuò)位，即如 圖7中(b)所示T向投影到一平面時(shí)永磁體b、 c能夠產(chǎn)生如圖所示的投影重合， 其圖中bc表示永磁體投影重合，b、 c表示永磁體投影不重合。這樣，當(dāng)永磁體 b、 c旋轉(zhuǎn)時(shí)相對(duì)磁致伸縮裝置B、 C勵(lì)磁時(shí)會(huì)產(chǎn)生如圖6類(lèi)似的勵(lì)磁時(shí)序。為了 避免磁致伸縮裝置C移動(dòng)的過(guò)程中飛輪2與剛性導(dǎo)磁支架3碰撞，磁致伸縮裝 置C中貫通口 10的寬度要稍大于磁致伸縮裝置B中磁致伸縮體1的最大形變量 與飛輪2寬度之和。使旋轉(zhuǎn)軸6正向旋轉(zhuǎn)時(shí)能產(chǎn)生"箝位一伸長(zhǎng)一箝位釋放一復(fù)原"或反向旋 轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生"伸長(zhǎng)一箝位一伸長(zhǎng)復(fù)原一箝位釋放"的時(shí)序動(dòng)作。此時(shí)，隨旋轉(zhuǎn)軸 6正向或反向旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌桿4可以;波正向或反向"搓"動(dòng)。 實(shí)施例3采用上述磁致伸縮裝置可制成一種振動(dòng)裝置，如圖8所示，只保留磁致伸 縮裝置B,并將伸縮機(jī)構(gòu)B—端固定，另一端自由釋放；在旋轉(zhuǎn)軸6上設(shè)置一個(gè) 飛輪2，飛輪2與磁致伸縮裝置B中的剛性導(dǎo)磁支架3以及磁致伸縮體1、剛性 導(dǎo)磁棒9組成完整的磁通回路；那么隨著旋轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)，永磁體b作用于磁致 伸縮裝置B時(shí)會(huì)產(chǎn)生伸長(zhǎng)和復(fù)原，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸6高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，相應(yīng)伸縮頻率升高， 以致在》茲致伸縮裝置B的自由端通過(guò)導(dǎo)軌桿4產(chǎn)生應(yīng)力波。該應(yīng)力波可以作為 振動(dòng)發(fā)生源，也可以用來(lái)產(chǎn)生物體表面波，利用該波傳導(dǎo)可制造直線(xiàn)或旋轉(zhuǎn)電 機(jī)，甚至超聲電機(jī)。此機(jī)構(gòu)中的飛輪2也可以被一個(gè)永磁體所替代，但該永磁 體要求能夠沿與波傳導(dǎo)方向相垂直的方向往復(fù)或高頻往復(fù)介入和遠(yuǎn)離(磁致伸 縮)磁路，產(chǎn)生振動(dòng)或應(yīng)力波。本發(fā)明并不限于上述三種實(shí)施方式，其結(jié)構(gòu)以及永磁部分可以設(shè)置成不同
的形式。本發(fā)明中所迷的每一個(gè)飛輪2還可分別由一個(gè)以上的永磁體7 (如a對(duì) 應(yīng)有永磁體a，)和非永磁體E構(gòu)成；并且兩個(gè)永磁體7的極性要相反，即如果a (b、 c同樣)為N—S極；則a， (b，、 c，同樣)為S—N極；并且a、 a， (b、 b，和 c、 c，)之間被非磁體E隔開(kāi)。由于磁致伸縮體1在沒(méi)有預(yù)磁偏置時(shí)其伸長(zhǎng)與磁 場(chǎng)的方向無(wú)關(guān)，所以具有兩種極性磁鐵交替作用時(shí)，可使磁致伸縮頻率加倍； 并且相互消除各自在磁路中的剩磁，以及緩解或抵充兩種極性磁鐵分別在磁致 伸縮體1中產(chǎn)生的磁滯回偏差，這樣可使驅(qū)動(dòng)位移更精確。另外，每個(gè)飛輪2 上的永磁體7還可以是同方向的兩個(gè)或兩個(gè)以上(如兩個(gè)彼此間隔開(kāi)的扇形永 磁體)，也分別配制成前述單一永磁體時(shí)的對(duì)應(yīng)位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，那么當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn) 一周時(shí)運(yùn)動(dòng)磁致伸縮裝置將會(huì)被勵(lì)磁兩次或兩次以上，即旋轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)一周導(dǎo) 軌桿4將前進(jìn)兩步或多步。本發(fā)明直線(xiàn)電機(jī)中所需飛輪2可以完全設(shè)置為永磁體7，相應(yīng)設(shè)置將永f茲體 7沿與導(dǎo)軌桿4的運(yùn)動(dòng)方向垂直的方向推入或移出機(jī)構(gòu)，通過(guò)控制并按所需時(shí)序， 可以產(chǎn)生與飛輪2轉(zhuǎn)動(dòng)相同的效果。另外，為使機(jī)構(gòu)動(dòng)作平穩(wěn)，在本發(fā)明中所用的永磁體7也可以制成有一定磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度的永磁體，即永磁體7施加永磁激勵(lì)時(shí)有一個(gè)由弱磁場(chǎng)到強(qiáng)磁場(chǎng)逐漸增加磁場(chǎng)或反之由強(qiáng)到弱逐漸減弱磁場(chǎng)的過(guò)程，避免瞬間階躍勵(lì)磁沖擊。同時(shí)，單個(gè)永磁體7的形狀和輪組中永磁體7的形狀和相互之間的配制、對(duì)應(yīng)位置關(guān)系都可以根據(jù)控制時(shí)序要求或運(yùn)動(dòng)性能要求而作相應(yīng)改變。最后要說(shuō)明的是在高頻永磁激勵(lì)時(shí)，即飛輪2需高速旋轉(zhuǎn)或永磁體7高 頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)勵(lì)》茲情況下，電機(jī)機(jī)構(gòu)中的磁致伸縮體1以及相應(yīng)的構(gòu)成磁路的導(dǎo) 磁材料體都應(yīng)作片狀化處理以盡量避免產(chǎn)生渦流和發(fā)熱。
權(quán)利要求1. 一種磁致伸縮裝置，它包括一個(gè)磁通回路，所述磁通回路中包括剛性導(dǎo) 磁支架、磁致伸縮體，剛性導(dǎo)磁支架的一側(cè)或相對(duì)的兩側(cè)設(shè)有貫通口，貫通口 內(nèi)設(shè)置相對(duì)于貫通口可自由運(yùn)動(dòng)的剛性導(dǎo)磁棒，磁致伸縮體通過(guò)剛性導(dǎo)磁棒與 剛性導(dǎo)磁支架組成封閉框架，其特征在于所述的^f茲通回路中還包括永磁體，永 磁體兩極分別通過(guò)剛性導(dǎo)磁支架與磁致伸縮體、剛性導(dǎo)磁棒連接組成一個(gè)磁通 回路，該永磁體位于驅(qū)動(dòng)裝置上并通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)，可在與其內(nèi)部磁力線(xiàn)垂 直的平面內(nèi)相對(duì)于剛性導(dǎo)磁支架循環(huán)運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮裝置，其特征在于驅(qū)動(dòng)裝置包括由動(dòng)力 帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸和與該軸同心的飛輪，飛輪為非導(dǎo)磁材料，固接在旋轉(zhuǎn)軸上，永 磁體位于飛輪外沿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁致伸縮裝置，其特征在于飛輪上設(shè)置一個(gè)或一 個(gè)以上永磁體，設(shè)置一個(gè)以上永磁體飛輪的相鄰的永磁體之間通過(guò)非導(dǎo)磁材料 間隔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁致伸縮裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一個(gè)或 一個(gè)以上飛輪。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁致伸縮裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一個(gè)以 上飛輪的裝置，其各飛輪上的永磁體沿旋轉(zhuǎn)軸軸向的投影為部分重合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁致伸縮裝置，其特征在于在磁致伸縮體與剛性 導(dǎo)磁支架接觸的 一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置彈簧。
7. —種采用權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的直線(xiàn)電機(jī)，其特征在于直線(xiàn) 電機(jī)包括磁致伸縮裝置、導(dǎo)軌桿，磁致伸縮裝置的剛性導(dǎo)磁棒上固接剛性非導(dǎo) 磁棒，導(dǎo)軌桿通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒可與磁致伸縮裝置接觸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的直線(xiàn)電機(jī)，其特征在于磁致伸縮裝置的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置兩個(gè)飛輪，兩個(gè)飛輪分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)剛性導(dǎo)^茲支架，分別為箝位剛性導(dǎo)磁支 架與伸縮剛性導(dǎo)磁支架。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的直線(xiàn)電機(jī)，其特征在于伸縮剛性導(dǎo)磁支架一側(cè)固 定，另一側(cè)通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒與箝位剛性導(dǎo)磁支架固接，箝位剛性導(dǎo)磁支架的 剛性非導(dǎo)磁棒與導(dǎo)軌桿存在間隙，其間隙小于磁致伸縮裝置中磁致伸縮體的形 變量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的直線(xiàn)電機(jī)，其特征在于磁致伸縮裝置的旋轉(zhuǎn)軸上 設(shè)置三個(gè)飛輪，三個(gè)飛輪分別對(duì)應(yīng)三個(gè)剛性導(dǎo)磁支架，分別為兩個(gè)箝位剛性導(dǎo) 磁支架與一個(gè)伸縮剛性導(dǎo)磁支架。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的直線(xiàn)電機(jī)，其特征在于伸縮剛性導(dǎo)磁支架固定， 其通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒分別固接兩箝位剛性導(dǎo)磁支架，箝位剛性導(dǎo)磁支架的剛性 非導(dǎo)磁棒與導(dǎo)軌桿存在間隙，其間隙d、于磁致伸縮裝置中磁致伸縮體的形變量。
12. —種采用權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的的振動(dòng)裝置，其特征在于振 動(dòng)裝置包括磁致伸縮裝置、導(dǎo)軌桿，i茲致伸縮裝置一側(cè)固定，另一側(cè)與導(dǎo)軌桿 通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒固定連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種利用磁致伸縮裝置產(chǎn)生直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的裝置，尤其涉及一種磁致伸縮裝置以及采用該裝置的直線(xiàn)電機(jī)與振動(dòng)裝置，其中磁致伸縮裝置的永磁體兩極分別通過(guò)剛性導(dǎo)磁支架與磁致伸縮體、剛性導(dǎo)磁棒連接組成一個(gè)磁通回路，該永磁體位于驅(qū)動(dòng)裝置上并通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)，可在與其內(nèi)部磁力線(xiàn)垂直的平面內(nèi)相對(duì)于剛性導(dǎo)磁支架循環(huán)運(yùn)動(dòng)；直線(xiàn)電機(jī)中磁致伸縮裝置的剛性導(dǎo)磁棒上固接剛性非導(dǎo)磁棒，導(dǎo)軌桿通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒可與磁致伸縮裝置接觸；振動(dòng)裝置中的磁致伸縮裝置一側(cè)固定，另一側(cè)與導(dǎo)軌桿通過(guò)剛性非導(dǎo)磁棒固定連接。采用本裝置可提高直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)精度并使裝置整體結(jié)構(gòu)和控制環(huán)節(jié)大大簡(jiǎn)化。
文檔編號(hào)H01L41/12GK201038194SQ20072010096
公開(kāi)日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月5日
發(fā)明者健 李, 楊錦堂 申請(qǐng)人:楊錦堂