CN101521476B - 磁致驱动曲线位移执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁致驱动曲线位移执行器，它包括位移装置、位移轨道和磁场产生装置，所述位移装置为磁致变形材料构成的磁致变形元件；所述位移轨道配置在所述位移装置的位移方向两侧，所述位移轨道为任意曲线形轨道；所述磁场产生装置布置在所述位移轨道的外侧而始终包围着所述位移装置；所述位移装置处在位移轨道中，并具有有效间隙，由此允许在位移装置和磁场产生装置之间产生的磁引力对位移装置施加驱动位移力。本发明线圈无须长时间通电，基本不发热，因此耗能小，工作可靠。
Description
技术领域
本发明属于机电领域，涉及一种磁控磁致驱动曲线位移执行器，更具体的本发明涉及通过利用磁致变形而产生位移的磁致驱动曲线位移执行器。
背景技术
近年来，随着机械、微电子器件的发展，急需要制备体积小，位移量大，结构牢靠，低电压驱动的位移器件。
对于产生位移的执行器，已经知道通过向使用压电材料的位移产生元件施加控制电压而产生位移的压电执行器。也已经知道通过向使用磁致伸缩材料的位移产生元件施加磁场而产生位移的磁致伸缩执行器。
如发明CN 2543272Y涉及一种电磁式线性大位移执行器，是一种刚性位移装置，虽然位移量大、可以对位移进行精确控制，但只是直线型的，无法弯曲产生曲线位移，而且位移量也是有限的。而发明CN 160977A和发明CN 1570544A分别涉及磁致伸缩执行器和压电陶瓷/晶***移执行器，位移量小，也是无法弯曲产生曲线位移。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术存在的缺陷提供一种沿曲线轨道位移的磁致驱动曲线位移执行器，能获得可控位移输出，即控制其位移距离、位移速度，并易于以相对较低成本和较小尺寸。
为达到上述发明目的，本发明的构思是：
磁致变形材料是能通过改变磁场的大小来控制其的材料变形，可使用能通过控制电流而容易控制磁场的磁路。向磁致变形材料构成的磁致变形元件施加磁路所产生的磁场则可控制磁致变形元件的位移。换句话说，磁致变形元件是基于控制电流而产生位移的。
磁致变形材料是柔软的，可以发生大幅度的变形和随意的扭曲，故可以随着位移轨道装置而发生适应位移轨道的变形。
由于磁致变形材料是基于控制电流而产生位移，故易于控制，变形率与所施加的磁场强度有很好的线性关系；所需的控制磁场强度小，故所需的控制电流也小；所需的控制电流小，电磁铁的尺寸也小；电磁铁的尺寸小，由磁致变形材料制作的执行器尺寸也小；动态响应速度快，可以满足一般自动控制***对执行器动态响应速度的要求；磁致变形材料的配方可以由所需要的机械性能来决定，即通过调整材料的配方以适应不同的使用场合。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种磁致驱动曲线位移执行器，包括位移装置、位移轨道和磁场产生装置，其特征在于：所述位移装置为磁致变形材料构成的磁致变形元件；
所述位移轨道配置在所述位移装置的位移方向两侧，所述位移轨道为任意曲线形轨道；
所述磁场产生装置布置在所述位移轨道的外侧而始终包围着所述位移装置；
所述位移装置处在位移轨道中，位移装置两侧与位移轨道之间具有有效间隙，由此允许在位移装置和磁场产生装置之间产生的磁引力对位移装置施加驱动位移力；
所述磁致变形材料是柔软的，可以发生大幅度的变形和随意的扭曲，故可以随着位移轨道装置而发生适应位移轨道的变形。
上述磁场产生装置是在所述位移装置的位移方向的位移轨道两侧上布置的两排平行多个电磁铁，相邻电磁铁之间具有有效间隔，且多个电磁铁的形状、尺寸、匝数相同。
上述两排电磁铁中两侧相对称的电磁铁采用并联连接方式组成一组，多组之间采用串联连接方式；电磁铁与位移装置的位移方向垂直，电磁铁成对相向位移装置布置，每对相向布置的电磁铁的同磁极相对；同一侧电磁铁的磁极方向一致。
上述位移轨道由非导磁材料制成；所述的位移轨道固定于两排电磁铁之间。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明不必设置连接移动部件与外壳的连接部件、支撑移动部件的轴承；所需的控制磁场强度小，电磁铁的尺寸小，由磁致驱动变形材料制作的执行器尺寸也小；电磁铁无需长时间通电，耗能小，基本不发热，故无需冷却装置，对其它电子元件也无不良影响，安全性好，工作可靠。因此，有可能使磁致驱动位移执行器容易以相对较低的成本减小尺寸位移装置完全由电磁铁控制，可控性强，能达到大范围的位移和位移速度的控制。
附图说明
图1、图2和图3为磁致曲线位移执行器的结构示意图。图1中位移装置5处于初始位置，图2中位移装置5移动了一个位移，图3中位移装置5再移动了一个位移。
图4为图3中A-A处剖面图
具体实施方式
以下结合附图描述本发明的一个优选实施例。图1、图2和图3示出本磁致曲线位移执行器的结构。磁致曲线位移执行器具有：电磁铁的支撑架1，此元件同时作为外壳；曲线形位移轨道2，此元件作为位移装置5的轨道可以提供支撑位移装置5的作用，并使位移装置5不会发生方向偏移；布置在位移装置5两侧的电磁铁绕组3，此元件为向磁致曲线位移的位移装置5施加磁场的装置；电磁铁铁心4是电磁铁绕组3的铁心；位移装置5为在位移方向上产生曲线位移的位移装置。
当作为励磁线圈的电磁铁绕组3未通入电流时，位移装置5处于静止状态，不产生位移，如图1所示。当作为励磁线圈的电磁铁绕组3的第二组3b通入一个方向的电流时，所产生的控制磁场驱动位移装置5向前运动，到达电磁铁绕组3b的下方，如图2所示。当作为励磁线圈的电磁铁绕组3的第二组3c通入一个方向的电流时，所产生的控制磁场驱动位移装置5向前运动，到达电磁铁绕组3c的下方，如图3所示。如此一直3b，3c，3d，3e，3f…电磁铁绕组通电下去，控制位移装置5一直向右运动。电磁铁绕组是成对排列在位移装置5的上下两侧，上下各有一个，同时通电对位移装置5进行位移控制。通过改变作为励磁线圈的电磁铁绕组3的通电时序可控制执行器位移的方向。如电磁铁绕组3的通电时序为3f，3e，3d，3c，3b…，则位移装置5一直向左运动。通过控制电流的持续时间可控制位移装置5的运动速度。
由于位移装置5所需的磁场不大，而且由于采用两组对称电磁铁绕组共同控制位移装置5的运动，故所需的控制电流不大。而采用两组对称电磁铁绕组共同控制位移装置5的运动，更增加了执行器的稳定性和控制精度。
Claims (4)
1.一种磁致驱动曲线位移执行器，包括位移装置、位移轨道和磁场产生装置，其特征在于：
a.所述位移装置为磁致变形材料构成的磁致变形元件；
b.所述位移轨道配置在所述位移装置的位移方向两侧，所述位移轨道为任意曲线形轨道；
c.所述磁场产生装置布置在所述位移轨道的外侧而始终包围着所述位移装置；所述位移装置处在位移轨道中，位移装置两侧与位移轨道之间具有有效间隙，由此允许在位移装置和磁场产生装置之间产生的磁引力对位移装置施加驱动位移力；
d.所述磁致变形材料是柔软的，可以发生大幅度的变形和随意的扭曲，故可以随着位移轨道装置而发生适应位移轨道的变形。
2.根据权利要求1所述的磁致驱动曲线位移执行器，其特征在于所述磁场产生装置是在所述位移装置的位移方向的位移轨道两侧上布置的两排平行多个电磁铁，相邻电磁铁之间具有有效间隔，且多个电磁铁的形状、尺寸、匝数相同。
3.根据权利要求2所述的磁致驱动曲线位移执行器，其特征在于所述两排电磁铁中两侧相对称的电磁铁采用并联连接方式组成一组，多组之间采用串联连接方式；电磁铁与位移装置的位移方向垂直，电磁铁成对相向位移装置布置，每对相向布置的电磁铁的同磁极相对；同一侧电磁铁的磁极方向一致。
4.根据权利要求1所述的磁致驱动曲线位移执行器，其特征在于所述位移轨道由非导磁材料制成；所述的位移轨道固定于两排电磁铁之间。
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