[發明專利]磁致伸縮裝置以及采用該裝置的直線電機與振動裝置

有效

• 申請號: 200710061674.2
• 申請日: 2007-04-05
• 公開（公告）號: CN101281950A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 楊錦堂;李健
• 申請（專利權）人: 楊錦堂
• 主分類號: H01L41/12
• 分類號: H01L41/12;H02N2/02;B06B1/08
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司
• 代理人: 鞏同海

技術領域

本發明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生直線運動的裝置。

背景技術

近些年來，由于巨磁致伸縮材料具有相對以往壓電類伸縮材料更巨大的應變能力而得到了科研和工程技術人員的廣泛重視，現有技術中的巨磁致伸縮材料(如Terfenol-D)是一種在磁場作用下可以產生伸縮形變的新型智能材料，目前，有關利用巨磁致伸縮材料成功研制高性能精密驅動器和精密直線電機的報道已不鮮見，國外個別公司已研制出相關產品并投入市場。

磁致伸縮機理：是指物體因其磁化強度的變化而產生形變的現象，如圖2(a)與(b)所示，當將原長為L₀的磁致伸縮體1置于外部勵磁場時，其形狀會伸長為L₁，變化長度為ΔL，并且該變化的大小與永磁體7的勵磁強度成正比。所以，當以能使一永磁體7靠近或遠離一磁致伸縮材料體或利用磁路71將永磁體磁場導入或導出磁致伸縮體1，那么磁致伸縮體1的長度將會發生伸長或收縮(復原)變化。

尺蠖運動機理：如圖1(a)為尺蠖運動機理示意圖，一個典型的尺蠖運動機構有兩個箝位部分A′和C′(可采用磁致伸縮裝置實現箝位)，以及一個伸縮部分B′(可采用磁致伸縮裝置實現伸縮)組成。其中，A′和C′可以通過控制實現箝位卡緊和箝位釋放過程，B′可以實施伸長或縮短動作。如圖所示，完成一個單步尺蠖運動要通過六個分步動作來實現，并且單步尺蠖運動可以被積累最終實現長行程或無限行程運動。通過改變A′和C′的箝位順序可以使尺蠖運動方向發生變化，而實現相反方向運動。

尺蠖運動還有另外一種模式，如圖1(b)所示，在這種模式中機體本身不移動，移動部分為中間的橫桿。該橫桿在如圖注釋的六個分步作用下將進行一個單步尺蠖位移運動，但運動方向與前一模式相反。

現有技術中有采用磁致伸縮與尺蠖運動機理制成的直線電機，如2004年2月11日公開的公開號為CN1474504A的中國專利，其公開了一種磁控形狀記憶合金蠕動型直線電機，主要由MSMA動子、鐵心、勵磁繞組、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的磁場強度與勵磁繞組電流成正比，改變勵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變磁場強度作用下才可能產生伸長、收縮或復原等動作，從而使磁致伸縮驅動廣泛采用電磁驅動方式，以便產生時變磁場。然而，這種驅動方式下的電磁線圈會產生熱損耗和熱輻射，特別是在需要強磁場的大電流以及高頻激勵的情況下，會對包裹在線圈內或螺線管中央的磁致伸縮材料產生很大的熱漲效應，這種熱漲效應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生精確伸縮的應用場合，這種熱漲負作用尤為明顯。

最近，一些學術研究文章對此類問題都有關注，為減少可能的熱漲效應，避免影響所設計的精密驅動機構或電機的性能，設計人員往往在機構設計中要考慮循環冷卻系統，使得基于磁致伸縮材料驅動器件結構復雜、環節多、性價比低。另外，基于磁致伸縮材料驅動所研發的直線電機，特別是利用尺蠖運動原理設計制造的直線電機，往往需要至少三路電流激勵和控制系統才能實現箝位-伸縮交替動作的尺蠖運動。這樣，一方面箝位動作的電(電致箝位機構如壓電箝位方式)或電磁(磁致伸縮箝位機構)環節又進一步增加了機體的熱損耗和熱輻射，另一方面電流的控制信號和電源系統也將更復雜。

發明內容

本發明的目的在于克服上述缺陷，提供一種利用具有磁場強度相位差的永磁鐵激勵磁致伸縮材料以及相應的箝位機構實現尺蠖運動直線裝置，利用本發明方法設計的直線運動電機或振動器，可以不使用電磁線圈，從而可以完全避免電磁線圈對磁致伸縮材料產生的熱漲負效應。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：磁致伸縮裝置包括一個磁通回路，所述磁通回路中包括剛性導磁支架、磁致伸縮體，剛性導磁支架的一側或相對的兩側設有貫通口，貫通口內設置相對于貫通口可自由運動的剛性導磁棒，磁致伸縮體通過剛性導磁棒與剛性導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剛性導磁支架與磁致伸縮體、剛性導磁棒連接組成一個磁通回路，該永磁體位于驅動裝置上并通過驅動裝置帶動，可在與其內部磁力線垂直的平面內相對于剛性導磁支架循環運動。

驅動裝置包括由動力帶動的旋轉軸和與該軸同心的飛輪，飛輪為非導磁材料，固接在旋轉軸上，永磁體位于飛輪外沿；飛輪上設置一個或一個以上永磁體，設置一個以上永磁體飛輪的相鄰的永磁體之間通過非導磁材料間隔；旋轉軸上設置至少一個飛輪；設置多個飛輪的裝置，各飛輪上的永磁體沿旋轉軸軸向的投影為部分重合；磁致伸縮體與剛性導磁支架接觸的一側或兩側設置彈簧。