[实用新型]磁致伸缩装置以及采用该装置的直线电机与振动装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁致伸缩装置，尤其涉及一种利用磁致伸缩装置产生直线运动的装置。

背景技术

近些年来，由于巨磁致伸缩材料具有相对以往压电类伸缩材料更巨大的应变能力而得到了科研和工程技术人员的广泛重视，现有技术中的巨磁致伸缩材料(如Terfenol-D)是一种在磁场作用下可以产生伸缩形变的新型智能材料，目前，有关利用巨磁致伸缩材料成功研制高性能精密驱动器和精密直线电机的报道已不鲜见，国外个别公司已研制出相关产品并投入市场。

磁致伸缩机理：是指物体因其磁化强度的变化而产生形变的现象，如图2(a)与(b)所示，当将原长为L₀的磁致伸缩体1置于外部励磁场时，其形状会伸长为L₁，变化长度为ΔL，并且该变化的大小与永磁体7的励磁强度成正比。所以，当以能使一永磁体7靠近或远离一磁致伸缩材料体或利用磁路71将永磁体磁场导入或导出磁致伸缩体1，那么磁致伸缩体1的长度将会发生伸长或收缩(复原)变化。

尺蠖运动机理：如图1(a)为尺蠖运动机理示意图，一个典型的尺蠖运动机构有两个箝位部分A′和C′(可采用磁致伸缩装置实现箝位)，以及一个伸缩部分B′(可采用磁致伸缩装置实现伸缩)组成。其中，A′和C′可以通过控制实现箝位卡紧和箝位释放过程，B′可以实施伸长或缩短动作。如图所示，完成一个单步尺蠖运动要通过六个分步动作来实现，并且单步尺蠖运动可以被积累最终实现长行程或无限行程运动。通过改变A′和C′的箝位顺序可以使尺蠖运动方向发生变化，而实现相反方向运动。

尺蠖运动还有另外一种模式，如图1(b)所示，在这种模式中机体本身不移动，移动部分为中间的横杆。该横杆在如图注释的六个分步作用下将进行一个单步尺蠖位移运动，但运动方向与前一模式相反。

现有技术中有采用磁致伸缩与尺蠖运动机理制成的直线电机，如2004年2月11日公开的公开号为CN1474504A的中国专利，其公开了一种磁控形状记忆合金蠕动型直线电机，主要由MSMA动子、铁心、励磁绕组、输出轴、连杆、支架、夹钳、位移传感器、控制器等组成，带有气隙的铁心使位于气隙中的MSMA的磁场强度与励磁绕组电流成正比，改变励磁绕组的电流可以控制MSMA的变形量。但是由于磁致伸缩材料必须在时变磁场强度作用下才可能产生伸长、收缩或复原等动作，从而使磁致伸缩驱动广泛采用电磁驱动方式，以便产生时变磁场。然而，这种驱动方式下的电磁线圈会产生热损耗和热辐射，特别是在需要强磁场的大电流以及高频激励的情况下，会对包裹在线圈内或螺线管中央的磁致伸缩材料产生很大的热涨效应，这种热涨效应将直接影响磁致伸缩材料的伸缩性能，特别是在一些需要产生精确伸缩的应用场合，这种热涨负作用尤为明显。

最近，一些学术研究文章对此类问题都有关注，为减少可能的热涨效应，避免影响所设计的精密驱动机构或电机的性能，设计人员往往在机构设计中要考虑循环冷却系统，使得基于磁致伸缩材料驱动器件结构复杂、环节多、性价比低。另外，基于磁致伸缩材料驱动所研发的直线电机，特别是利用尺蠖运动原理设计制造的直线电机，往往需要至少三路电流激励和控制系统才能实现箝位一伸缩交替动作的尺蠖运动。这样，一方面箝位动作的电(电致箝位机构如压电箝位方式)或电磁(磁致伸缩箝位机构)环节又进一步增加了机体的热损耗和热辐射，另一方面电流的控制信号和电源系统也将更复杂。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种利用具有磁场强度相位差的永磁铁激励磁致伸缩材料以及相应的箝位机构实现尺蠖运动直线装置，利用本发明方法设计的直线运动电机或振动器，可以不使用电磁线圈，从而可以完全避免电磁线圈对磁致伸缩材料产生的热涨负效应。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：磁致伸缩装置包括一个磁通回路，所述磁通回路中包括刚性导磁支架、磁致伸缩体，刚性导磁支架的一侧或相对的两侧设有贯通口，贯通口内设置相对于贯通口可自由运动的刚性导磁棒，磁致伸缩体通过刚性导磁棒与刚性导磁支架组成封闭框架，所述的磁通回路中还包括永磁体，永磁体两极分别通过刚性导磁支架与磁致伸缩体、刚性导磁棒连接组成一个磁通回路，该永磁体位于驱动装置上并通过驱动装置带动，可在与其内部磁力线垂直的平面内相对于刚性导磁支架循环运动。