[发明专利]基于电磁箝位机构的尺蠖运动直线电机

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电磁电机技术领域的装置，具体是一种基于电磁箝位机构的尺蠖运动直线电机。

背景技术

近些年来，电、磁致伸缩驱动技术发展迅速，产生了如巨磁致伸缩材料、电陶瓷以及磁致伸缩形状记忆合金等智能材料。这些智能材料具有能量密度大，输出功率高，伸缩形变精确等优点，因此基于这些智能材料可以研发高性能驱动器和直线电机。但是基于智能材料研制的直线电机，特别是对于尺蠖运动类直线电机，由于没有性能匹配的箝位机构，而使的智能材料的大输出应力性能不能够得到充分发挥，致使这类电机不能用于超大负载驱动、传动领域。

经对现有技术的文献检索发现，Jaehwan Kim等在《Mechatronics》(机械电子学期刊，2002年第12期第几525-542页)上发表的论文A hybrid inchworm linear motor(混合式尺蠖运动直线电机)，该直线电机的设计基于尺蠖运动机理，由一个磁致伸缩机构和两个压电伸缩机构组成；磁致伸缩机构用来产生尺蠖运动直线位移，两个压电伸缩机构作为尺蠖箝位机构产生箝位动作。这种电机采用的压电箝位机构，由于其使用的是脆性压电材料，其抗挤压能力有限，过大的箝位及压力会将压电材料压碎，致使箝位功能丧失，其作直线驱动的磁致伸缩机构可产生超大输出应力的性能因此无法实现。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于电磁箝位机构的尺蠖运动直线电机，通过电磁灵敏控制机械刚性锁紧和释放状态，而可以制成电控超大箝位力装置。利用这种箝位装置可以制成超大负载、精密移动的驱动装置或直线电机。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种电磁箝位机构，包括：磁场产生装置、滚动体、输出轴和壳体，其中：磁场产生装置固定设置于壳体的外部，壳体和滚动体依次套接于输出轴的外部。

所述的壳体的剖面为等腰梯形、镜像对称的六边形结构或纺锤形；

所述的滚动体为铁磁材料或铁磁-非铁磁复合材料制成；

所述的滚动体具体为一个以上的滚珠或滚轴。

所述的输出轴为单根或多根由中间伸缩膨胀体串联连接的刚性的杆件、板件、线缆或钢缆。

所述的磁场产生装置为以下结构中的任意一种：

a)分别设置于壳体两侧的两组电磁线圈；

b)分别设置于壳体两侧的两组永磁体；

c)分别设置于壳体两侧的电磁线圈以及永磁体；

本发明涉及一种尺蠖运动直线电机，包括两个以上成对设置且由中间伸缩膨胀体相互对称连接的电磁箝位机构，该尺蠖运动直线电机通过交替控制一对电磁箝位机构中一侧卡紧另一侧释放的方式实现长距离移动或往复运动。

本发明通过以下方式进行工作：

初始状态下输出轴贯通壳体，壳体内部输出轴上下两侧各设有一个以上滚动体，滚动体在壳体中自由放置。在壳体两个外端面各设有一个电磁线圈，输出轴也贯穿这两个电磁线圈，壳体固定不动。

对壳体左端电磁线圈通电时，处于自由状态的滚动体由于磁吸力，吸附在靠近壳体做内壁一侧。由于壳体左端内壁处腔体在垂直输出轴移动方向上的腔体尺寸略小于在同方向上输出轴和输出轴上、下测滚动体的尺寸之和，所以当滚动体被吸附时，滚动体会被卡在输出轴和壳体(上、下侧)内壁之间，而不能最终接触到壳体的左侧壁。此时，当拖动输出轴向左移动，由于摩擦力作用，输出轴会带动滚动体，使得滚动体更加紧地卡在输出轴和壳体(上、下侧)内壁之间，致使输出轴被箝位锁紧，并且锁紧力随向左拖动力增大而增大，拖动力越大卡得越紧。此时，输出轴处于向左移动卡紧的单向箝位卡紧状态。

当给壳体左端电磁线圈断电，同时给壳体右端电磁线圈通电，滚动体被吸附在壳体内测右端面处。由于壳体右端内壁处腔体在垂直输出轴移动方向上的腔体尺寸略大于在同方向上的输出轴和输出轴上、下测滚动体的尺寸之和，所以当滚动体被吸附时，滚动体不会被卡在输出轴和壳体(上、下侧)内壁之间，而可以最终接触到壳体的右侧壁。此时，输出轴可以被左、右拖动，输出轴处于箝位释放状态。

组成部件完全相同，当壳体变为对称梯形时，电磁线圈通断作用机理同前，当需要限制移动体向左移动，则吸引滚动体靠近壳体左内测壁，当需要限制移动体向右移动，则吸引滚动体靠近壳体右内测壁，这样输出轴可以被双向箝位卡紧。此种情况下，输出轴可实现双向卡紧状态。