專利名稱：一種利用壓電堆進(jìn)行位置鎖止的大位移磁作動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大位移壓電、磁作動(dòng)器，具體涉及一種利用壓電堆進(jìn)行位置鎖止的大位移磁作動(dòng)器。
背景技術(shù)：
作動(dòng)器作為一種具有輸出位移和力的動(dòng)力裝置被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)領(lǐng)域，其潛在的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)十分顯著，作動(dòng)器的設(shè)計(jì)和研制已受到高度重視。但是，現(xiàn)有的壓電 作動(dòng)器存在如下問題一，壓電作動(dòng)器一般由壓電堆、機(jī)械結(jié)構(gòu)、彈簧及輸出機(jī)構(gòu)一起構(gòu)成一個(gè)作動(dòng)系統(tǒng)，共同完成工作，機(jī)械結(jié)構(gòu)、彈簧和輸出機(jī)構(gòu)共同作用需要足夠的剛度，且對(duì)加工精度要求高；二，輸出機(jī)構(gòu)與外部的配合也要求有足夠的剛度，不然壓電作動(dòng)器所輸出的位移會(huì)被減小，很不經(jīng)濟(jì)實(shí)用；三，實(shí)驗(yàn)和工作過程中，需要保證與輸出機(jī)構(gòu)相關(guān)部分也有足夠的剛度，很不方便，效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用壓電堆進(jìn)行位置鎖止的大位移磁作動(dòng)器，作動(dòng)器中磁力實(shí)現(xiàn)作動(dòng)器的大位移輸出，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，操作簡(jiǎn)單，適用范圍很廣。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種利用壓電堆進(jìn)行位置鎖止的大位移磁作動(dòng)器，在圓柱體作動(dòng)器外殼19的內(nèi)部依次為第一壓電堆I嵌于第一輸出桿14和第一壓電堆保護(hù)殼13為一體的機(jī)構(gòu)中，第一鎖止機(jī)構(gòu)2通過第一圓球15和第二圓球16與第一壓電堆保護(hù)殼13相連接，第一鎖止機(jī)構(gòu)2與外空心圓柱導(dǎo)磁體4通過螺紋連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體4與置于其內(nèi)的圓柱永磁鐵3 —端通過磁力連接，圓柱永磁鐵3另一端與置于外空心圓柱導(dǎo)磁體4內(nèi)的內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5通過磁力連接，在外空心圓柱導(dǎo)磁體4與內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5之間的間隙中套有空心圓柱線圈6，空心圓柱線圈6與第二鎖止機(jī)構(gòu)9通過螺紋連接，第一彈簧片7和第二彈簧片8通過螺釘將外空心圓柱導(dǎo)磁體4和第二鎖止機(jī)構(gòu)9連接，第二鎖止機(jī)構(gòu)9通過第三圓球17和第四圓球18與第二壓電堆保護(hù)殼11相連接，第二壓電堆10嵌于第二輸出桿12和第二壓電堆保護(hù)殼11為一體的機(jī)構(gòu)中，第一端蓋20與第二端蓋21將作動(dòng)器機(jī)構(gòu)封閉于圓柱體作動(dòng)器外殼19內(nèi)部。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I、第一壓電堆I通電，第一壓電堆I膨脹，通過第一圓球15和第二圓球16推動(dòng)第一鎖止機(jī)構(gòu)2,第一鎖止機(jī)構(gòu)2受力與圓柱體作動(dòng)器外殼19擠壓鎖止；第二壓電堆10未通電，第二壓電堆10未膨脹，第二鎖止機(jī)構(gòu)9未受力，未鎖止；由于圓柱永磁鐵3的兩端分別與外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5之間的間隙中套有空心圓柱線圈6,對(duì)空心圓柱線圈6施加一定量和一定方向的電流，通電的空心圓柱線圈6產(chǎn)生一個(gè)與圓柱永磁鐵3方向相反的磁場(chǎng),進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)相排斥的安培力，在相排斥的安培力作用下推動(dòng)第二鎖止機(jī)構(gòu)9、第二壓電堆保護(hù)殼11、第二壓電堆10、第三圓球17、第四圓球18以及第二輸出桿12，通過第二輸出桿12輸出正向的大位移和推力。2、第二壓電堆10通電，第二壓電堆10膨脹，通過第三圓球17和第四圓球18推動(dòng)第二鎖止機(jī)構(gòu)9,第二鎖止機(jī)構(gòu)9受力與圓柱體作動(dòng)器外殼19擠壓鎖止；第一壓電堆I未通電，第一壓電堆I未膨脹，第一鎖止機(jī)構(gòu)2未受力，未鎖止；由于圓柱永磁鐵3的兩端分別與外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5之間的間隙中套有空心圓柱線圈6，對(duì)空心圓柱線圈6施加一定量和一定方向的電流，通電的空心圓柱線圈6產(chǎn)生一個(gè)與圓柱永磁鐵3方向相同的磁場(chǎng),進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)相吸的安培力，在相吸的安培力作用下拉動(dòng)第一鎖止機(jī)構(gòu)2、第一壓電堆保護(hù)殼13、第一壓電堆I、第一圓球15、第二圓球16以及第一輸出桿14,通過第一輸出桿14輸出負(fù)向的大位移和拉力。3、第二壓電堆10通電，第二壓電堆10膨脹，通過第三圓球17和第四圓球18推動(dòng)第二鎖止機(jī)構(gòu)9,第二鎖止機(jī)構(gòu)9受力與圓柱體作動(dòng)器外殼19擠壓鎖止；第一壓電堆I未通電，第一壓電堆I未膨脹，第一鎖止機(jī)構(gòu)2未受力，未鎖止；由于圓柱永磁鐵3的兩端分別與外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5之間的間隙中套有空心圓柱線圈6,對(duì)空心圓柱線圈6施加一定量和一定方向的電流，通電的空心圓柱線圈6產(chǎn)生一個(gè)與圓柱永磁鐵3方向相反的磁場(chǎng),進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)相排斥的安培力，在相排斥的安培力作用下推動(dòng)第一鎖止機(jī)構(gòu)2、第一壓電堆保護(hù)殼13、第一壓電堆I、第一圓球15、第二圓球16以及第一輸出桿14,通過第一輸出桿14輸出正向的大位移和推力。4、第一壓電堆I通電,第一壓電堆I膨脹，第一圓球15和第二圓球16推動(dòng)第一鎖止機(jī)構(gòu)2,第一鎖止機(jī)構(gòu)2受力與圓柱體作動(dòng)器外殼19擠壓鎖止；第二壓電堆10未通電，第二壓電堆10未膨脹，第二鎖止機(jī)構(gòu)9未受力，未鎖止；由于圓柱永磁鐵3的兩端分別與外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5之間的間隙中套有空心圓柱線圈6，對(duì)空心圓柱線圈6施加一定量和一定方向的電流，通電的空心圓柱線圈6產(chǎn)生一個(gè)與圓柱永磁鐵3方向相同的磁場(chǎng),進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)相吸的安培力，在相吸的安培力作用下拉動(dòng)第二鎖止機(jī)構(gòu)9、第二壓電堆保護(hù)殼11、第二壓電堆10、第三圓球17、第四圓球18以及第二輸出桿12,通過第二輸出桿12輸出負(fù)向的大位移和拉力。5、重復(fù)上述1、2，假設(shè)圓柱體作動(dòng)器外殼19無(wú)限長(zhǎng)，第二輸出桿12將輸出無(wú)限大正向的大位移，第一輸出桿14將輸出無(wú)限大負(fù)向的大位移；重復(fù)上述3、4，假設(shè)圓柱體作動(dòng)器外殼19無(wú)限長(zhǎng)，第一輸出桿14將輸出無(wú)限大正向的大位移,第二輸出桿12將輸出無(wú)限大負(fù)向的大位移。


圖I為本發(fā)明利用壓電堆進(jìn)行位置鎖止的大位移磁作動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明利用壓電堆進(jìn)行位置鎖止的大位移磁作動(dòng)器部分結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2(a)為第一壓電堆I、第一輸出桿14、第一壓電堆保護(hù)殼13、第一鎖止機(jī)構(gòu)2、第一圓球15以及第二圓球16結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(b)為第二壓電堆10、第二輸出桿12、第二壓電堆保 護(hù)殼11、第二鎖止機(jī)構(gòu)9、第三圓球17以及第四圓球18結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖I、圖2(a)和圖2(b)所示，本發(fā)明一種利用壓電堆進(jìn)行位置鎖止的大位移磁作動(dòng)器，在圓柱體作動(dòng)器外殼19的內(nèi)部依次為第一壓電堆I嵌于第一輸出桿14和第一壓電堆保護(hù)殼13為一體的機(jī)構(gòu)中，第一鎖止機(jī)構(gòu)2通過第一圓球15和第二圓球16與第一壓電堆保護(hù)殼13相連接，第一鎖止機(jī)構(gòu)2與外空心圓柱導(dǎo)磁體4通過螺紋連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體4與置于其內(nèi)的圓柱永磁鐵3 —端通過磁力連接，圓柱永磁鐵3另一端與置于外空心圓柱導(dǎo)磁體4內(nèi)的內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5通過磁力連接，在外空心圓柱導(dǎo)磁體4與內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5之間的間隙中套有空心圓柱線圈6，空心圓柱線圈6與第二鎖止機(jī)構(gòu)9通過螺紋連接，第一彈簧片7和第二彈簧片8通過螺釘將外空心圓柱導(dǎo)磁體4和第二鎖止機(jī)構(gòu)9連接，第二鎖止機(jī)構(gòu)9通過第三圓球17和第四圓球18與第二壓電堆保護(hù)殼11相連接，第二壓電堆10嵌于第二輸出桿12和第二壓電堆保護(hù)殼11為一體的機(jī)構(gòu)中，第一端蓋20與第二端蓋 21將作動(dòng)器機(jī)構(gòu)封閉于圓柱體作動(dòng)器外殼19內(nèi)部。如圖I所示，本發(fā)明的工作原理為第一壓電堆I通電，第一壓電堆I膨脹，通過第一圓球15和第二圓球16推動(dòng)第一鎖止機(jī)構(gòu)2,第一鎖止機(jī)構(gòu)2受力與圓柱體作動(dòng)器外殼19擠壓鎖止；第二壓電堆10未通電，第二壓電堆10未膨脹，第二鎖止機(jī)構(gòu)9未受力，未鎖止；由于圓柱永磁鐵3的兩端分別與外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5之間的間隙中套有空心圓柱線圈6,對(duì)空心圓柱線圈6施加一定量和一定方向的電流，通電的空心圓柱線圈6產(chǎn)生一個(gè)與圓柱永磁鐵3方向相反的磁場(chǎng)，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)相排斥的安培力，在相排斥的安培力作用下推動(dòng)第二鎖止機(jī)構(gòu)9、第二壓電堆保護(hù)殼11、第二壓電堆10、第三圓球17、第四圓球18以及第二輸出桿12，通過第二輸出桿12輸出正向的大位移和推力。第二壓電堆10通電，第二壓電堆10膨脹，通過第三圓球17和第四圓球18推動(dòng)第二鎖止機(jī)構(gòu)9,第二鎖止機(jī)構(gòu)9受力與圓柱體作動(dòng)器外殼19擠壓鎖止；第一壓電堆I未通電，第一壓電堆I未膨脹，第一鎖止機(jī)構(gòu)2未受力，未鎖止；由于圓柱永磁鐵3的兩端分別與外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5之間的間隙中套有空心圓柱線圈6，對(duì)空心圓柱線圈6施加一定量和一定方向的電流，通電的空心圓柱線圈6產(chǎn)生一個(gè)與圓柱永磁鐵3方向相同的磁場(chǎng),進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)相吸的安培力，在相吸的安培力作用下拉動(dòng)第一鎖止機(jī)構(gòu)2、第一壓電堆保護(hù)殼13、第一壓電堆I、第一圓球15、第二圓球16以及第一輸出桿14,通過第一輸出桿14輸出負(fù)向的大位移和拉力。如此往復(fù)，假設(shè)圓柱體作動(dòng)器外殼19無(wú)限長(zhǎng)，第二輸出桿12將輸出無(wú)限大正向的大位移，第一輸出桿14將輸出無(wú)限大負(fù)向的大位移。第二壓電堆10通電，第二壓電堆10膨脹，通過第三圓球17和第四圓球18推動(dòng)第二鎖止機(jī)構(gòu)9,第二鎖止機(jī)構(gòu)9受力與圓柱體作動(dòng)器外殼19擠壓鎖止；第一壓電堆I未通電，第一壓電堆I未膨脹，第一鎖止機(jī)構(gòu)2未受力，未鎖止；由于圓柱永磁鐵3的兩端分別與外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5之間的間隙中套有空心圓柱線圈6，對(duì)空心圓柱線圈6施加一定量和一定方向的電流，通電的空心圓柱線圈6產(chǎn)生一個(gè)與圓柱永磁鐵3方向相反的磁場(chǎng),進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)相排斥的安培力，在相排斥的安培力作用下推動(dòng)第一鎖止機(jī)構(gòu)2、第一壓電堆保護(hù)殼13、第一壓電堆I、第一圓球15、第二圓球16以及第一輸出桿14,通過第一輸出桿14輸出正向的大位移和推力。
第一壓電堆I通電,第一壓電堆I膨脹，第一圓球15和第二圓球16推動(dòng)第一鎖止機(jī)構(gòu)2,第一鎖止機(jī)構(gòu)2受力與圓柱體作動(dòng)器外殼19擠壓鎖止；第二壓電堆10未通電,第二壓電堆10未膨脹,第二鎖止機(jī)構(gòu)9未受力，未鎖止；由于圓柱永磁鐵3的兩端分別與外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體4和內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體5之間的間隙中套有空心圓柱線圈6，對(duì)空心圓柱線圈6施加一定量和一定方向的電流，通電的空心圓柱線圈6產(chǎn)生一個(gè)與圓柱永磁鐵3方向相同的磁場(chǎng),進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)相吸的安培力，在相吸的 安培力作用下拉動(dòng)第二鎖止機(jī)構(gòu)9、第二壓電堆保護(hù)殼11、第二壓電堆10、第三圓球17、第四圓球18以及第二輸出桿12,通過第二輸出桿12輸出負(fù)向的大位移和拉力。如此往復(fù)，假設(shè)圓柱體作動(dòng)器外殼19無(wú)限長(zhǎng),第一輸出桿14將輸出無(wú)限大正向的大位移,第二輸出桿12將輸出無(wú)限大負(fù)向的大位移。
權(quán)利要求
1.一種利用壓電堆進(jìn)行位置鎖止的大位移磁作動(dòng)器，其特征在于在圓柱體作動(dòng)器外殼(19)的內(nèi)部依次為第一壓電堆(I)嵌于第一輸出桿(14)和第一壓電堆保護(hù)殼(13)為一體的機(jī)構(gòu)中，第一鎖止機(jī)構(gòu)(2)通過第一圓球(15)和第二圓球(16)與第一壓電堆保護(hù)殼(13)相連接，第一鎖止機(jī)構(gòu)(2)與外空心圓柱導(dǎo)磁體(4)通過螺紋連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體(4)與置于其內(nèi)的圓柱永磁鐵(3)—端通過磁力連接，圓柱永磁鐵(3)另一端與置于外空心圓柱導(dǎo)磁體(4)內(nèi)的內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體(5)通過磁力連接，在外空心圓柱導(dǎo)磁體(4)與內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體(5 )之間的間隙中套有空心圓柱線圈(6 ),空心圓柱線圈(6 )與第二鎖止機(jī)構(gòu)(9 )通過螺紋連接，第一彈簧片(7)和第二彈簧片(8)通過螺釘將外空心圓柱導(dǎo)磁體(4)和第二鎖止機(jī)構(gòu)(9)連接，第二鎖止機(jī)構(gòu)(9)通過第三圓球(17)和第四圓球(18)與第二壓電堆保護(hù)殼(11)相連接，第二壓電堆(10)嵌于第二輸出桿(12)和第二壓電堆保護(hù)殼(11)為一體的機(jī)構(gòu)中，第一端蓋(20)與第二端蓋(21)將作動(dòng)器機(jī)構(gòu)封閉于圓柱體作動(dòng)器外殼(19)內(nèi)部。
全文摘要
一種利用壓電堆進(jìn)行位置鎖止的大位移磁作動(dòng)器，第一壓電堆嵌于第一輸出桿和第一壓電堆保護(hù)殼中，第一鎖止機(jī)構(gòu)與第一壓電堆保護(hù)殼相連，第一鎖止機(jī)構(gòu)與外空心圓柱導(dǎo)磁體連接，外空心圓柱導(dǎo)磁體與圓柱永磁鐵一端磁力連接，圓柱永磁鐵另一端與內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體磁力連接，在外空心圓柱導(dǎo)磁體與內(nèi)圓柱導(dǎo)磁體間隙中套有空心圓柱線圈，空心圓柱線圈與第二鎖止機(jī)構(gòu)連接，第二鎖止機(jī)構(gòu)與第二壓電堆保護(hù)殼連接，第二壓電堆嵌于第二輸出桿和第二壓電堆保護(hù)殼中；對(duì)空心圓柱電磁鐵施加一定量、一定方向電流，產(chǎn)生安培力推動(dòng)或拉動(dòng)第一輸出桿或第二輸出桿輸出正向或負(fù)向大位移和推力；如此往復(fù)實(shí)現(xiàn)了雙向位置鎖止大位移輸出，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，適用范圍很廣。
文檔編號(hào)H02K41/03GK102938601SQ20121039644
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者安增勇, 徐明龍, 敬子建, 張舒文, 李亮, 陳杰, 馮勃 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)