專利名稱：電致變形驅動裝置的制作方法
技術領域：
電力是現(xiàn)代人類生活不可缺少的動力。電能必須通過電能—機械能轉換裝置才能成為機械設備的驅動力。最常見的電能—機械能轉換裝置是電動機。然而，由于電動機結構笨重(外殼、定子、轉子)、運動方式單一(旋轉運動)、傳動機構繁瑣(聯(lián)軸器、減速器、離合器等)、超負荷能力低和環(huán)境適應能力差等原因，在許多場合，電動機的應用受到了限制，而代之于液壓、氣動或手動操作。電磁開關是電能轉換為機械能的又一裝置，但它只能完成短行程單方向的機械動作。
根據(jù)仿生學和電磁學的原理，本人構思了一種新型的電能—機械能轉換裝置電致變形驅動裝置。
這種電致變形驅動裝置包括若干個變形單元，變形單元包括磁性體和環(huán)繞在其周圍的彈性體；這些變形單元沿各自磁性體的磁極連線方向排成一列；部分或全部變形單元通過引線可與外電路相聯(lián)，在外電路控制下其磁性體可以發(fā)生激磁、消磁或磁極顛倒。附

圖1是變形單元的結構示意圖，圖中包括磁性體1、彈性體2和引線3。
附圖2表示了構成電致變形驅動裝置的兩種組合模式。圖2-1中，變形單元的磁性體由電磁芯圈制成；電磁芯圈的抽頭之一為中性聯(lián)接端，它們均與中性線5相聯(lián)接；電磁芯圈的另一抽頭為極向控制端，變形單元的極向控制端按一替一間隔分別與恒極向控制線7和變極向控制線6相聯(lián)接。中性線5通過z點接地，恒極向控制線7通過b點與外電路相聯(lián)，變極向控制線6通過a點與外電路相聯(lián)。圖2-2中，全部變形單元的磁性體有半數(shù)為永磁材料4制成，其余為電磁芯圈1制成，它們均被彈性體2所包圍；前者叫做恒極向單元，后者叫做變極向單元；恒極向單元與變極向單元按一替一間隔排列。變極向單元的電磁芯圈有兩個抽頭，抽頭之一為中性聯(lián)接端，與中性線5相聯(lián)；另一抽頭為極向控制端，所有變極向單元的極向控制端均與變極向控制線6相聯(lián)。中性線5通過z點接地，極向控制線6通過a點與外電路相聯(lián)。
附圖3表示電致變形驅動裝置的工作原理。圖3-1中，電致變形驅動裝置處于松馳狀態(tài)，這時a、b兩點電壓皆為0。圖3-2中，電致變形驅動裝置處于舒張狀態(tài)；這時a點負帶-V伏電壓，b點負帶+V伏電壓，變形單元的磁性體按一替一間隔形成了兩個極性相對的組合；在同性磁極的斥力下，變形驅動裝置沿磁極方向向兩端舒張；與松馳狀態(tài)相比，發(fā)生了+ΔL的縱向形變。圖3-3中，電致變形驅動裝置處于收縮狀態(tài)；這時a點和b點均負帶+V伏電壓，變形單元的磁性體形成了磁極順向排列；在異性磁極的引力下，變形驅動裝置沿磁極方向向中段收縮；與松馳狀態(tài)相比，發(fā)生了-ΔL的縱向形變。
無論變形驅動裝置處于舒張狀態(tài)還是收縮狀態(tài)，一旦撤去外加電壓，它就會在彈性體的彈力作用下恢復到松馳狀態(tài)。
這種電致變形驅動裝置可以應用于多種運動機構中。附圖4至附圖6列舉了三個應用例。
附圖4表示一個彎曲機構。圖中包括電致變形驅動裝置1、撓性管2和剛性端板3。圖4-1中，兩組變形驅動裝置均處于松馳狀態(tài)，這時撓性管平直。圖4-2中，上一組變形驅動裝置處于舒張狀態(tài)，下一組變形驅動裝置處于收縮狀態(tài)，這時撓性管彎曲。該機構可以完成某些材料的彎曲加工。
附圖5表示一個推舉機構。圖中包括電致變形驅動裝置1、支承缸體2、推舉桿3和導向盤4。圖5-1中，變形驅動裝置處于收縮狀態(tài)，推舉桿位于最低位置。圖5-2中，變形驅動裝置處于松馳狀態(tài)，推舉桿位于中間位置。圖5-3中，變形驅動裝置處于舒張狀態(tài)，推舉桿位于最高位置。該機構可以完成物件的直線推移。
附圖6表示一個屈臂機構。圖中包括電致變形驅動裝置1、支承缸體2、韌性拉筋3和臂桿4。圖6-1中，變形驅動裝置處于松馳狀態(tài)，臂桿位于平放位置。圖6-2中，變形驅動裝置處于收縮狀態(tài)，臂桿位于屈舉位置。該機構可以實現(xiàn)對物件的升舉和拖移動作。
電致變形驅動裝置還可以應用于旋轉機構、擺動機構等多種場合，并可以實現(xiàn)多種機構的組合動作。
電致變形驅動裝置的工作機理類似于動物肌肉的運動。
應用電致變形驅動裝置于運動機構中，若配以相應的控制電路，輔以限位、鎖位、定時等保護措施，便可以實現(xiàn)攜帶輕便、動作簡捷、超負荷能力高、環(huán)境適應能力強等較優(yōu)越的性能。
目前可以用來制造電致變形驅動裝置的材料還不夠理想。電磁芯圈可采用硅鋼片型芯、纏繞絕緣銅導線的方式來制作；彈性體可用高強度橡膠或抗磁性彈簧來制作。用這類材料制成的電致變形驅動裝置，其體積會比較大，造價會比較高，電磁芯圈的耐用性也不會太理想。若能研制出一種新型的非金屬材料的電磁芯圈，發(fā)生如晶體管取代電子管、集成電路取代分立元件電路那樣的技術變革，則電致變形驅動裝置一定會獲得極強的生命力，必將廣泛應用于人類生活的各個領域中。
權利要求1.一種電致變形驅動裝置，包括若干個變形單元，其特征是變形單元包括磁性體和環(huán)繞在其周圍的彈性體；這些變形單元沿各自磁性體的磁極連線方向排成一列；部分或全部變形單元通過引線可與外電路相聯(lián)。
2.按照權利要求1所述的電致變形驅動裝置，其特征是變形單元的磁性體由電磁芯圈制成；電磁芯圈的抽頭之一為中性聯(lián)接端，另一抽頭為極向控制端；變形單元的極向控制端按一替一間隔分別與恒極向控制線和變極向控制線相聯(lián)。
3.按照權利要求1所述的電致變形驅動裝置，其特征是全部變形單元的磁性體有半數(shù)為永磁材料制成，其余為電磁芯圈制成；前者叫做恒極向單元，后者叫做變極向單元；恒極向單元與變極向單元按一替一間隔排列；變極向單元的電磁芯圈有兩個抽頭，抽頭之一為中性聯(lián)接端，另一抽頭為極向控制端；所有變極向單元的極向控制端均與變極向控制線相聯(lián)。
專利摘要一種電致變形驅動裝置,屬于電能向機械能轉變的能量轉換裝置。它包括若干個變形單元、變形單元包括磁性體和環(huán)繞在其周圍的彈性體。部分或全部變形單元通過引線可與外電路相聯(lián),在外電路控制下其磁性體可以發(fā)生激磁、消磁或磁極顛倒。在磁場力和彈性力的作用下,這種材料便可產生舒張、收縮、松弛等形位變化,這種形位變化可以應用于多種運動機構中。
文檔編號H01L41/08GK2278999SQ96205580
公開日1998年4月15日 申請日期1996年3月4日 優(yōu)先權日1996年3月4日
發(fā)明者谷雁冰 申請人:谷雁冰