專利名稱：磁致驅(qū)動單元體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種磁致驅(qū)動變形裝置，尤其涉及一種將平面信息通過磁致驅(qū)動
變形裝置進(jìn)行立體化的動態(tài)或靜態(tài)展示的機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近些年來，計算機(jī)圖形顯示技術(shù)已經(jīng)得到了非常完善的發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)平面的虛 擬數(shù)字信息的觸覺化的技術(shù)對最終實現(xiàn)計算機(jī)數(shù)字信息的物理化、立體化實現(xiàn)將起到巨大 效用。對于實現(xiàn)這種技術(shù)，其關(guān)鍵是一種能夠?qū)⒂嬎銠C(jī)信息的電子化信號對應(yīng)轉(zhuǎn)化成一種 物理驅(qū)動動作的平面信息的立體化呈現(xiàn)機(jī)構(gòu)或裝置系統(tǒng)。該機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵是可以被計算機(jī)數(shù) 字化圖形的單元化數(shù)字信號對應(yīng)控制，而被高效率驅(qū)動對外做功，展示真實立體化圖形的 對應(yīng)機(jī)構(gòu)(單元體)輸出力和位移，而且該機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的輸出力和輸出位移可以根據(jù)計算機(jī) 圖形的單元化數(shù)字信號的強(qiáng)弱、顯示時序和頻率進(jìn)行相應(yīng)控制。 目前，人們對于這方面的研究已有較好進(jìn)展，如2009年4月23日申請的中國專 利，申請?zhí)枮?00920021523. 9，其提出的一種磁致驅(qū)動單元以及采用該單元的驅(qū)動執(zhí)行機(jī) 構(gòu)，包括電磁線圈、外框架、內(nèi)框架，電磁線圈置于外框架內(nèi)并纏繞在內(nèi)框架外側(cè)，內(nèi)框架上 下兩側(cè)設(shè)有彈性膜體，彈性膜體上粘接剛性模塊，內(nèi)框架與彈性膜體形成的腔室中設(shè)置方 向異形的永磁體。 對于這樣的一套機(jī)構(gòu)，由于其核心的方向異性永磁體是一整塊的永磁體，而永磁 體材料是一種硬脆性材料，想加工成根據(jù)實際需求的任意方向異形的形狀很難，甚至不可 能。另外，由于永磁體材料的質(zhì)量較大，如果這種機(jī)構(gòu)按如陣列形式需要許多個個體組合到 一起使用時，那么整體陣列形裝置的重量將很大，實際使用中將帶來不便。最后，由于永磁 材料的磁導(dǎo)率低，所以方向異形永磁體組成的磁路的磁致驅(qū)動效率會有所降低。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種磁致驅(qū)動單元體，該單元體 中的組合永磁單元容易加工成各種方向異形的外部形狀，具有質(zhì)量輕，磁路結(jié)構(gòu)好的優(yōu)點(diǎn)， 特別有利于大量的陣列形式的應(yīng)用場合。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案其包括電磁線圈、外框架、內(nèi)框
架，電磁線圈置于外框架內(nèi)并纏繞在內(nèi)框架外側(cè)，內(nèi)框架上下兩側(cè)設(shè)有彈性膜體，彈性膜體
上粘接剛性模塊，內(nèi)框架與彈性膜體形成的腔室中設(shè)置方向異形的組合永磁單元。
磁致驅(qū)動單元體也可以采用另一種形式包括電磁線圈、外框架、內(nèi)框架，電磁線
圈置于外框架內(nèi)并纏繞在內(nèi)框架外側(cè)，內(nèi)框架上下的其中一側(cè)設(shè)有彈性膜體，另一側(cè)固定
剛性擋板，彈性膜體上粘接剛性模塊，內(nèi)框架與彈性膜體、剛性擋板形成的腔室中設(shè)置方向
異形的組合永磁單元。 本機(jī)構(gòu)簡單、驅(qū)動執(zhí)行部件少，體積大小可變，不需要電機(jī)和齒輪傳動等部件的高 效驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。特別是，這種機(jī)構(gòu)由于機(jī)構(gòu)簡單、體積微小、驅(qū)動方式直接，特別適用于被大量并行或串行連接而組成驅(qū)動執(zhí)行集群或陣列。如果這種組成驅(qū)動執(zhí)行陣列的每一個單 體驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，簡稱磁致驅(qū)動單元體，都對應(yīng)一個計算機(jī)顯示圖形的"圖形點(diǎn)單元"，并且 該點(diǎn)單元的出現(xiàn)或不出現(xiàn)，出現(xiàn)后色澤的深和淺都可以被一個電子信號相應(yīng)的產(chǎn)生或不產(chǎn) 生，以及該電子信號的強(qiáng)弱對應(yīng)表示，那么該電子信號則可以與磁致驅(qū)動單元體直接聯(lián)系， 從而將"圖形點(diǎn)單元"的點(diǎn)圖形表示信號對應(yīng)于磁致驅(qū)動單元體的驅(qū)動行為信號，呈現(xiàn)"圖 形點(diǎn)單元"所表征的相應(yīng)的驅(qū)動輸出位移和輸出力。如此，將"圖形點(diǎn)單元"陣列所形成的 計算機(jī)圖形或符號或文字等平面信息，對應(yīng)到一個磁致驅(qū)動單元體陣列，那么計算機(jī)圖形 或符號或文字等平面信息可以被磁致驅(qū)動單元體陣列對應(yīng)反應(yīng)，最終將計算機(jī)平面信息立 體化展示。 組合永磁單元包括永磁體、基體，永磁體置于基體內(nèi)部。永磁體嵌入基體內(nèi)；或通 過支架與中空的基體固接?；w為方向異形結(jié)構(gòu)，基體在永磁體磁極軸線方向上長度最長。 基體通常為橢球形，基體長軸線方向的長度大于內(nèi)框架的高度。 永磁體為圓柱形或長方體形或棱體形或啞鈴形或球體形或橢球體等，其形狀不 定，只要是標(biāo)準(zhǔn)的易加工形狀即可；基體為易實現(xiàn)機(jī)械加工的材料體，基體和支架可以由不 同材料體組配而成，以利于實際的磁路需求。通過包裹著永磁體的基體實施機(jī)械加工或注 塑成型，可以方便制成一種方向異形組合永磁單元，該組合永磁單元的外形在其所包裹的 永磁體磁極軸線方向長度為最長。 永磁體、基體皆在垂直于磁極軸線方向上開有軸孔，軸孔上裝配軸承，軸承中間穿 入旋轉(zhuǎn)支撐棒，旋轉(zhuǎn)支撐棒的兩端置于固定在內(nèi)框架上的滑槽中。 根據(jù)電磁、永磁相互作用原理，當(dāng)永磁體磁極方向與其外部電磁場不同時，足夠的 電磁場作用將使永磁體偏轉(zhuǎn)至電磁場方向一致的方向上。對于所述在其磁極軸線方向長度 為最長的方向異形的組合永磁單元，其磁極軸線方向即最大長度方向?qū)㈦S外部磁場的激勵 而變化，最終排列在外部電磁場方向，那么從電磁場激勵前永磁體的一個任意位置，到電磁 場激勵后組合永磁單元長度方向排列到電磁場方向的位置，這種組合永磁單元在電磁場作 用前后其自身在電磁場方向上具有了尺寸差異，這種尺寸變化，可視為在電磁場方向上組 合永磁單元伸長膨脹了 。本發(fā)明正是基于這種利用電磁激勵而產(chǎn)生組合永磁單元的伸長膨 脹效果而提出驅(qū)動單元體，并實現(xiàn)電磁激勵的伸長膨脹驅(qū)動效果。 本磁致驅(qū)動單元體工作是可以通過如下方式實現(xiàn)初始時將組合永磁單元以其長 度方向與電磁線圈將產(chǎn)生電磁場方向垂直位置放置，電磁線圈通電產(chǎn)生電磁場，致使組合 永磁單元中永磁體向電磁場方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而帶動與永磁體相連接的基體一起轉(zhuǎn)動。并 且組合永磁單元的偏轉(zhuǎn)幅度隨外加電磁強(qiáng)度增加而增加，直至組合永磁單元與剛性模塊接 觸，進(jìn)而擠壓，組合永磁單元磁極軸線方向的長度大于內(nèi)框架的高度，而最終迫使彈性膜體 被拉伸，直至組合永磁單元長度方向位于電磁場方向，表現(xiàn)為驅(qū)動單元體最大程度的膨脹、 外擴(kuò)。當(dāng)電磁線圈產(chǎn)生磁場減弱直至消除，由于彈性膜體恢復(fù)力作用，組合永磁單元將被擠 壓回初始位置。 為使組合永磁單元更好地復(fù)位，可以在組合永磁單元與內(nèi)框架、彈性膜體之間添 加潤滑材料，也可以加相反的電信號。至此，驅(qū)動單元體的膨脹伸縮過程得以實現(xiàn)。 另外，由于本發(fā)明的磁致驅(qū)動單元體結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動方便，可以將磁致驅(qū)動單元體 (或依照其支撐基體結(jié)構(gòu))制成點(diǎn)、線、面、體(如平面陣列、圓柱陣列、六面體陣列、球面整列等)的陣列形式。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本磁致驅(qū)動驅(qū)動單元體具有以下優(yōu)點(diǎn)1.克服了永磁體不易加 工的缺點(diǎn)，所需永磁體可為最易加工的標(biāo)準(zhǔn)形狀；2.容易針對基體材料或框架而制成各種 方向異形的組合永磁單元；3.所制成的組合永磁單元重量較輕。 本實用新型的機(jī)構(gòu)及其陣列可用于有對計算機(jī)數(shù)字化圖形信息、符號等的立體化 展示、運(yùn)動控制和驅(qū)動執(zhí)行、動作和觸覺遠(yuǎn)程傳遞、信息傳媒等領(lǐng)域。

圖1為實施例1磁致驅(qū)動單元體收縮狀態(tài)示意圖； 圖2為實施例1磁致驅(qū)動單元體經(jīng)電磁線圈的電磁激勵后狀態(tài)示意圖； 圖3為實施例2磁致驅(qū)動單元體收縮狀態(tài)示意圖； 圖4為實施例2磁致驅(qū)動單元體經(jīng)電磁線圈的電磁激勵后狀態(tài)示意圖； 圖5為實施例3磁致驅(qū)動單元體收縮狀態(tài)示意圖； 圖6為實施例3磁致驅(qū)動單元體經(jīng)電磁線圈的電磁激勵后狀態(tài)示意圖； 圖7為實施例4磁致驅(qū)動單元體收縮恢復(fù)狀態(tài)示意圖； 圖8為實施例4磁致驅(qū)動單元體經(jīng)電磁線圈的電磁激勵后狀態(tài)示意圖； 圖9為實施例5磁致驅(qū)動單元體收縮恢復(fù)狀態(tài)示意圖； 圖10為實施例5磁致驅(qū)動單元體經(jīng)電磁線圈的電磁激勵后狀態(tài)示意圖； 圖11為實施例5磁致驅(qū)動單元內(nèi)部俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖12為實施例6磁致驅(qū)動單元體收縮恢復(fù)狀態(tài)示意圖； 圖13為實施例6磁致驅(qū)動單元體經(jīng)電磁線圈的電磁激勵后狀態(tài)示意圖。
具體實施方式實施例1 如圖1、圖2所示，磁致驅(qū)動單元體包括方向異形的組合永磁單元1、外框架2、電磁 線圈3、內(nèi)框架4、上彈性膜體5、上剛性模塊6、下彈性膜體7和下剛性模塊8 ;其中內(nèi)框架 2、外框架4固定不動，為圓柱形；電磁線圈3置于外框架2內(nèi)側(cè)并纏繞在內(nèi)框架4外側(cè)，組 合永磁單元1被自由放置于內(nèi)框架4與上、下端面所覆蓋的上彈性膜體5、下彈性膜體7所 形成的腔室中；另外，上彈性膜體5、下彈性膜體7上分別粘接有上剛性模塊6和下剛性模 塊8。 其中，所述組合永磁單元1包括圓柱形的永磁體13、基體14，永磁體13嵌入基體 14內(nèi)，組合永磁單元1為一個在其磁極軸線方向N-S方向長度為最長的橢球顆粒體。所述 上剛性模塊6、下剛性模塊8為一種有一定剛性的方形片體。 初始時，將組合永磁單元1自由放置在磁致驅(qū)動單元腔體中，此時永磁體13處于 以其N-S極軸方向與電磁線圈3將產(chǎn)生電磁場方向垂直位置。電磁線圈3通電產(chǎn)生電磁場， 致使永磁體13向電磁場方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，隨電磁強(qiáng)度即偏轉(zhuǎn)程度增加，組合永磁單元1與上 剛性模塊6、下剛性模塊8接觸，進(jìn)而擠壓，由于組合永磁單元1磁極軸線方向的長度大于內(nèi) 框架2的高度，而最終迫使上彈性膜體5、下彈性膜體7被拉伸，直至永磁體13的N-S極軸 長度方向位于電磁場方向，表現(xiàn)為磁致驅(qū)動單元體最大程度的外擴(kuò)膨脹。當(dāng)電磁線圈3產(chǎn)生磁場減弱直至消除，由于上彈性膜體5、下彈性膜體7恢復(fù)彈性力作用，組合永磁單元1將 被擠壓回初始位置。至此，磁致驅(qū)動單元體上下雙向或雙面的膨脹伸縮驅(qū)動過程得以實現(xiàn)。 實施例2 如圖3、圖4所示，內(nèi)框架4上側(cè)設(shè)有上彈性膜體5，下側(cè)固定剛性擋板9，其它同實 施例1。在電磁激勵工作過程中，由于剛性擋板9的支撐作用，組合永磁單元1在旋轉(zhuǎn)的同 時，還有一個整體向上抬升的動作過程，將組合永磁單元1在電磁場方向上的所有變形量 全部傳遞到上彈性膜5和上剛性模塊6，而使磁致驅(qū)動單元體只呈現(xiàn)單向或單面的膨脹伸 縮動作。 實施例3 如圖5、圖6所示，基體14內(nèi)部中空，永磁體13通過支架15與基體固接，其它同實 施例1。 實施例4 如圖7、圖8所示，基體14內(nèi)部中空，永磁體13通過支架15與基體固接，永磁體 13呈啞鈴形，其它同實施例2。 實施例5 如圖9、圖10、圖11所示，包括組合永磁單元1、外框架2、電磁線圈3、內(nèi)框架4、上 彈性膜體5、上剛性模塊6、下彈性膜體7和下剛性模塊8 ;其中內(nèi)外框架2、4固定不動，電 磁線圈3置于外框架2內(nèi)側(cè)并纏繞在內(nèi)框架4外側(cè)，組合永磁單元1中心打孔裝配一軸承 11 ，軸承11中間穿入一個旋轉(zhuǎn)支撐棒10，旋轉(zhuǎn)支撐棒棒10兩端置于一個固定在內(nèi)框架4上 的滑槽12中。此種情況下，組合永磁單元1和旋轉(zhuǎn)支撐棒10置于內(nèi)框架4與上、下端面所 覆蓋的上彈性膜體5、下彈性膜體7所形成的腔室中；另外，上彈性膜體5、下彈性膜體7上 也分別粘接有上模塊體片6和下模塊體片8。 初始時，將組合永磁單元1自由放置在磁致驅(qū)動單元腔體中，此時組合永磁單元1 處于以其N-S極軸方向與電磁線圈3將產(chǎn)生電磁場方向不一致的位置，電磁線圈3通電產(chǎn) 生電磁場，致使組合永磁單元1在軸承11的支撐下向電磁場方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，隨電磁強(qiáng)度即 偏轉(zhuǎn)程度增加，組合永磁單元1與上剛性模塊6、上剛性模塊8接觸，進(jìn)而擠壓，而最終迫使 上彈性膜體5、下彈性膜體7被拉伸，直至永磁體13的N-S極軸長度方向位于電磁場方向， 表現(xiàn)為磁致驅(qū)動單元最大程度的外擴(kuò)膨脹。當(dāng)電磁線圈3產(chǎn)生磁場減弱直至消除，由于上 彈性膜體5、下彈性膜體7恢復(fù)彈性力作用，組合永磁單元1將被擠壓回初始位置。至此，磁 致驅(qū)動單元的膨脹伸縮驅(qū)動過程得以實現(xiàn)。 實施例6 如圖12、圖13所示，內(nèi)框架4上側(cè)設(shè)有上彈性膜體5，下側(cè)固定剛性擋板9，永磁體 13呈橢球形，其它同實施例5。 在電磁激勵工作過程中，由于剛性擋板9的支撐作用，組合永磁單元1在旋轉(zhuǎn)的同 時，還有一個將組合永磁單元1連同軸承11、旋轉(zhuǎn)支撐軸10整體向上抬升的動作過程，在該 抬升過程中旋轉(zhuǎn)支撐軸10沿滑槽12相對滑動；此時組合永磁單元1在電磁場方向上的所 有變形量將全部傳遞到上彈性膜體5和上剛性模塊6，而使磁致驅(qū)動單元體只呈現(xiàn)單向或 單面的膨脹伸縮動作。
權(quán)利要求一種磁致驅(qū)動單元體，其特征在于包括電磁線圈、外框架、內(nèi)框架，電磁線圈置于外框架內(nèi)并纏繞在內(nèi)框架外側(cè)，內(nèi)框架上下兩側(cè)設(shè)有彈性膜體，彈性膜體上粘接剛性模塊，內(nèi)框架與彈性膜體形成的腔室中設(shè)置方向異形的組合永磁單元。
2. —種磁致驅(qū)動單元體，其特征在于包括電磁線圈、外框架、內(nèi)框架，電磁線圈置于外 框架內(nèi)并纏繞在內(nèi)框架外側(cè)，內(nèi)框架上下的其中一側(cè)設(shè)有彈性膜體，另一側(cè)固定剛性擋板， 彈性膜體上粘接剛性模塊，內(nèi)框架與彈性膜體、剛性擋板形成的腔室中設(shè)置方向異形的組 合永磁單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁致驅(qū)動單元體，其特征在于組合永磁單元包括永磁體、 基體，永磁體置于基體內(nèi)部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁致驅(qū)動單元體，其特征在于永磁體嵌入基體內(nèi)；或通過支 架與中空的基體固接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁致驅(qū)動單元體，其特征在于基體為方向異形結(jié)構(gòu)，基體在 永磁體磁極軸線方向上長度最長。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁致驅(qū)動單元體，其特征在于基體為橢球形，基體長軸線方 向的長度大于內(nèi)框架的高度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁致驅(qū)動單元體，其特征在于永磁體、基體皆在垂直于磁極 軸線方向上開有軸孔，軸孔上裝配軸承，軸承中間穿入旋轉(zhuǎn)支撐棒，旋轉(zhuǎn)支撐棒的兩端置于 固定在內(nèi)框架上的滑槽中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4或5或6或7所述的磁致驅(qū)動單元體，其特征在于永磁體為圓柱形 或長方體形或棱體形或啞鈴形或球體形或橢球體形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁致驅(qū)動單元體，其特征在于組合永磁單元與內(nèi)框架、彈 性膜體之間添加潤滑材料。
專利摘要本實用新型涉及一種磁致驅(qū)動變形裝置，尤其涉及一種將平面信息通過磁致驅(qū)動變形裝置進(jìn)行立體化的動態(tài)或靜態(tài)展示的機(jī)構(gòu)。本實用新型的磁致驅(qū)動單元體包括電磁線圈、外框架、內(nèi)框架，電磁線圈置于外框架內(nèi)并纏繞在內(nèi)框架外側(cè)，內(nèi)框架上下兩側(cè)設(shè)有彈性膜體，彈性膜體上粘接剛性模塊，內(nèi)框架與彈性膜體形成的腔室中設(shè)置方向異形的組合永磁單元。本實用新型的機(jī)構(gòu)及其陣列可用于有對計算機(jī)數(shù)字化圖形信息、符號等的立體化展示、運(yùn)動控制和驅(qū)動執(zhí)行、動作和觸覺遠(yuǎn)程傳遞、信息傳媒等領(lǐng)域。
文檔編號H01F7/06GK201498297SQ20092030802
公開日2010年6月2日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者李健, 楊錦堂 申請人:楊錦堂