專利名稱：一種新型超順磁電磁驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型電磁驅(qū)動(dòng)器，通過給2個(gè)激勵(lì)電磁線圈通電，使插在其中心孔中的鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊可以沿中心孔的軸線兩側(cè)方向運(yùn)動(dòng)，并且同時(shí)可以通過檢測線圈檢測出當(dāng)前鐵磁液滴模塊偏離初始位置的位移和力，具體涉及一種新型超順磁電磁驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
隨著微納米科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在微機(jī)電系統(tǒng)、生物工程、分子原子操作等領(lǐng)域中，迫切需要具有高操作精度的微運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。傳統(tǒng)微驅(qū)動(dòng)器主要形式有壓電驅(qū)動(dòng)、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)、靜電驅(qū)動(dòng)和電磁驅(qū)動(dòng)等。而壓電驅(qū)動(dòng)、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)和靜電驅(qū)動(dòng)等均不能同時(shí)滿足微驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)精度以及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)參數(shù)。而傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)由于一般擁有磁芯，體積、質(zhì)量大，慣性大，在同樣的推力下響應(yīng)時(shí)間慢，滿足不了快速執(zhí)行的要求。并且大多數(shù)微驅(qū)動(dòng)器都不具備位置和力的同步檢測功能，不能準(zhǔn)確地控制驅(qū)動(dòng)器的精度。而鐵磁液滴是一種超順磁性的納米顆粒在表面活性劑的包覆下穩(wěn)定地懸浮在載液中的穩(wěn)定懸浮體，具有超順磁性和流體的特性，可以成型在任何形狀的容器中。將傳統(tǒng)電磁驅(qū)動(dòng)器中的磁芯用鐵磁液滴替代，可以消除磁芯質(zhì)量和體積大的問題。并且在激勵(lì)線圈外再加兩個(gè)檢測線圈可以增加驅(qū)動(dòng)器的精度，實(shí)現(xiàn)高精度控制。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是用鐵磁液滴替代傳統(tǒng)磁芯用以提高驅(qū)動(dòng)器的執(zhí)行力。本發(fā)明可以測量當(dāng)前驅(qū)動(dòng)器偏離初始位置的距離和驅(qū)動(dòng)力的方法，用以控制驅(qū)動(dòng)器的精度；本發(fā)明又是一種可以雙側(cè)移動(dòng)的電磁驅(qū)動(dòng)器，可以使驅(qū)動(dòng)器在執(zhí)行完畢后回到初始位置。本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單、易于制造。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種新型超順磁電磁驅(qū)動(dòng)器，包括第一檢測線圈、第二檢測線圈、第一激勵(lì)電磁線圈、第二激勵(lì)電磁線圈、線圈支撐套筒、第一套筒端蓋、第二套筒端蓋、鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊、冒頭、限位擋板，其中:線圈支撐套筒作為繞置線圈的支撐架，在平分套筒軸線的位置上左右各均勻繞置有第一激勵(lì)電磁線圈與第二激勵(lì)電磁線圈，在第一激勵(lì)電磁線圈上繞置有第一檢測線圈，在第二激勵(lì)電磁線圈上繞置有第二檢測線圈，第一檢測線圈與第二檢測線圈為位置傳感器，用以檢測鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊的位置，第一激勵(lì)電磁線圈與第二激勵(lì)電磁線圈用于分別通入帶有不同直流偏置的正弦勵(lì)磁信號，線圈支撐套筒兩端分別安裝有第一套筒端蓋與第二套筒端蓋，第一套筒端蓋與第二套筒端蓋的中心均開有一個(gè)中心孔，鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊通過兩個(gè)中心孔安裝于線圈支撐套筒，并能夠沿著中心孔的軸線方向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊包括充滿鐵磁液滴的中心球、以及共線的兩個(gè)長桿，兩個(gè)長桿從中心球開始分別穿過第一套筒端蓋和第二套筒端蓋的中心孔延伸至線圈支撐套筒外部，長桿的外端蓋有冒頭，兩個(gè)限位擋板分別對稱安裝在兩個(gè)長桿上。優(yōu)選地，所述中心球?yàn)樗芰锨蚧虿Ａ?。?yōu)選地，長桿由玻璃或者橡膠制成。優(yōu)選地，冒頭由橡膠或者金屬制成。本發(fā)明工作時(shí)，鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊在初始中心位置，在2個(gè)激勵(lì)保持線圈C、D上分別通上具有直流偏置的正弦勵(lì)磁信號時(shí)，直流偏置使得螺線管內(nèi)部產(chǎn)生梯度磁場，此磁場為2個(gè)激勵(lì)保持線圈的矢量累加磁場，用以驅(qū)動(dòng)鐵磁液滴玻璃球移動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊的移動(dòng)，控制2個(gè)激勵(lì)保持線圈中所加的具有直流偏置的正弦勵(lì)磁信號的不同，使此磁場特性為使得鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊在中心初始位置受到的磁力大，而在偏離初始位置時(shí)受到的磁力漸漸減小。此特性可以使驅(qū)動(dòng)器初始時(shí)加速度大，滿足快速響應(yīng)要求，而使驅(qū)動(dòng)過程中受到的磁力小，避免破壞作用的物體。在驅(qū)動(dòng)器工作完畢時(shí)，可以反置2個(gè)激勵(lì)保持線圈C、D上的信號，使得驅(qū)動(dòng)器回程，檢測線圈和激勵(lì)保持線圈構(gòu)成一差動(dòng)變壓器，用以檢測鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊與螺線管中心點(diǎn)的偏移量，進(jìn)而進(jìn)行閉環(huán)控制。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:圖1為整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，在本實(shí)施例中，所述新型超順磁電磁驅(qū)動(dòng)器包括:第一激勵(lì)電磁線圈3與第二激勵(lì)電磁線圈4、第一檢測線圈I與第二檢測線圈2、線圈支撐套筒5、第一套筒端蓋6與第二套筒端蓋7、鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8，鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8包括充滿鐵磁液滴的中心球9，長桿兩端的冒頭10以及限位擋板11，其連接關(guān)系為:線圈支撐套筒5作為繞置線圈的支撐架，在平分套筒軸線的位置上左右各均勻繞置有第一激勵(lì)電磁線圈3與第二激勵(lì)電磁線圈4，在第一激勵(lì)電磁線圈3上繞置有第一檢測線圈1，在第二激勵(lì)電磁線圈4上繞置有第二檢測線圈2，線圈支撐套筒5兩端分別安裝有第一套筒端蓋6與第二套筒端蓋7，第一套筒端蓋6與第二套筒端蓋7的中心均開有一個(gè)中心孔，使鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8可以沿著中心孔的軸線方向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8結(jié)構(gòu)為中間有一個(gè)充滿鐵磁液體的中心球9,小球?yàn)樗芰锨蚧虿Ａ?兩端各有一個(gè)長桿連接于中心球9上,長桿可以由玻璃或者橡膠等輕質(zhì)材料制成，用以減少鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8的質(zhì)量，具體以實(shí)際應(yīng)用情況為定，兩長桿共線，每個(gè)長桿的一部分在線圈支撐套筒5內(nèi)，另一部分在其外，長桿兩端分別通過線圈支撐套筒5兩端的中心孔伸出套筒外，每個(gè)長桿前段均具有一個(gè)冒頭10，根據(jù)使用情況不同，可以采用不同的材料，如橡膠、金屬等，通過焊接或者壓入方式蓋在長桿上，2個(gè)限位擋板11分別對稱安裝在2個(gè)長桿上。
所述第一檢測線圈I與第二檢測線圈2為位置傳感器，分為A、B兩個(gè)，用以檢測鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8的位置。所述的第一激勵(lì)電磁線圈3與第二激勵(lì)電磁線圈4為磁力驅(qū)動(dòng)部分，分為C、D兩個(gè)，分別通入帶有不同直流偏置的正弦勵(lì)磁信號，直流偏置使得螺線管內(nèi)部產(chǎn)生梯度磁場，第一激勵(lì)電磁線圈3與第二激勵(lì)電磁線圈4內(nèi)部磁場矢量疊加，在線圈支撐套筒5內(nèi)造成一個(gè)復(fù)雜磁場區(qū)，通過調(diào)節(jié)第一激勵(lì)電磁線圈3與第二激勵(lì)電磁線圈4的直流偏置可以使鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8向某一側(cè)移動(dòng)，并且可以控制驅(qū)動(dòng)力的大小。所述鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8為中間有一為塑料球或玻璃球的中心球9，兩端各帶有一對稱長桿的長桿型模塊，其中間為塑料球或玻璃球的中心球9內(nèi)均勻充滿鐵磁液體,其實(shí)質(zhì)為一個(gè)差動(dòng)變壓式傳感器的一個(gè)鐵心。所述第一套筒端蓋6與第二套筒端蓋7上各有一中心孔，與線圈支撐套筒5及長桿同軸，用以放置鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8。所述限位擋板11用于限制鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8移動(dòng)的距離，以免鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8超過驅(qū)動(dòng)范圍而造成驅(qū)動(dòng)不精確。本發(fā)明工作時(shí)，在第一激勵(lì)電磁線圈3與第二激勵(lì)電磁線圈4上分別通上直流偏置的正弦勵(lì)磁信號，在螺線管內(nèi)產(chǎn)生磁場，此磁場驅(qū)動(dòng)鐵磁液滴中心球9移動(dòng)，此磁場使得鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8在初始位置受到的磁力大，而在偏離初始位置時(shí)受到的磁力漸漸減小。此特性可以使驅(qū)動(dòng)器初始時(shí)加速度大，滿足快速響應(yīng)要求，而使驅(qū)動(dòng)過程中受到的磁力小，避免破壞作用的物體。在驅(qū)動(dòng)器工作完畢時(shí)，可以反置第一激勵(lì)電磁線圈3與第二激勵(lì)電磁線圈4上的信號，使得鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8回程，第一檢測線圈I與第二檢測線圈2和第一激勵(lì)電磁線圈3與第二激勵(lì)電磁線圈4構(gòu)成一差動(dòng)變壓器，用以檢測鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊8與螺線管中心點(diǎn)的偏移量，進(jìn)而進(jìn)行閉環(huán)控制。以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種新型超順磁電磁驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包括第一檢測線圈(I)、第二檢測線圈(2)、第一激勵(lì)電磁線圈(3)、第二激勵(lì)電磁線圈(4)、線圈支撐套筒(5)、第一套筒端蓋(6)、第二套筒端蓋(7)、鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊(8)、冒頭(10)、限位擋板(11)，其中:線圈支撐套筒(5)作為繞置線圈的支撐架，在平分套筒軸線的位置上左右各均勻繞置有第一激勵(lì)電磁線圈(3 )與第二激勵(lì)電磁線圈(4 )，在第一激勵(lì)電磁線圈(3 )上繞置有第一檢測線圈(I)，在第二激勵(lì)電磁線圈(4)上繞置有第二檢測線圈(2)，第一檢測線圈(I)與第二檢測線圈(2)為位置傳感器，用以檢測鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊(8)的位置，第一激勵(lì)電磁線圈(3)與第二激勵(lì)電磁線圈(4)用于分別通入帶有不同直流偏置的正弦勵(lì)磁信號，線圈支撐套筒(5)兩端分別安裝有第一套筒端蓋(6)與第二套筒端蓋(7)，第一套筒端蓋(6)與第二套筒端蓋(7)的中心均開有一個(gè)中心孔，鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊(8)通過兩個(gè)中心孔安裝于線圈支撐套筒(5)，并能夠沿著中心孔的軸線方向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊(8 )包括充滿鐵磁液滴的中心球(9)、以及共線的兩個(gè)長桿，兩個(gè)長桿從中心球(9)開始分別穿過第一套筒端蓋(6)和第二套筒端蓋(7)的中心孔延伸至線圈支撐套筒(5)外部，長桿的外端蓋有冒頭(10)，兩個(gè)限位擋板(11)分別對稱安裝在兩個(gè)長桿上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型超順磁電磁驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述中心球(9)為塑料球或玻璃球。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型超順磁電磁驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，長桿由玻璃或者橡膠制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型超順磁電磁驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，冒頭(10)由橡膠或者金屬制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型超順磁電磁驅(qū)動(dòng)器，包括激勵(lì)電磁線圈、檢測線圈、線圈支撐套筒、套筒端蓋、鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊、限位擋板以及線圈套筒，線圈支撐套筒作為繞置線圈的支撐架，其左右各均勻繞置有1個(gè)激勵(lì)電磁線圈，在每個(gè)激勵(lì)電磁線圈之上，分別繞置有1個(gè)檢測線圈，線圈支撐套筒兩端均安裝有1個(gè)套筒端蓋，套筒端蓋中心開有1個(gè)中心孔，鐵磁液滴驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)為中間有1個(gè)充滿鐵磁液體的塑料球或玻璃球，兩端各有1個(gè)長桿連接于中心球上，兩長桿共線，長桿兩端分別通過線圈支撐套筒兩端的中心孔伸出套筒外，每個(gè)長桿前段均具有一個(gè)冒頭，2個(gè)限位擋板分別對稱安裝在2個(gè)長桿上。本發(fā)明可以對驅(qū)動(dòng)器的位移和驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行控制。
文檔編號H02K33/12GK103095089SQ201310002159
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月4日
發(fā)明者王坤東, 金軒, 王丹, 王偉棟 申請人:上海交通大學(xué)