专利名称：电磁产生机械往复双稳态运动的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电一体化装置或器件技术领域，尤其为一种以电磁力直接获得机械式往复双稳态运动的方法及其装置。
背景技术：
往复运动是机械运动中经常出现的运动形式，有着十分广泛的用途。传统机械往复运动是以电动机或直接用发动机输出轴为动力，将电动机或发动机动力输出轴的转动力矩经特定的机械变换机构，如曲轴连杆机构、偏心轮机构、扇形齿轮机构等转变成机械往复运动，由于需要经过机械变换机构，势必会影响到整个系统的效能及可靠性。
发明内容
本发明目的是提出一种不再需要传统机械变换机构，而由旋转永磁体、软磁体、励磁线圈、永磁体等直接产生机械式往复运动的方法及装置。为实现上述目的，本发明提出的用电磁产生机械往复双稳态运动的方法是，在运动部件导磁基板上按磁极性对称贴合两块相同的永磁体，并将运动部件贴合永磁体的部位放置于交变磁场的两磁极磁路气隙之间，运动部件上的永磁体即能被交变磁场的两磁极反复吸合和排斥，进而带动运动部件做往复双稳态运动。在上述电磁产生机械往复双稳态运动的方法中，一种获取交变磁场方法是，为软磁体附加励磁线圈，交变激励电流输入到励磁线圈中，即在软磁体磁场引出端处产生交变磁场，即构成所谓“电能激励获取交变磁场组件”。另一种获取交变磁场方法是，用若干软磁体包围可旋转永磁体，软磁体相互之间被磁隔离，软磁体与可旋转永磁体之间留有很小气隙，施加外力旋转该永磁体，即能在软磁体磁场引出端处产生交变磁场，即构成所谓“磁能磁化获取交变磁场组件”。在上述电磁产生机械往复双稳态运动的方法中，电磁产生机械式往复双稳态摆动的方法是，运动部件是导磁摆杆，导磁摆杆能围绕支点转动，呈现机械杠杆特性，在该导磁摆杆的主动臂按极性对称固定两个永磁体，即，两块永磁体的S极或N极贴合在导磁摆杆主动臂导磁基板的两侧，导磁摆杆主动臂贴合永磁体部位被置于“电能激励获取交变磁场组件，，或“磁能磁化获取交变磁场组件，，软磁体磁场弓I出端磁路气隙之间，并保持所贴合永磁体磁极方向和软磁体磁场引出端气隙的磁极方向一致，当交变激励电流通入励磁线圈或旋转永磁体，组件中软磁体磁场引出端处的交变磁场对导磁摆杆主动臂上贴合的永磁体反复地施加吸引力和排斥力，进而使导磁摆杆的从动臂也随之往复摆动。在上述电磁产生机械往复双稳态运动的方法中，电磁产生机械式往复双稳态直线运动的方法是，运动部件的构成，是在一块导磁基板的中心垂直固定一根非导磁推杆，并在导磁基板的两侧贴合两块尺寸相同而极性相反的永磁体，所贴合两块永磁体的磁极方向与推杆的轴向一致，推杆贴合有永磁体部位被置于“电能激励获取交变磁场组件”或“磁能磁化获取交变磁场组件”软磁体磁路气隙之间，软磁体磁极方向也与推杆的轴向一致，当向励磁线圈通入交变激励电流或旋转永磁体，即能在组件软磁体磁场引出端处产生交变磁场， 贴合于推杆上的永磁体在该交变磁场作用下，被反复吸合和排斥，进而带动推杆作往复直线运动。本发明给出的上述电磁产生机械往复双稳态运动的方法中，永磁体由硬磁材料制成，永磁体具有高矫顽力、剩磁大、磁化后不易退磁，而软磁体是由软磁材料制成，矫顽力低、剩磁低、易磁化、易去磁，。永磁体能磁化其周围软磁体，使软磁体也呈现磁极性。永磁体与软磁体之间的气隙越小，永磁体对软磁体的磁化作用越强。另外，被磁化软磁体与永磁体之间存在静磁能量，使永磁体与软磁体之间存在磁场吸力，如果要将永磁体与软磁体分离， 则需要外加一定的外力以克服永磁体与软磁体之间磁吸力，所以上述电磁产生机械往复双稳态运动方法中的导磁摆杆或推杆在没有外部能量输入的情况下，仍能稳定地维持在一种状态，只有当外部输入能量使变化磁场磁极性反向时，导磁摆杆或推杆才会改变到另一种状态。为实现上述目的，本发明给出了电磁产生机械往复双稳态运动的装置，该装置构成包括有，运动部件、永磁体、交变磁场组件，运动部件上按极性对称贴合两块相同的永磁体，并将运动部件贴合永磁体的部位放置于交变磁场组件的两磁极磁路气隙之间，运动部件上的永磁体即能被交变磁场的两磁极反复吸合和排斥，进而带动运动部件作往复双稳态运动。在上述电磁产生机械往复双稳态运动装置的技术方案中，该装置构成还包括有平衡弹簧和软质磁性减震层，所述平衡弹簧设置在运动部件与固定部件之间，所述软质磁性减震层设置在交变磁场组件软磁体磁场引出端磁极处和(或)运动部件上的永磁体磁极处，软质磁性减震层降低了软磁体与运动部件上所贴合永磁体之间冲击力。平衡弹簧也对运动部件上永磁体与交变磁场组件软磁体磁极吸合过程中的物理冲击起到了很好缓冲作用，延长了装置的寿命，此外，当反向切换时，被压缩的弹簧的势能释放将提高换向速度。在上述电磁产生机械往复双稳态运动装置的技术方案中，所述交变磁场组件是在软磁体外附加励磁线圈，交变激励电流输入到励磁线圈中，即在软磁体磁场引出端处产生交变磁场，即构成所谓“电能激励获取交变磁场组件”。在上述电磁产生机械往复双稳态运动装置的技术方案中，所述交变磁场组件是在一个可旋转永磁体的磁极对两侧面对称的包覆两个相互间被磁隔离的软磁体，软磁体与可旋转永磁体之间留有很小气隙，施加外力旋转该永磁体，即能在两个软磁体的磁场引出端处产生交变磁场，即构成所谓“磁能磁化获取交变磁场组件”。在上述电磁产生机械往复双稳态运动装置的技术方案中，将上述两个“电能激励获取交变磁场组件”中“C”字形软磁体的四个磁场引出端两两相对，其中一对磁场引出端之间用隔磁体隔断磁路，另一对磁场引出端之间留有较大气隙，导磁摆杆主动臂中部按极性对称贴合两块相同的永磁体，导磁摆杆贴合永磁体部位被置于磁场引出端磁路气隙之间， 并保持所贴合永磁体磁极方向和该软磁体磁场引出端气隙的磁极方向一致，导磁摆杆摆动行程中，导磁摆杆主动臂的“T”形顶部能分别与被隔断磁路的那对软磁体磁场引出端轴向面相接触，导磁摆杆支点设置在隔磁支架上。当激励电流通入励磁线圈，使软磁体磁场引出端处产生交变磁场对导磁摆杆主动臂上贴合的永磁体反复地施加吸引力和排斥力，进而使导磁摆杆的从动臂也随之往复摆动。当向励磁线圈中输入一定频率的交变电流，即可在软磁体磁场引出端处产生磁极性反复变化的交变磁场，该交变磁场作用于导磁摆杆主动臂上的两块极性相反永磁体，进而对导磁摆杆产生吸引力和排斥力，使导磁摆杆围绕支点往复摆动。当导磁摆杆主动臂位移至左侧极限位置时，导磁摆杆主动臂“T”形顶部与左侧软磁体的磁场引出端轴向面相接触，从而使永磁体、导磁摆杆、左侧软磁体三者之间构成了磁力线回路，此时若激励电流撤销，导磁摆杆仍能稳定原来的极限位置，只有当有反向激励电流输入励磁线圈时，导磁摆杆才会迅速位移至右侧极限位置，导磁摆杆主动臂“T”形顶部与右侧软磁体的磁场引出端轴向面相接触，从而使永磁体、导磁摆杆、右侧软磁体三者之间构成了磁力线回路，达到了另一个磁稳定状态，并能保持到励磁线圈中反向激励电流通入之前。在上述电磁产生机械往复双稳态运动装置的技术方案中，将两个“磁能磁化获取交变磁场组件”中的四个软磁体磁场引出端两两相对，其中一对磁场引出端之间用隔磁体隔断磁路，另一对磁场引出端之间留有较大气隙，导磁摆杆主动臂中部按极性对称贴合两块相同的永磁体，导磁摆杆贴合永磁体部位被置于该对磁场引出端的气隙之间，并保持所贴合永磁体磁极方向和该软磁体磁场引出端气隙的磁极方向一致，导磁摆杆摆动至极限位置时，导磁摆杆主动臂的“T形“顶部能分别与被隔断磁路的那对软磁体磁场引出端轴向面相接触，导磁摆杆支点设置在隔磁支架上。当激励电流通入励磁线圈，使软磁体磁场引出端处产生交变磁场对导磁摆杆主动臂上贴合的永磁体反复地施加吸引力和排斥力，进而使导磁摆杆的从动臂也随之往复摆动。当施加外力使两个永磁体同步旋转运动，旋转的永磁体就能在软磁体上产生磁极性交替变化的磁场，该交变磁场作用于导磁摆杆主动臂上两块永磁体，进而对导磁摆杆产生吸引力和排斥力，使导磁摆杆围绕其支点往复摆动。导磁摆杆摆动到左、右极限位置时，导磁摆杆主动臂“T”形顶部分别与左、右软磁体的磁场引出端轴向面接触，起到分别构通磁力线回路，进入磁稳定状态的作用。在上述电磁产生机械往复双稳态运动装置的技术方案中，将两个“电能激励获取交变磁场组件”中的两个“E”字形软磁体的六个软磁体磁场引出端两两相对，其中外侧的两对磁场引出端之间用隔磁体隔断磁路，中间的一对磁场引出端之间留有较大气隙，所述运动部件由非导磁推杆、导磁基板和永磁体构成，非导磁推杆与导磁基板垂直固定，在导磁基板的两侧面贴合两块尺寸相同而极性相反的永磁体，即两个永磁体的N极或S极贴在导磁基板的两个侧面而另外的两极朝外，且两块永磁体的磁极方向与非导磁推杆轴向一致，软磁体磁场引出端磁极方向也与非导磁推杆轴向一致，非导磁推杆贴合有永磁体部位设置在软磁体磁场引出端磁路气隙之间，并留有推杆往复运动的行程，推杆往复运动至极限位置时，导磁基板垂直于推杆轴向的端部能分别与“E”字形软磁体外侧磁场引出端轴向面相接触，软磁体中间磁场引出端中心有孔，非导磁推杆穿过该孔，起到既导向又可输出运动位移的作用。当励磁线圈中通入交变励磁电流时，在软磁体中央的磁场引出端，即上下凸台气隙之间即形成了交变磁场，位于该交变磁场中的永磁体及导磁基板在交变磁场的作用下，被反复吸合和排斥，进而带动非导磁推杆作往复上下直线运动。当推杆向下运动至极限位置时，导磁基板两端的“T”形部位与下方软磁体的另外两个磁场引出端轴向面相接触，使永磁体经导磁基板两端与下方软磁体形成了两条磁力线回路，此时，即使撤销激励电流，推杆仍维持在向下极限位置，只有通入反向激励电流，推杆才会向上运动至极限位置，永磁体经导磁基板与上方软磁体构成了两条磁力线回路，进入磁稳定状态。在上述电磁产生机械往复双稳态运动装置的技术方案中，将两个“磁能磁化获取交变磁场组件”中“C”字形软磁体的四个磁场引出端两两相对，其中一对磁场引出端之间用隔磁体隔断磁路，另一对磁场引出端之间留有较大气隙，所述运动部件由非导磁推杆、导磁基板和永磁体构成，非导磁推杆与导磁基板垂直固定，在导磁基板的两侧面贴合两块尺寸相同而极性相反的永磁体，即两个永磁体的N极或S极贴在导磁基板的两个侧面而另外的两极朝外，且两块永磁体的磁极方向与非导磁推杆轴向一致，软磁体磁场引出端磁极方向也与非导磁推杆轴向一致，非导磁推杆贴合有永磁体部位设置在软磁体磁场引出端磁路气隙之间，并留有推杆往复运动的行程，推杆往复运动至极限位置时，导磁基板垂直于推杆轴向的“T”字形端部能分别与两个组件软磁体的磁场引出端轴向面相接触，软磁体中部磁场引出端的中心有孔，非导磁推杆穿过该孔，起到既导向又可输出运动位移的作用。当推杆向下运动至极限位置时，导磁基板一端的“T”形部位与下方软磁体的磁场引出端轴向面相接触，使永磁体经导磁基板与下方软磁体形成了一条磁力线回路，此时，即使撤销激励电流， 推杆仍然维持在向下极限位置，只有通入反向激励电流，推杆才会向上运动至极限位置，此时，永磁体经导磁基板与上方软磁体构成了一条磁力线回路，进入磁稳定状态。本发明的优点是，采用将两块永磁体反方向对称贴合并固定于机械运动部件受力点的特殊结构形式，使得永磁体在交变磁场环境受力这一特性，得到充分有效地利用。比较简便地用传统的电磁能量直接获得应用十分广泛的机械式往复运动，省去了传统由旋转力矩变成往复运动时所需要的机械变换机构，充分挖掘利用环保清洁的磁能作功，因而有比较高的能效比，装置结构也大为简化，制造和维修成本明显下降。本发明设计的电磁产生机械往复运动装置，充分利用了永磁体吸合以后即处在磁稳定状态的位置，不再需要外加能量来维持该位置的稳定状态，这使装置具有可靠的双稳态特性，可作为低功耗双稳机械开关。
图1是采用交变电流激励产生往复摆动装置中左侧软磁体吸合永磁体状态的结构示意图。图2是采用交变电流激励产生往复摆动装置中右侧软磁体吸合永磁体状态的结构示意图。图3是采用交变电流激励产生往复摆动装置中右侧软磁体吸合永磁体状态的磁力线回路示意图。图4是采用旋转永磁体产生往复摆动装置中左侧软磁体吸合永磁体状态的结构示意图。图5是采用旋转永磁体产生往复摆动装置中右侧软磁体吸合永磁体状态的结构示意图。图6是采用旋转永磁体产生往复摆动装置中右侧软磁体吸合永磁体状态的磁力线回路示意图。图7是采用交变电流激励产生往复直线双稳态运动装置中推杆向下运动至极限位置时的结构示意图。图8是采用交变电流激励产生往复直线双稳态运动装置中推杆向上运动至极限位置时的结构示意图。
图9是采用交变电流激励产生往复直线双稳态运动装置中推杆向上运动至极限位置时的磁力线回路示意图。图10是采用旋转永磁体产生往复直线双稳态运动装置中推杆向下运动至极限位置时的结构示意图。图11是采用旋转永磁体产生往复直线双稳态运动装置中推杆向下运动至极限位置时的磁力线回路示意图。图12是采用旋转永磁体产生往复直线双稳态运动装置中推杆向上运动至极限位置时的结构示意图。以上附图中，101是隔磁体，102是左侧软磁体，103是左侧励磁线圈，104是左侧软质磁性减震层，105是左侧永磁体，106是隔磁体支架，107是摆杆支点转轴，108是右侧永磁体，109是励磁线圈，110是导磁摆杆，111是右侧软磁体，201是隔磁体，202是导磁摆杆，203 是左侧上方软磁体，204是隔磁体，205是左侧旋转永磁体，206是左侧下方软磁体，207是软质磁性减震层，208是左侧永磁体，209是隔磁体支架，210是摆杆支点转轴，211是右侧下方软磁体，212是右侧永磁体，213是软质磁性减震层，214是隔磁体，215右侧旋转永磁体，216 右侧上方软磁体，301是非导磁推杆，302是弹簧，303是上部“E”形软磁体，304是导磁基板上方永磁体，305是隔磁体，306是导磁基板，307是下方线圈骨架，308是下方励磁线圈，309 是线圈引线，310是导磁基板下方永磁体，311是下部软磁体磁场引出端中央凸台，312是下部“E”形软磁体，313是隔磁体，314是上部软磁体磁场引出端中央凸台，315是上方励磁线圈，316是上方线圈骨架，401是非导磁推杆，402是上部软磁体，403是上部弹簧，404是上部软质磁性减震层，405是导磁基板上方永磁体，406是导磁基板，407是导磁基板下方永磁体，408是下部软质磁性减震层，409是下部弹簧，410是下部软磁体，411是下部旋转永磁体，412是隔磁体，413是软磁体，414是隔磁体，415是软磁体，416是隔磁体，417是上部旋转永磁体。
具体实施例方式实施例一本实施例是以交变电流通入励磁线圈激励软磁体产生交变磁场，进而实现机械往复摆动的实例。本实施例装置结构如附图1、2、3所示。两个“C”形软磁体102、111开口相对，励磁线圈103、109包裹软磁体102、111，两个“C”形软磁体上方磁场引出端被隔磁体101 隔断磁路，两个“C”形软磁体下方磁场引出端留有较大磁场气隙，导磁摆杆110主动臂上对称贴合有永磁体105、108，两块永磁体的S极相对贴合于导磁摆杆110左右两侧面，贴合于导磁摆杆110上永磁体105、108置于两个“C”形软磁体磁场气隙之间，软磁体磁极上设置有软质磁性减震层104，导磁摆杆主动臂顶部呈“T”字形，导磁摆杆左、右摆动到极限位置时， 导磁摆杆主动臂“T”形顶部能分别接触到左、右“C”形软磁体上方的磁场引出端，导磁摆杆 110的摆动支点107位于隔磁体支架106上，使导磁摆杆110上部主动臂能在软磁体磁场引出端气隙开口之间摆动，另外，还可以在导磁摆杆与隔磁体支架之间设置两个平衡弹簧。蓄电池产生直流12伏经过电子开关电路，产生电流方向交替变化的脉冲电流，将该脉冲电流输入到励磁线圈103和109中，就可以使软磁体102和软磁体111下方磁场引出端处形成磁极的交替变化。当软磁体102磁场引出端的磁极为S极时，贴合在导磁摆杆110中部的永磁体105会被软磁体102的S极吸引而向左移动，与此同时，软磁体111磁场引出端的磁极为N极，贴合在导磁摆杆中部的永磁体108也会被软磁体111的N极所排斥而推向左侧(参见附图1)。当励磁线圈103、109中的电流方向改变后，左侧软磁体102磁场引出端的磁极变为N极，右侧软磁体111磁场引出端的磁极变为S极，对称贴合永磁体的导磁摆杆主动臂因磁场的吸引和排斥而迅速向右位移(参见附图2)。导磁摆杆110主动臂右移至极限位置时，导磁摆杆的“T”形顶部接触软磁体111上方的磁场引出端，使永磁体108、 软磁体111、导磁摆杆110之间形成磁力线回路(参见附图3)，即使激励电流为零，导磁摆杆110仍然会保持原状态不变，当导磁摆杆110主动臂左移至极限位置，导磁摆杆的“T”形顶部接触软磁体102上方的磁场引出端，使永磁体105、软磁体102、导磁摆杆110这间形成磁力线回路。软磁体磁场引出端处的软质磁性减震层能减缓永磁体105、108对软磁体102、 111的冲击力。导磁摆杆110通过转轴107限位，导磁摆杆形成以支点为圆心做弧线摆动的效果，支点的位置确定两边圆弧角度的比例关系。导磁摆杆支点下方的平衡弹簧也能使导磁摆杆的摆动均衡。产生交变磁场的频率决定了本实例装置机械式往复变化的频率，一旦交变电流停止输入，交变磁场消失，导磁摆杆上的永磁体即会与软磁体的某磁极保持吸合， 处在一种稳定的状态。针对本实施例，可采用正向或者反向脉冲电流产生交变磁场，使导磁摆杆的角度位移。当需要切换方向时，加载反向脉冲电流形成反向脉冲磁场，导磁摆杆上的永磁体在此磁场的作用下使导磁摆杆围绕支点转动，稳定在另一端，实现了双稳态开关式的控制方式，输入到励磁线圈中电流方向变化的频率，决定了导磁摆杆摆动的频率。本实施例，采用十分简单的结构而获得了机械式往复摆动，这种摆动有着广泛的应用场合。根据各种功率、往复行程大小、往复频率以及环境及工作状态，可以设计各种磁性材料、尺寸形状及功率大小和使用环境适应性。本实施例装置的双稳态特点，可使得其如果用于电器控制领域，可极大节省能源，只需要一次性的脉冲功率即可通过永磁体吸合力保持其原先状态，从而可节省绝大部分的状态维持功率。此外，本实施例装置中，激励电流只需要提供维持软磁体磁场强度的存在和实现软磁体磁极性变化所需要的电能量，因而可以进一步降低装置的能耗。实施例二 本实施例是通过旋转永磁体使软磁体上产生交变磁场，进而产生机械式往复摆动的实例。本实施例装置结构如附图4、5、6所示。本实例中，四块软磁体分为左、右两侧，左侧上方软磁体203和左侧下方软磁体 206被隔磁体204隔断磁路，右侧上方软磁体216和右侧下方软磁体211被隔磁体214隔断磁路，软磁体203和软磁体206包围左侧旋转永磁体205，并与左侧旋转永磁体之间留有极小气隙，软磁体216和软磁体211包围右侧旋转永磁体215，并与右侧旋转永磁体之间留有极小气隙，软磁体203与软磁体216之间也被隔磁体201隔断磁路，软磁体206和软磁体 211的磁场引出端处存在较大磁场气隙，导磁摆杆202主动臂中部对称贴合固定有两块永磁体208、212，即两块永磁体的S极相对贴合于同一导磁摆杆202两侧面，导磁摆杆贴合永磁体部位被置于软磁体206和软磁体211磁场引出端之间的磁场气隙中，导磁摆杆摆动至极限位置，导磁摆杆主动臂“T形“顶部能分别与软磁体203和软磁体216的磁场引出端相接触，导磁摆杆支点设置在隔磁体支架209的转轴210处，导磁摆杆202的从动臂伸出隔磁体210。软磁体206和软磁体211的磁场引出端磁极表面设置有软质磁性减震层207、213。
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当施加外力使左右两个旋转永磁体做同步旋转至图4所示位置，左侧下方软磁体磁场引出端处呈现为S极，右侧下方软磁体磁场引出端呈现为N极，导磁摆杆左侧永磁体 208被软磁体206磁场引出端吸合，而导磁摆杆右侧永磁体212被软磁体211磁场引出端排斥，当导磁摆杆左移至极限位置时(参见附图4)，导磁摆杆的“T”形顶端与软磁体203磁场引出端接触，永磁体208、软磁体206、旋转永磁体205、软磁体203、导磁摆杆202构成了一个磁力线回路，当施加外力使左右两个旋转永磁体做同步旋转至图5所示位置，导磁摆杆202右移到极限位置(参见附图5)，此时，导磁摆杆的“T”形顶端与软磁体216磁场引出端接触，永磁体212、软磁体211、旋转永磁体215、软磁体216、导磁摆杆202构成了磁力线回路(参见附图6)。持续不断的同步旋转永磁体205和215，导磁摆杆202通过支点转轴 210产生了行程放大的往复运动，一旦停止旋转永磁体的转动，导磁摆杆上永磁体的磁能发挥作用，使导磁摆杆仍然能保持在左侧或右侧极限位置。可根据需要的往复行程及功率可以设计不同的尺寸大小、不同材质的旋转永磁体、软磁体及导磁摆杆。实施例三本实施例是以交变电流通过激励线圈激励软磁体产生交变磁场，进而实现机械往复直线运动的实例。本实例装置如附图7、8、9所示。本实例中，在一块导磁基板306的中心垂直固定一根非导磁材料的推杆301，并在导磁基板306的上下两个面贴合两块尺寸相同而极性相反的永磁体304和永磁体310，即两个永磁体N极相对贴在导磁基板306的上下两面，且两块永磁体的磁极方向与推杆301 的轴向一致，推杆固定贴合有永磁体的部位被置于软磁体303和软磁体312中央磁路气隙上凸台314和下凸台311之间，并留有推杆301往复运动的行程，上凸台314和下凸台311 中心有孔，推杆301穿过该孔，起到既导向又可输出运动位移的作用。在上下凸台的外圈固定有线圈骨架316、307和励磁线圈315、308。两个弹簧3分别置于软磁体与推杆贴合的永磁体之间，本实施例中的弹簧亦具有导磁作用，弹簧的形状改变，有效的减小了永磁体305、 310与软磁体303、312之间的气隙，在提高两者吸合效果方面形成了很好的增益；另外，弹簧对永磁体与软磁体吸合过程中的物理冲击起到了很好的缓冲，延长了装置的寿命；此外， 当反向切换时，被压缩的弹簧的势能释放将提高换向速度。当向线圈引线309中通入励磁电流时(参见附图7)，在上下软磁体中央的两个凸台气隙之间即形成了磁场，上凸台呈现为S极，下凸台呈现为N极，推杆301上贴合的永磁体310在下凸台N极作用下被吸合至下极限位置，与此同时，上凸台S极对永磁体304有排斥作用，进一步加快推杆向下位移的速度。当向励磁线圈中通入反向励磁电流时，(参见附图8)，推杆301会迅速地向上位移至极限位置，当推杆处在向上极限位置时，导磁基板306 左右的“T”形端部接触上部软磁体303，构成磁力线回路(参见附图9)，此时，一旦励磁线圈中通入的激励电流为零，推杆仍然能保持在向上极限位置的稳定状态，只有当另一个反向激励电流输入到励磁线圈，在软磁体磁场气隙处形成了磁场极性的改变，推杆上的永磁体才会在变化后的磁场作用下，再次迅速地被反向吸引和排斥。如果向励磁线圈中通入交变激励电流，推杆301即作上下往复直线运动。本实例成为了一种低功耗的双稳态机械开关，可替代传统磁保持继电器中的励磁控制开关，是一种节省、可靠的产品。实施例四
本实施例是以采用旋转永磁体来产生交变磁场，进而实现机械往复直线运动的实例。本实例装置如附图10、11、12所示。本实例中，旋转永磁体402、411形状为近似矩形，旋转永磁体长轴端处呈圆弧形， 软磁体402和415合围旋转永磁体417，并与旋转永磁体417之间留有极小气隙，软磁体402 和415被隔磁体416隔断磁路，软磁体410和413合围旋转永磁体411，并与旋转永磁体411 之间留有极小气隙，软磁体410和413被隔磁体412隔断磁路，软磁体415与软磁体413之间被隔磁体414隔断磁路，软磁体402的磁场引出端形状为向下凸台，软磁体410的磁场引出端形状为向上凸台，上下凸台相对，上下凸台中心有通孔，非导磁推杆401穿过上下凸台通孔，既起到导向和又输出位移的作用，非导磁推杆401与一块导磁基板406垂直固定，在该导磁基板上下表面对称贴合永磁体405和407，即永磁体405和407的S极贴合在导磁基板的上下表面，并将贴合在导磁基板上下表面的永磁体置于上下凸台之间，弹簧403和409 套装在上下凸台外，弹簧的一端抵触软磁体，另一端抵触导磁基板上永磁体。本实施例中的弹簧403和409亦具有导磁作用，弹簧的形状改变，有效的减小了永磁体与软磁体上下凸台之间的气隙，在提高两者吸合效果方面形成了很好的增益；另外，弹簧还对永磁体与软磁体吸合过程中的物理冲击起到了很好的缓冲，延长了装置的寿命；此外，当反向切换时，被压缩的弹簧的势能释放将提高换向速度。本实施例中，在上下凸台磁极表面还设置有软质磁性减震层404、408，软质磁性减震层也起到了进一步缓冲了推杆上贴合的永磁体对软磁体上下凸台的冲击。本实施例中，当旋转永磁体417、411的N极指向上方，软磁体被磁化，软磁体402 凸台呈现为N极，软磁体410凸台呈现为S极，软磁体410吸引永磁体407及推杆向下位移到极限位置，而软磁体402则排斥永磁体405及推杆也向下位移，此状态如图10所示。当推杆向下位移到极限位置时，导磁基板的“T”右端部接触到软磁体410，构成了自永磁体407 出发，经软磁体410、旋转永磁体411、软磁体413、导磁基板406，再回到永磁体407的磁力线回路(参见附图12)，封闭磁力线回路的形成，使推杆能保持在向下极限位置状态。当旋转永磁体417、411旋转180度，即旋转永磁体N极指向下方，软磁体被磁化，软磁体402凸台处呈现S极，与此相对应，软磁体410凸台呈现N极，推杆401会再次受到磁极变化的影响，被软磁体402凸台吸引，同时被软磁体410凸台排斥，推杆向上位移至极限位置，此状态如图11所示。由于本实施例装置推杆状态的稳定是通过永磁体固有的磁能实现的，维持该稳定状态就不需要额外输入能量，只需要提供一个触发转换能量即可实现双稳态转换，所以，本实施例装置可以成为一种低功耗的双稳态控制器件，可替代传统磁保持继电器中的励磁控制开关，是一种节能、可靠的产品。
权利要求
1.一种电磁产生机械往复双稳态运动的方法，其特征在于在运动部件上按磁极性对称贴合两块相同的永磁体，并将运动部件贴合永磁体的部位放置于交变磁场的两磁极磁路气隙之间，运动部件上的永磁体即能被交变磁场的两磁极反复吸合和排斥，进而带动运动部件做往复双稳态运动。
2.根据权利要求1所述的电磁产生机械往复双稳态运动的方法，其特征在于获取交变磁场方法是，为软磁体附加励磁线圈，交变激励电流输入到励磁线圈中，即在软磁体磁场弓丨出端处产生交变磁场，即构成所谓“电能激励获取交变磁场组件”。
3.根据权利要求1所述的电磁产生机械往复双稳态运动的方法，其特征在于获取交变磁场方法是，用若干软磁体包围可旋转永磁体，软磁体相互之间被磁隔离，软磁体与可旋转永磁体之间留有很小气隙，施加外力旋转该永磁体，即能在软磁体磁场引出端处产生交变磁场，即构成所谓“磁能磁化获取交变磁场组件”。
4.根据权利要求1或2或3所述的电磁产生机械往复双稳态运动的方法，其特征在于 电磁产生机械式往复双稳态摆动的方法是，运动部件是导磁摆杆，导磁摆杆能围绕支点转动，呈现机械杠杆特性，在该导磁摆杆的主动臂按极性对称固定两个永磁体，即，两块永磁体的S极或N极贴合在导磁摆杆主动臂导磁基板的两侧，导磁摆杆主动臂贴合永磁体部位被置于“电能激励获取交变磁场组件”或“磁能磁化获取交变磁场组件”软磁体磁场引出端磁路气隙之间，并保持所贴合永磁体磁极方向和软磁体磁场引出端气隙的磁极方向一致， 当交变激励电流通入励磁线圈或旋转永磁体，组件中软磁体磁场引出端处的交变磁场对导磁摆杆主动臂上贴合的永磁体反复地施加吸引力和排斥力，进而使导磁摆杆的从动臂也随之往复摆动。
5.根据权利要求1或2或3所述的电磁产生机械往复双稳态运动的方法，其特征在于电磁产生机械式往复双稳态直线运动的方法是，运动部件的构成，是在一块导磁基板的中心垂直固定一根非导磁推杆，并在导磁基板的两侧贴合两块尺寸相同而极性相反的永磁体，所贴合两块永磁体的磁极方向与推杆的轴向一致，推杆贴合有永磁体部位被置于“电能激励获取交变磁场组件，，或“磁能磁化获取交变磁场组件，，软磁体磁路气隙之间，软磁体磁极方向也与推杆的轴向一致，当向励磁线圈通入交变激励电流或旋转永磁体，即能在组件软磁体磁场引出端处产生交变磁场，贴合于推杆上的永磁体在该交变磁场作用下，被反复吸合和排斥，进而带动推杆作往复直线运动。
6.一种电磁产生机械往复双稳态运动的装置，其特征在于该装置构成包括有，运动部件、永磁体、交变磁场组件，运动部件上按极性对称贴合两块相同的永磁体，并将运动部件贴合永磁体的部位放置于交变磁场组件的两磁极磁路气隙之间，运动部件上的永磁体即能被交变磁场的两磁极反复吸合和排斥，进而带动运动部件作往复双稳态运动。
7.根据权利要求6所述的一种电磁产生机械往复双稳态运动的装置，其特征在于其构成还包括有平衡弹簧和软质磁性减震层，所述平衡弹簧设置在运动部件与固定部件之间，所述软质磁性减震层设置在交变磁场组件软磁体磁场引出端磁极处和(或)运动部件上的永磁体磁极处。
8.根据权利要求6所述的电磁产生机械往复双稳态运动的装置，其特征在于所述交变磁场组件是在软磁体外附加励磁线圈，交变激励电流输入到励磁线圈中，即在软磁体磁场引出端处产生交变磁场，即构成所谓“电能激励获取交变磁场组件”。
9.根据权利要求6所述的电磁产生机械往复双稳态运动的装置，其特征在于所述交变磁场组件是在一个可旋转永磁体的磁极对两侧面对称的包覆两个相互间被磁隔离的软磁体，软磁体与可旋转永磁体之间留有很小气隙，施加外力旋转该永磁体，即能在两个软磁体的磁场引出端处产生交变磁场，即构成所谓“磁能磁化获取交变磁场组件”。
10.根据权利要求6或7或8所述的一种电磁产生机械往复双稳态运动的装置，其特征在于将上述两个“电能激励获取交变磁场组件”中“C”字形软磁体的四个磁场引出端两两相对，其中一对磁场引出端之间用隔磁体隔断磁路，另一对磁场引出端之间留有较大气隙， 导磁摆杆主动臂中部按极性对称贴合两块相同的永磁体，导磁摆杆贴合永磁体部位被置于磁场弓I出端磁路气隙之间，并保持所贴合永磁体磁极方向和该软磁体磁场引出端气隙的磁极方向一致，导磁摆杆摆动行程中，导磁摆杆主动臂的“τ形”顶部能分别与被隔断磁路的那对软磁体磁场引出端轴向面相接触，导磁摆杆支点设置在隔磁支架上，当激励电流通入励磁线圈，使软磁体磁场引出端处产生交变磁场对导磁摆杆主动臂上贴合的永磁体反复地施加吸引力和排斥力，进而使导磁摆杆的从动臂也随之往复摆动。
11.根据权利要求6或7或9所述的一种电磁产生机械往复双稳态运动的装置，其特征在于将两个“磁能磁化获取交变磁场组件”中的四个软磁体磁场引出端两两相对，其中一对磁场引出端之间用隔磁体隔断磁路，另一对磁场引出端之间留有较大气隙，导磁摆杆主动臂中部按极性对称贴合两块相同的永磁体，导磁摆杆贴合永磁体部位被置于该对磁场引出端的气隙之间，并保持所贴合永磁体磁极方向和该软磁体磁场引出端气隙的磁极方向一致，导磁摆杆摆动行程中，导磁摆杆主动臂的“T形“顶部能分别与被隔断磁路的那对软磁体磁场引出端轴向面相接触，导磁摆杆支点设置在隔磁支架上。当激励电流通入励磁线圈，使软磁体磁场引出端处产生交变磁场对导磁摆杆主动臂上贴合的永磁体反复地施加吸引力和排斥力，进而使导磁摆杆的从动臂也随之往复摆动。
12.根据权利要求6或7或8所述的一种电磁产生机械往复双稳态运动的装置，其特征在于将两个“电能激励获取交变磁场组件”中的两个“E”字形软磁体的六个软磁体磁场引出端两两相对，其中外侧的两对磁场引出端之间用隔磁体隔断磁路，中间的一对磁场引出端之间留有较大气隙，所述运动部件由非导磁推杆、导磁基板和永磁体构成，非导磁推杆与导磁基板垂直固定，在导磁基板的两侧面贴合两块尺寸相同而极性相反的永磁体，即两个永磁体的N极或S极贴在导磁基板的两个侧面而另外的两极朝外，且两块永磁体的磁极方向与非导磁推杆轴向一致，软磁体磁场引出端磁极方向也与非导磁推杆轴向一致，非导磁推杆贴合有永磁体部位设置在软磁体磁场引出端磁路气隙之间，并留有推杆往复运动的行程，推杆往复运动至极限位置时，导磁基板垂直于推杆轴向的端部能分别与“E”字形软磁体外侧磁场引出端轴向面相接触，软磁体中间磁场引出端中心有孔，非导磁推杆穿过该孔，起到既导向又可输出运动位移的作用。
13.根据权利要求6或7或9所述的一种电磁产生机械往复双稳态运动的装置，其特征在于将两个“磁能磁化获取交变磁场组件”中“C”字形软磁体的四个磁场引出端两两相对，其中一对磁场引出端之间用隔磁体隔断磁路，另一对磁场引出端之间留有较大气隙， 所述运动部件由非导磁推杆、导磁基板和永磁体构成，非导磁推杆与导磁基板垂直固定，在导磁基板的两侧面贴合两块尺寸相同而极性相反的永磁体，即两个永磁体的N极或S极贴在导磁基板的两个侧面而另外的两极朝外，且两块永磁体的磁极方向与非导磁推杆轴向一致，软磁体磁场引出端磁极方向也与非导磁推杆轴向一致，非导磁推杆贴合有永磁体部位设置在软磁体磁场引出端磁路气隙之间，并留有推杆往复运动的行程，推杆往复运动至极限位置时，导磁基板垂直于推杆轴向的“T”字形轴向端部能分别与两个组件软磁体的磁场的轴向引出端相接触，软磁体中部磁场引出端的中心有孔，非导磁推杆穿过该孔，起到既导向又可输出运动位移的作用。
全文摘要
本发明涉及采用电磁产生机械往复双稳态运动的方法及装置，该方法是在运动部件上对称贴合两块相同的永磁体，并将运动部件贴合永磁体的部位放置于交变磁场的两磁极气隙之间，运动部件上永磁体被交变磁场两磁极反复吸合和排斥，进而带动运动部件作往复运动。调整运动部件与交变磁场两磁极间的位置及结构，即可使运动部件作往复摆动和往复直线运动。本发明还给出电磁产生机械往复摆动和直线运动的装置，通过交变电源激励或旋转永磁体，在软磁体上形成交变磁场，将摆杆和推杆贴合有永磁体的部位放置于软磁体磁极气隙中。本发明有效地利用了永磁体在交变磁场中受力和一旦与交变磁场磁极吸合即趋于稳定的特性，使装置的结构简化，维持状态稳定没有能耗。
文档编号H02K33/18GK102214980SQ201010137078
公开日2011年10月12日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者戴珊珊, 朱石柱 申请人:戴珊珊