本实用新型涉及电磁电机技术领域，具体地，涉及一种杆式直线电机。
背景技术：
近些年来，电、磁致伸缩驱动技术发展迅速，产生了如巨磁致伸缩材料、电陶瓷以及磁致伸缩形状记忆合金等智能材料。这些智能材料具有能量密度大，输出功率高，伸缩形变精确等优点，因此基于这些智能材料可以研发高性能驱动器和直线电机。但是基于智能材料研制的直线电机，特别是对于尺蠖运动类直线电机，由于没有性能匹配的箝位机构，而使的智能材料的大输出应力性能不能够得到充分发挥，致使这类电机不能用于超大负载驱动、传动领域。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种杆式直线电机。
根据本实用新型提供的杆式直线电机，包含壳体、驱动箝位机构以及运动件；所述驱动箝位机构包含驱动机构与箝位机构，驱动机构为磁体材料，驱动机构嵌套安装在壳体中；
箝位机构与驱动机构相连，箝位机构能够在释放状态与锁合状态这两种状态之间转换：
所述释放状态下，运动件相对箝位机构能够在沿轴向两个方向的全部方向上运动；
所述锁合状态下，运动件相对箝位件位置被锁死，或者运动件仅能相对箝位机构在沿轴向两个方向上的其中一个方向上运动。
优选地，所述箝位机构包含箝位件与支撑环，箝位件沿长度方向的一端安装在支撑环上，另一端则能够与运动件接触或分离；
包含多个箝位件沿支撑环周向方向布置，所述支撑环为刚性件并紧固连接在驱动机构上；
所示箝位件包含开关永磁体与骨架板。
优选地，壳体中设置有多个驱动箝位机构；
在同一个驱动箝位机构中，多个箝位件呈圆形阵列布置，在沿支撑环轴向方向上，多个箝位件位于同一侧，在沿支撑环径向方向上，多个箝位件的N-S极的布置方向一致；
在沿支撑环轴向方向上箝位件位置相反的两个驱动箝位机构构成一个驱动箝位组。
优选地，壳体中设置有两个驱动箝位组，每个驱动箝位组上对应安装有一个运动件；或者，
壳体中设置有一个驱动箝位组，驱动箝位组中两个驱动箝位机构上均对应安装有一个运动件；
两个运动件之间设置有一连接件，所述连接件包含刚性框架与推拉弹性件，刚性框架与推拉弹性件共同围成的空间内设置有一转动磁铁。
优选地，所述支撑环的中心通孔的孔壁面上设置有横截面为梯形的梯形环槽，一个或多个所述箝位件安装在梯形环槽内；
箝位件包含第一磁球、第二磁球以及限向弹性件，第一磁球、第二磁球分别与限向弹性件沿轴向的两端相连；或者，
箝位件包含第一卡球、第二卡球以及限向永磁体；第一卡球、限向永磁体、第二卡球依次布置；或者，
箝位件包含拉引电磁铁、拉引永磁体以及啮合头，拉引永磁体与啮合头紧固连接，运动件上设置有啮合齿条，啮合头与啮合齿条相匹配。
优选地，所述限向弹性件的轴向中部通过设置的一根过渡杆紧固连接在支撑环上；
包含两个驱动箝位机构沿外壳轴向方向相对布置，同一个驱动箝位机构上的第一磁球与第二磁球的磁极方向相同；不同两个驱动箝位机构上的第一磁球与第二磁球的磁极方向相反。
优选地，沿运动件轴向方向，支撑环形成依次连接的呈S形布置的第一环段、第二环段、第三环段；
第一环段与第三环段上设置有所述梯形环槽与箝位件；第二环段通过设置的环形卡块与外壳轴向相对固定。
优选地，还包含套筒，所述套筒紧固安装在外壳内部，所述运动件滑动安装在套筒的中心通孔中；
包含两个驱动箝位机构沿外壳轴向方向相对布置，两个驱动箝位机构的驱动机构均为磁体；
套筒沿轴向方向两端的端面上分别引出推拉弹性件后分别与两个所述驱动机构相连。
优选地，外壳上设置有控制电磁铁；
所述运动件为磁体；或者，
所述运动件中嵌入安装有一个或多个第一永磁体；运动件横截面上，设置有多个径向开槽，第一永磁体安装在运动件在相邻两个径向开槽之间的实体部分中。
优选地，所述支撑环和/或套筒上设置有锁位电磁铁。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
1、本实用新型结构简单，组成部件少，通过外部磁场实现控制箝位机构进行释放或锁合的同时，运动件的动作时间与动作方向均能得到有效的控制，适用不同的驱动场合。
2、本实用新型结构基础上进一步改进能够通过电磁信号控制，使得箝位机构与运动件的控制灵敏、方便，省略了复杂的需要直接接触的实体驱动结构与传动结构。
3、本实用新型通过驱动箝位机构与套筒的设置，使得运动件具有良好的导向性能，且动作方向稳定，进而能够应用于超大负载驱动、传动领域。
4、本实用新型工作过程中能耗低，能够有效节省使用成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为箝位机构正视图；
图2为箝位机构左视图；
图3为两个箝位机构相对设置左视图；
图4为实施例1中的箝位件结构示意图；
图5为实施例5中的箝位件结构示意图；
图6为驱动箝位机构正视图；
图7为驱动箝位组中一个单元的锁合状态左视图；
图8为驱动箝位组中一个单元的释放状态左视图；
图9为驱动箝位组中另一个单元的锁合状态左视图；
图10为驱动箝位组中另一个单元的释放状态左视图；
图11为实施例6中施加一个方向的外部磁场后结构示意图；
图12为实施例6中施加另一个方向的外部磁场后结构示意图；
图13为实施例2中施加一个方向的外部磁场后结构示意图；
图14为实施例2中施加另一个方向的外部磁场后结构示意图；
图15为实施例3中运动件沿两个方向运动时结构示意图；
图16为实施例3中运动件不能运动时结构示意图；
图17为实施例7中运动件沿一个方向运动时结构示意图；
图18为实施例7中运动件沿另一个方向运动时结构示意图；
图19为实施例8中运动件沿一个方向运动时结构示意图；
图20为实施例8中运动件沿另一个方向运动时结构示意图；
图21为实施例4中本实用新型结构示意图；
图22为实施例9中运动件沿一个方向运动时结构示意图；
图23为实施例9中运动件沿另一个方向运动时结构示意图；
图24为实施例12中运动件沿一个方向运动时结构示意图；
图25为实施例12中运动件沿另一个方向运动时结构示意图；
图26为实施例11中限向永磁体为球形结构时结构示意图；
图27为实施例11中限向永磁体为椭球结构时结构示意图；
图28为实施例13中本实用新型结构示意图；
图29为实施例15中运动件结构示意图；
图30为实施例9中设置过渡杆后的结构示意图；
图31为实施例16中支撑环上设置有电磁铁的结构示意图；
图32为实施例16中支撑环与套筒上同时设置有电磁铁的结构示意图；图33为本实用新型电磁结构的不同安装位置与不同安装方式示意图。图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
基本实施例：
本实用新型提供的杆式直线电机包含壳体、驱动箝位机构100以及运动件200。所述驱动箝位机构100包含驱动机构110与箝位机构120，驱动机构110为磁体材料，驱动机构110嵌套安装在壳体中。箝位机构120与驱动机构110相连，箝位机构120能够在释放状态与锁合状态这两种状态之间转换：所述释放状态下，运动件200相对箝位机构120能够在沿轴向两个方向的全部方向上运动；所述锁合状态下，运动件200相对箝位件130位置被锁死，或者运动件200仅能相对箝位机构120在沿轴向两个方向上的其中一个方向上运动。
下面对基本实施例的各个优选例进行具体说明。
实施例1：
如图6至图10所示，所述箝位机构120包含箝位件130与支撑环140，箝位件130沿长度方向的一端安装在支撑环140上，另一端则能够与运动件200接触或分离。包含多个箝位件130沿支撑环140周向方向布置，所述支撑环140为刚性件并紧固连接在驱动机构110上，便于对箝位件130进行稳定支撑。如图4所示，所示箝位件130包含开关永磁体131与骨架板132，开关永磁体131的N-S磁场线方向沿骨架板132长度延伸方向。在外部磁场的控制下，箝位件130被吸引或排斥，进而完成箝位机构120在释放状态与锁合状态这两种状态之间的转换，如图8、图10所示，释放状态下，所述箝位件130的另一端与运动件200相互分离；如图7、图9所示，所述锁合状态下，所述箝位件130的另一端与运动件200相互接触。
实施例2：
本实施例提供的杆式直线电机包含了实施例1提供的箝位机构120。壳体中设置有多个驱动箝位机构100。对于同一个驱动箝位机构100，上面的多个箝位件130呈圆形阵列布置，在沿支撑环140轴向方向上，多个箝位件130位于同一侧，在沿支撑环140径向方向上，多个箝位件130的N-S极的布置方向也一致；在沿支撑环140轴向方向上箝位件130位置相反的两个驱动箝位机构100构成一个驱动箝位组，一个驱动箝位组中的两个驱动箝位机构100分别定义为第一单元、第二单元。实施例中，如图13、图14所示，在沿支撑环140径向方向上，第一单元的箝位件130与第二单元的箝位件130的N-S极的布置方向相同，在外部磁场作用下，第一单元的箝位机构120与第二单元的箝位机构120中，总有一个处于释放状态，另一个处于锁合状态，运动件200总是只能沿轴向两个方向中的其中一个方向运动。
实施例3：
本实施例提供的杆式直线电机包含了实施例2提供的驱动箝位组。如图15、图16所示，壳体中设置有两个驱动箝位组，每个驱动箝位组上对应安装有一个运动件200，两个运动件200之间设置有一连接件300，所述连接件300包含刚性框架301与推拉弹性件310，刚性框架301与推拉弹性件310共同围成的空间内设置有一转动磁铁302。转动磁铁302为非圆形结构，在变化的外部磁场的作用下能够发生周向转动，并影响两个运动件200在轴向方向上的运动，优选地，所述转动磁铁302为椭圆形结构。两个运动件200上分别紧固连接有一组刚性框架301，两组刚性框架301之间又通过推拉弹性件310连接。在沿支撑环140径向方向上，两个驱动箝位组的箝位件130的N-S极布置方向相反。如图15所示，外部磁场左侧为N极，右侧为S极时，转动磁铁302在外部磁场的作用下发生转动，拉伸推拉弹性件310，并朝外推动两个运动件200；由于左侧的驱动箝位组仅限制对应运动件200向右的移动，右侧的驱动箝位组仅限制对应运动件200向左的移动，因此，两个运动件200均能够被向外顶出。如图16所示，外部磁场左侧为S极，右侧为N极时，转动磁铁302依然发生转动并朝外推动两个运动件200，但是由于左侧的驱动箝位组限制了对应运动件200向左的移动，右侧的驱动箝位组限制了对应运动件200向右的移动，因而两个运动件200均无法被顶出。
实施例4：
本实施例提供的杆式直线电机包含了实施例2提供的驱动箝位组。如图21所示，还包含套筒210，所述套筒210紧固安装在外壳内部，所述运动件200滑动安装在套筒210的中心通孔中。外壳中仅设置有一个驱动箝位组与一个运动件200，所述第一单元、第二单元分别与运动件200沿轴向的两端相连。套筒210沿轴向方向两端的端面上分别引出推拉弹性件310后分别与第一单元的驱动机构110、第二单元的驱动机构110相连。
所述驱动机构110为磁体，在外部磁场的作用下，驱动机构110会沿左右方向运动。当箝位机构120处于锁合状态，且箝位机构120对运动件200的锁定方向包含箝位机构120相对运动件200产生运动趋势的方向时，箝位机构120与运动件200相对固定，驱动机构110带动运动件200运动；当箝位机构120处于释放状态，或者箝位机构120对运动件200的锁定方向与箝位机构120相对运动件200产生运动趋势的方向相反时，箝位机构120与运动件200之间能够相对滑动。该结构使得运动件200在轴向上单向可控方向。
实施例5：
本实施例为针对实施例2提供结构的变形，如图5所示，开关永磁体131的N-S磁场线方向是沿骨架板132厚度延伸方向的。
实施例6：
本实施例为针对实施例2提供结构的变形，如图11、图12所示，在沿支撑环140径向方向上，第一单元的箝位件130与第二单元的箝位件130的N-S极的布置方向相反，在外部磁场作用下，第一单元的箝位机构120与第二单元的箝位机构120同时处于释放状态或者同时处于锁合状态，运动件200要么在轴向方向上被双向锁死，要么能够在轴向两个方向上自由活动。
实施例7：
本实施例为针对实施例3提供结构的变形，如图17、图18所示，在沿支撑环140径向方向上，两个驱动箝位组的箝位件130的N-S极布置方向相同，这样在同一时刻，总共两个运动件200中的总是只有其中一个运动件200能够被向外顶出。
实施例8：
本实施例为针对实施例3提供结构的变形，如图19、图20所示，壳体中仅设置有一个驱动箝位组，其中第一单元、第二单元分别对应一个运动件200，这样在同一时刻，总共两个运动件200中的总是只有其中一个运动件200能够被向外顶出。
实施例9：
本实施例为针对实施例4提供结构的变形。如图22、图23所示，所述支撑环140的中心通孔的孔壁面上设置有横截面为梯形的梯形环槽141，梯形环槽141的槽口宽度大于槽底面宽度，一个或多个所述箝位件130安装在梯形环槽141内。箝位件130包含第一磁球151、第二磁球152以及限向弹性件153，第一磁球151、第二磁球152分别与限向弹性件153沿轴向的两端相连。第一磁球151与第二磁球152的N-S极方向相同，在外部磁场的作用下，箝位件130会卡在梯形环槽141的一个斜向槽壁面上，从而限制运动件200在轴向两个方向中其中一个方向上的运动，当外部磁场撤去后，N-S极方向相同的第一磁球151与第二磁球152相互吸引，限向弹性件153被压缩，箝位件130解除对运动件200的限制。此外，限向弹性件153的设置，还能够防止第一磁球151与第二磁球152的磁极发生翻转。优选地，如图30所示，所述限向弹性件153的轴向中部通过一根过渡杆154紧固连接在支撑环140上，此外，在左侧支撑环140上的两个磁球，与右侧支撑环140上的两个磁球相比，N-S极方向相反。外部磁场为交变电流控制的电磁场时，外部磁场的方向每变化一次，运动件200均能产生向左一次运动，因而在交变电流的一个周期内，运动件200能够走两步。
实施例10：
本实施例为针对实施例9提供结构的变形。如图24、图25所示，所述箝位件130包含第一卡球161、第二卡球162以及限向永磁体163；第一卡球161、限向永磁体163、第二卡球162依次布置，第一卡球161与第二卡球162非磁性件，只是起到箝位作用；限向永磁体163为方块形结构，限向永磁体163则在外部磁场的作用下，将第一卡球161或第二卡球162推至对应的斜向槽壁面上，起到箝位作用。
实施例11：
本实施例为针对实施例10提供结构的变形，如图26、图27所示，所述限向永磁体163为球形结构或者椭球结构。
实施例12：
本实施例提供的杆式直线电机包含了实施例10提供的箝位件130，但对支撑环140的结构进行了变形。如图24、图25所示，所述支撑环140在长度延伸方向上呈S形，进而使得支撑环140自身便能具有一定的弹性，沿运动件200轴向方向，支撑环140分成了左中右三段，分别依次记为第一环段221、第二环段222、第三环段223。第一环段221与第三环段223上设置了梯形环槽141与箝位件130，而在第二环段222上设置有环形卡块320，用于将支撑环140的中间一段与外壳进行轴向固定。
实施例13：
本实施例为针对实施例12提供结构的变形。如图28所示，第三环段223的箝位件130包含拉引电磁铁171、拉引永磁体172以及啮合头173，拉引永磁体172与啮合头173紧固连接，运动件200上设置有啮合齿条240。通过拉引电磁铁171吸引或释放拉引永磁体172与啮合头173的组合，使得啮合头173离开或接触啮合齿条240，完成对运动件200的释放或锁合。
实施例14：
本实施例包含实施例1至实施例13中任一项的结构，外壳上设置有控制电磁铁400，所述外部磁场便由所述控制电磁铁400提供。所述运动件200的横截面形状为圆形、环形、弧形或者多边形等形状。
实施例15：
本实施例为针对实施例14提供结构的变形。如图29所示，运动件200中嵌入安装有一个或多个第一永磁体230；运动件200横截面上，设置有多个径向开槽，第一永磁体230安装在运动件200在相邻两个径向开槽之间的实体部分中。外部磁场与第一永磁体230之间还可以存在周向方向的作用力，进而使得运动件200能够周向转动，外部磁场每次变化时，运动件200产生小角度的转动，随着小角度转动的累积，运动件200便能够实现不断旋转。
实施例16：
本实施例为针对实施例9提供结构的变形。如图31、图32所示，所述运动件200为磁体，或者运动件200中安装有磁体；外部磁场直接作用在运动件200上并驱动运动件200进行动作，而箝位件130则由单独的磁场进行控制，该单独的磁场可以是由安装在支撑环140和/或套筒210上的锁位电磁铁450产生。本实用新型中电磁铁结构的不同安装位置与不同安装方式如图33所示。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。