专利名称：磁致驱动单元体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁致驱动变形装置，尤其涉及一种将平面信息通过磁致驱动变形 装置进行立体化的动态或静态展示的机构。
背景技术：
近些年来，计算机图形显示技术已经得到了非常完善的发展，能够实现平面的虚 拟数字信息的触觉化的技术对最终实现计算机数字信息的物理化、立体化实现将起到巨大 效用。对于实现这种技术，其关键是一种能够将计算机信息的电子化信号对应转化成一种 物理驱动动作的平面信息的立体化呈现机构或装置系统。该机构的关键是可以被计算机数 字化图形的单元化数字信号对应控制，而被高效率驱动对外做功，展示真实立体化图形的 对应机构(单元体)输出力和位移，而且该机构产生的输出力和输出位移可以根据计算机 图形的单元化数字信号的强弱、显示时序和频率进行相应控制。目前，人们对于这方面的研究已有较好进展，如2009年4月23日申请的中国专 利，申请号为200920021523. 9，其提出的一种磁致驱动单元以及采用该单元的驱动执行机 构，包括电磁线圈、外框架、内框架，电磁线圈置于外框架内并缠绕在内框架外侧，内框架上 下两侧设有弹性膜体，弹性膜体上粘接刚性模块，内框架与弹性膜体形成的腔室中设置方 向异形的永磁体。对于这样的一套机构，由于其核心的方向异性永磁体是一整块的永磁体，而永磁 体材料是一种硬脆性材料，想加工成根据实际需求的任意方向异形的形状很难，甚至不可 能。另外，由于永磁体材料的质量较大，如果这种机构按如阵列形式需要许多个个体组合到 一起使用时，那么整体阵列形装置的重量将很大，实际使用中将带来不便。最后，由于永磁 材料的磁导率低，所以方向异形永磁体组成的磁路的磁致驱动效率会有所降低。
发明内容
本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种磁致驱动单元体，该单元体中的 组合永磁单元容易加工成各种方向异形的外部形状，具有质量轻，磁路结构好的优点，特别 有利于大量的阵列形式的应用场合。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案其包括电磁线圈、外框架、内框架，电 磁线圈置于外框架内并缠绕在内框架外侧，内框架上下两侧设有弹性膜体，弹性膜体上粘 接刚性模块，内框架与弹性膜体形成的腔室中设置方向异形的组合永磁单元。磁致驱动单元体也可以采用另一种形式包括电磁线圈、外框架、内框架，电磁线 圈置于外框架内并缠绕在内框架外侧，内框架上下的其中一侧设有弹性膜体，另一侧固定 刚性挡板，弹性膜体上粘接刚性模块，内框架与弹性膜体、刚性挡板形成的腔室中设置方向 异形的组合永磁单元。本机构简单、驱动执行部件少，体积大小可变，不需要电机和齿轮传动等部件的高 效驱动执行机构。特别是，这种机构由于机构简单、体积微小、驱动方式直接，特别适用于被大量并行或串行连接而组成驱动执行集群或阵列。如果这种组成驱动执行阵列的每一个单 体驱动执行机构，简称磁致驱动单元体，都对应一个计算机显示图形的“图形点单元”，并且 该点单元的出现或不出现，出现后色泽的深和浅都可以被一个电子信号相应的产生或不产 生，以及该电子信号的强弱对应表示，那么该电子信号则可以与磁致驱动单元体直接联系， 从而将“图形点单元”的点图形表示信号对应于磁致驱动单元体的驱动行为信号，呈现“图 形点单元”所表征的相应的驱动输出位移和输出力。如此，将“图形点单元”阵列所形成的 计算机图形或符号或文字等平面信息，对应到一个磁致驱动单元体阵列，那么计算机图形 或符号或文字等平面信息可以被磁致驱动单元体阵列对应反应，最终将计算机平面信息立 体化展示。组合永磁单元包括永磁体、基体，永磁体置于基体内部。永磁体嵌入基体内；或通 过支架与中空的基体固接。基体为方向异形结构，基体在永磁体磁极轴线方向上长度最长。 基体通常为椭球形，基体长轴线方向的长度大于内框架的高度。永磁体为圆柱形或长方体形或棱体形或哑铃形或球体形或椭球体等，其形状不 定，只要是标准的易加工形状即可；基体为易实现机械加工的材料体，基体和支架可以由不 同材料体组配而成，以利于实际的磁路需求。通过包裹着永磁体的基体实施机械加工或注 塑成型，可以方便制成一种方向异形组合永磁单元，该组合永磁单元的外形在其所包裹的 永磁体磁极轴线方向长度为最长。永磁体、基体皆在垂直于磁极轴线方向上开有轴孔，轴孔上装配轴承，轴承中间穿 入旋转支撑棒，旋转支撑棒的两端置于固定在内框架上的滑槽中。根据电磁、永磁相互作用原理，当永磁体磁极方向与其外部电磁场不同时，足够的 电磁场作用将使永磁体偏转至电磁场方向一致的方向上。对于所述在其磁极轴线方向长度 为最长的方向异形的组合永磁单元，其磁极轴线方向即最大长度方向将随外部磁场的激励 而变化，最终排列在外部电磁场方向，那么从电磁场激励前永磁体的一个任意位置，到电磁 场激励后组合永磁单元长度方向排列到电磁场方向的位置，这种组合永磁单元在电磁场作 用前后其自身在电磁场方向上具有了尺寸差异，这种尺寸变化，可视为在电磁场方向上组 合永磁单元伸长膨胀了。本发明正是基于这种利用电磁激励而产生组合永磁单元的伸长膨 胀效果而提出驱动单元体，并实现电磁激励的伸长膨胀驱动效果。本磁致驱动单元体工作是可以通过如下方式实现初始时将组合永磁单元以其长 度方向与电磁线圈将产生电磁场方向垂直位置放置，电磁线圈通电产生电磁场，致使组合 永磁单元中永磁体向电磁场方向发生偏转，从而带动与永磁体相连接的基体一起转动。并 且组合永磁单元的偏转幅度随外加电磁强度增加而增加，直至组合永磁单元与刚性模块接 触，进而挤压，组合永磁单元磁极轴线方向的长度大于内框架的高度，而最终迫使弹性膜体 被拉伸，直至组合永磁单元长度方向位于电磁场方向，表现为驱动单元体最大程度的膨胀、 外扩。当电磁线圈产生磁场减弱直至消除，由于弹性膜体恢复力作用，组合永磁单元将被挤 压回初始位置。为使组合永磁单元更好地复位，可以在组合永磁单元与内框架、弹性膜体之间添 加润滑材料，也可以加相反的电信号。至此，驱动单元体的膨胀伸缩过程得以实现。另外，由于本发明的磁致驱动单元体结构简单，驱动方便，可以将磁致驱动单元体 (或依照其支撑基体结构)制成点、线、面、体(如平面阵列、圆柱阵列、六面体阵列、球面整列等)的阵列形式。与现有技术相比，本磁致驱动驱动单元体具有以下优点1.克服了永磁体不易加 工的缺点，所需永磁体可为最易加工的标准形状；2.容易针对基体材料或框架而制成各种 方向异形的组合永磁单元；3.所制成的组合永磁单元重量较轻。本发明的机构及其阵列可用于有对计算机数字化图形信息、符号等的立体化展 示、运动控制和驱动执行、动作和触觉远程传递、信息传媒等领域。
图1为实施侈
图2为实施侈
图3为实施侈
图4为实施侈
图5为实施侈
图6为实施侈
图7为实施侈
图8为实施侈
图9为实施侈
图10为实施
图11为实施
图12为实施
图13为实施
1磁致驱动单元体收缩状态示意图； 1磁致驱动单元体经电磁线圈的电磁激励后状态示意图； 2磁致驱动单元体收缩状态示意图； 2磁致驱动单元体经电磁线圈的电磁激励后状态示意图； 3磁致驱动单元体收缩状态示意图； 3磁致驱动单元体经电磁线圈的电磁激励后状态示意图； 4磁致驱动单元体收缩恢复状态示意图； 4磁致驱动单元体经电磁线圈的电磁激励后状态示意图； 5磁致驱动单元体收缩恢复状态示意图； 列5磁致驱动单元体经电磁线圈的电磁激励后状态示意图 列5磁致驱动单元内部俯视结构示意图； 列6磁致驱动单元体收缩恢复状态示意图； 列6磁致驱动单元体经电磁线圈的电磁激励后状态示意图,
具体实施例方式实施例1如图1、图2所示，磁致驱动单元体包括方向异形的组合永磁单元1、外框架2、电磁 线圈3、内框架4、上弹性膜体5、上刚性模块6、下弹性膜体7和下刚性模块8 ；其中内框架 2、外框架4固定不动，为圆柱形；电磁线圈3置于外框架2内侧并缠绕在内框架4外侧，组 合永磁单元1被自由放置于内框架4与上、下端面所覆盖的上弹性膜体5、下弹性膜体7所 形成的腔室中；另外，上弹性膜体5、下弹性膜体7上分别粘接有上刚性模块6和下刚性模 块8。其中，所述组合永磁单元1包括圆柱形的永磁体13、基体14，永磁体13嵌入基体 14内，组合永磁单元1为一个在其磁极轴线方向N-S方向长度为最长的椭球颗粒体。所述 上刚性模块6、下刚性模块8为一种有一定刚性的方形片体。初始时，将组合永磁单元1自由放置在磁致驱动单元腔体中，此时永磁体13处于 以其N-S极轴方向与电磁线圈3将产生电磁场方向垂直位置。电磁线圈3通电产生电磁场， 致使永磁体13向电磁场方向发生偏转，随电磁强度即偏转程度增加，组合永磁单元1与上 刚性模块6、下刚性模块8接触，进而挤压，由于组合永磁单元1磁极轴线方向的长度大于内 框架2的高度，而最终迫使上弹性膜体5、下弹性膜体7被拉伸，直至永磁体13的N-S极轴 长度方向位于电磁场方向，表现为磁致驱动单元体最大程度的外扩膨胀。当电磁线圈3产生磁场减弱直至消除，由于上弹性膜体5、下弹性膜体7恢复弹性力作用，组合永磁单元1将 被挤压回初始位置。至此，磁致驱动单元体上下双向或双面的膨胀伸缩驱动过程得以实现。实施例2如图3、图4所示，内框架4上侧设有上弹性膜体5，下侧固定刚性挡板9，其它同实 施例1。在电磁激励工作过程中，由于刚性挡板9的支撑作用，组合永磁单元1在旋转的同 时，还有一个整体向上抬升的动作过程，将组合永磁单元1在电磁场方向上的所有变形量 全部传递到上弹性膜5和上刚性模块6，而使磁致驱动单元体只呈现单向或单面的膨胀伸 缩动作。实施例3如图5、图6所示，基体14内部中空，永磁体13通过支架15与基体固接，其它同实 施例1。实施例4如图7、图8所示，基体14内部中空，永磁体13通过支架15与基体固接，永磁体 13呈哑铃形，其它同实施例2。实施例5如图9、图10、图11所示，包括组合永磁单元1、外框架2、电磁线圈3、内框架4、上 弹性膜体5、上刚性模块6、下弹性膜体7和下刚性模块8 ；其中内外框架2、4固定不动，电 磁线圈3置于外框架2内侧并缠绕在内框架4外侧，组合永磁单元1中心打孔装配一轴承 11，轴承11中间穿入一个旋转支撑棒10，旋转支撑棒棒10两端置于一个固定在内框架4上 的滑槽12中。此种情况下，组合永磁单元1和旋转支撑棒10置于内框架4与上、下端面所 覆盖的上弹性膜体5、下弹性膜体7所形成的腔室中；另外，上弹性膜体5、下弹性膜体7上 也分别粘接有上模块体片6和下模块体片8。初始时，将组合永磁单元1自由放置在磁致驱动单元腔体中，此时组合永磁单元1 处于以其N-S极轴方向与电磁线圈3将产生电磁场方向不一致的位置，电磁线圈3通电产 生电磁场，致使组合永磁单元1在轴承11的支撑下向电磁场方向发生偏转，随电磁强度即 偏转程度增加，组合永磁单元1与上刚性模块6、上刚性模块8接触，进而挤压，而最终迫使 上弹性膜体5、下弹性膜体7被拉伸，直至永磁体13的N-S极轴长度方向位于电磁场方向， 表现为磁致驱动单元最大程度的外扩膨胀。当电磁线圈3产生磁场减弱直至消除，由于上 弹性膜体5、下弹性膜体7恢复弹性力作用，组合永磁单元1将被挤压回初始位置。至此，磁 致驱动单元的膨胀伸缩驱动过程得以实现。实施例6如图12、图13所示，内框架4上侧设有上弹性膜体5，下侧固定刚性挡板9，永磁体 13呈椭球形，其它同实施例5。在电磁激励工作过程中，由于刚性挡板9的支撑作用，组合永磁单元1在旋转的同 时，还有一个将组合永磁单元1连同轴承11、旋转支撑轴10整体向上抬升的动作过程，在该 抬升过程中旋转支撑轴10沿滑槽12相对滑动；此时组合永磁单元1在电磁场方向上的所 有变形量将全部传递到上弹性膜体5和上刚性模块6，而使磁致驱动单元体只呈现单向或 单面的膨胀伸缩动作。
权利要求
1.一种磁致驱动单元体，其特征在于包括电磁线圈、外框架、内框架，电磁线圈置于外 框架内并缠绕在内框架外侧，内框架上下两侧设有弹性膜体，弹性膜体上粘接刚性模块，内 框架与弹性膜体形成的腔室中设置方向异形的组合永磁单元。
2.一种磁致驱动单元体，其特征在于包括电磁线圈、外框架、内框架，电磁线圈置于外 框架内并缠绕在内框架外侧，内框架上下的其中一侧设有弹性膜体，另一侧固定刚性挡板， 弹性膜体上粘接刚性模块，内框架与弹性膜体、刚性挡板形成的腔室中设置方向异形的组 合永磁单元。
3.根据权利要求1或2所述的磁致驱动单元体，其特征在于组合永磁单元包括永磁体、 基体，永磁体置于基体内部。
4.根据权利要求3所述的磁致驱动单元体，其特征在于永磁体嵌入基体内；或通过支 架与中空的基体固接。
5.根据权利要求4所述的磁致驱动单元体，其特征在于基体为方向异形结构，基体在 永磁体磁极轴线方向上长度最长。
6.根据权利要求5所述的磁致驱动单元体，其特征在于基体为椭球形，基体长轴线方 向的长度大于内框架的高度。
7.根据权利要求3所述的磁致驱动单元体，其特征在于永磁体、基体皆在垂直于磁极 轴线方向上开有轴孔，轴孔上装配轴承，轴承中间穿入旋转支撑棒，旋转支撑棒的两端置于 固定在内框架上的滑槽中。
8.根据权利要求4或5或6或7所述的磁致驱动单元体，其特征在于永磁体为圆柱形 或长方体形或棱体形或哑铃形或球体形或椭球体形。
9.根据权利要求1或2所述的磁致驱动单元体，其特征在于组合永磁单元与内框架、弹 性膜体之间添加润滑材料。
全文摘要
本发明涉及一种磁致驱动变形装置，尤其涉及一种将平面信息通过磁致驱动变形装置进行立体化的动态或静态展示的机构。本发明的磁致驱动单元体包括电磁线圈、外框架、内框架，电磁线圈置于外框架内并缠绕在内框架外侧，内框架上下两侧设有弹性膜体，弹性膜体上粘接刚性模块，内框架与弹性膜体形成的腔室中设置方向异形的组合永磁单元。本发明的机构及其阵列可用于有对计算机数字化图形信息、符号等的立体化展示、运动控制和驱动执行、动作和触觉远程传递、信息传媒等领域。
文档编号H04N13/04GK101996733SQ20091030565
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月14日 优先权日2009年8月14日
发明者李健, 杨锦堂 申请人:杨锦堂