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申请/专利权人：南京伶机宜动驱动技术有限公司

摘要：本发明提供了一种摆动式长行程运动装置和多维电机及其驱动方法，包括：可控单向止动器1、传动体2、施力装置3。本发明是一种往复驱动小体积、长行程、大推力直线电机，其是可实现将在与运动方向垂直或呈一定角度方向往复小位移驱动位移或力能量转化为运动方向长行程或无限长行程驱动的直线电机或运动系统。本发明可以实现在装置体积尤其是在与运动方向垂直的方向微小，但可形成在运动方向无限长行程即小体积大行程、大驱动力的驱动系统。本发明充分利用了易于实现的高频小位移来用于实现快速长行程运动，可应用作为高频超声驱动长程直线电机。

主权项：1.一种摆动式长行程运动装置，其特征在于，包括：可控单向止动器1、传动体2、施力装置3；传动体2上设置有一个或多个可控单向止动器1；在传动体2位于可控单向止动器1内部的部分的传动前进方向上，可控单向止动器1能够仅单向释放传动体2和或双向释放传动体2；在施力装置3的施力下，传动体2位于可控单向止动器1外部的部分发生弹性形变或者发生可控单向止动器1的释放方向的传动位移变化；其中，所述施力装置3的施力方向与传动体2的所述传动前进方向之间具有夹角；该夹角大于零度小于等于180度。

全文数据：摆动式长行程运动装置和多维电机及其驱动方法技术领域本发明涉及驱动装置领域，具体地，涉及摆动式长行程运动装置和多维电机及其驱动方法，尤其是一种将在与运动方向垂直或呈一定角度方向往复小位移驱动位移或力能量转化为运动方向长行程或无限长行程驱动的直线电机或运动系统。背景技术在驱动装置领域，智能材料是实现驱动的一种方案。智能材料的特性决定了存在着智能材料的较小位移时能够产生较大输出力，且智能材料的较大位移时只能产生较小输出力的特点。目前在传统的驱动方案中，由于智能材料的上述特性导致了智能材料位移大小与输出力大小之间的矛盾。发明内容针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种摆动式长行程运动装置和多维电机及其驱动方法。根据本发明提供的一种摆动式长行程运动装置，包括：可控单向止动器、传动体、施力装置；传动体上设置有一个或多个可控单向止动器；在传动体位于可控单向止动器内部的部分的传动前进方向上，可控单向止动器能够仅单向释放传动体和或双向释放传动体；在施力装置的施力下，传动体位于可控单向止动器外部的部分发生弹性形变或者发生可控单向止动器的释放方向的传动位移变化；其中，所述施力装置的施力方向与传动体的所述传动前进方向之间具有夹角。优选地，所述施力装置的施力沿传动体的弹性形变部分的切向分量，能够驱动传动体沿可控单向止动器单向释放的方向运动，或者被可控单向止动器单向锁死而抵消。优选地，传动体发生弹性形变的部分位于在传动体延伸方向上相邻两个可控单向止动器之间。优选地，还包括固定框架，其中：可控单向止动器相对于固定框架是自由的，传动体固定于固定框架上；或者可控单向止动器固定于固定框架上，传动体相对于固定框架是自由的。优选地，施力装置包括机械力驱动机构、磁力驱动机构、静电力驱动机构、热力驱动机构、液流驱动机构或者气流驱动机构；传动体为条状或环状结构。优选地，可控单向止动器在传动体沿传动前进方向运动的过程中，以摩擦力和或磁力方式对传动体提供阻力以实现半释放功能。优选地，施力装置包括：电磁体、摆动永磁体；摆动永磁体上设置有限位机构；传动体从两个限位机构之间穿过；在电磁体的驱动下，摆动永磁体绕转轴摆动，从而驱使传动体发生弹性形变。优选地，在沿传动体的方向上，多个可控单向止动器的单向锁死方向一致；所述摆动式长行程运动装置包括永磁限位机构；永磁限位机构具有阻尼通道，该阻尼通道在垂直于传动体延伸方向的方向上提供阻尼。根据本发明提供的一种多维电机，包括多套上述的摆动式长行程运动装置，其中，多套摆动式长行程运动装置进行不同方向上的组合叠加，形成能够实现多个不同方向上传动前进的平面电机或者立体电机；平面电机或者立体电机，形成平动方式、转动方式或者平转动结合方式的输出。根据本发明提供的一种上述的摆动式长行程运动装置的驱动方法，将施力装置在第一方向上向传动体施加的往复位移驱动能量，转化为驱动传动体沿第二方向运动的累加的驱动能量；其中，第一方向与第二方向之间具有夹角。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、本发明是一种往复驱动小体积、长行程、大推力直线电机，其是可实现将在与运动方向垂直或呈一定角度方向往复小位移驱动位移或力能量转化为运动方向长行程或无限长行程驱动的直线电机或运动系统。2、本发明可以实现在装置体积尤其是在与运动方向垂直的方向微小，但可形成在运动方向无限长行程即小体积大行程、大驱动力的驱动系统。3、本发明充分利用了易于实现的高频小位移来用于实现快速长行程运动，可应用作为高频超声驱动长程直线电机。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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本发明第一实施例的结构及工作原理示意图。图2为本发明第二实施例的结构及工作原理示意图。图3为本发明第三实施例的结构及工作原理示意图。图4为本发明第四实施例的结构及工作原理示意图。图5、图6为本发明第五实施例的结构及工作原理示意图。图中示出：可控单向止动器1运动接触体101通道102施力磁体103传动体2传动体位于可控单向止动器内部的部分201传动体位于可控单向止动器外部的部分202施力装置3滑环301C形电磁铁302电磁体4摆动永磁体5限位机构6转轴7永磁限位机构8具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。基本实施例根据本发明提供的一种摆动式长行程运动装置，包括：可控单向止动器1、传动体2、施力装置3；传动体2上设置有一个或多个可控单向止动器1；在传动体2位于可控单向止动器1内部的部分的延伸方向上，可控单向止动器1能够仅单向释放传动体2和或双向释放传动体2；在施力装置3的施力下，传动体2位于可控单向止动器1外部的部分发生弹性形变或者发生可控单向止动器1的释放方向的传动位移变化；其中，所述施力装置3的施力方向与传动体2位于可控单向止动器1内部的部分的传动前进方向之间具有夹角，该夹角大于零度小于等于180度，优选为90度。本发明还提供一种所述的摆动式长行程运动装置的控制方法，其将施力装置3在第一方向上向传动体2施加的往复位移驱动能量，转化为驱动传动体2沿第二方向运动的累加的驱动能量；其中，第一方向与第二方向之间具有夹角。可控单向止动器1通过手动或电控实现单向运动锁死或释放功能，并且锁死功能与施力装置3的施力同频反相，以图1为例，可控单向止动器1的锁死与释放功能实现了合开状态，施力装置3对于传动体2往复施加进给力和回退力实现了进退状态，其中，所述同频是指，合开状态之间的切换与进退状态之间的切换的频率相同可以同时刻或不同时刻发生切换，所述反相是指，可控单向止动器1处于合状态时施力装置3处于退状态，可控单向止动器1处于开状态时施力装置3处于进状态。例如可控单向止动器1可以采用箝位机构、锁死机构，本领域技术人员可以参见专利文献CN106058598A实现所述可控单向止动器1，在此不予赘述。传动体2在外力作用下可发生弯曲或弹性变形，或运动方向的进给。施力装置3通过接触或非接触方式将能量变形和力，或者力施加到传动体2；施加往复力的方向为与传动前进方向为大于0度且小于180度的角度范围。作为优选例，可控单向止动器1不但可以实现释放以及锁死功能，还用于实现处于释放与锁死功能之间的半锁死功能。具体地，在传动体2沿传动前进方向发生位移时，可控单向止动器1对传动体2提供一定的阻尼，这样的阻尼过小不能够阻止传动体2继续运动，即不能够锁死传动体2，并且这样的阻尼能够使得传动体2相对于在释放状态下不能顺畅的运动。更为具体地，可控单向止动器1包括两个通道102，每个通道102内设置有各自的运动接触体101；其中一个通道102中运动接触体101实现单向释放功能，另一个通道102中运动接触体101实现半释放功能，或也可称为半锁死功能。其中，在半锁死状态下，通过对运动接触体101被吸程序的调控，运动接触体101对传动体2接触夹紧，从而可控单向止动器1向传动体2提供了摩擦阻力，从而可以调节传动体2单次位移的速度或者距离。传动体2可以是线材、板材、带材或者圆板片。施力装置3包括机械力驱动机构、磁力驱动机构、静电力驱动机构、热力驱动机构、液流驱动机构或者气流驱动机构，还可以通过磁致伸缩、压电、形状记忆合金、液动、气动、热涨辐射、振动或弹性波导的方式实现。下面对所述基本实施例的优选例进行说明。即第一实施例、第二实施例、第三实施例、第四实施例、第五实施例均为基本实施例的优选例。第一实施例如图1所示，F表示施力装置3的施力，Fs表示F沿传动体2的弹性形变部分的切向分量，Fn表示F沿传动体2的弹性形变部分的法向分量。所述施力装置3的施力沿传动体2的弹性形变部分的切向分量Fs，能够驱动传动体2沿可控单向止动器1单向释放的方向运动，或者被可控单向止动器1单向锁死而抵消。其中优选地，可控单向止动器1的施力磁体103可拆卸连接，通过自动或手动的拔插能够吸引运动接触体101移动至通道102的窄端。具体地，在图1中，传动体2为条状结构，可控单向止动器1对纸面向右方向锁死，对纸面向左方向释放，从而形成单向释放。图1中的上图与下图示出的Fs均相对指向纸面向右方向，因此被抵消而不能引起传动体2在纸面向右方向移动，图1中的中图示出的Fs相对指向纸面向左方向，因此能够驱动传动体2运动，产生运动距离Δs。因此，通过F的反复驱动，能够使得传动体2累积形成长行程的运动。图1中的虚线表示传动体2弹性变形后的形状。当施力F驱使传动体2远离平衡位置时，施力F的分力Fs与传动体2的传动前进方向之间构成反向作用；当施力F驱使传动体2靠近平衡位置时，施力F的分力Fs与传动体2的传动前进方向之间构成正向作用；其中，图1中以实现表示的传动体处于平衡位置，图1的上图中的施力F驱使传动体2远离平衡位置，图1的中图中的施力F驱使传动体2靠近平衡位置，图1的下图中的施力F驱使传动体2远离平衡位置。第二实施例如图2所示，示出了两个可控单向止动器1，传动体2发生弹性形变的部分位于在传动体2延伸方向上相邻两个可控单向止动器1之间。施力装置3包括滑环301、C形电磁铁302；传动体2穿在滑环301中，在C形电磁铁302的驱动下，滑环301沿纸面上下方向运动，从而驱动传动体2发生形变，进而实现产生运动距离Δs。进一步地，所述摆动式长行程运动装置包括永磁限位机构8；永磁限位机构8具有阻尼通道，该阻尼通道在垂直于传动体2延伸方向的方向上提供阻尼，从而防止传动体2发生跳动，实现稳定的运动。在一个优选例中，施力装置3包括框架，滑环301与框架之间间隙配合，从而传动体2在沿传动前进方向运动时能够会带动滑环301也向传动前进方向运动，此时，由于永磁体或电磁体的框架对滑环301的磁吸引力，以及C形电磁铁302对滑环301的磁吸引力，滑环301能够被吸回至如图2所示的初始位置，其中，C形电磁铁302为能量输出装置，以驱动框架在纸面上下方向上往复运动。在另一个优选例中，可以通过C形电磁铁302所形成的限位槽使得紧固连接的框架与滑环301处于初始位置，其中，滑环301可以为直线轴承，该直线轴承的外壁紧固连接在框架中，直线轴承的内壁允许传动体2通过；滑环301还可以是自润滑机构。第三实施例如图3所示，传动体2为环状结构。传动体2穿在一个或者多个可控单向止动器1中。所述摆动式长行程运动装置还包括固定框架，其中：可控单向止动器1固定于固定框架上，传动体2相对于固定框架是自由的。施力装置3施加的在方向相互垂直的力Fx、Fy、Fz中，任一个方向的力施加均可实现传动体2的转动。在沿传动体2的传动前进方向上，即传动体2的转动方向上，多个可控单向止动器1的单向锁死方向一致。其中，Fx方向上的施力驱使传动体2由圆环形变为椭圆形，即压扁或者拉扁传动体2，传动体2为恢复原状而发生转动。Fy方向上的施力与图1示出实施例中的施力F同理，从而传动体2能够发生转动。Fz方向上的施力沿切向上的分力，能够直接驱动传动体2发生转动。第四实施例如图4所示，传动体2为环状结构。传动体2穿在多个可控单向止动器1中。所述摆动式长行程运动装置还包括固定框架，其中：可控单向止动器1相对于固定框架是自由的，传动体2固定于固定框架上。在沿传动体2的传动前进方向上，即传动体2的转动方向上，多个可控单向止动器1的单向锁死方向一致。第五实施例图5、图6示出施力装置3的优选例，具体地，施力装置3包括：电磁体4、摆动永磁体5；摆动永磁体5上设置有限位机构6；传动体2从两个限位机构6之间穿过；在电磁体4的驱动下，摆动永磁体5绕转轴7摆动，从而驱使传动体2发生弹性形变。图5中的虚线表示摆动永磁体5位置的变化。第六实施例第六实施例提供了一种平面电机或者立体电机。具体地，图1、图3均示出了一套传动体2与可控单向止动器1的组合。其中，每一套这样的组合都可以实现一个方向上的传动前进，因此，当两套这样的组合在不同方向上叠加后，能够实现两个方向上的传动前进，进而实现平面电机；当三套这样的组合在不同方向上叠加后，能够实现三个方向上的传动前景，进而实现平面电机。例如，当两套或三套图1中示出的组合叠加后，可以实现平动方式的输出，当两套或三套图3中示出的组合叠加后，可以实现转动方式的输出，当两套或三套图1和图3中示出的组合叠加后，可以实现平转动结合方式的输出。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。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。

权利要求：1.一种摆动式长行程运动装置，其特征在于，包括：可控单向止动器1、传动体2、施力装置3；传动体2上设置有一个或多个可控单向止动器1；在传动体2位于可控单向止动器1内部的部分的传动前进方向上，可控单向止动器1能够仅单向释放传动体2和或双向释放传动体2；在施力装置3的施力下，传动体2位于可控单向止动器1外部的部分发生弹性形变或者发生可控单向止动器1的释放方向的传动位移变化；其中，所述施力装置3的施力方向与传动体2的所述传动前进方向之间具有夹角。2.根据权利要求1所述的摆动式长行程运动装置，其特征在于，所述施力装置3的施力沿传动体2的弹性形变部分的切向分量，能够驱动传动体2沿可控单向止动器1单向释放的方向运动，或者被可控单向止动器1单向锁死而抵消。3.根据权利要求1所述的摆动式长行程运动装置，其特征在于，传动体2发生弹性形变的部分位于在传动体2延伸方向上相邻两个可控单向止动器1之间。4.根据权利要求1所述的摆动式长行程运动装置，其特征在于，还包括固定框架，其中：可控单向止动器1相对于固定框架是自由的，传动体2固定于固定框架上；或者可控单向止动器1固定于固定框架上，传动体2相对于固定框架是自由的。5.根据权利要求1所述的摆动式长行程运动装置，其特征在于，施力装置3包括机械力驱动机构、磁力驱动机构、静电力驱动机构、热力驱动机构、液流驱动机构或者气流驱动机构；传动体2为条状或环状结构。6.根据权利要求1所述的摆动式长行程运动装置，其特征在于，可控单向止动器1在传动体2沿传动前进方向运动的过程中，以摩擦力和或磁力方式对传动体2提供阻力以实现半释放功能。7.根据权利要求1所述的摆动式长行程运动装置，其特征在于，施力装置3包括：电磁体4、摆动永磁体5；摆动永磁体5上设置有限位机构6；传动体2从两个限位机构6之间穿过；在电磁体4的驱动下，摆动永磁体5绕转轴7摆动，从而驱使传动体2发生弹性形变。8.根据权利要求1所述的摆动式长行程运动装置，其特征在于，在沿传动体2的方向上，多个可控单向止动器1的单向锁死方向一致；所述摆动式长行程运动装置包括永磁限位机构8；永磁限位机构8具有阻尼通道，该阻尼通道在垂直于传动体2延伸方向的方向上提供阻尼。9.一种多维电机，其特征在于，包括多套权利要求1至8中任一项所述的摆动式长行程运动装置，其中，多套摆动式长行程运动装置进行不同方向上的组合叠加，形成能够实现多个不同方向上传动前进的平面电机或者立体电机；平面电机或者立体电机，形成平动方式、转动方式或者平转动结合方式的输出。10.一种权利要求1所述的摆动式长行程运动装置的驱动方法，其特征在于，将施力装置3在第一方向上向传动体2施加的往复位移驱动能量，转化为驱动传动体2沿第二方向运动的累加的驱动能量；其中，第一方向与第二方向之间具有夹角。

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