[发明专利]一种非接触式双向角位移作动装置及其作动方法

权利要求书

1.一种非接触式双向角位移作动装置，其特征在于：包括底座(1)，安装在底座(1)上的底座支架，安装在作动器底座(1)上的左弹簧片(2-1)和右弹簧片(2-2)，左弹簧片(2-1)上安装有左永磁铁(6-1)，左夹具(5-1)将左永磁铁(6-1)和左弹簧片(2-1)固结在一起，左驱动装置两侧分别安装在底座(1)和左夹具(5-1)上的限位槽中，右弹簧片上安装有右永磁铁(6-2)，右夹具(5-2)将右永磁铁(6-2)和右弹簧片(2-2)固结在一起，右驱动装置两侧安装在底座(1)和右夹具(5-2)上的限位槽中，导电圆盘(7)与滚动轴承配合后安装在底座支架上，安装位置由定位凸台确定，锁紧装置(8)由底座支架上滑槽安装在导电圆盘(7)上方，并用垫圈(9)和螺母(10)将其固定；完成安装后，左永磁铁(6-1)和右永磁铁(6-2)处于导电圆盘(7)的下方边缘位置，通过给左驱动装置和右驱动装置施加同步的非对称锯齿波形电压，带动左永磁铁(6-1)和右永磁铁(6-2)的来回摆动，在楞次定律的影响下，导电圆盘(7)中的磁通量发生改变，使其边缘产生局部感应电动势和感应电涡流，并在安培力的作用下发生转动，并配合锁紧装置(8)，实现的角位移输出。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式双向角位移作动装置，其特征在于：所述左驱动装置和右驱动装置的结构相同，针对不同的应用场景，采用不同的驱动装置；为满足单步快速响应的技术要求，使用压电陶瓷和菱形环过盈配合作为左驱动装置和右驱动装置；为达到结构小型化的要求，则仅使用压电陶瓷作为左驱动装置和右驱动装置；为增大作动装置的单步行程并提高其负载能力，则采用音圈电机或者电机直驱作为左驱动装置和右驱动装置。

3.权利要求1或2所述的一种非接触式双向角位移作动装置的作动方法，其特征在于：初始状态时，作动装置中的左驱动装置和右驱动装置都处于断电状态，锁紧装置(8)在永磁铁的吸引下与导电圆盘(7)接触，提供锁紧力，同步向左驱动装置和右驱动装置施加相同非对称的锯齿波形电压，左永磁铁(6-1)和右永磁铁(6-2)的来回非对称摆动带动导电圆盘(7)转动，同时也使锁紧装置(8)与导电圆盘(7)的接触发生变化，实现角位移作动，当导电圆盘(7)逆时针角位移作动时，其工作步骤如下：

第一步，同时给左驱动装置和右驱动装置快速加电压至U1，两个驱动装置快速伸长，分别推动左弹簧片(2-1)和右弹簧片(2-2)向外侧弯曲，带动左永磁铁(6-1)和右永磁铁(6-2)向外侧快速摆动，两个永磁铁的快速摆动使得通过导电圆盘(7)的磁通量改变，进而在其边缘形成局部的电涡流，在楞次定律的影响下，磁场与电流的相对切割运动会对导电圆盘(7)产生一个沿永磁铁运动方向的安培力，使得导电圆盘(7)产生一定角度的逆时针转动；

第二步，同步使驱动装置和右驱动装置从U1缓慢降压至0V，两个驱动装置缓慢缩短至原长，由于弹性作用，左弹簧片(2-1)和右弹簧片(2-2)也缓慢恢复至初始位置，同样，在楞次定律的影响下此过程中也会产生与第一步反向的局部电涡流和沿永磁铁运动方向的安培力，使得导电圆盘(7)产生一定角度的顺时针转动，但是回弹过程中，永磁铁的回弹速度小于向外侧摆动速度，则回弹产生的安培力小于向外侧摆动产生的安培力，顺时针转动角度也小于逆时针转动角度，导电圆盘(7)呈速度减小的逆时针转动，当永磁铁回到初始位置时，会吸引锁紧装置(8)与导电圆盘(7)接触，使导电圆盘(7)快速锁止，进一步减小其顺时针转动角度；此时，左驱动装置和右驱动装置回到了初始位置，作动电压也回到了0V，导电圆盘(7)停止转动，整个作动装置完成了一个周期的作动输出，实现了导电圆盘(7)一定的逆时针角位移输出，重复上述作动过程，实现导电圆盘(7)逆时针运动的连续作动控制；

当导电圆盘(7)顺时针角位移作动时，其工作步骤如下：

第一步，同时给左驱动装置和右驱动装置缓慢加电压至U2，两个驱动装置缓慢伸长，分别推动左弹簧片(2-1)和右弹簧片(2-2)向外侧弯曲，带动左永磁铁(6-1)和右永磁铁(6-2)向外侧缓慢摆动，两个永磁铁的缓慢摆动使得通过导电圆盘(7)的磁通量改变，进而在其边缘形成局部的电涡流，在楞次定律的影响下，磁场与电流的相对切割运动会对导电圆盘(7)产生一个沿永磁铁运动方向的安培力，使得导电圆盘(7)产生一定较小角度的逆时针转动；

第二步，同步使左驱动装置和右驱动装置从U2快速降压至0V，两个驱动装置快速缩短至原长，由于弹性作用，左弹簧片(2-1)和右弹簧片(2-2)也迅速恢复至初始位置，同样，在楞次定律的影响下此过程中也会产生与第一步反向的局部电涡流和沿永磁铁运动方向的安培力，使得导电圆盘(7)产生一定较大角度的顺时针转动，另外，永磁铁回到初始位置时，会吸引锁紧装置(8)与导电圆盘(7)接触，实现位移锁止；

此时，左驱动装置和右驱动装置回到了初始位置，作动电压也回到了0V，整个作动装置完成了一个周期的作动输出，实现了导电圆盘(7)一定的顺时针角位移输出，重复上述作动过程，可以实现导电圆盘(7)顺时针运动的连续作动控制。