一種采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器的制造方法
【專利說明】
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種位移驅(qū)動器，具體涉及一種采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，其能將旋轉(zhuǎn)電機(jī)的角位移轉(zhuǎn)化為微米級的直線微位移，屬于高精度定位設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]【【背景技術(shù)】】
智能材料，如壓電陶瓷和磁致伸縮材料，能實(shí)現(xiàn)微米級定位。壓電陶瓷施加電壓后，通過壓電正向效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)微位移定位，通過位移放大機(jī)構(gòu)或者疊裝方式實(shí)現(xiàn)較大定位行程。壓電陶瓷不足之處是材料本身比較脆，切向承受負(fù)載力有限。區(qū)別于壓電陶瓷，磁致伸縮材料通過施加磁場，利用磁致效應(yīng)實(shí)現(xiàn)微位移定位。常用的磁致伸縮材料有Terfenol_D和鐵鎵合金Galfenol，其中，鐵鎵合金Galfenol磁致伸縮材料堅(jiān)固，能承受較大的不同方向的負(fù)載力，而且壓力退火類型的Galfenol可以在無預(yù)壓力情況下正常工作。
[0003]專利(申請?zhí)?00610150582.7，授權(quán)公告號CN101166005)利用磁致伸縮材料結(jié)合微位移放大機(jī)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)電流實(shí)現(xiàn)微位移可調(diào)驅(qū)動器。專利(申請?zhí)?00710125011.2，公開號CN101188874)采用永磁體為磁致伸縮材料提供勵磁磁場。通過線圈電流改變磁致伸縮材料內(nèi)磁場，實(shí)現(xiàn)微小位移驅(qū)動。專利(申請?zhí)?00410090867.7，公開號CN1619938)利用線圈驅(qū)動磁致伸縮材料作為行程方向驅(qū)動，利用壓電陶瓷做箍位，實(shí)現(xiàn)長距離高精度定位。專利(申請?zhí)?00510056369.5，公開號:CN1670977)將施加靜態(tài)偏置磁場永磁體放置在外殼上，線圈及磁致伸縮材料放置在內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)微位移驅(qū)動。
[0004]目前，磁致伸縮驅(qū)動器利用磁致伸縮驅(qū)動器正向效應(yīng)，采用永磁體提供靜態(tài)偏置磁場，調(diào)節(jié)線圈電流改變磁致伸縮材料中的磁密，實(shí)現(xiàn)微位移調(diào)整。這種驅(qū)動方式的不足之處在于能耗大，溫度高。磁致伸縮材料磁導(dǎo)率通常較低，這就需要較多的安匝數(shù)驅(qū)動，線圈中電流會產(chǎn)生熱損耗。在實(shí)際使用中往往加入額外的散熱冷卻裝置保證執(zhí)行器的穩(wěn)定工作。而且目前使用的磁致伸縮驅(qū)動器多數(shù)只是單臺使用，不能像壓電陶瓷一樣通過多片疊裝方式實(shí)現(xiàn)大行程控制。
[0005]因此，為解決上述技術(shù)問題，確有必要提供一種創(chuàng)新的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。
[0006]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，其采用磁致伸縮材料與常規(guī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)相結(jié)合的方法，并基于磁致伸縮材料的磁致伸縮效應(yīng)，將常規(guī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的角位移轉(zhuǎn)化為磁致伸縮材料的微米級直線位移，以實(shí)現(xiàn)基于磁致伸縮材料的微直線位移。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，其包括磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板、磁致伸縮材料、分磁側(cè)上導(dǎo)磁板、導(dǎo)磁側(cè)板、分磁側(cè)下導(dǎo)磁板、磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板、永磁體、電機(jī)、非導(dǎo)磁不銹鋼支架以及輸出軸；其中，所述磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板和磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板呈相對設(shè)置；所述磁致伸縮材料位于磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板和磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板之間；所述分磁側(cè)上導(dǎo)磁板位于磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板的一側(cè)；所述分磁側(cè)下導(dǎo)磁板位于磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板的一側(cè)，其和分磁側(cè)上導(dǎo)磁板相對設(shè)置；所述導(dǎo)磁側(cè)板連接分磁側(cè)上導(dǎo)磁板和分磁側(cè)下導(dǎo)磁板；所述永磁體安裝于一永磁體非導(dǎo)磁軸上，其位于磁致伸縮材料的一側(cè)，并位于分磁側(cè)上導(dǎo)磁板和分磁側(cè)下導(dǎo)磁板之間；所述永磁體非導(dǎo)磁軸樞接于非導(dǎo)磁不銹鋼支架上；所述電機(jī)安裝于非導(dǎo)磁不銹鋼支架的一側(cè)，其連接并驅(qū)動永磁體非導(dǎo)磁軸；所述輸出軸抵接于磁致伸縮材料上。
[0008]本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器進(jìn)一步為:所述永磁體為半圓柱環(huán)結(jié)構(gòu)，采用軸向充磁的形式。
[0009]本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器進(jìn)一步為:所述磁致伸縮材料采用鐵鎵合金Galfenol。
[0010]本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器進(jìn)一步為:所述輸出軸通過一碟形彈簧壓緊機(jī)構(gòu)抵接于磁致伸縮材料上。
[0011]本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器還可為:所述電機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
1.本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器將磁致伸縮材料與常規(guī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)相結(jié)合，基于磁致伸縮材料的“磁致伸縮效應(yīng)”，運(yùn)用旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動永磁體旋轉(zhuǎn)而改變通過鐵鎵合金的磁通，使鐵鎵合金發(fā)生伸縮，從而將旋轉(zhuǎn)電機(jī)的角位移轉(zhuǎn)化為微米級的直線位移，實(shí)現(xiàn)微米級直線位移。
[0013]2.本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器的線圈只存在電機(jī)中，其產(chǎn)生的熱量不會影響磁致伸縮材料。因此，執(zhí)行器工作穩(wěn)定，適合高精度定位需求。
[0014]3.本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器可實(shí)現(xiàn)多臺執(zhí)行器串聯(lián)工作方式，不采用蠕蟲步進(jìn)驅(qū)動方式和位移放大裝置既可以實(shí)現(xiàn)微米級下的大行程定位。
[0015]【【附圖說明】】
圖1是本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器的立體圖。
[0016]圖2是圖1中的部分結(jié)構(gòu)立體圖。
[0017]圖3是圖1中的永磁體的形狀及充磁示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的永磁體靠近磁致伸縮材料的側(cè)磁路示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明的永磁體遠(yuǎn)離磁致伸縮材料的側(cè)磁路示意圖。
[0020]【【具體實(shí)施方式】】
請參閱說明書附圖1至附圖5所示，本發(fā)明為一種采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，其由磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板1、磁致伸縮材料2、分磁側(cè)上導(dǎo)磁板3、導(dǎo)磁側(cè)板4、分磁側(cè)下導(dǎo)磁板5、磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板6、永磁體7、電機(jī)8、非導(dǎo)磁不銹鋼支架10以及輸出軸12等幾部分組成。
[0021]其中，所述磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板I和磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板6呈相對設(shè)置。
[0022]所述磁致伸縮材料2位于磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板I和磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板6之間，其具體為鐵鎵合金Galfenol。
[0023]所述分磁側(cè)上導(dǎo)磁板3位于磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板I的一側(cè)；所述分磁側(cè)下導(dǎo)磁板5位于磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板6的一側(cè)，其和分磁側(cè)上導(dǎo)磁板3相對設(shè)置。所述導(dǎo)磁側(cè)板4連接分磁側(cè)上導(dǎo)磁板3和分磁側(cè)下導(dǎo)磁板5。
[0024]所述永磁體7安裝于一永磁體非導(dǎo)磁軸11上，其位于磁致伸縮材料2的一側(cè)，并位于分磁側(cè)上導(dǎo)磁板3和分磁側(cè)下導(dǎo)磁板5之間。所述永磁體7為半圓柱環(huán)結(jié)構(gòu)，采用軸向充磁的形式，其磁感線的路徑主要有兩條，分別為“永磁體7靠近磁致伸縮材料2側(cè)磁路”和“永磁體7遠(yuǎn)離磁致伸縮材料2側(cè)磁路”，
所述永磁體非導(dǎo)磁軸11樞接于非導(dǎo)磁不銹鋼支架10上。所述電機(jī)8安裝于非導(dǎo)磁不銹鋼支架10的一側(cè)，其連接并驅(qū)動永磁體非導(dǎo)磁軸11，可以帶動永磁體7做同步旋轉(zhuǎn)。所述電機(jī)8具體為旋轉(zhuǎn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。
[0025]所述輸出軸12抵接于磁致伸縮材料2上。具體的說，所述輸出軸12通過一碟形彈簧壓緊機(jī)構(gòu)9抵接于磁致伸縮材料2上，并由磁致伸縮材料2驅(qū)動。
[0026]本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器的設(shè)計(jì)原理如下:電機(jī)8驅(qū)動永磁體7旋轉(zhuǎn)一個角位移，假如旋轉(zhuǎn)方向?yàn)殡x開磁致伸縮材料2，部分永磁體7的磁通(附圖5的虛線)將通過遠(yuǎn)離磁致伸縮材料2側(cè)磁路，使流過鐵鎵合金的磁通密度減少，根據(jù)“磁致伸縮效應(yīng)”，鐵鎵合金將會發(fā)生伸縮，從而實(shí)現(xiàn)磁致伸縮材料微米級的直線位移。假如旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榭拷胖律炜s材料2，部分永磁體7的磁通(附圖4的虛線)將通過靠近磁致伸縮材料2側(cè)磁路，使流過鐵鎵合金的磁通密度增加，根據(jù)“磁致伸縮效應(yīng)”，鐵鎵合金將會發(fā)生伸長，通過控制電機(jī)8的旋轉(zhuǎn)角位移來控制流過磁致伸縮材料2的磁通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)磁致伸縮材料2微位移。
[0027]以上的【具體實(shí)施方式】僅為本創(chuàng)作的較佳實(shí)施例，并不用以限制本創(chuàng)作，凡在本創(chuàng)作的精神及原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本創(chuàng)作的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，其特征在于:包括磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板、磁致伸縮材料、分磁側(cè)上導(dǎo)磁板、導(dǎo)磁側(cè)板、分磁側(cè)下導(dǎo)磁板、磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板、永磁體、電機(jī)、非導(dǎo)磁不銹鋼支架以及輸出軸；其中，所述磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板和磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板呈相對設(shè)置；所述磁致伸縮材料位于磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板和磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板之間；所述分磁側(cè)上導(dǎo)磁板位于磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板的一側(cè)；所述分磁側(cè)下導(dǎo)磁板位于磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板的一側(cè)，其和分磁側(cè)上導(dǎo)磁板相對設(shè)置；所述導(dǎo)磁側(cè)板連接分磁側(cè)上導(dǎo)磁板和分磁側(cè)下導(dǎo)磁板；所述永磁體安裝于一永磁體非導(dǎo)磁軸上，其位于磁致伸縮材料的一側(cè)，并位于分磁側(cè)上導(dǎo)磁板和分磁側(cè)下導(dǎo)磁板之間；所述永磁體非導(dǎo)磁軸樞接于非導(dǎo)磁不銹鋼支架上；所述電機(jī)安裝于非導(dǎo)磁不銹鋼支架的一偵U，其連接并驅(qū)動永磁體非導(dǎo)磁軸；所述輸出軸抵接于磁致伸縮材料上。2.如權(quán)利要求1所述的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，其特征在于:所述永磁體為半圓柱環(huán)結(jié)構(gòu)，采用軸向充磁的形式。3.如權(quán)利要求1所述的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，其特征在于:所述磁致伸縮材料采用鐵鎵合金GalfenoI。4.如權(quán)利要求1所述的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，其特征在于:所述輸出軸通過一碟形彈簧壓緊機(jī)構(gòu)抵接于磁致伸縮材料上。5.如權(quán)利要求1所述的采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，其特征在于:所述電機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的磁致伸縮驅(qū)動器，其磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板和磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板呈相對設(shè)置；磁致伸縮材料位于磁致伸縮材料側(cè)上導(dǎo)磁板和磁致伸縮材料側(cè)下導(dǎo)磁板之間；分磁側(cè)下導(dǎo)磁板和分磁側(cè)上導(dǎo)磁板相對設(shè)置；永磁體安裝于一永磁體非導(dǎo)磁軸上，其位于磁致伸縮材料的一側(cè)，并位于分磁側(cè)上導(dǎo)磁板和分磁側(cè)下導(dǎo)磁板之間；永磁體非導(dǎo)磁軸樞接于非導(dǎo)磁不銹鋼支架上；電機(jī)連接并驅(qū)動永磁體非導(dǎo)磁軸；輸出軸抵接于磁致伸縮材料上。本發(fā)明將磁致伸縮材料與旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)相結(jié)合，并基于磁致伸縮材料的磁致伸縮效應(yīng)，將旋轉(zhuǎn)電機(jī)的角位移轉(zhuǎn)化為磁致伸縮材料的微米級直線位移，實(shí)現(xiàn)磁致伸縮材料的微直線位移。
【IPC分類】H02N2/04
【公開號】CN104953891
【申請?zhí)枴緾N201510352016
【發(fā)明人】夏永明, 張麗慧, 陸凱元, 雷美珍, 潘海鵬
【申請人】浙江理工大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月24日