CN102201757B

CN102201757B - 一种复合式磁控马达

Info

Publication number: CN102201757B
Application number: CN 201110145807
Authority: CN
Inventors: 涂福泉; 陈奎生; 傅连东; 曾良才; 欧阳惠; 许仁波; 陈新元; 赵振飞; 蒋俊; 任印美; 周雯娟; 刘春雨; 梅元元; 胡良智
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-06-01
Also published as: CN102201757A

Abstract

本发明涉及一种复合式磁控马达。其技术方案是：第一、二磁控记忆合金[29、25]分别穿过对应的第一、二电磁转换器[2、8]的中心孔，第一磁控记忆合金[29]的右端面与被驱动体[27]的左端面相接触，被驱动体[27]的左端穿过位移传感器[28]。第二磁控记忆合金[25]左端与被驱动体[27]的右端同中心地固定连接，第二磁控记忆合金[25]右端与齿轮轴[17]左端同中心地固定连接。被驱动体[27]右端穿过角位移传感器[26]；齿条[20]和齿轮轴[17]的齿轮相互啮合，第三、四磁控记忆合金[12、21]分别穿过各自对应的第三、四电磁转换器[10、23]的中心孔，第三磁控记忆合金[12]的下端面与齿条[20]的上端面同中心地相接触。本发明具有高频响、结构紧凑、高精度、输出力大的特点。

Description

一种复合式磁控马达

技术领域

本发明属于马达技术领域。尤其涉及一种复合式磁控马达。

背景技术

高频电液伺服系统的发展趋势是向着1000Hz以上响应频率发展，以适应新产品开发过程中的振动环境试验、材料疲劳试验等方面的需求，电液伺服系统工作频率的高低主要取决于伺服阀响应频率的高低。电-机转换器是电液伺服阀的重要组成部分，高频电液伺服阀的发展趋势给电-机转换器提出了更高的要求。

目前，伺服阀主要采用的电-机转换器有传统式的步进电机、动圈式力马达、动铁式力马达、永磁力矩马达以及比例电磁铁。步进电机结构简单、性能稳定，但是响应比较慢，一般小于50Hz；动圈式力马达线性好，频响高，但是输出力的大小受到动圈电流影响，目前主要用于工业伺服阀；动铁式力马达推力/重量比大，结构紧凑，但频响只能达到100多Hz；永磁式力马达虽可实现较高的频响，但输出力小；比例电磁铁结构简单，价格低，但频响在100Hz以下。以上结构很难满足现在伺服阀高频发展对电-机转换器的要求。而且一般电-机转换器输出运动是单方向的，当被驱动体需要两个方向同时驱动时，驱动结构比较复杂。

与传统电-机转换器相比，采用新型材料的电-机械转换器，普遍具有高频响、高精度和结构紧凑的优点。虽然目前还各自存在一些关键技术需要解决，但新型功能材料的应用和发展，给电-机转换器的发展提供了新方法，从而给电液伺服阀的技术发展发展提供了新的途径。

磁控记忆合金是一种新型材料，兼有超磁致伸缩材料响应快、记忆合金形变大和输出力大等特点，但是，磁控记忆合金具有变形恢复困难的特点，目前常用的解决方法有两种：一是通过沿元件变形伸长方向施加磁场来实现，但所需磁场的励磁功率过大。二是沿变形方向放置复位弹簧，该方法虽然易于实现，但会使磁控记忆合金元件输出力降低，定位误差较大，且动态响应速度减缓。以上两种方法很难满足实际的要求。

发明内容

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种具有高频响、结构紧凑、高精度、输出力大的复合式磁控马达。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该复合式磁控马达由磁控马达的左半部分通过连接件与磁控马达的右半部分连接，被驱动体同中心地活动装入连接件内。

磁控马达的左半部分结构是：在左壳体内从左到右依次同中心地装有第一电磁转换器和位移传感器，第一电磁转换器固定安装在左壳体的内壁，第一磁控记忆合金穿过第一电磁转换器的中心孔，左调零螺钉通过左壳体与第一磁控记忆合金的左端面相接触；位移传感器通过第一支架固定安装在左壳体的内壁，被驱动体的左端穿过位移传感器与第一磁控记忆合金的右端面相接触。

磁控马达的右半部分结构是：在右壳体内从左到右依次同中心地装有角位移传感器、第二电磁转换器、左滑动轴承、齿轮轴和右滑动轴承，齿轮轴的一侧装有与齿轮轴啮合的齿条。

第二电磁转换器固定安装在右壳体的内壁，第二磁控记忆合金穿过第二电磁转换器的中心孔，第二磁控记忆合金右端与齿轮轴左端同中心地固定连接；角位移传感器通过第二支架固定安装在右壳体的内壁，被驱动体右端穿过角位移传感器与第二磁控记忆合金左端固定连接；齿轮轴的左端活动装入左滑动轴承内，左滑动轴承通过第三支架固定安装在右壳体的内壁，齿轮轴右端活动装入右滑动轴承内，右滑动轴承通过第四支架固定安装在右壳体的内壁，右壳体的右端固定装有端盖，右调零螺钉通过端盖与齿轮轴的右端面相接触。

齿条和齿轮轴的齿轮相互啮合，齿条的上端和下端均为圆柱形。齿条的上端活动地装入上固定件的中心孔内，上固定件固定安装在第三电磁转换器的下端，第三电磁转换器固定安装在右壳体内的上方；齿条的下端活动地装入下固定件的中心孔，下固定件固定安装在第四电磁转换器上端，第四电磁转换器固定安装在右壳体内的下方。

第三磁控记忆合金穿过第三电磁转换器的中心孔，第三磁控记忆合金的下端面与齿条的上端面同中心地相接触，上调零螺钉通过右壳体的上壳体与第三磁控记忆合金的上端面相接触；第四磁控记忆合金穿过第四电磁转换器的中心孔，第四磁控记忆合金的上端面与齿条的下端面同中心的相接触，下调零螺钉通过右壳体的下壳体与第四磁控记忆合金的上端面相接触。

第一电磁转换器的线圈、第二电磁转换器的线圈、第三电磁转换器的线圈、第四电磁转换器的线圈、位移传感器和角位移传感器分别外接控制器。

所述的第一电磁转换器、第二电磁转换器、第三电磁转换器和第四电磁转换器的结构相同，第一电磁转换器和第二电磁转换器的尺寸相同，第三电磁转换器和第四电磁转换器的尺寸相同，均由永磁体、铁芯和线圈组成，铁芯左边孔的左边设有永磁体，铁芯右边孔的右边绕有线圈，铁芯的中心开有中心孔；第一电磁转换器的中心孔与第一磁控记忆合金为动配合，第二电磁转换器的中心孔与第二磁控记忆合金为动配合，第三电磁转换器的中心孔与第三磁控记忆合金为动配合，第四电磁转换器的中心孔与第四磁控记忆合金为动配合。

所述的第一磁控记忆合金和第二磁控记忆合金为相同尺寸的圆柱形；第三磁控记忆合金和第四磁控记忆合金为相同尺寸的圆柱形。

所述的上固定件和下固定件结构相同，其结构是：矩形钢板的质心处同中心地设有中心孔和环形凸台，环形凸台的内径与中心孔的直径相同。

由于采用上述技术方案，本装置能够通过控制第一电磁转换器和第二电磁转换器中的磁场变化以及第三电磁转换器和第四电磁转换器中的磁场变化，使第一磁控记忆合金和第二磁控记忆合金在变化的磁场中一个伸长推动另一个缩短，从而带动被驱动体轴向往复移动；第三磁控记忆合金和第四磁控记忆合金在变化的磁场中一个伸长推动另一个缩短，带动齿条往复移动从而带动齿轮轴的摆动，进而带动被驱动体往复摆动，使复合式磁控马达能够驱动被驱动体的两种运动更加方便，使得结构相对紧凑、简单。由于磁控记忆合金的输出力大，一对在变化的磁场中变化的磁控记忆合金所需要的磁场的励磁功率较小，使磁控记忆合金在磁控马达中的应用成为可能。由于磁控记忆合金具有高频响和高精度的特点，本装置使用两对变化的磁控记忆合金相互推动，能够保证复合式磁控马达的高频响和高精度。

因此，本发明具有高频响、结构紧凑、高精度、输出力大的特点。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1中第一、二、三、四电磁转换器2、8、10、23的结构示意图；

图3是图1中上固定件15和下固定件19的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

实施例

一种复合式磁控马达，如图1所示：该复合式磁控马达由磁控马达的左半部分通过连接件5与磁控马达的右半部分连接，被驱动体27同中心地活动装入连接件5内。

磁控马达的左半部分结构是：在左壳体3内从左到右依次同中心地装有第一电磁转换器2和位移传感器28，第一电磁转换器2固定安装在左壳体3的内壁，第一磁控记忆合金29穿过第一电磁转换器2的中心孔，左调零螺钉1通过左壳体3与第一磁控记忆合金29的左端面相接触；位移传感器28通过第一支架4固定安装在左壳体3的内壁，被驱动体27的左端穿过位移传感器28与第一磁控记忆合金29的右端面相接触。

磁控马达的右半部分结构是：在右壳体6内从左到右依次同中心地装有角位移传感器26、第二电磁转换器8、左滑动轴承24、齿轮轴17和右滑动轴承18，齿轮轴17的一侧装有与齿轮轴17啮合的齿条20。

第二电磁转换器8固定安装在右壳体6的内壁，第二磁控记忆合金25穿过第二电磁转换器8的中心孔，第二磁控记忆合金25右端与齿轮轴17左端同中心地固定连接；角位移传感器26通过第二支架7固定安装在右壳体6的内壁，被驱动体27右端穿过角位移传感器26与第二磁控记忆合金25左端固定连接；齿轮轴17的左端活动装入左滑动轴承24内，左滑动轴承24通过第三支架9固定安装在右壳体6的内壁，齿轮轴17右端活动装入右滑动轴承18内，右滑动轴承18通过第四支架14固定安装在右壳体6的内壁，右壳体6的右端固定装有端盖13，右调零螺钉16通过端盖13与齿轮轴17的右端面相接触。

齿条20和齿轮轴17的齿轮相互啮合，齿条20的上端和下端均为圆柱形。齿条20的上端活动地装入上固定件15的中心孔内，上固定件15固定安装在第三电磁转换器10的下端，第三电磁转换器10固定安装在右壳体6内的上方；齿条20的下端活动地装入下固定件19的中心孔，下固定件19固定安装在第四电磁转换器23上端，第四电磁转换器23固定安装在右壳体6内的下方。

第三磁控记忆合金12穿过第三电磁转换器10的中心孔，第三磁控记忆合金12的下端面与齿条20的上端面同中心地相接触，上调零螺钉11通过右壳体6的上壳体与第三磁控记忆合金10的上端面相接触；第四磁控记忆合金21穿过第四电磁转换器23的中心孔，第四磁控记忆合金21的上端面与齿条20的下端面同中心的相接触，下调零螺钉22通过右壳体6的下壳体与第四磁控记忆合金21的上端面相接触。

第一电磁转换器2的线圈、第二电磁转换器8的线圈、第三电磁转换器10的线圈、第四电磁转换器23的线圈、位移传感器28和角位移传感器26分别外接控制器。

本实施例中的第一电磁转换器2、第二电磁转换器8、第三电磁转换器10和第四电磁转换器23的结构相同，如图2所示：均由永磁体30、铁芯31和线圈32组成，铁芯31左边孔的左边设有永磁体30，铁芯31右边孔的右边绕有线圈32，铁芯31的中心开有中心孔；第一电磁转换器2的中心孔与第一磁控记忆合金29为动配合，第二电磁转换器8的中心孔与第二磁控记忆合金25为动配合，第三电磁转换器10的中心孔与第三磁控记忆合金12为动配合，第四电磁转换器23的中心孔与第四磁控记忆合金21为动配合。

第一电磁转换器2和第二电磁转换器8的尺寸相同，第三电磁转换器10和第四电磁转换器23的尺寸相同，

第一磁控记忆合金29和第二磁控记忆合金25为相同尺寸的圆柱形；第三磁控记忆合金12和第四磁控记忆合金21为相同尺寸的圆柱形。

本实施例中的上固定件15和下固定件19结构相同，其结构如图3所示：矩形钢板的质心处同中心地设有中心孔和环形凸台，环形凸台的内径与中心孔的直径相同。

本装置能够通过控制第一电磁转换器2和第二电磁转换器8中的磁场变化以及第三电磁转换器10和第四电磁转换器23中的磁场变化，使第一磁控记忆合金29和第二磁控记忆合金25在变化的磁场中一个伸长推动另一个缩短，从而带动被驱动体轴向往复移动；第三磁控记忆合金12和第四磁控记忆合金21在变化磁场中一个伸长推动另一个缩短，带动齿条20往复移动从而带动齿轮轴17的摆动，进而带动被驱动体27往复摆动，使复合式磁控马达能够驱动被驱动体27的两种运动更加方便，使得结构相对紧凑、简单。由于磁控记忆合金的输出力大，一对在变化的磁场中变化的磁控记忆合金所需要的磁场的励磁功率较小，使磁控记忆合金在磁控马达中的应用成为可能。由于磁控记忆合金具有高频响和高精度的特点，本装置使用两对变化的磁控记忆合金相互推动，能够保证复合式磁控马达的高频响和高精度。

因此，本具体实施方式具有高频响、结构紧凑、高精度、输出力大的特点。

Claims

1.一种复合式磁控马达，其特征在于该复合式磁控马达由磁控马达的左半部分通过连接件[5]与磁控马达的右半部分连接，被驱动体[27]同中心地活动装入连接件[5]内；

磁控马达的左半部分结构是：在左壳体[3]内从左到右依次同中心地装有第一电磁转换器[2]和位移传感器[28]，第一电磁转换器[2]固定安装在左壳体[3]的内壁，第一磁控记忆合金[29]穿过第一电磁转换器[2]的中心孔，左调零螺钉[1]通过左壳体[3]与第一磁控记忆合金[29]的左端面相接触；位移传感器[28]通过第一支架[4]固定安装在左壳体[3]的内壁，被驱动体[27]的左端穿过位移传感器[28]与第一磁控记忆合金[29]的右端面相接触；

磁控马达的右半部分结构是：在右壳体[6]内从左到右依次同中心地装有角位移传感器[26]、第二电磁转换器[8]、左滑动轴承[24]、齿轮轴[17]和右滑动轴承[18]，齿轮轴[17]的一侧装有与齿轮轴[17]啮合的齿条[20]；

第二电磁转换器[8]固定安装在右壳体[6]的内壁，第二磁控记忆合金[25]穿过第二电磁转换器[8]的中心孔，第二磁控记忆合金[25]右端与齿轮轴[17]左端同中心地固定连接；角位移传感器[26]通过第二支架[7]固定安装在右壳体[6]的内壁，被驱动体[27]右端穿过角位移传感器[26]与第二磁控记忆合金[25]左端固定连接；齿轮轴[17]的左端活动装入左滑动轴承[24]内，左滑动轴承[24]通过第三支架[9]固定安装在右壳体[6]的内壁，齿轮轴[17]右端活动装入右滑动轴承[18]内，右滑动轴承[18]通过第四支架[14]固定安装在右壳体[6]的内壁，右壳体[6]的右端固定装有端盖[13]，右调零螺钉[16]通过端盖[13]与齿轮轴[17]的右端面相接触；

齿条[20]和齿轮轴[17]的齿轮相互啮合，齿条[20]的上端活动地装入上固定件[15]的中心孔内，上固定件[15]固定安装在第三电磁转换器[10]的下端，第三电磁转换器[10]固定安装在右壳体[6]内的上方；齿条[20]的下端活动地装入下固定件[19]的中心孔，下固定件[19]固定安装在第四电磁转换器[23]上端，第四电磁转换器[23]固定安装在右壳体[6]内的下方；

第三磁控记忆合金[12]穿过第三电磁转换器[10]的中心孔，第三磁控记忆合金[12]的下端面与齿条[20]的上端面同中心地相接触，上调零螺钉[11]通过右壳体[6]的上壳体与第三磁控记忆合金[10]的上端面相接触；第四磁控记忆合金[21]穿过第四电磁转换器[23]的中心孔，第四磁控记忆合金[21]的上端面与齿条[20]的下端面同中心的相接触，下调零螺钉[22]通过右壳体[6]的下壳体与第四磁控记忆合金[21]的上端面相接触；

第一电磁转换器[2]的线圈、第二电磁转换器[8]的线圈、第三电磁转换器[10]的线圈、第四电磁转换器[23]的线圈、位移传感器[28]和角位移传感器[26]分别外接控制器。

2.根据权利要求1所述的复合式磁控马达，其特征在于所述的第一电磁转换器[2]、第二电磁转换器[8]、第三电磁转换器[10]和第四电磁转换器[23]的结构相同，第一电磁转换器[2]和第二电磁转换器[8]的尺寸相同，第三电磁转换器[10]和第四电磁转换器[23]的尺寸相同，均由永磁体[30]、铁芯[31]和线圈[32]组成，铁芯[31]的左边孔左边设有永磁体[30]，铁芯[31]右边孔的右边绕有线圈[32]，铁芯[31]的中心开有中心孔；第一电磁转换器[2]的中心孔与第一磁控记忆合金[29]为动配合，第二电磁转换器[8]的中心孔与第二磁控记忆合金[25]为动配合，第三电磁转换器[10]的中心孔与第三磁控记忆合金[12]为动配合，第四电磁转换器[23]的中心孔与第四磁控记忆合金[21]为动配合。

3.根据权利要求1或2所述的复合式磁控马达，其特征在于所述的第一磁控记忆合金[29]和第二磁控记忆合金[25]为相同尺寸的圆柱形；第三磁控记忆合金[12]和第四磁控记忆合金[21]为相同尺寸的圆柱形。

4.根据权利要求1所述的复合式磁控马达，其特征在于所述的上固定件[15]和下固定件[19]结构相同，其结构是：矩形钢板的质心处同中心地设有中心孔和环形凸台，环形凸台的内径与中心孔的直径相同。

5.根据权利要求1所述的复合式磁控马达，其特征在于所述的齿条[20]的上端和下端均为圆柱形。