CN102359198B

CN102359198B - 磁控形状记忆合金伸缩作动器

Info

Publication number: CN102359198B
Application number: CN 201110350597
Authority: CN
Inventors: 张贤才; 王修勇; 孙洪鑫
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: CN102359198A

Abstract

本发明公开了一种磁控形状记忆合金伸缩作动器，它包括壳体，壳体的上、下端连接有上端盖、下端盖，磁控形状记忆合金棒位于壳体的中心轴，其两端有导磁片；下端盖的上面设有下非导磁垫板，上端盖的下面设有上非导磁垫板，导出杆上端伸出上端盖的中心孔外；导出杆的中部台阶的上、下两侧分别与上端盖、上非导磁垫板之间设有碟簧；在磁控形状记忆合金棒外，依次设有线圈骨架和永磁体，线圈骨架上绕有激励线圈。本发明通过碟簧给磁控形状记忆合金棒施加预压力，磁控形状记忆合金棒的长度随激励线圈和永磁体产生的磁场的变化而变化，并通过导出杆向外部输出相应的位移。本发明结构简单、频响快、应变大、使用频带宽、驱动电压低。

Description

磁控形状记忆合金伸缩作动器

技术领域

本发明属于减震设备技术领域，具体涉及一种磁控形状记忆合金伸缩作动器，其主要作用是按照控制规律给控制结构施加一定的控制力，从而起到减振的效果。

背景技术

结构振动控制是在结构的某些部位设置一些控制装置，在结构振动时施加一组控制力或者调整结构的动力特性，对于提高土木工程结构的抗震、抗风能力，减小结构振动响应，减少灾害损失，满足结构安全和使用功能要求，具有重大的意义。经过几十年的发展，在主动控制方面，结构控制技术和智能材料得到了快速的发展。目前常用到的智能材料有：形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料、电磁流变流体和近年来发展的磁控形状记忆合金材料。然而，目前基于某些智能材料的用于结构振动控制的作动器普遍存在着频响较低、位移量小、驱动电压高，安全性较差等缺点。

磁控形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy, MSMA)是一类新型形状记忆材料，不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆效应，而且具有受磁场控制的磁性形状记忆效应(Magnetic Shape Memory Effect, MSME)，因此，合金兼有大恢复应变、大输出应力、高响应频率和精确可控的综合特性。目前已在大功率水下声呐、微位移器、震动和噪声控制、线性马达、微波器件、机器人等领域有重要应用,成为压电陶瓷和磁致伸缩材料之后的新一代驱动与传感材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有作动器存在的上述缺陷，提供一种减振能力高、减振效果好的磁控形状记忆合金伸缩作动器。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：该磁控形状记忆合金伸缩作动器，包括圆筒形的壳体、壳体外设有的引线插头、伸出壳体上部的导出杆；壳体的上端和下端分别连接有上端盖和下端盖，壳体的中心轴设有磁控形状记忆合金棒，磁控形状记忆合金棒的两端放置有导磁片；下端盖上面的壳体内设有一个带有中心孔的下非导磁垫板，下端盖的上面中心处为一凸块并插入下非导磁垫板的一段中心孔内，磁控形状记忆合金棒下端的导磁片插入下非导磁垫板另一段中心孔内并与下端盖上面的凸块相抵；在上端盖下面的壳体内也设有一个带有中心孔的上非导磁垫板，磁控形状记忆合金棒上端的导磁片插入上非导磁垫板的一段中心孔内，所述导出杆下端则插入上非导磁垫板另一段中心孔内并与磁控形状记忆合金棒上端的导磁片相抵，导出杆上端则伸出上端盖的中心孔外；所述上端盖、上非导磁垫板和壳体形成一个空腔，位于空腔内的导出杆的中部为一个横向的台阶，台阶的上、下两侧分别与上端盖、上非导磁垫板之间设有碟簧；在磁控形状记忆合金棒外，位于上非导磁垫板、下非导磁垫板和壳体所组成的空腔内依次设有线圈骨架和永磁体，线圈骨架上绕有激励线圈；所述导出杆和壳体采用非导磁材料制成，下端盖的底部设有螺孔。

更具体地说，所述上端盖、下端盖与壳体间通过螺纹连接。

所述磁控形状记忆合金棒采用磁控形状记忆合金材料制成，该磁控形状记忆合金材料是

Figure 2011103505979100002DEST_PATH_IMAGE002

。

所述碟簧是具有变刚度的软碟形弹簧。

所述磁控形状记忆合金棒比激励线圈短5~20mm。

本发明采用性能优异的磁控形状记忆合金作为伸缩棒的材料，采用具有变刚度特性的软碟簧，因上端盖、下端盖上都设有螺纹，通过带有螺纹的上端盖来调节碟簧，从而给磁控形状记忆合金棒提供预压力。采用永磁体和激励线圈为伸缩棒提供磁场，磁控形状记忆合金棒的长度随激励线圈产生的磁场的变化而变化，并通过导出杆向外部输出相应的位移，起到减振作用。另外，还可通过带有螺纹的下端盖来调节非导磁垫板、激励线圈、线圈骨架、磁控形状记忆合金棒的位置。本发明具有结构简单、频响快、应变大、使用频带宽、驱动电压低的特点。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

参见图1，本实施例中，圆筒形的壳体5的上端和下端分别通过螺纹连接有上端盖3和下端盖7。壳体5的中心轴设有磁控形状记忆合金棒12，磁控形状记忆合金棒12采用磁控形状记忆合金材料制成，该磁控形状记忆合金材料是

。磁控形状记忆合金棒12的两端放置有导磁片13，导磁片13采用硅钢片制成。由图可见，下端盖7上面设有带有中心孔的下非导磁垫板14，下端盖7的上面中心处制造成一个凸块16并插入下非导磁垫板14的一段中心孔内，磁控形状记忆合金棒12下端的导磁片13插入下非导磁垫板14另一段中心孔内并与下端盖7的凸块16相抵。在上端盖3下面也设有一个带有中心孔的上非导磁垫板4，磁控形状记忆合金棒12上端的导磁片13插入上非导磁垫板4的一段中心孔内，导出杆1的下端则插入上非导磁垫板4另一段中心孔内并与磁控形状记忆合金棒12上端的导磁片13相抵，导出杆1的上端则伸出上端盖3的中心孔外。从图中可见，上端盖3、上非导磁垫板4和壳体5形成了一个空腔，位于空腔内的导出杆1的中部制造成一个横向的台阶15，台阶15的上、下两侧分别与上端盖3、上非导磁垫板4之间设有碟簧2，碟簧2是具有变刚度的软碟形弹簧。在磁控形状记忆合金棒12外，位于上非导磁垫板4、下非导磁垫板14和壳体5所组成的空腔内依次设有线圈骨架10和圆筒形的永磁体6，线圈骨架10上绕有激励线圈11。本实施例中的磁控形状记忆合金棒12比激励线圈11短5~20mm。在图中还可见，壳体5外设有引线插头9，引线插头9用于将激励线圈11与外界电源连接。下端盖7的底部设有螺孔8，螺孔8用于将本发明的作动器安装于被控结构上。所述的导出杆1、壳体5都是由非导磁材料制成，从而避免了漏磁现象的发生。

本发明的工作原理是：磁控形状记忆合金棒12置于线圈骨架10中，其顶端有导磁片13、上非导磁垫板4和导出杆1，并通过碟簧2压紧在上非导磁垫板4上，从而保证了磁控形状记忆合金棒12的位移连续性，且使磁控形状记忆合金棒12始终处于受压状态。磁控形状记忆合金棒12的预紧力大小通过带有螺纹的上端盖3拧进拧出来调节，以便为磁控形状记忆合金棒12提供最佳预紧力，从而保证了磁控形状记忆合金棒12具有最大位移输出能力。线圈骨架10的外侧缠绕有激励线圈11,通过控制激励线圈11中的电流来产生交变磁场。在激励线圈11的外侧装有圆筒形永磁体6来产生偏置磁场，使磁控形状记忆合金棒12产生一定的预伸长，永磁体6的轴向定位靠调节上非导磁垫板4的厚度来保证。在激励磁场和偏置磁场的共同作用下，磁控形状记忆合金棒12就可产生需要的位移输出，并通过导出杆1向控制结构输出位移。当激励磁场消失时，磁控形状记忆合金棒12保持形状不变，碟簧压力使其恢复原来形状，完成此作动器的作动效应。

Claims

1.一种磁控形状记忆合金伸缩作动器，包括圆筒形的壳体、壳体外设有的引线插头、伸出壳体上部的导出杆，其特征在于：壳体的上端和下端分别连接有上端盖和下端盖，壳体的中心轴设有磁控形状记忆合金棒，磁控形状记忆合金棒的两端放置有导磁片；下端盖上面的壳体内设有一个带有中心孔的下非导磁垫板，下端盖的上面中心处为一凸块并插入下非导磁垫板的一段中心孔内，磁控形状记忆合金棒下端的导磁片插入下非导磁垫板另一段中心孔内并与下端盖上面的凸块相抵；在上端盖下面的壳体内也设有一个带有中心孔的上非导磁垫板，磁控形状记忆合金棒上端的导磁片插入上非导磁垫板的一段中心孔内，所述导出杆下端则插入上非导磁垫板另一段中心孔内并与磁控形状记忆合金棒上端的导磁片相抵，导出杆上端则伸出上端盖的中心孔外；所述上端盖、上非导磁垫板和壳体形成一个空腔，位于空腔内的导出杆的中部为一个横向的台阶，台阶的上、下两侧分别与上端盖、上非导磁垫板之间设有碟簧；在磁控形状记忆合金棒外，位于上非导磁垫板、下非导磁垫板和壳体所组成的空腔内依次设有线圈骨架和永磁体，线圈骨架上绕有激励线圈；所述导出杆和壳体采用非导磁材料制成，下端盖的底部设有螺孔。

2.根据权利要求1所述的磁控形状记忆合金伸缩作动器，其特征在于：所述上端盖、下端盖与壳体间通过螺纹连接。

3.根据权利要求1或2所述的磁控形状记忆合金伸缩作动器，其特征在于：所述磁控形状记忆合金棒采用磁控形状记忆合金材料制成，该磁控形状记忆合金材料是

Figure 2011103505979100001DEST_PATH_IMAGE002

。

4.根据权利要求3所述的磁控形状记忆合金伸缩作动器，其特征在于：所述碟簧是具有变刚度的软碟形弹簧。

5.根据权利要求4所述的磁控形状记忆合金伸缩作动器，其特征在于：所述磁控形状记忆合金棒比激励线圈短5~20mm。