CN102437778B - 一种线性输出的磁致伸缩式直线驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种线性输出的磁致伸缩式直线驱动器，设有首尾相接的1#和2#两个径向排绕层数不同的线圈，它们的绕向相同，互相串联，由同一电流源驱动，两个线圈的轴向长度相同，其总和与磁致伸缩棒的长度相等；通电时，两个线圈对磁致伸缩棒施加轴向非均匀磁场，位于1#线圈中的前半段磁致伸缩棒的磁感应强度高，位于2#线圈中的后半段磁致伸缩棒的磁感应强度更低，从而使得两段磁致伸缩棒的形变不一致，各部分沿轴向产生不均匀伸缩，但组合起来，各部分的形变输出叠加后，磁致伸缩棒总形变的线性度比传统具有均匀磁场的磁致伸缩式直线驱动器更好，使本发明具有良好的线性输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁致伸缩式驱动器，特别是一种线性输出的磁致伸缩式直线驱动器。
背景技术
现有的磁致伸缩式直线驱动器的圆筒壳体的一端固定连接导套，圆筒壳体的另一端固定连接封闭的端盖，空心水冷套管闭合的两端分别安装在导套和端盖中央，空心水冷套管的两端分别设有进水管及出水管，磁致伸缩棒间隙配合安装在空心水冷套管的中心；与电流源连接的线圈安装在圆筒壳体的内壁与空心水冷套管之间的环形空间内，与导套内腔滑动配合的输出轴一端穿入空心水冷套管的中心，并与位于空心水冷套管中心的磁致伸缩棒端头紧靠，输出轴的另一端穿出弹簧内孔及与导套外端头螺纹连接的压盖；旋转压盖可调节弹簧预紧力。线圈通电，产生磁场，磁致伸缩棒产生伸缩形变，并通过输出轴对外输出力和位移。
为了使得磁致伸缩棒轴向均匀伸缩，通常采用均匀排绕的螺线管线圈。在均匀磁场中，磁致伸缩棒沿轴向均匀伸缩。但由于材料本身的非线性特性，导致磁致伸缩棒的输出位移具有与材料特性类似的非线性，如图2所示，给精密控制造成了极大困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种线性输出的磁致伸缩式直线驱动器，可实现从结构上主动抑制磁致伸缩棒非线性特性。
本发明的技术方案是：一种线性输出的磁致伸缩式直线驱动器，包括圆筒壳体的一端固定连接导套，圆筒壳体的另一端固定连接封闭的端盖，空心水冷套管闭合的两端分别安装在导套和端盖中央，空心水冷套管的两端分别设有进水管及出水管，磁致伸缩棒间隙配合安装在空心水冷套管的中心；与电流源连接的线圈安装在圆筒壳体的内壁与空心水冷套管之间的环形空间内，与导套内腔滑动配合的输出轴一端穿入空心水冷套管的中心，并与位于空心水冷套管中心的磁致伸缩棒端头紧靠，输出轴的另一端穿出弹簧内孔及与导套外端头螺纹连接的压盖。所述线圈包括首尾相接的两个径向排绕层数不同的1#线圈和2#线圈，1#线圈径向排绕的层数为30-80层，2#线圈径向排绕的层为6-20层，两个线圈的绕向相同，互相串联，由同一电流源驱动；两个线圈的轴向长度相同，其总和与磁致伸缩棒的长度相等；通电时，两个线圈对磁致伸缩棒施加轴向非均匀磁场，位于1#线圈中的前半段磁致伸缩棒的磁感应强度高，位于2#线圈中的后半段磁致伸缩棒的磁感应强度更低，从而使得两段磁致伸缩棒的形变不一致，各部分沿轴向产生不均匀伸缩；虽然各部分因材料特性仍然保持较大非线性，但组合起来，各部分的形变输出叠加后，磁致伸缩棒总形变的线性度比在均匀磁场更好，使磁致伸缩式直线驱动器具有良好的线性输出。
所述1#线圈径向排绕的层数优选为40-65层，2#线圈径向排绕的层数优选为8-15层。
所述磁致伸缩棒由稀土磁致伸缩材料Terfenol-D制成。
本发明的有益效果是：
本发明提出从结构上主动抑制磁致伸缩棒非线性形变的方法，在轴向非均匀磁场中，磁致伸缩棒总形变的线性度比在均匀磁场更好，使本发明的磁致伸缩式直线驱动器具有良好的线性输出；而且成本较低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是现有磁致伸缩式直线驱动器在均匀磁场中，磁致伸缩棒输出位移的非线性特性示意图。
图3是本发明在非均匀磁场中，磁致伸缩棒输出位移的特性示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1如附图1-3所示： 一种线性输出的磁致伸缩式直线驱动器，包括圆筒壳体4的一端固定连接导套1，圆筒壳体4的另一端固定连接封闭的端盖10，空心水冷套管5闭合的两端分别安装在导套1和端盖10中央，空心水冷套管5的两端分别设有进水管3及出水管9，磁致伸缩棒6间隙配合安装在空心水冷套管5的中心；与电流源连接的线圈安装在圆筒壳体4的内壁与空心水冷套管5之间的环形空间内，与导套1内腔滑动配合的输出轴2一端穿入空心水冷套管5的中心，并与位于空心水冷套管5中心的磁致伸缩棒6端头紧靠，输出轴2的另一端穿出弹簧11内孔及与导套1外端头螺纹连接的压盖12。
所述线圈包括首尾相接的两个径向排绕层数不同的1#线圈7和2#线圈8，1#线圈7径向排绕的层数为50层，2#线圈8径向排绕的层数为10层，两个线圈的绕向相同，互相串联，由同一电流源驱动；两个线圈的轴向长度相同，其总和与磁致伸缩棒6的长度相等；通电时，两个线圈对磁致伸缩棒6施加轴向非均匀磁场，位于1#线圈7中的前半段磁致伸缩棒6的磁感应强度高，位于2#线圈8中的后半段磁致伸缩棒6的磁感应强度更低，从而使得两段磁致伸缩棒6的形变不一致，各部分沿轴向产生不均匀伸缩；虽然各部分因材料特性仍然保持较大非线性，但组合起来，各部分的形变输出叠加后，磁致伸缩棒总形变的线性度比在均匀磁场更好，使磁致伸缩式直线驱动器具有良好的线性输出，如图3所示。
实施例2：实施例1 所述一种线性输出的磁致伸缩式直线驱动器中，1#线圈7径向排绕的层数为60层，2#线圈8径向排绕的层数为12层。
实施例3：实施例1 所述一种线性输出的磁致伸缩式直线驱动器中，1#线圈7径向排绕的层数为70层，2#线圈8径向排绕的层数为18层。
Claims (2)
1.一种线性输出的磁致伸缩式直线驱动器，包括圆筒壳体（4）的一端固定连接导套（1），圆筒壳体（4）的另一端固定连接封闭的端盖（10），空心水冷套管（5）闭合的两端分别安装在导套（1）和端盖（10）中央，空心水冷套管（5）的两端分别设有进水管（3）及出水管（9），磁致伸缩棒（6）间隙配合安装在空心水冷套管（5）的中心；与电流源连接的线圈安装在圆筒壳体（4）的内壁与空心水冷套管（5）之间的环形空间内，与导套（1）内腔滑动配合的输出轴（2）一端穿入空心水冷套管（5）的中心，并与位于空心水冷套管（5）中心的磁致伸缩棒（6）端头紧靠，输出轴（2）的另一端穿出弹簧（11）内孔及与导套（1）外端头螺纹连接的压盖（12）；其特征在于：所述线圈包括首尾相接的两个径向排绕层数不同的1#线圈（7）和2#线圈（8），1#线圈（7）径向排绕的层数为30-80层，2#线圈（8）径向排绕的层数为6-20层，两个线圈的绕向相同，互相串联，由同一电流源驱动；两个线圈的轴向长度相同，其总和与磁致伸缩棒（6）的长度相等；通电时，两个线圈对磁致伸缩棒（6）施加轴向非均匀磁场，位于1#线圈（7）中的前半段磁致伸缩棒（6）的磁感应强度高，位于2#线圈（8）中的后半段磁致伸缩棒（6）的磁感应强度更低，从而使得两段磁致伸缩棒（6）的形变不一致，各部分沿轴向产生不均匀伸缩；虽然各部分因材料特性仍然保持较大非线性，但组合起来，各部分的形变输出叠加后，磁致伸缩棒总形变的线性度比在均匀磁场更好，使磁致伸缩式直线驱动器具有良好的线性输出。
2.根据权利要求1所述的一种线性输出的磁致伸缩式直线驱动器，其特征在于：所述1#线圈（7）径向排绕的层数为40-65层，2#线圈（8）径向排绕的层数为8-15层。
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