CN103684039A - 磁致伸缩式惯性冲击驱动器 - Google Patents
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Abstract
一种磁致伸缩式惯性冲击驱动器，包括机架、驱动轴、线圈、悬臂梁、Terfenol-D薄片，驱动轴的两端安装在机架的通孔中，与通孔间隙配合；悬臂梁对称地安装在驱动轴的两侧，悬臂梁的自由端设置配重块；Terfenol-D薄片粘接在悬臂梁的一侧，Terfenol-D薄片的最大磁致伸缩方向一致，并且与悬臂梁的长度方向一致；安装在机架上对称分布的线圈套置在驱动轴两侧的悬臂梁上，悬臂梁穿过线圈。本发明的磁致伸缩式惯性冲击驱动器，由于驱动轴、悬臂梁、Terfenol-D薄片均与线圈不接触，运动部件在运动过程上，无需拖曳供电线缆，因此，可以大大减小供电线缆对驱动器运动的干扰，从而提高驱动器的运动精度和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁致伸缩式惯性冲击驱动器。
背景技术
惯性冲击驱动器是指在锯齿波驱动信号的作用下，利用驱动源快速变形所产生的惯性冲击力来实现微位移的一种驱动机构。因其具有体积小、驱动电压低、成本低等诸多优势，在航空、机器人、微机械加工等需精密定位的领域已呈现广泛应用前景。早期的惯性冲击电机主要为电磁式，而目前普遍采用压电材料为驱动元件构造惯性冲击电机。压电式惯性冲击驱动器以其独特的优势在细胞操作、光纤对接、数码相机抖动补偿等领域获得了应用，展现了良好市场前景。但是，压电式惯性冲击驱动器仍存在一些突出问题，其利用压电材料的逆压电效应进行驱动，驱动方式为电压驱动，需要线缆提供电能，通常惯性冲击驱动器机构尺寸小、重量轻，供电线缆的自重和振动对驱动器的运动精度会产生较大影响。另外，压电材料在具有响应快、形变精度高的优势的同时，也存在形变量小、出力小的不足，使得压电式惯性冲击驱动器在移动速度和负载能力方面不够理想。
超磁致伸缩材料是一种新型磁机功能材料，采用磁场驱动，因而可以实现无缆驱动。作为超磁致伸缩材料的典型代表，Terfenol-D是将稀土元素铽（Tb）、镝（Dy）和金属元素铁（Fe）按一定比例制备而成的一种新型磁致伸缩合金，具有大应变、高精度、强力以及响应快、可靠性高等优势，是构造精密驱动器的理想材料。
发明内容
本发明的目的就是提供一种应变范围大、运动精度高、稳定性好的磁致伸缩式惯性冲击驱动器。
本发明的磁致伸缩式惯性冲击驱动器，包括机架、驱动轴、线圈、悬臂梁、Terfenol-D薄片，其特点是，驱动轴的两端安装在机架的通孔中，与通孔间隙配合，可在通孔中滑动；悬臂梁对称地安装在驱动轴的两侧，悬臂梁为矩形片状，悬臂梁的自由端设置配重块；Terfenol-D薄片粘接在悬臂梁的一侧，每根悬臂梁均在同一侧面粘接若干片Terfenol-D薄片，Terfenol-D薄片的最大磁致伸缩方向一致，并且与悬臂梁的长度方向一致；安装在机架上对称分布的线圈套置在驱动轴两侧的悬臂梁上，悬臂梁穿过线圈，所述线圈为矩形。
机架为非导磁材料，如铜、铝等；驱动轴为非导磁材料，如铜、铝等；悬臂梁为非导磁弹性材料，如铍青铜等；配重块为非导磁材料。
本发明的磁致伸缩式惯性冲击驱动器的工作原理：Terfenol-D薄片在通电的线圈磁场中沿悬臂梁长度方向伸长，驱动悬臂梁弯曲变形；悬臂梁的弯曲度随Terfenol-D薄片的伸长量增加而增大，Terfenol-D薄片的伸长量随线圈的磁场强度增大而增加；Terfenol-D薄片在线圈断电、磁场消失后，恢复到通电前的原长，悬臂梁也复原到通电前的平直状态。通入图2所示的缓升快降的锯齿波电流，在一个周期电流信号驱动下的运动过程是，第一步：线圈通入电流；第二步：电流缓慢增大，Terfenol-D薄片缓慢伸长，悬臂梁带动配重块缓慢向左弯曲，驱动轴与机架通孔之间的摩擦力使得驱动轴保持不动； 第三步：电流迅速变小，Terfenol-D薄片迅速缩短，悬臂梁带动配重块迅速向右复位，驱动轴与机架通孔之间的摩擦力不足以克服惯性冲击力，驱动轴向左移动；第四步：电流至零，Terfenol-D薄片恢复原长，悬臂梁带动配重块恢复原位，轴向左移动停止。
本发明的磁致伸缩式惯性冲击驱动器，通入如图2所示的缓升快降的锯齿波电流信号，在一个锯齿波周期的电流信号驱动下，驱动器运动过程如图3所示；如持续通入如图2所示的缓升快降的锯齿波电流信号，则可实现驱动器的驱动轴连续地向左运动；基于同样的工作原理，若通入图4所示的快升缓降的锯齿波电流，则可实现驱动器的驱动轴连续地向右运动；由于驱动轴、悬臂梁、Terfenol-D薄片均与线圈不接触，运动部件在运动过程上，无需拖曳供电线缆，因此，可以大大减小供电线缆对驱动器运动的干扰，从而提高驱动器的运动精度和稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的缓升快降的锯齿波电流信号图；
图3为本发明的运动原理示意图；
图4为本发明的快升缓降的锯齿波电流信号图。
具体实施方式
一种磁致伸缩式惯性冲击驱动器，包括机架1、驱动轴2、线圈3、悬臂梁5、Terfenol-D薄片6，其特点是，驱动轴2的两端安装在机架1的通孔中，与通孔间隙配合；悬臂梁5对称地安装在驱动轴2的两侧，悬臂梁5为矩形片状，悬臂梁5的自由端设置配重块4；Terfenol-D薄片6粘接在悬臂梁5的一侧，每根悬臂梁上可粘接若干片Terfenol-D薄片6，Terfenol-D薄片6的最大磁致伸缩方向一致，并且与悬臂梁5的长度方向一致；安装在机架1上对称分布的线圈3套置在驱动轴2两侧的悬臂梁5上，悬臂梁5穿过线圈3，所述线圈3为矩形，Terfenol-D薄片6厚度为0.5-1mm, 长和宽均为3-4mm。
Claims (3)
1. 一种磁致伸缩式惯性冲击驱动器，包括机架（1）、驱动轴（2）、线圈（3）、悬臂梁（5）、Terfenol-D薄片（6），其特征在于：驱动轴（2）的两端安装在机架（1）的通孔中，与通孔间隙配合；悬臂梁（5）对称地安装在驱动轴（2）的两侧，悬臂梁（5）的自由端设置配重块（4）；Terfenol-D薄片（6）粘接在悬臂梁（5）的一侧， Terfenol-D薄片（6）的最大磁致伸缩方向一致，并且与悬臂梁（5）的长度方向一致；安装在机架（1）上对称分布的线圈（3）套置在驱动轴（2）两侧的悬臂梁（5）上，悬臂梁（5）穿过线圈（3）。
2.根据权利要求1所述的磁致伸缩式惯性冲击驱动器，其特征在于：悬臂梁（5）为矩形片状。
3.根据权利要求1所述的磁致伸缩式惯性冲击驱动器，其特征在于：所述线圈（3）为矩形。
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