CN103684040A - 磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器 - Google Patents
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Abstract
一种磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器，包括底座、旋转轴、线圈、悬臂梁、Terfenol-D薄片，旋转轴设置在底座的轴孔中，安装在旋转轴上的线圈套装在悬臂梁上,不与悬臂梁接触；Terfenol-D薄片粘接在对称设置的悬臂梁在圆周方向上的同向侧面，每根悬臂梁上粘接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，每根悬臂梁的自由端均安装有配重块。本发明的磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器，由于悬臂梁、Terfenol-D薄片均与线圈不接触，因此，悬臂梁和Terfenol-D薄片在惯性冲击过程上，无需拖曳供电线缆，从而提高驱动器的运动精度和稳定性，与现有的压电式惯性冲击旋转驱动器相比，具有更快的转动速度和更强的负载能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器。
背景技术
惯性冲击旋转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精密旋转的一种驱动机构。它具有体积小、驱动电压低、结构简单、成本低等诸多优势，在航空、机器人、微机械加工等领域已呈现广泛应用前景。目前主要采用压电双晶片为驱动源构造惯性冲击旋转驱动器，压电材料在具有响应快、形变精度高等优势同时，也存在形变量小、输出力小等不足，使得压电惯性冲击旋转驱动器在转动速度和负载能力方面不够理想。
稀土超磁致伸缩材料是一种新型磁机功能材料，采用磁场驱动。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（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、输出力大及响应快速、可靠性高等优势，是构造精密驱动的理想材料。
发明内容
本发明的目的就是提供一种转动速度快、负载能力强、稳定性好的磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器。
本发明的磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器，包括底座、旋转轴、线圈、悬臂梁、Terfenol-D薄片，旋转轴设置在底座的轴孔中，其特点是，悬臂梁对称安装在旋转轴上，悬臂梁形状为矩形片状，安装在旋转轴上的线圈套装在悬臂梁上，所述线圈为矩形线圈,线圈不与悬臂梁接触；Terfenol-D薄片粘接在对称设置的悬臂梁在圆周方向上的同向侧面，每根悬臂梁上粘接若干片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，每根悬臂梁的自由端均安装有配重块。
所述旋转轴为非导磁材料，如铜、铝等；所述底座为非导磁材料，如铜、铝等；所述悬臂梁为非导磁弹性材料，如铍青铜等；所述配重块为非导磁材料。
本发明的磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器工作原理是，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薄片的伸长量增大而增大，Terfenol-D薄片在线圈断电、磁场消失后，恢复到通电前的原长，悬臂梁也恢复到通电前平直状态。磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器通入如图2所示的缓升快降锯齿波电流信号，在一个周期电流信号驱动下的运动过程是，第一步：线圈开始通入电流；第二步：电流缓慢增大，Terfenol-D薄片缓慢伸长，悬臂梁弯曲,并带动配重块绕旋转轴缓慢地逆时针旋转，旋转轴与底座之间的摩擦力矩使得旋转轴保持不动；第三步：电流迅速变小，Terfenol-D薄片迅速缩短，悬臂梁带动配重块绕旋转轴迅速顺时针复位，旋转轴与底座之间的摩擦力矩不足以克服惯性冲击力矩，旋转轴逆时针旋转；第四步：电流至零，Terfenol-D薄片恢复原长，悬臂梁变平直，并带动配重块复位，旋转轴转动停止。若持续通入如图2所示的缓升快降锯齿波电流信号，则可实现驱动器的旋转轴连续逆时针转动。基于同样的工作原理，若通入图3所示的快升缓降锯齿波电流，则可实现驱动器的旋转轴连续顺时针转动。
本发明的磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器，由于悬臂梁、Terfenol-D薄片均与线圈不接触，因此，悬臂梁和Terfenol-D薄片在惯性冲击过程上，无需拖曳供电线缆，从而提高驱动器的运动精度和稳定性，与现有的压电式惯性冲击旋转驱动器相比，具有更快的转动速度和更强的负载能力。
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为本发明的快升缓降的锯齿波电流信号图；
图4为本发明的运动原理示意图。
具体实施方式
一种磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器，包括底座1、旋转轴2、线圈6、悬臂梁5、Terfenol-D薄片4，旋转轴2设置在底座1的轴孔中，其特点是，悬臂梁5对称安装在旋转轴2上，可以是两根或两根以上，悬臂梁5形状为矩形片状，安装在旋转轴2上的线圈6套装在悬臂梁5上，线圈6不与悬臂梁5接触；Terfenol-D薄片4粘接在对称设置的悬臂梁5在圆周方向上的同向侧面，每根悬臂梁5上粘接若干片Terfenol-D薄片4， Terfenol-D薄片4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，每根悬臂梁5的自由端均安装有配重块3，所述线圈6为矩形，Terfenol-D薄片4厚度为0.5-1mm, 长和宽均为3-4mm。
Claims (4)
1. 一种磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器，包括底座（1）、旋转轴（2）、线圈（6）、悬臂梁（5）、Terfenol-D薄片（4），旋转轴（2）设置在底座（1）的轴孔中，其特征在于：悬臂梁（5）对称安装在旋转轴（2）上， 安装在旋转轴（2）上的线圈（6）套装在悬臂梁（5）上，线圈（6）不与悬臂梁（5）接触；Terfenol-D薄片（4）粘接在对称设置的悬臂梁（5）在圆周方向上的同向侧面，每根悬臂梁（5）上粘接Terfenol-D薄片（4）， Terfenol-D薄片（4）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，每根悬臂梁（5）的自由端均安装有配重块（3）。
2.根据权利要求1所述的磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器，其特征在于：所述的悬臂梁（5）为两根或两根以上。
3.根据权利要求1所述的磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器，其特征在于：悬臂梁（5）为矩形片状。
4.根据权利要求1所述的磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器，其特征在于：所述线圈（6）为矩形线圈。
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