CN104953890A - 一种励磁动磁式磁致微位移驱动器 - Google Patents

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本发明涉及一种励磁动磁式磁致微位移驱动器，其主磁路铁芯设置有两个，其呈相对设置；辅助磁路铁芯卡持于主磁路铁芯上；安装座固持于主磁路铁芯的端部，其上安装有驱动电机；S极驱动永磁体和N级驱动永磁体收容于主磁路铁芯内，其分别安装于驱动电机的旋转铁芯上；磁致伸缩材料、励磁永磁体分别夹持于主磁路铁芯之间；输出轴抵接在磁致伸缩材料的一侧，并由磁致伸缩材料驱动；压板设置在主磁路铁芯的两侧，两压板之间穿设有若干压紧螺栓；压板和主磁路铁芯之间抵接有碟形弹簧，碟形弹簧套设在输出轴上。本发明能将旋转电机或者直线电机驱动永磁体产生的宏观位移转换成磁致伸缩材料微米级微观位移，可以实现微米级控制，适合高精度定位需求。

Description

一种励磁动磁式磁致微位移驱动器
【技术领域】
本发明涉及一种位移驱动器，具体涉及一种励磁动磁式磁致微位移驱动器，属于高精度定位设备技术领域。
【背景技术】
智能材料，如压电陶瓷和磁致伸缩材料，能实现微米级定位。压电陶瓷施加电压后，通过压电正向效应实现微位移定位，通过位移放大机构或者叠装方式实现较大定位行程。压电陶瓷不足之处是材料本身比较脆，切向承受负载力有限。区别于压电陶瓷，磁致伸缩材料通过施加磁场，利用磁致效应实现微位移定位。常用的磁致伸缩材料有Terfenol_D和铁镓合金Galfenol，其中，铁镓合金Galfenol磁致伸缩材料坚固，能承受较大的不同方向的负载力，而且压力退火类型的Galfenol可以在无预压力情况下正常工作。
专利(申请号200610150582.7，授权公告号CN101166005）利用磁致伸缩材料结合微位移放大机构，通过调节电流实现微位移可调驱动器。专利（申请号200710125011.2，公开号 CN101188874）采用永磁体为磁致伸缩材料提供励磁磁场。通过线圈电流改变磁致伸缩材料内磁场，实现微小位移驱动。专利（申请号200410090867.7，公开号CN1619938）利用线圈驱动磁致伸缩材料作为行程方向驱动，利用压电陶瓷做箍位，实现长距离高精度定位。专利（申请号200510056369.5，公开号：CN1670977）将施加静态偏置磁场永磁体放置在外壳上，线圈及磁致伸缩材料放置在内部，实现微位移驱动。
目前，磁致伸缩驱动器利用磁致伸缩驱动器正向效应，采用永磁体提供静态偏置磁场，调节线圈电流改变磁致伸缩材料中的磁密，实现微位移调整。这种驱动方式的不足之处在于能耗大，温度高。磁致伸缩材料磁导率通常较低，这就需要较多的安匝数驱动，线圈中电流会产生热损耗。在实际使用中往往加入额外的散热冷却装置才能保证执行器的稳定工作。
因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的励磁动磁式磁致微位移驱动器，以克服现有技术中的所述缺陷。
【发明内容】
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能将旋转电机或者直线电机驱动永磁体产生的宏观位移转换成磁致伸缩材料微米级微观位移的励磁动磁式磁致微位移驱动器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种励磁动磁式磁致微位移驱动器，其包括主磁路铁芯、辅助磁路铁芯、安装座、驱动电机、S极驱动永磁体、N级驱动永磁体、磁致伸缩材料、励磁永磁体、输出轴以及压板；其中，所述主磁路铁芯设置有两个，其呈相对设置；所述辅助磁路铁芯卡持于主磁路铁芯上；所述安装座固持于主磁路铁芯的端部，其上安装有所述驱动电机；所述S极驱动永磁体和N级驱动永磁体收容于主磁路铁芯内，其分别安装于驱动电机的旋转铁芯上；所述磁致伸缩材料、励磁永磁体分别夹持于主磁路铁芯之间；所述输出轴抵接在磁致伸缩材料的一侧，并由磁致伸缩材料驱动；所述压板设置在主磁路铁芯的两侧，两压板之间穿设有若干压紧螺栓；所述压板和主磁路铁芯之间抵接有碟形弹簧，所述碟形弹簧套设在输出轴上。
本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器进一步为：各主磁路铁芯呈L形结构；所述辅助铁芯呈C形结构。
本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器进一步为：所述主磁路铁芯和辅助磁路铁芯分别由硅钢片叠装而成；或由实心钢材一体加工而成；或由SMC磁粉材料一体压铸而成。
本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器进一步为：所述磁致伸缩材料采用铽镝铁Terfenol_D或者铁镓合金Galfenol。
本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器进一步为：所述励磁永磁体采用钕铁硼材质的永磁体，其轴向充磁，形状为圆柱或长方体。
本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器进一步为：所述S极驱动永磁体、N级驱动永磁体均采用钕铁硼NdFeB材质的永磁体，其径向充磁，形状为瓦片形、三角形或者椭圆形。
本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器还可为：所述驱动电机为旋转电机。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器将永磁体产生的宏观位移转换成磁致伸缩材料微米级位移，将技术较为成熟的旋转电机和直线电机技术与磁致伸缩材料微位移驱动技术相结合；线圈只存在旋转电机和直线电机中，其产生热量不影响磁致伸缩材料，保证其稳定运行，实现高精度定位；同时，其增加了励磁永磁体，使得磁致伸缩材料工作在线性区间内，达到线性度更高的输出特性曲线。
【附图说明】
图1是本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器的结构立体图。
图2是本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器未安装驱动电机的立体图。
图3是本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器的磁力线走势图。
图4是本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器另一视角的磁力线走势图。
【具体实施方式】
请参阅说明书附图1至附图4所示，本发明为一种励磁动磁式磁致微位移驱动器，其由主磁路铁芯2、辅助磁路铁芯1、安装座10、驱动电机9、S极驱动永磁体3、N级驱动永磁体4、磁致伸缩材料5、励磁永磁体6、输出轴15以及压板11等几部分组成。
其中，所述主磁路铁芯2设置有两个，其呈相对设置。各主磁路铁芯2呈L形结构。
所述辅助磁路铁芯1卡持于主磁路铁芯2上，其呈C形结构。
所述主磁路铁芯2和辅助磁路铁芯1分别由硅钢片叠装而成。对于低频应用场合，所述主磁路铁芯2和辅助磁路铁芯1可以由实心钢材一体加工而成；对于高频应用场合，所述主磁路铁芯2和辅助磁路铁芯1可以由SMC磁粉材料压铸而成。
所述安装座10固持于主磁路铁芯1的端部，其上安装有所述驱动电机9。在本实施列中，所述驱动电机9为旋转电机，其上设有一旋转铁芯12。
所述S极驱动永磁体3和N级驱动永磁体4收容于主磁路铁芯2内，其分别安装于驱动电机9的旋转铁芯12上，从而由驱动电机9驱动而转动。所述S极驱动永磁体3、N级驱动永磁体4均采用钕铁硼NdFeB材质的永磁体，其径向充磁，形状为瓦片形、三角形或者椭圆形。
所述磁致伸缩材料5、励磁永磁体6分别夹持于主磁路铁芯2之间。所述磁致伸缩材料5采用铽镝铁Terfenol_D或者铁镓合金Galfenol。所述励磁永磁体6采用钕铁硼材质的永磁体，其轴向充磁，形状为圆柱或长方体，其能给磁致伸缩材料5提供工作必须的偏置磁场，使磁致伸缩材料5工作在线性区间内。
所述输出轴15抵接在磁致伸缩材料5的一侧，并由磁致伸缩材料5驱动。
所述压板11设置在主磁路铁芯2的两侧，两压板11之间穿设有若干压紧螺栓14。所述压板11和主磁路铁芯2之间抵接有碟形弹簧13，该碟形弹簧13套设在输出轴15上，其能给磁致伸缩材料5施加预定压力。
本发明的励磁动磁式磁致微位移驱动器的设计原理如下：如图3所示，励磁永磁体6在两个主磁路铁芯2之间，磁致伸缩材料5也在两个主磁路铁芯2之间。励磁永磁体6产生的部分磁力线通过磁致伸缩材料5形成闭合回路7，给磁致伸缩材料5提供励磁磁场；励磁永磁体6产生的另一部分磁通通过S极驱动永磁体3、N级驱动永磁体4形成闭合回路8。S极驱动永磁体3、N级驱动永磁体4安装在旋转铁芯12上，由驱动电机9转动，当驱动S极驱动永磁体3、N级驱动永磁体4转动时，会周期性的改变磁致伸缩材料5的磁通密度，从而改变磁致伸缩材料5的输出微位移。通过控制驱动S极驱动永磁体3、N级驱动永磁体4的位置控制磁致伸缩材料5的输出微位移。同时，线圈只存在驱动电机9中，其产生的热量不会影响磁致伸缩材料4，因此，驱动器工作稳定，适合高精度定位需求。
以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种励磁动磁式磁致微位移驱动器，其特征在于：包括主磁路铁芯、辅助磁路铁芯、安装座、驱动电机、S极驱动永磁体、N级驱动永磁体、磁致伸缩材料、励磁永磁体、输出轴以及压板；其中，所述主磁路铁芯设置有两个，其呈相对设置；所述辅助磁路铁芯卡持于主磁路铁芯上；所述安装座固持于主磁路铁芯的端部，其上安装有所述驱动电机；所述S极驱动永磁体和N级驱动永磁体收容于主磁路铁芯内，其分别安装于驱动电机的旋转铁芯上；所述磁致伸缩材料、励磁永磁体分别夹持于主磁路铁芯之间；所述输出轴抵接在磁致伸缩材料的一侧，并由磁致伸缩材料驱动；所述压板设置在主磁路铁芯的两侧，两压板之间穿设有若干压紧螺栓；所述压板和主磁路铁芯之间抵接有碟形弹簧，所述碟形弹簧套设在输出轴上。
2.如权利要求1所述的励磁动磁式磁致微位移驱动器，其特征在于：各主磁路铁芯呈L形结构；所述辅助铁芯呈C形结构。
3.如权利要求2所述的励磁动磁式磁致微位移驱动器，其特征在于：所述主磁路铁芯和辅助磁路铁芯分别由硅钢片叠装而成；或由实心钢材一体加工而成；或由SMC磁粉材料一体压铸而成。
4.如权利要求1所述的励磁动磁式磁致微位移驱动器，其特征在于：所述磁致伸缩材料采用铽镝铁Terfenol_D或者铁镓合金Galfenol。
5.如权利要求1所述的励磁动磁式磁致微位移驱动器，其特征在于：所述励磁永磁体采用钕铁硼材质的永磁体，其轴向充磁，形状为圆柱或长方体。
6.如权利要求1所述的励磁动磁式磁致微位移驱动器，其特征在于：所述S极驱动永磁体、N级驱动永磁体均采用钕铁硼NdFeB材质的永磁体，其径向充磁，形状为瓦片形、三角形或者椭圆形。
7.如权利要求1所述的励磁动磁式磁致微位移驱动器，其特征在于：所述驱动电机为旋转电机。
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