CN104953891B - 一种采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器，其磁致伸缩材料侧上导磁板和磁致伸缩材料侧下导磁板呈相对设置；磁致伸缩材料位于磁致伸缩材料侧上导磁板和磁致伸缩材料侧下导磁板之间；分磁侧下导磁板和分磁侧上导磁板相对设置；永磁体安装于一永磁体非导磁轴上，其位于磁致伸缩材料的一侧，并位于分磁侧上导磁板和分磁侧下导磁板之间；永磁体非导磁轴枢接于非导磁不锈钢支架上；电机连接并驱动永磁体非导磁轴；输出轴抵接于磁致伸缩材料上。本发明将磁致伸缩材料与旋转电机驱动技术相结合，并基于磁致伸缩材料的磁致伸缩效应，将旋转电机的角位移转化为磁致伸缩材料的微米级直线位移，实现磁致伸缩材料的微直线位移。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种位移驱动器，具体涉及一种采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器，其能将旋转电机的角位移转化为微米级的直线微位移，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保证执行器的稳定工作。而且目前使用的磁致伸缩驱动器多数只是单台使用，不能像压电陶瓷一样通过多片叠装方式实现大行程控制。
因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器，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采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器，其采用磁致伸缩材料与常规旋转电机驱动技术相结合的方法，并基于磁致伸缩材料的磁致伸缩效应，将常规旋转电机的角位移转化为磁致伸缩材料的微米级直线位移，以实现基于磁致伸缩材料的微直线位移。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器，其包括磁致伸缩材料侧上导磁板、磁致伸缩材料、分磁侧上导磁板、导磁侧板、分磁侧下导磁板、磁致伸缩材料侧下导磁板、永磁体、电机、非导磁不锈钢支架以及输出轴；其中，所述磁致伸缩材料侧上导磁板和磁致伸缩材料侧下导磁板呈相对设置；所述磁致伸缩材料位于磁致伸缩材料侧上导磁板和磁致伸缩材料侧下导磁板之间；所述分磁侧上导磁板位于磁致伸缩材料侧上导磁板的一侧；所述分磁侧下导磁板位于磁致伸缩材料侧下导磁板的一侧，其和分磁侧上导磁板相对设置；所述导磁侧板连接分磁侧上导磁板和分磁侧下导磁板；所述永磁体安装于一永磁体非导磁轴上，其位于磁致伸缩材料的一侧，并位于分磁侧上导磁板和分磁侧下导磁板之间；所述永磁体非导磁轴枢接于非导磁不锈钢支架上；所述电机安装于非导磁不锈钢支架的一侧，其连接并驱动永磁体非导磁轴；所述输出轴抵接于磁致伸缩材料上。
本发明的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器进一步为：所述永磁体为半圆柱环结构，采用轴向充磁的形式。
本发明的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器进一步为：所述磁致伸缩材料采用铁镓合金Galfenol。
本发明的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器进一步为：所述输出轴通过一碟形弹簧压紧机构抵接于磁致伸缩材料上。
本发明的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器还可为：所述电机为旋转电机、步进电机或者伺服电机。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1. 本发明的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器将磁致伸缩材料与常规旋转电机驱动技术相结合，基于磁致伸缩材料的“磁致伸缩效应”，运用旋转电机带动永磁体旋转而改变通过铁镓合金的磁通，使铁镓合金发生伸缩，从而将旋转电机的角位移转化为微米级的直线位移，实现微米级直线位移。
2. 本发明的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器的线圈只存在电机中，其产生的热量不会影响磁致伸缩材料。因此，执行器工作稳定，适合高精度定位需求。
3. 本发明的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器可实现多台执行器串联工作方式，不采用蠕虫步进驱动方式和位移放大装置既可以实现微米级下的大行程定位。
【附图说明】
图1是本发明的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器的立体图。
图2是图1中的部分结构立体图。
图3是图1中的永磁体的形状及充磁示意图。
图4是本发明的永磁体靠近磁致伸缩材料的侧磁路示意图。
图5是本发明的永磁体远离磁致伸缩材料的侧磁路示意图。
【具体实施方式】
请参阅说明书附图1至附图5所示，本发明为一种采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器，其由磁致伸缩材料侧上导磁板1、磁致伸缩材料2、分磁侧上导磁板3、导磁侧板4、分磁侧下导磁板5、磁致伸缩材料侧下导磁板6、永磁体7、电机8、非导磁不锈钢支架10以及输出轴12等几部分组成。
其中，所述磁致伸缩材料侧上导磁板1和磁致伸缩材料侧下导磁板6呈相对设置。
所述磁致伸缩材料2位于磁致伸缩材料侧上导磁板1和磁致伸缩材料侧下导磁板6之间，其具体为铁镓合金Galfenol。
所述分磁侧上导磁板3位于磁致伸缩材料侧上导磁板1的一侧；所述分磁侧下导磁板5位于磁致伸缩材料侧下导磁板6的一侧，其和分磁侧上导磁板3相对设置。所述导磁侧板4连接分磁侧上导磁板3和分磁侧下导磁板5。
所述永磁体7安装于一永磁体非导磁轴11上，其位于磁致伸缩材料2的一侧，并位于分磁侧上导磁板3和分磁侧下导磁板5之间。所述永磁体7为半圆柱环结构，采用轴向充磁的形式，其磁感线的路径主要有两条，分别为“永磁体7靠近磁致伸缩材料2侧磁路”和“永磁体7远离磁致伸缩材料2侧磁路”，
所述永磁体非导磁轴11枢接于非导磁不锈钢支架10上。所述电机8安装于非导磁不锈钢支架10的一侧，其连接并驱动永磁体非导磁轴11，可以带动永磁体7做同步旋转。所述电机8具体为旋转电机、步进电机或者伺服电机。
所述输出轴12抵接于磁致伸缩材料2上。具体的说，所述输出轴12通过一碟形弹簧压紧机构9抵接于磁致伸缩材料2上，并由磁致伸缩材料2驱动。
本发明的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器的设计原理如下：电机8驱动永磁体7旋转一个角位移，假如旋转方向为离开磁致伸缩材料2，部分永磁体7的磁通（附图5的虚线）将通过远离磁致伸缩材料2侧磁路，使流过铁镓合金的磁通密度减少，根据“磁致伸缩效应”，铁镓合金将会发生伸缩，从而实现磁致伸缩材料微米级的直线位移。假如旋转方向为靠近磁致伸缩材料2，部分永磁体7的磁通（附图4的虚线）将通过靠近磁致伸缩材料2侧磁路，使流过铁镓合金的磁通密度增加，根据“磁致伸缩效应”，铁镓合金将会发生伸长，通过控制电机8的旋转角位移来控制流过磁致伸缩材料2的磁通，进而实现磁致伸缩材料2微位移。
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 (4)
1.一种采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器，其特征在于：包括磁致伸缩材料侧上导磁板、磁致伸缩材料、分磁侧上导磁板、导磁侧板、分磁侧下导磁板、磁致伸缩材料侧下导磁板、永磁体、电机、非导磁不锈钢支架以及输出轴；其中，所述磁致伸缩材料侧上导磁板和磁致伸缩材料侧下导磁板呈相对设置；所述磁致伸缩材料位于磁致伸缩材料侧上导磁板和磁致伸缩材料侧下导磁板之间；所述分磁侧上导磁板位于磁致伸缩材料侧上导磁板的一侧；所述分磁侧下导磁板位于磁致伸缩材料侧下导磁板的一侧，其和分磁侧上导磁板相对设置；所述导磁侧板连接分磁侧上导磁板和分磁侧下导磁板；所述永磁体安装于一永磁体非导磁轴上，其位于磁致伸缩材料的一侧，并位于分磁侧上导磁板和分磁侧下导磁板之间；所述永磁体非导磁轴枢接于非导磁不锈钢支架上；所述电机安装于非导磁不锈钢支架的一侧，其连接并驱动永磁体非导磁轴；所述输出轴抵接于磁致伸缩材料上。
2.如权利要求1所述的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述永磁体为半圆柱环结构，采用轴向充磁的形式。
3.如权利要求1所述的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述磁致伸缩材料采用铁镓合金Galfenol。
4.如权利要求1所述的采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述输出轴通过一碟形弹簧压紧机构抵接于磁致伸缩材料上。
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