CN105915106B - 主动热补偿超磁致伸缩执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磁致伸缩领域，涉及一种主动热补偿超磁致伸缩执行器，主要包括阻磁底座、热补偿螺栓、下导磁滑片、磁致伸缩套筒、线圈骨架、下导磁块、磁致伸缩棒、上导磁块、导磁套筒、上导磁片、阻磁阶梯传递轴、阻磁外壳、碟形弹簧。本发明结构合理，操作简单，实用性强，通过执行器内部的热补偿结构可以有效的减小或消除由于热膨胀对于执行器位移输出精度的影响，大大提高了执行器的位移输出精度。对于磁致伸缩器件的应用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及超磁致伸缩执行器装置领域，特别涉及一种具有主动热补偿功能的超磁致伸缩执行器。
背景技术
磁致伸缩材料Terfenol-D是20世纪70年代出现的新型稀土功能材料，该材料被视为21世纪提高国家高科技综合竞争力的一种新型战略性功能材料。磁致伸缩效应是该材料的重要物理特性之一。与压电陶瓷材料相比该材料具有大磁致伸缩系数、高能量密度、响应速度快、较高的磁机转换效率等优异特性。磁致伸缩效应是该材料的重要物理特性之一。利用该材料的磁致伸缩效应特性可以制作微位移执行器。用磁致伸缩材料制成的超磁致伸缩移执行器具有结构简单、易于驱动、精度高、漂移小、工作频率范围宽等优点。凭借这些优异特性，超磁致伸缩执行器在声呐系统中已经得到了广泛应用，并且在精密与超精密加工、流体机械等工程领域显示出了良好的应用前景。
虽然超磁致伸缩执行器具有如上优点，但是超磁致伸缩执行器驱动线圈产生的焦耳热和磁致伸缩材料自身的涡流热会导致磁致伸缩材料产生热膨胀，影响执行器的输出位移精度。超磁致伸缩执行器作为一种微位移驱动装置，其输出位移精度必须要严格控制。因此减小驱动线圈产生的焦耳热和磁致伸缩材料自身的涡流热对执行器位移输出精度的影响、提高执行器的输出位移精度对于超磁致伸缩执行器的应用具有重要意义。
近年来从事磁致伸缩材料及应用的研究人员对如何减小磁致伸缩材料热膨胀对执行器输出精度的影响的方法进行了一定的研究。例如，在2010年天津工程师范学院学报第20卷第2期14-16页发表的超磁致伸缩器的热补偿研究中，李小鹏等人提出一种基于软件的向上补偿法，将冷却系统与软件结合进行执行器的热补偿；在2008年浙江大学赵兵的硕士论文中，采用内套材料与磁致伸缩材料具有相同的热膨胀系数的方式进行执行器的热补偿。但是目前还鲜有通过组合不同形状磁致伸缩材料进行热补偿的报道。
发明内容
发明目的
本发明提供了一种主动热补偿超磁致伸缩执行器，其目的是减小执行器线圈产生的焦耳热和磁致伸缩材料自身产生的涡流热对于执行器输出位移精度的影响，提高执行器的输出位移精度。
技术方案
一种主动热补偿超磁致伸缩执行器，其特征在于：执行器的下端为上端带有圆环状凸台、中心和外缘带有螺栓通孔、下端带有凹槽的阻磁底座；热补偿螺栓安装在阻磁底座的中心螺栓孔中；中心带有螺栓通孔的薄片状下导磁滑片安装在阻磁底座上端面的圆环状凸台内，其中心螺栓孔与热补偿螺栓连接并且与阻磁底座之间存在间隙；磁致伸缩套筒安装在下导磁滑片上方；中心带有阶梯孔的线圈骨架安装在下导磁滑片上方，下端的内轴肩与磁致伸缩套筒接触；下端带有轴肩、上端带有凹槽的下导磁块安装在线圈骨架的中心孔中并且下轴肩与磁致伸缩套筒上端接触；磁致伸缩棒安装在下导磁块的凹槽内；上下两端带有凹槽的上导磁块安装在磁致伸缩棒上方；圆筒状导磁套筒安装在线圈骨架外侧；圆薄片状上导磁片安装在线圈骨架和导磁套筒上面；阻磁阶梯传递轴安装在上导磁块的上凹槽中；中心带有螺纹通孔、下端轴肩带有螺栓孔的阻磁外壳安装在圆筒状导磁套筒外侧，阻磁外壳的下端面与阻磁底座接触，阻磁外壳下端的内轴肩与阻磁底座上端面的圆环状凸台接触，上端的内轴肩与上导磁片接触；在阻磁阶梯传递轴的轴肩上端面与阻磁外壳之间设有碟形弹簧；外缘带有螺纹，中心带有通孔的预紧螺母与阻磁外壳上端面的螺纹孔连接并且下端与碟形弹簧接触。
阻磁底座与阻磁外壳之间通过螺栓固定，螺栓由下端依次通过阻磁底座和阻磁外壳的螺栓孔。
在阻磁外壳下端的轴肩上安装有紧固螺母，紧固螺母与螺栓配合。
预紧螺母的中心通孔与阻磁阶梯传递轴之间存在间隙。
上导磁块与线圈骨架的中心孔之间存在间隙。
优点及效果
本发明这种主动热补偿超磁致伸缩执行器利用磁致伸缩材料的磁致伸缩特性，通过磁致伸缩套筒、导磁滑片和热补偿螺栓对执行器的热变形进行补偿。减小热变形对执行器输出位移的影响，提高执行器输出位移的精度。同时本发明具有结构简单，易于操作的特点。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中A部分的放大示意图。
附图标记说明：
1.阻磁阶梯传递轴，2.预紧螺母，3.碟形弹簧，4.阻磁外壳，5.上导磁片，6.导磁套筒，7.线圈，8.下导磁滑片，9.螺栓，10.紧固螺母，11.上导磁块，12.磁致伸缩棒，13.线圈骨架，14.下导磁块，15.磁致伸缩套筒，16.热补偿螺栓，17.阻磁底座。
具体实施方式
本发明利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应特性，通过将两种不同形状的磁致伸缩材料组合，设计了一种主动热补偿超磁致伸缩执行器。
所述主动热补偿超磁致伸缩执行器，如图1和图2中所示，执行器的下端为上端带有圆环状凸台、中心和外缘带有螺栓通孔、下端带有凹槽的圆盘状阻磁底座17；热补偿螺栓16安装在阻磁底座17的中心螺栓孔中；中心带有螺栓通孔的薄片状下导磁滑片8安装在阻磁底座17上端面的圆环状凸台内，其中心螺栓孔与热补偿螺栓16连接并且与阻磁底座17之间存在间隙；热补偿螺栓16和下导磁滑片8之间采用螺纹配合，当下导磁片8受到力的作用时将会向下移动，下导磁滑片8与阻磁底座17间的间隙保证了下导磁滑片可以向下移动。磁致伸缩套筒15安装在下导磁滑片8上方；中心带有阶梯孔的线圈骨架13安装在下导磁滑片8上方，下端的内轴肩与磁致伸缩套筒15接触；线圈骨架13的下端内轴肩与磁致伸缩套筒15接触，保证了磁致伸缩套筒的上端为固定端。下端带有轴肩、上端带有凹槽的下导磁块14安装在线圈骨架13的中心孔中并且下轴肩与磁致伸缩套筒15上端接触；磁致伸缩棒12安装在下导磁块14凹槽内；上下两端带有凹槽的上导磁块11安装在磁致伸缩棒12上方；圆筒状导磁套筒6安装在线圈骨架13外侧；圆薄片状上导磁片5安装在线圈骨架13和导磁套筒6上面；阻磁阶梯传递轴1安装在上导磁块11的上凹槽中；中心带有螺纹通孔、下端轴肩带有螺栓孔的阻磁外壳4安装在圆筒状导磁套筒6外侧，阻磁外壳4的下端面与阻磁底座17接触，阻磁外壳4下端的内轴肩与阻磁底座17上端面的圆环状凸台接触，上端的内轴肩与上导磁片5接触；在阻磁阶梯传递轴1的轴肩上端面与阻磁外壳4之间设有碟形弹簧3；外缘带有螺纹，中心带有通孔的预紧螺母2与阻磁外壳4上端面的螺纹孔连接并且下端与碟形弹簧3接触。
阻磁底座17与阻磁外壳4之间通过螺栓9固定，螺栓9由下端依次通过阻磁底座17和阻磁外壳4的螺栓孔。在阻磁外壳4下端的轴肩上安装有紧固螺母10，紧固螺母10与螺栓9配合，使整个装置固定。
预紧螺母2的中心通孔与阻磁阶梯传递轴1之间存在间隙；上导磁块11与线圈骨架13的中心孔之间存在间隙。留有间隙可以保证执行器的位移输出顺畅没有阻碍。
本发明工作原理如下：
在本发明工作前需要调节紧固螺母10以保证整个执行器的连接正确。本发明工作时，首先调节预紧螺母2对执行器施加适当的预紧力。预紧力通过碟形弹簧3传递给阻磁阶梯传递轴1，阻磁阶梯传递轴1通过上导磁块11将预紧力施加到磁致伸缩棒12上。磁致伸缩棒12将预紧力通过下导磁块14施加到磁致伸缩套筒15上。磁致伸缩套筒15的上端与线圈骨架13下端的内轴肩接触，线圈骨架13通过阻磁外壳4固定，因此磁致伸缩套筒15的上端为固定端。当执行器线圈7中通入激励时，由线圈7产生的磁场导致磁致伸缩套筒15和磁致伸缩棒12产生位移和力的输出。磁致伸缩棒12的下端与下导磁块14接触为固定端，因此所产生的位移通过上导磁块11、阻磁阶梯传递轴1进行位移输出。而磁致伸缩套筒15的下端与下导磁滑片8接触，下导磁滑片8与热补偿螺栓16连接，当下导磁滑片8受到磁致伸缩套筒15产生的力和位移作用时会沿着热补偿螺栓16的螺纹向下移动。当下导磁滑片8向下移动时线圈骨架13、磁致伸缩套筒15下导磁块14和磁致伸缩棒12也向下的移动，因此由热导致磁致伸缩棒12产生的膨胀位移得到补偿。
结论：
本发明结构合理，操作简单，实用性强。通过执行器内部的热补偿结构可以有效的减小或消除由于热膨胀对于执行器位移输出精度的影响，大大提高了执行器的位移输出精度。对于执行器应用于驱动精度较高的场合提供了可能，对于磁致伸缩器件的应用具有重要意义。
Claims (5)
1.一种主动热补偿超磁致伸缩执行器，其特征在于：执行器的下端为上端带有圆环状凸台、中心和外缘带有螺栓通孔、下端带有凹槽的阻磁底座（17）；热补偿螺栓（16）安装在阻磁底座（17）的中心螺栓孔中；中心带有螺栓通孔的薄片状下导磁滑片（8）安装在阻磁底座（17）上端面的圆环状凸台内，其中心螺栓孔与热补偿螺栓（16）连接并且与阻磁底座（17）之间存在间隙；磁致伸缩套筒（15）安装在下导磁滑片（8）上方；中心带有阶梯孔的线圈骨架（13）安装在下导磁滑片（8）上方，下端的内轴肩与磁致伸缩套筒（15）接触；下端带有轴肩、上端带有凹槽的下导磁块（14）安装在线圈骨架（13）的中心孔中并且下轴肩与磁致伸缩套筒（15）上端接触；磁致伸缩棒（12）安装在下导磁块（14）的凹槽内；上下两端带有凹槽的上导磁块（11）安装在磁致伸缩棒（12）上方；圆筒状导磁套筒（6）安装在线圈骨架（13）外侧；圆薄片状上导磁片（5）安装在线圈骨架（13）和导磁套筒（6）上面；阻磁阶梯传递轴（1）安装在上导磁块（11）的上凹槽中；中心带有螺纹通孔、下端轴肩带有螺栓孔的阻磁外壳（4）安装在圆筒状导磁套筒（6）外侧，阻磁外壳（4）的下端面与阻磁底座（17）接触，阻磁外壳（4）下端的内轴肩与阻磁底座（17）上端面的圆环状凸台接触，上端的内轴肩与上导磁片（5）接触；在阻磁阶梯传递轴（1）的轴肩上端面与阻磁外壳（4）之间设有碟形弹簧（3）；外缘带有螺纹，中心带有通孔的预紧螺母（2）与阻磁外壳（4）上端面的螺纹孔连接并且下端与碟形弹簧（3）接触。
2.根据权利要求1所述的主动热补偿超磁致伸缩执行器，其特征在于：阻磁底座（17）与阻磁外壳（4）之间通过螺栓（9）固定，螺栓（9）由下端依次通过阻磁底座（17）和阻磁外壳（4）的螺栓孔。
3.根据权利要求1所述的主动热补偿超磁致伸缩执行器，其特征在于：在阻磁外壳（4）下端的轴肩上安装有紧固螺母（10），紧固螺母（10）与螺栓（9）配合。
4.根据权利要求1所述的主动热补偿超磁致伸缩执行器，其特征在于：预紧螺母（2）的中心通孔与阻磁阶梯传递轴（1）之间存在间隙。
5.用权利要求1所述的主动热补偿超磁致伸缩执行器，其特征在于：上导磁块（11）与线圈骨架（13）的中心孔之间存在间隙。
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