CN108435518A - 一种激励线圈端置的小型gma - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激励线圈端置的小型GMA，特点是：激励线圈缠绕在硅钢片粘结成的硅钢圆柱上形成电磁铁，有助于减少线圈的使用并增强磁场且两电磁铁距离越小磁场越强；电磁铁放置在GMM棒上下两端，通入交流电流产生激励磁场，使用环形永磁体套在尼龙骨架上产生偏置磁场，激励磁场与偏置磁场的共同作用使GMM棒产生轴向变形，电磁铁通电后可实现GMA对外做功，产生磁场的方式和位置发生变化，可实现GMA小型化设计并降低GMA对外做功时产生的热量。本发明首次将以往产生激励磁场的线圈改为电磁铁产生激励磁场，并且将以往放置在GMM周边的线圈改为上下分布的电磁铁形式，这样既能够降低GMM周围的热量也能够实现GMA的小型化。

Description

一种激励线圈端置的小型GMA
技术领域
本发明涉及一种稀土超磁致伸缩致动器结构设计，用于精密加工、微位移控制等领域，由于其体积小、发热量低，所以应用场合较为广泛。
背景技术
稀土超磁致伸缩致动器是利用磁致伸缩效应进行工作的微位移输出装置。目前常用的稀土超磁致伸缩致动器应用范围小是由于这类致动器都有其局限性。体积大，而发热量高，使致动器的工作效率降低，在工业生产中达不到应用需求。所以急需一种小型，发热量低的GMA解决现有的生产需求问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种可以实现线圈用量减少并减小热量产生，实现小型化的激励线圈端置的小型GMA。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种激励线圈端置的小型GMA包括推杆、压片弹簧、端盖、环形硅钢片、环形尼龙片、环形永磁体、GMM棒、尼龙骨架、壳体、实心硅钢片和激励线圈；
其中：环形硅钢片厚度0.5～2mm，按8～30片叠加粘结；环形尼龙片厚度2～5mm；环形永磁体高为25～60mm，内径8～15mm；GMM棒高20～40mm，直径5～10mm；实心硅钢片厚度0.5～2mm，按8～30片叠加粘结；GMA整体装配高度30～70mm，直径15～55mm；
所述壳体为底部密封、顶部敞口的圆筒结构；所述推杆的外圆中部沿圆周方向向外设置环形凸台Ⅰ；所述尼龙骨架为圆形中空结构，所述尼龙骨架的外圆底部沿圆周方向向外设置环形凸台Ⅱ；
多片实心硅钢片竖直叠加粘结而成实心硅钢圆柱，所述实心硅钢圆柱设置在壳体的底部中部，所述实心硅钢圆柱的外圆上缠绕激励线圈；所述尼龙骨架套在GMM棒外，所述GMM棒和尼龙骨架的底部压在实心硅钢圆柱上；所述推杆的底部压在GMM棒上，所述环形尼龙片套在推杆的底部外圆周上，环形尼龙片位于尼龙骨架的上方，所述环形永磁体套在尼龙骨架的外圆上且位于环形尼龙片与尼龙骨架底部的环形凸台Ⅱ之间；多片环形硅钢片竖直叠加粘结而成环形硅钢圆柱，所述环形硅钢圆柱套在推杆的外圆下部且位于环形尼龙片与推杆中部的环形凸台Ⅰ之间，所述环形硅钢圆柱的外圆上缠绕激励线圈；所述端盖的顶部套在推杆的外圆上并与推杆间隙配合，所述端盖的底部旋套在壳体的顶部，所述压片弹簧套在推杆的外圆上部且压在端盖的顶部与推杆中部的环形凸台Ⅰ之间；所述推杆、环形硅钢圆柱、环形尼龙片、GMM棒、尼龙骨架、环形永磁体和实心硅钢圆柱与壳体同轴线设置。
作为本发明的一种优选方案，所述尼龙骨架与GMM棒之间的间隙为0～0.5mm，所述环形尼龙片与推杆之间的间隙为0～0.5mm，环形硅钢片与推杆之间的间隙为0～0.3mm。
本发明的技术效果是：激励线圈缠绕在硅钢片粘结成的硅钢圆柱上形成电磁铁，电磁铁放置在GMM棒上下两端，通入交流电流产生激励磁场，这样的设计可以使电磁铁中磁场最强的磁极相互作用，有助于提高GMM棒轴线上的磁场均匀性，增强磁场强度，提升磁场的有效利用；使用环形永磁体产生偏置磁场，永磁体产生的偏置磁场稳定且均匀，无需考虑线圈产生偏置磁场的不稳定性和线圈通电后的发热，采用永磁体提供偏置磁场有效降低热量的产生。激励磁场与偏置磁场的共同作用使GMM棒长生轴向变形，对外输出。本发明GMA结构设计在工作时，放置在GMM棒上下两端的电磁铁产生激励磁场，使磁场的磁极直接作用于GMM棒可最大限度使磁场在GMM轴向上，可以实现线圈的用量减少并减小热量的产生，实现小型化。
附图说明
图1为一种激励线圈端置的小型GMA的主视图；
图2为一种激励线圈端置的小型GMA的俯视图；
图3为一种激励线圈端置的小型GMA的左视图；
图4为室温10Mpa压力下超磁致伸缩材料应变曲线。
图中，1—推杆；2—压片弹簧；3—端盖；4—环形硅钢片；5—环形尼龙片；6—环形永磁体；7—GMM棒；8—尼龙骨架；9—壳体；10—实心硅钢片；11—激励线圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1～3所示，一种激励线圈端置的小型GMA包括推杆1、压片弹簧2、端盖3、环形硅钢片4、环形尼龙片5、环形永磁体6、GMM棒7、尼龙骨架8、壳体9、实心硅钢片10和激励线圈11。其中：环形硅钢片4厚度0.5～2mm，按8～30片叠加粘结；环形尼龙片5厚度2～5mm；环形永磁体6高为25～60mm，内径8～15mm；GMM棒7高20～40mm，直径5～10mm；实心硅钢片10厚度0.5～2mm，按8～30片叠加粘结；GMA整体装配高度30～70mm，直径15～55mm。壳体9为底部密封、顶部敞口的圆筒结构；推杆1的外圆中部沿圆周方向向外设置环形凸台Ⅰ；尼龙骨架8为圆形中空结构，尼龙骨架8的外圆底部沿圆周方向向外设置环形凸台Ⅱ。多片实心硅钢片10竖直叠加粘结而成实心硅钢圆柱，实心硅钢圆柱设置在壳体的底部中部，实心硅钢圆柱的外圆上缠绕激励线圈11；尼龙骨架8套在GMM棒7外，GMM棒7和尼龙骨架8的底部压在实心硅钢圆柱上；推杆1的底部压在GMM棒7上，环形尼龙片5套在推杆1的底部外圆周上，环形尼龙片5位于尼龙骨架8的上方，环形永磁体6套在尼龙骨架8的外圆上且位于环形尼龙片5与尼龙骨架8底部的环形凸台Ⅱ之间；多片环形硅钢片4竖直叠加粘结而成环形硅钢圆柱，环形硅钢圆柱套在推杆1的外圆下部且位于环形尼龙片5与推杆1中部的环形凸台Ⅰ之间，环形硅钢圆柱的外圆上缠绕激励线圈11；端盖3的顶部套在推杆1的外圆上并与推杆1间隙配合，端盖3的底部旋套在壳体9的顶部，压片弹簧2套在推杆1的外圆上部且压在端盖3的顶部与推杆1中部的环形凸台Ⅰ之间；推杆1、环形硅钢圆柱、环形尼龙片5、GMM棒7、尼龙骨架8、环形永磁体6和实心硅钢圆柱与壳体9同轴线设置。在本实施例中，推杆1的外圆中部的环形凸台Ⅰ、尼龙骨架8的外圆底部的环形凸台Ⅱ和环形尼龙片5均与壳体9的内圆壁接触并与壳体9的内圆壁滑动配合。
激励线圈11缠绕在硅钢片粘结成的硅钢圆柱上，硅钢片使产生的激励磁场强度增强并防止涡流的产生，将硅钢圆柱放置在GMM棒上下两端，硅钢片组成的硅钢圆柱与激励线圈11组成电磁铁，电磁铁的磁场直接作用于GMM棒7，当上下两电磁铁距离越小，它们之间的磁场越强，作用在GMM棒7的效果越明显。采用环形永磁体6产生偏置磁场，激励磁场与偏置磁场的共同作用使GMM棒长生轴向变形，对外输出。在此设计中，由于产生磁场的方式和位置发生变化，可以实现GMA的小型化设计并有效降低GMA对外做功时产生的热量。激励线圈11缠绕在硅钢圆柱上组成电磁铁，尼龙骨架8做支撑将两电磁铁按上下布置，通入交流电产生激励磁场，并有效隔绝线圈产生的热量向GMM扩散，采用环形永磁体6套在尼龙骨架8上产生偏置磁场。这样的设计模型减少线圈的用量，降低热量的产生，实现致动器的小型化。
尼龙骨架8与GMM棒7之间的间隙为0～0.5mm，这是为了GMM棒更好的定位且不影响GMM棒的轴向伸缩。环形尼龙片5与推杆1之间的间隙为0～0.5mm，环形硅钢片4与推杆1之间的间隙为0～0.3mm，环形尼龙片5既起到隔热作用也起到定位作用，而环形硅钢片4起到增强磁场和导向定位作用。
经计算螺旋激励线圈与硅钢片组成的电磁铁在电流I为3A，匝数n为900匝，导线横截面积为0.6mm2的条件下产生的磁场强度为900Oe，同时利用压片弹簧施加10MPa的预压力使GMM产生更大的伸缩量。由图4可知此时材料的应变量接近1200ppm。
其计算公式如下：
μ0——真空磁导率；
μ——硅钢片相对磁导率；
n——匝数；
I——电流大小；
r——螺线管线圈在轴线上距离轴线中点距离；
L——硅钢圆柱长度；
R1——螺旋线圈内径；
R2——螺旋线圈外径。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种激励线圈端置的小型GMA，其特征在于：包括推杆(1)、压片弹簧(2)、端盖(3)、环形硅钢片(4)、环形尼龙片(5)、环形永磁体(6)、GMM棒(7)、尼龙骨架(8)、壳体(9)、实心硅钢片(10)和激励线圈(11)；
其中：环形硅钢片(4)厚度0.5～2mm，按8～30片叠加粘结；环形尼龙片(5)厚度2～5mm；环形永磁体(6)高为25～60mm，内径8～15mm；GMM棒(7)高20～40mm，直径5～10mm；实心硅钢片(10)厚度0.5～2mm，按8～30片叠加粘结；GMA整体装配高度30～70mm，直径15～55mm；
所述壳体(9)为底部密封、顶部敞口的圆筒结构；所述推杆(1)的外圆中部沿圆周方向向外设置环形凸台Ⅰ；所述尼龙骨架(8)为圆形中空结构，所述尼龙骨架(8)的外圆底部沿圆周方向向外设置环形凸台Ⅱ；
多片实心硅钢片(10)竖直叠加粘结而成实心硅钢圆柱，所述实心硅钢圆柱设置在壳体(9)的底部中部，所述实心硅钢圆柱的外圆上缠绕激励线圈(11)；所述尼龙骨架(8)套在GMM棒(7)外，所述GMM棒(7)和尼龙骨架(8)的底部压在实心硅钢圆柱上；所述推杆(1)的底部压在GMM棒(7)上，所述环形尼龙片(5)套在推杆(1)的底部外圆周上，环形尼龙片(5)位于尼龙骨架(8)的上方，所述环形永磁体(6)套在尼龙骨架(8)的外圆上且位于环形尼龙片(5)与尼龙骨架(8)底部的环形凸台Ⅱ之间；多片环形硅钢片(4)竖直叠加粘结而成空心硅钢圆柱，所述空心硅钢圆柱套在推杆(1)的外圆下部且位于环形尼龙片(5)与推杆(1)中部的环形凸台Ⅰ之间，所述空心硅钢圆柱的外圆上缠绕激励线圈(11)；所述端盖(3)的顶部套在推杆(1)的外圆上并与推杆(1)间隙配合，所述端盖(3)的底部旋套在壳体(9)的顶部，所述压片弹簧(2)套在推杆(1)的外圆上部且压在端盖(3)的顶部与推杆(1)中部的环形凸台Ⅰ之间；所述推杆(1)、空心硅钢圆柱、环形尼龙片(5)、GMM棒(7)、尼龙骨架(8)、环形永磁体(6)和实心硅钢圆柱与壳体(9)同轴线设置。
2.根据权利要求1所述的一种激励线圈端置的小型GMA，其特征在于：所述尼龙骨架(8)与GMM棒(7)之间的间隙为0～0.5mm，所述环形尼龙片(5)与推杆(1)之间的间隙为0～0.5mm，所述环形硅钢片(4)与推杆(1)之间的间隙为0～0.3mm。
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