CN113300631A - 磁致伸缩驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁致伸缩驱动器，其包括：第一外壳，其为圆槽状，第一外壳的槽底中心向槽内凹陷形成圆柱状的凹陷部，第一外壳和凹陷部内设置有相互连通的第一螺旋冷却水道、环形冷却水道和第二螺旋冷却水道；环形端板，设置于所述第一外壳槽口处，密封所述第一外壳槽口与所述凹陷部底端之间区域；磁致伸缩元件，其填充于所述凹陷部内；第二外壳，其为圆槽状，第二外壳槽底连接在所述第一外壳槽底，第二外壳内还设置有输入杆、第一活塞板、第二活塞板、输出杆，液压工质等。本发明通过在磁致伸缩驱动器外壳内设置螺旋冷却水道，采用液压位移放大，实现了磁致伸缩驱动器的良好散热，还使得磁致伸缩驱动器在实现较大输出位移的同时体积更加精简。
Description
技术领域
本发明涉及磁性领域。更具体地说，本发明涉及一种磁致伸缩驱动器。
背景技术
稀土超磁致伸缩材料是一种高效的电-磁-机转换的新型功能材料,因该材料具有响应快、应变范围大、可靠性强、输出应为大、能量密度高、频率特性好、频带宽等特点,在航天航空,军事,声响技术,减震防震,精密定位等领域具有广泛的应用前景。目前将磁致伸缩材料制作为电磁线圈是磁致伸缩材料较为成熟的应用，原理是通过一个电磁线圈来提供磁场促使磁致伸缩材料产生输出位移。然而电磁线圈使用过程中会产生热量，而在现有磁致伸缩驱动器中，电磁线圈常被管状壳体密封，热量难以散发出去，容易造成磁致伸缩元件温度上升，进而导致磁致伸缩元件性能发生改变，这样就会使磁致伸缩驱动器的输出位移的准确性降低。另外，现有的磁致伸缩驱动器一般还需进行位移放大，而现有的位移放大常用多次杠杆叠加进行，多次使用杠杆后容易造成的磁致伸缩驱动器体积较大，使得其在现在精密设备中使用受限。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种磁致伸缩驱动器，通过在磁致伸缩驱动器外壳内设置螺旋冷却水道，采用液压位移放大，实现了磁致伸缩驱动器的良好散热，还使得磁致伸缩驱动器在实现较大输出位移的同时体积更加精简。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种磁致伸缩驱动器，其包括：
第一外壳，其为圆槽状，所述第一外壳的槽底中心向槽内凹陷形成圆柱状的凹陷部，所述凹陷部底端外壁与所述第一外壳的槽口平齐，所述第一外壳的槽侧板内部设置有第一螺旋冷却水道，所述第一外壳的槽底板内部设置有环形冷却水道，所述凹陷部侧板内设置有第二螺旋冷却水道，所述第一螺旋冷却水道与环形冷却水道连通，所述环形冷却水道与所述第二螺旋冷却水道连通，所述第一外壳的槽外壁设置有进水孔，所述进水孔与所述第一螺旋冷却水道连通，所述凹陷部底端外壁设置有出水孔，所述出水孔与所述第二螺旋冷却水道连通；
励磁线圈，其设置于所述第一外壳的槽内、凹陷部外；
环形端板，其外径与所述第一外壳内径相同，所述环形端板的内径与所述凹陷部外径相同，所述环形端板设置于所述第一外壳槽口处，以密封所述第一外壳槽口与所述凹陷部底端之间区域；
磁致伸缩元件，其包括磁致伸缩棒和永磁棒，所述磁致伸缩棒和永磁棒的直径均与所述凹陷部的内径相同，所述磁致伸缩棒和永磁棒间隔设置的填充于所述凹陷部内；
第二外壳，其为圆槽状，所述第二外壳槽底连接在所述第一外壳槽底，所述第二外壳的槽底中心开设有与所述凹陷部内径相同的第一通孔，所述第一通孔内穿设有输入杆，所述输入杆一端伸入所述凹陷部内与所述磁致伸缩元件抵接，另一端伸入所述第二外壳内与一第一活塞板连接，所述第一活塞板直径与所述第二外壳内径相同，所述第二外壳的槽底板内设置有从槽侧外壁连通至槽底板内壁的第一气道；
密封块，其为圆柱形，所述密封块直径等于所述第二外壳内经，所述密封快可拆卸连接的设置于所述第二外壳的槽口处，并与所述第二外壳共同形成第二壳体内的密封空间，所述密封块的中心开设有第二通孔，所述第二通孔直径小于所述第一活塞板直径，所述第二通孔内设置有第二活塞板，所述第二活塞板直径与所述第二通孔直径相同，所述第二活塞板背向所述第一活塞板的板面中心连接有输出杆，所述输出杆直径小于所述第二通孔直径，所述输出杆长度大于所述第二通孔长度，所述第二通孔朝向第二外壳外的孔口处设置有环形挡板，所述环形挡板内径与所述输出杆直径相同，所述输出杆从所述环形挡板中心穿出，所述环形挡板与所述第二活塞板设置有压缩弹簧，所述环形挡板上还开设有连通弹簧所在空间与外界的第二气道，其中，所述密封空间内充满液压工质，所述液压工质与第一活塞板和第二活塞板分别抵接。
优选的是，所述环形冷却水道设置有三个，三个环形冷却水道均与外壳同轴且直径递减，相邻两环形冷却水道间通过直线冷却水道连通。
优选的是，所述外壳包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和第二壳体均为圆槽状，所述第二壳体紧密贴合的嵌套于所述第一壳体内，且所述第一壳体和第二壳体的槽口平齐，所述第一壳体和第二壳体的槽底中心均向槽内凹陷形成所述凹陷部，所述第二壳体的凹陷部底端外壁与所述第一壳体槽口平齐；
其中，所述第一壳体的槽内侧壁设置有第一螺旋槽，所述第二壳体的槽外侧壁设置有与第一螺旋槽相对的第二螺旋槽，所述第一螺旋槽和所述第二螺旋槽形成第一螺旋冷却水道；
所述第一壳体的槽内底壁设置有同轴且直径递减的第一环形槽、第二环形槽和第三环形槽，所述第一环形槽和第二环形槽间开设有第一直线槽，所述第二环形槽和第三环形槽间开设有第二直线槽，所述第二壳体的槽外底壁设置有与第一环形槽相对的第四环形槽、与第二环形槽相对的第五环形槽和与第三环形槽相对的第六环形槽，所述第四环形槽和第五环形槽间开设有与第一直线槽相对的第三直线槽，所述第五环形槽和第六环形槽间开设有与第二直线槽相对的第四直线槽，所述第一环形槽和所述第四环形槽形成第一环形冷却水道，所述第二环形槽和所述第五环形槽形成第二环形冷却水道，所述第三环形槽和所述第六环形槽形成第三环形冷却水道，所述第一直线槽与第三直线槽形成第一直线冷却水道，所述第二直线槽与第四直线槽形成第二直线冷却水道，所述第一环形冷却水道与所述第二环形冷却水道通过第一直线冷却水道连通，所述第二环形冷却水道与所述第三环形冷却水道通过第二直线冷却水道连通；
所述第一壳体的凹陷部外侧壁设置有第三螺旋槽，所述第二壳体的凹陷部内侧壁设置有与第三螺旋槽相对的第四螺旋槽，所述第三螺旋槽和所述第四螺旋槽形成第二螺旋冷却水道。
优选的是，所述密封块与所述第二壳体螺纹连接。
优选的是，所述磁致伸缩棒设置有二个，所述永磁棒设置有三个，且所述永磁棒分别位于所述磁致伸缩元件的两端和中心。
优选的是，所述密封块的圆周面上设置有第一密封圈，所述第一活塞板的圆周面上设置有第二密封圈，所述第二活塞板的圆周面上设置有第三密封圈。
本发明至少包括以下有益效果：本发明采用液压位移放大，不占用较多空间，通过改变第一活塞板和第二活塞板的直径比就可达到不同的放大倍数，相比现有的杠杆位移放大依靠多次杠杆叠加结构更为精简，占用空间更少；本发明通过在磁致伸缩驱动器外壳内设置螺旋冷却水道，在未改变磁致伸缩驱动器内部结构的情况下，实现了磁致伸缩驱动器的良好散热，相比于现有的在磁致伸缩驱动器内部增加冷却系统增大磁致伸缩驱动器体积的散热方案，本发明的磁致伸缩驱动器结构更为精简，占用空间更少。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的侧面结构示意图；
图2为本发明所述第一外壳的剖面图；
图3为本发明所述第一外壳内的冷却水循环流动路线面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～3所示，本发明提供一种磁致伸缩驱动器，其包括：
第一外壳1，其为圆槽状，所述第一外壳1的槽底中心向槽内凹陷形成圆柱状的凹陷部，所述凹陷部底端外壁与所述第一外壳1的槽口平齐，所述第一外壳1的槽侧板内部设置有第一螺旋冷却水道2，所述第一外壳1的槽底板内部设置有环形冷却水道，所述凹陷部侧板内设置有第二螺旋冷却水道3，所述第一螺旋冷却水道2与环形冷却水道连通，所述环形冷却水道与所述第二螺旋冷却水道3连通，所述第一外壳1的槽外壁设置有进水孔4，所述进水孔4与所述第一螺旋冷却水道2连通，所述凹陷部底端外壁设置有出水孔5，所述出水孔5与所述第二螺旋冷却水道3连通，
这里实际上在第一螺旋冷却水道2与第一环形冷却水道24间设置有连通两者的第一连接水道6，在第三环形冷却水道26与第二螺旋冷却水道3间设置有连通两者的第二连接水道7，在第二螺旋冷却水道3与出水孔5间设置有连通两者的第三连接水道8。
这里在进水孔4连接注入冷却水的进水管，在出水孔5连接吸收热量后的冷却水的出水管，冷却水在第一外壳1内的循环流动路线如图3所示；
励磁线圈9，其设置于所述第一外壳1的槽内、凹陷部外；
环形端板10，其外径与所述第一外壳1内径相同，所述环形端板10的内径与所述凹陷部外径相同，所述环形端板10设置于所述第一外壳1槽口处，以密封所述第一外壳1槽口与所述凹陷部底端之间区域；
磁致伸缩元件，其包括磁致伸缩棒11和永磁棒12，所述磁致伸缩棒11和永磁棒12的直径均与所述凹陷部的内径相同，所述磁致伸缩棒11和永磁棒12间隔设置的填充于所述凹陷部内；
第二外壳13，其为圆槽状，所述第二外壳13槽底连接在所述第一外壳1槽底，所述第二外壳13的槽底中心开设有与所述凹陷部内径相同的第一通孔，所述第一通孔内穿设有输入杆14，所述输入杆14一端伸入所述凹陷部内与所述磁致伸缩元件抵接，另一端伸入所述第二外壳13内与一第一活塞板15连接，所述第一活塞板15直径与所述第二外壳13内径相同，所述第二外壳13的槽底板内设置有从槽侧外壁连通至槽底板内壁的第一气道16；
密封块17，其为圆柱形，所述密封块17直径等于所述第二外壳13内经，所述密封快可拆卸连接的设置于所述第二外壳13的槽口处，并与所述第二外壳13共同形成第二壳体102内的密封空间，所述密封块17的中心开设有第二通孔，所述第二通孔直径小于所述第一活塞板15直径，所述第二通孔内设置有第二活塞板18，所述第二活塞板18直径与所述第二通孔直径相同，所述第二活塞板18背向所述第一活塞板15的板面中心连接有输出杆19，所述输出杆19直径小于所述第二通孔直径，所述输出杆19长度大于所述第二通孔长度，所述第二通孔朝向第二外壳13外的孔口处设置有环形挡板21，所述环形挡板21内径与所述输出杆19直径相同，所述输出杆19从所述环形挡板21中心穿出，所述环形挡板21与所述第二活塞板18设置有压缩弹簧20，所述环形挡板21上还开设有连通弹簧所在空间与外界的第二气道22，其中，所述密封空间内充满液压工质，所述液压工质与第一活塞板15和第二活塞板18分别抵接，这里液压工质最好选用200℃以下，温度对体积影响不大的液体材料，另外密封块17上可开设贯穿至密封空间的第三通孔，在第三通孔密封塞入温度传感器23以实时感知液压工质温度，避免液压工质受温度影响变性，导致磁致伸缩驱动器输出位移不准确。
上述实施例在使用过程中，采用液压位移放大，不占用较多空间，且这里密封块17与第二外壳13可拆卸连接，因此可制作含不同直径第二通孔的密封块17，使第一活塞板15和第二活塞板18的直径比不同，由于输入杆14在磁致伸缩元件驱动下推动第一活塞板15前移，第二活塞板18在液压工质作用下推动输出杆19前移，那么第一活塞板15行程空间的液压工质体积就等于第二活塞板18行程空间的液压工质体积，再根据空间体积的计算公式可知输入杆14和输出杆19的行程比(即位移放大倍数)为第一活塞板15和第二活塞板18的直径比的平方，通过改变第一活塞板15和第二活塞板18的直径比就可达到不同的放大倍数，相比现有的杠杆位移放大依靠多次杠杆叠加结构更为精简，占用空间更少；另外上述实施例通过在磁致伸缩驱动器外壳内设置螺旋冷却水道，在未改变磁致伸缩驱动器内部结构的情况下，实现了磁致伸缩驱动器的良好散热，相比于现有的在磁致伸缩驱动器内部增加冷却系统增大磁致伸缩驱动器体积的散热方案，述实施例的磁致伸缩驱动器结构更为精简，占用空间更少。
在另一实施例中，所述环形冷却水道设置有三个，三个环形冷却水道均与外壳同轴且直径递减，相邻两环形冷却水道间通过直线冷却水道连通，这样三个环形冷却水道能较全面的覆盖第一外壳1的槽底区域，尽量提高散热效果。
在另一实施例中，所述外壳包括第一壳体101和第二壳体102，所述第一壳体101和第二壳体102均为圆槽状，所述第二壳体102紧密贴合的嵌套于所述第一壳体101内，且所述第一壳体101和第二壳体102的槽口平齐，所述第一壳体101和第二壳体102的槽底中心均向槽内凹陷形成所述凹陷部，所述第二壳体102的凹陷部底端外壁与所述第一壳体101槽口平齐；
其中，所述第一壳体101的槽内侧壁设置有第一螺旋槽，所述第二壳体102的槽外侧壁设置有与第一螺旋槽相对的第二螺旋槽，所述第一螺旋槽和所述第二螺旋槽形成第一螺旋冷却水道2；
所述第一壳体101的槽内底壁设置有同轴且直径递减的第一环形槽、第二环形槽和第三环形槽，所述第一环形槽和第二环形槽间开设有第一直线槽，所述第二环形槽和第三环形槽间开设有第二直线槽，所述第二壳体102的槽外底壁设置有与第一环形槽相对的第四环形槽、与第二环形槽相对的第五环形槽和与第三环形槽相对的第六环形槽，所述第四环形槽和第五环形槽间开设有与第一直线槽相对的第三直线槽，所述第五环形槽和第六环形槽间开设有与第二直线槽相对的第四直线槽，所述第一环形槽和所述第四环形槽形成第一环形冷却水道24，所述第二环形槽和所述第五环形槽形成第二环形冷却水道25，所述第三环形槽和所述第六环形槽形成第三环形冷却水道26，所述第一直线槽与第三直线槽形成第一直线冷却水道27，所述第二直线槽与第四直线槽形成第二直线冷却水道28，所述第一环形冷却水道24与所述第二环形冷却水道25通过第一直线冷却水道27连通，所述第二环形冷却水道25与所述第三环形冷却水道26通过第二直线冷却水道28连通；
所述第一壳体101的凹陷部外侧壁设置有第三螺旋槽，所述第二壳体102的凹陷部内侧壁设置有与第三螺旋槽相对的第四螺旋槽，所述第三螺旋槽和所述第四螺旋槽形成第二螺旋冷却水道3。
上述实施例在使用过程中，由于第一壳体101和第二壳体102分开制作，因此第一螺旋冷却水道2、第二螺旋冷却水道3以及第一至第三环形冷却水道26的加工方法更加简便，同时由于第一壳体101及其凹陷部为一体、第二壳体102及其凹陷部为一体，因此即使冷却水渗漏也不会进入到放置励磁线圈9和放置磁致伸缩元件的空间内，安全系数更高。
在另一实施例中，所述密封块17与所述第二壳体102螺纹连接，这样通过旋拧密封块17就可快速实现密封块17与所述第二壳体102的连接与拆卸，这里更理想的是可以在密封块17上表面设置方便旋拧的竖杆29。
在另一实施例中，所述磁致伸缩棒11设置有二个，所述永磁棒12设置有三个，且所述永磁棒12分别位于所述磁致伸缩元件的两端和中心，这样三个永磁棒12可以为磁致伸缩棒11提供更均匀的磁场，同时三个永磁棒12还能吸引输入杆14抵紧磁致伸缩棒11为磁致伸缩元件提供必要的预应力。
在另一实施例中，所述密封块17的圆周面上设置有第一密封圈30，所述第一活塞板15的圆周面上设置有第二密封圈31，所述第二活塞板18的圆周面上设置有第三密封圈(图中未示出)，这样能较好的密封住密封块17与第二外壳13的间隙、第一活塞板15与第二外壳13的间隙以及第二活塞板18与密封块17的间隙，防止液压工质渗漏。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.磁致伸缩驱动器，其特征在于，包括：
第一外壳，其为圆槽状，所述第一外壳的槽底中心向槽内凹陷形成圆柱状的凹陷部，所述凹陷部底端外壁与所述第一外壳的槽口平齐，所述第一外壳的槽侧板内部设置有第一螺旋冷却水道，所述第一外壳的槽底板内部设置有环形冷却水道，所述凹陷部侧板内设置有第二螺旋冷却水道，所述第一螺旋冷却水道与环形冷却水道连通，所述环形冷却水道与所述第二螺旋冷却水道连通，所述第一外壳的槽外壁设置有进水孔，所述进水孔与所述第一螺旋冷却水道连通，所述凹陷部底端外壁设置有出水孔，所述出水孔与所述第二螺旋冷却水道连通；
励磁线圈，其设置于所述第一外壳的槽内、凹陷部外；
环形端板，其外径与所述第一外壳内径相同，所述环形端板的内径与所述凹陷部外径相同，所述环形端板设置于所述第一外壳槽口处，以密封所述第一外壳槽口与所述凹陷部底端之间区域；
磁致伸缩元件，其包括磁致伸缩棒和永磁棒，所述磁致伸缩棒和永磁棒的直径均与所述凹陷部的内径相同，所述磁致伸缩棒和永磁棒间隔设置的填充于所述凹陷部内；
第二外壳，其为圆槽状，所述第二外壳槽底连接在所述第一外壳槽底，所述第二外壳的槽底中心开设有与所述凹陷部内径相同的第一通孔，所述第一通孔内穿设有输入杆，所述输入杆一端伸入所述凹陷部内与所述磁致伸缩元件抵接，另一端伸入所述第二外壳内与一第一活塞板连接，所述第一活塞板直径与所述第二外壳内径相同，所述第二外壳的槽底板内设置有从槽侧外壁连通至槽底板内壁的第一气道；
密封块，其为圆柱形，所述密封块直径等于所述第二外壳内经，所述密封快可拆卸连接的设置于所述第二外壳的槽口处，并与所述第二外壳共同形成第二壳体内的密封空间，所述密封块的中心开设有第二通孔，所述第二通孔直径小于所述第一活塞板直径，所述第二通孔内设置有第二活塞板，所述第二活塞板直径与所述第二通孔直径相同，所述第二活塞板背向所述第一活塞板的板面中心连接有输出杆，所述输出杆直径小于所述第二通孔直径，所述输出杆长度大于所述第二通孔长度，所述第二通孔朝向第二外壳外的孔口处设置有环形挡板，所述环形挡板内径与所述输出杆直径相同，所述输出杆从所述环形挡板中心穿出，所述环形挡板与所述第二活塞板设置有压缩弹簧，所述环形挡板上还开设有连通弹簧所在空间与外界的第二气道，其中，所述密封空间内充满液压工质，所述液压工质与第一活塞板和第二活塞板分别抵接。
2.如权利要求1所述的磁致伸缩驱动器，其特征在于，所述环形冷却水道设置有三个，三个环形冷却水道均与外壳同轴且直径递减，相邻两环形冷却水道间通过直线冷却水道连通。
3.如权利要求2所述的磁致伸缩驱动器，其特征在于，所述外壳包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和第二壳体均为圆槽状，所述第二壳体紧密贴合的嵌套于所述第一壳体内，且所述第一壳体和第二壳体的槽口平齐，所述第一壳体和第二壳体的槽底中心均向槽内凹陷形成所述凹陷部，所述第二壳体的凹陷部底端外壁与所述第一壳体槽口平齐；
其中，所述第一壳体的槽内侧壁设置有第一螺旋槽，所述第二壳体的槽外侧壁设置有与第一螺旋槽相对的第二螺旋槽，所述第一螺旋槽和所述第二螺旋槽形成第一螺旋冷却水道；
所述第一壳体的槽内底壁设置有同轴且直径递减的第一环形槽、第二环形槽和第三环形槽，所述第一环形槽和第二环形槽间开设有第一直线槽，所述第二环形槽和第三环形槽间开设有第二直线槽，所述第二壳体的槽外底壁设置有与第一环形槽相对的第四环形槽、与第二环形槽相对的第五环形槽和与第三环形槽相对的第六环形槽，所述第四环形槽和第五环形槽间开设有与第一直线槽相对的第三直线槽，所述第五环形槽和第六环形槽间开设有与第二直线槽相对的第四直线槽，所述第一环形槽和所述第四环形槽形成第一环形冷却水道，所述第二环形槽和所述第五环形槽形成第二环形冷却水道，所述第三环形槽和所述第六环形槽形成第三环形冷却水道，所述第一直线槽与第三直线槽形成第一直线冷却水道，所述第二直线槽与第四直线槽形成第二直线冷却水道，所述第一环形冷却水道与所述第二环形冷却水道通过第一直线冷却水道连通，所述第二环形冷却水道与所述第三环形冷却水道通过第二直线冷却水道连通；
所述第一壳体的凹陷部外侧壁设置有第三螺旋槽，所述第二壳体的凹陷部内侧壁设置有与第三螺旋槽相对的第四螺旋槽，所述第三螺旋槽和所述第四螺旋槽形成第二螺旋冷却水道。
4.如权利要求1所述的磁致伸缩驱动器，其特征在于，所述密封块与所述第二壳体螺纹连接。
5.如权利要求1所述的磁致伸缩驱动器，其特征在于，所述磁致伸缩棒设置有二个，所述永磁棒设置有三个，且所述永磁棒分别位于所述磁致伸缩元件的两端和中心。
6.如权利要求1所述的磁致伸缩驱动器，其特征在于，所述密封块的圆周面上设置有第一密封圈，所述第一活塞板的圆周面上设置有第二密封圈，所述第二活塞板的圆周面上设置有第三密封圈。
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