CN208874483U

CN208874483U - 超磁致离合器式高精度旋转驱动器

Info

Publication number: CN208874483U
Application number: CN201821833349.3U
Authority: CN
Inventors: 周景涛; 何忠波; 王怀光; 石志勇; 任国全; 范红波; 李国璋; 韩兰懿; 刘金华; 荣策
Original assignee: Army Engineering University of PLA
Current assignee: Army Engineering University of PLA
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2019-05-17
Anticipated expiration: 2028-11-08

Abstract

本实用新型公开了一种超磁致离合器式高精度旋转驱动器，涉及超磁致伸缩驱动装置技术领域。所述驱动装置包括定子，所述定子的中间设置有转子安装孔，围绕所述转子安装孔设置有两层离合器组件安装槽，每层离合器组件安装槽设置有四个，均匀的围绕所述转子安装孔设置，每个所述离合器组件安装槽内设置有一个离合器组件，所述转子安装孔内设置有转子，所述定子的外周设置有四个GMM棒组件安装槽，与GMM棒输出端相对的定子部分上设置有贯穿其上下表面的矩形槽，使得所述矩形槽与所述GMM棒之间的部分定子可发生形变，所述可发生形变的部分定子形成柔性铰链。所述驱动装置能够实现转子的自动闭锁以及解锁，输出动力稳定且输出速度快。

Description

超磁致离合器式高精度旋转驱动器

技术领域

本实用新型涉及超磁致伸缩驱动装置技术领域，尤其涉及一种超磁致离合器式高精度旋转驱动器。

背景技术

超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material，简称GMM）是一种应用较为广泛的智能材料，具有磁致伸缩、逆磁致伸缩、扭转和跳跃等物理效应。与压电材料和传统的磁致伸缩材料相比，超磁致伸缩材料具有更高的能量密度和磁机耦合系数，在室温下能实现更大的磁致伸缩应变和输出力，而且超磁致伸缩材料的居里温度和抗压强度均较高，工作性能也更加稳定。因此，超磁致伸缩材料在磁场检测、超精密加工、减振降噪和流体器件驱动等方面具有较为广泛的应用。现有技术中的超磁致离合器式高精度旋转驱动器，一般不具有闭锁功能，控制精度低，且输出速度慢。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种能够实现转子的自动闭锁以及解锁，且输出速度快的超磁致离合器式高精度旋转驱动器。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：包括定子，所述定子的中间设置有转子安装孔，围绕所述转子安装孔设置有两层离合器组件安装槽，每层离合器组件安装槽设置有四个，均匀的围绕所述转子安装孔设置，每个所述离合器组件安装槽内设置有一个离合器组件，所述转子安装孔内设置有转子，所述定子的外周设置有四个GMM棒组件安装槽，每个GMM棒组件安装槽内沿其上下方向设置有两个GMM棒组件，与所述GMM棒组件相对的GMM棒组件安装槽被部分分成上下两层结构，使得GMM棒组件安装槽内上下两层的GMM棒组件可相互独立动作，与GMM棒输出端相对的定子部分上设置有贯穿其上下表面的矩形槽，使得所述矩形槽与所述GMM棒之间的部分定子可发生形变，所述可发生形变的部分定子形成柔性铰链，所述离合器组件安装槽中的闭锁柱与所述定子中的柔性铰链相对设置。

进一步的技术方案在于：每个所述离合器组件安装槽包括竖直设置且与所述定子上的柔性铰链相对的闭锁柱安装槽以及与所述闭锁柱安装槽相连通，且垂直于该闭锁柱安装槽的压紧组件安装孔，上下两层的所述闭锁柱安装槽在上下方向上形成贯穿所述定子上下方向的通槽。

进一步的技术方案在于：所述离合器组件包括闭锁柱以及压紧组件，所述压紧组件位于所述压紧组件安装孔内，所述闭锁柱位于所述闭锁柱安装槽内，且所述压紧组件与所述闭锁柱的侧面直接接触，所述闭锁柱分别与所述闭锁柱安装槽的槽底以及转子的外周接触，通过所述压紧组件将所述闭锁柱顶紧到所述转子与闭锁柱安装槽之间的空间内。

进一步的技术方案在于：所述压紧组件包括螺塞、弹性件以及作用力柱，所述弹性件的一端与所述螺塞固定连接，所述弹性件的另一端与所述作用力柱固定连接，所述螺塞固定在所述压紧组件安装孔内，且所述作用力柱部分位于所述压紧组件安装孔外，使得所述作用力柱的端面直接与所述闭锁柱接触。

优选的，所述弹性件为弹簧。

进一步的技术方案在于：所述闭锁柱与所述闭锁柱安装槽槽底接触的部分形成第一接触线，所述闭锁柱与所述转子接触的部分形成第二接触线，第一接触线与所述第二接触线之间的距离小于所述闭锁柱的直径。

进一步的技术方案在于：GMM棒组件安装槽包括GMM棒安装槽以及预紧机构安装槽，所述GMM棒安装槽与所述预紧机构安装槽垂直设置，且所述定子中的柔性铰链位于所述GMM棒安装槽与所述矩形槽之间。

进一步的技术方案在于：每个所述GMM棒组件包括GMM棒、线圈以及预紧机构，所述GMM棒位于所述GMM棒安装槽内，所述线圈位于所述GMM棒的外周，所述预紧机构位于所述预紧机构安装槽内，所述GMM棒的一端与所述GMM棒安装槽靠近柔性铰链的内壁直接接触，所述GMM棒的另一端与所述预紧机构直接接触，所述预紧机构用于改变GMM棒两端受到的压力。

进一步的技术方案在于：所述预紧机构包括第一楔形块、第二楔形块以及调节螺栓，所述第一楔形块与第二楔形块位于所述预紧机构安装槽内，且所述第一楔形块上的斜面与第二楔形块上的斜面相接触，所述第一楔形块的长度大于所述第二楔形块的长度，所述GMM棒的一端与所述第一楔形块外侧的平面直接接触，所述预紧机构安装槽上设置有螺纹孔，所述调节螺栓的一端经所述螺纹孔后进入到所述预紧机构安装槽内，并与所述第二楔形块的外侧平面相接触，当所述调节螺栓向所述预紧机构安装槽内运动时，所述调节螺栓驱动所述第二楔形块相对于所述第一楔形块向内运动，使所述第一楔形块将所述GMM棒夹紧到GMM棒组件安装槽内。

进一步的技术方案在于：所述第一楔形块的长度与所述预紧机构安装槽的长度相等，且所述第一楔形块与所述第二楔形块配合时的高度小于所述预紧机构安装槽的深度，使得当所述第二楔形块相对于第一楔形块运动时，所述第一楔形块能够相对于所述GMM棒运动，改变GMM棒之间的夹持力。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述驱动装置中，通过所述GMM棒组件与所述离合器组件能够实现转子的自动闭锁和解锁，定子的中心部分相对转子逆时针转动时，离合器组件实现对转子的闭锁，在离合器组件的作用下能够驱动所述转子转动；定子的中心部分相对转子顺时针转动时，离合器组件实现对转子的解锁。所述定子的上层中心部分逆时针转动时，上层的离合器组件实现对转子的闭锁，下层的离合器组件实现对转子的解锁；定子的上层中心部分顺时针回转时，上层的离合器组件实现对转子的解锁，下层的离合器组件实现对转子的闭锁。因此，本申请所述装置工作时，上层逆时针转动时，上层闭锁，下层解锁；上层回转时，上层解锁，下层闭锁；下层逆时针转动时，下层闭锁，上层解锁；下层回转时，下层解锁，上层闭锁，动力输出稳定，且上下两层离合器组件交替起驱动和锁止作用，因此输出速度快。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例所述驱动装置的部分剖视结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述驱动装置的剖视结构示意图；

图3是本实用新型实施例所述驱动装置中定子的部分剖视结构示意图；

图4是本实用新型实施例所述驱动装置中定子的剖视结构示意图；

图5是本实用新型实施例所述驱动装置去掉定子后的结构示意图；

图6是本实用新型实施例所述驱动装置中离合器组件的结构示意图；

图7是本实用新型实施例所述驱动装置中GMM棒组件的结构示意图；

图8是本实用新型实施例所述驱动装置中上下层线圈的控制时序图；

其中：1、定子；2、转子安装孔；3、离合器组件安装槽；31、闭锁柱安装槽；32、压紧组件安装孔；4、离合器组件；41、闭锁柱；42、螺塞；43、弹性件；44、作用力柱；5、转子；6、GMM棒组件安装槽；61、GMM棒安装槽；62、预紧机构安装槽；7、GMM棒组件；71、GMM棒；72、线圈；73、第一楔形块；74、第二楔形块；75、调节螺栓；8、矩形槽；9、柔性铰链。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-图3所示，本实用新型实施例公开了一种超磁致离合器式高精度旋转驱动器，包括定子1，所述定子1的中间设置有转子安装孔2，围绕所述转子安装孔2设置有两层离合器组件安装槽3，每层离合器组件安装槽3设置有四个，均匀的围绕所述转子安装孔2设置，每个所述离合器组件安装槽2内设置有一个离合器组件4。所述转子安装孔2内设置有转子5，所述定子1的外周设置有四个GMM棒组件安装槽6，每个GMM棒组件安装槽6内沿其上下方向设置有两个GMM棒组件7。与所述GMM棒组件7相对的GMM棒组件安装槽6被部分分成上下两层结构，使得GMM棒组件安装槽6内上下两层的GMM棒组件7可相互独立动作。与GMM棒71输出端相对的定子1部分上设置有贯穿其上下表面的矩形槽8，使得所述矩形槽与所述GMM棒71之间的部分定子1可发生形变，所述可发生形变的部分定子形成柔性铰链9，所述离合器组件安装槽2中的闭锁柱41与所述定子中的柔性铰链9相对设置；

所述驱动装置的控制方法如下：

首先，上层的所述GMM棒71外的线圈72通电时四个GMM棒71同时伸长，上层柔性铰链产生形变，所述定子的上层中心部分逆时针转动，使得上层的闭锁柱41与转子5之间的距离变小，从而实现上层的所述闭锁柱41与所述转子5之间闭锁，继而通过闭锁柱41带动所述转子5转动，同时，逆时针旋转的转子带动下层的闭锁柱41转动，使得下层的闭锁柱41与转子之间解锁；

其次，下层的所述GMM棒71外的线圈72掉电时，下层的四个GMM棒同时收缩，下层柔性铰链回弹，所述定子的下层中心部分顺时针回转，使得下层的所述闭锁柱41与所述转子之间解锁，同时，上层的GMM棒71外的线圈72保持上电状态，上层的所述闭锁柱41锁住所述转子5，防止转子回转；

再次，下层的所述GMM棒71外的线圈72上电时，下层的四个GMM棒同时伸长，下层柔性铰链产生形变，所述定子的下层中心部分逆时针转动，使得下层的闭锁柱41与转子5之间的距离变小，从而实现下层的所述闭锁柱41与所述转子5之间闭锁，继而通过闭锁柱41带动所述转子5转动；同时，逆时针旋转的转子带动上层的闭锁柱41转动，使得上层的闭锁柱41与转子之间解锁；

最后，上层的所述GMM棒71外的线圈72掉电时，上层的四个GMM棒同时收缩，上层柔性铰链回弹，所述定子的上层中心部分顺时针回转，使得上层的所述闭锁柱41与所述转子之间解锁，同时，下层的GMM棒71外的线圈72保持上电状态，下层的所述闭锁柱41锁住所述转子5，防止转子回转。

上述步骤为所述驱动装置的一个控制周期，重复上述控制周期即可完成所述驱动装置的控制。

如图3-图4所示，每个所述离合器组件安装槽3包括竖直设置且与所述定子上的柔性铰链9相对的闭锁柱安装槽31以及与所述闭锁柱安装槽31相连通，且垂直于该闭锁柱安装槽31的压紧组件安装孔32。上下两层的所述闭锁柱安装槽31在上下方向上形成贯穿所述定子1上下方向的通槽。

如图2、图5以及图6所示，所述离合器组件4包括闭锁柱41以及压紧组件，所述压紧组件位于所述压紧组件安装孔32内，所述闭锁柱41位于所述闭锁柱安装槽31内，且所述压紧组件与所述闭锁柱41的侧面直接接触，所述闭锁柱41分别与所述闭锁柱安装槽31的槽底以及转子5的外周接触，通过所述压紧组件将所述闭锁柱41顶紧到所述转子5与闭锁柱安装槽31之间的空间内。

进一步的，如图2、图5以及图6所示，所述压紧组件包括螺塞42、弹性件43以及作用力柱44，优选的，所述弹性件43使用弹簧，本领域技术人员能够理解的是，所述弹性件43还可以使用除弹簧外的其它形式的弹性件。进一步的，所述弹性件43的一端与所述螺塞42固定连接，所述弹性件43的另一端与所述作用力柱44固定连接，所述螺塞42固定在所述压紧组件安装孔32内，且所述作用力柱44部分位于所述压紧组件安装孔32外，使得所述作用力柱44的端面直接与所述闭锁柱41接触。

进一步的，为了使所述闭锁柱能够通过所述转子以及闭锁柱安装槽41将所述转子闭锁，进一步的需要满足以下条件：当所述闭锁柱41与所述闭锁柱安装槽31槽底接触的部分形成第一接触线，所述闭锁柱41与所述转子5接触的部分形成第二接触线，第一接触线与所述第二接触线之间的距离小于所述闭锁柱41的直径，只有当第一接触线与所述第二接触线之间的距离小于所述闭锁柱41的直径时才能实现部分定子逆时针转动时所述闭锁柱41将所述转子5闭锁。

如图3以及图4所示，所述GMM棒组件安装槽包括GMM棒安装槽61以及预紧机构安装槽62，所述GMM棒安装槽61与所述预紧机构安装槽62垂直设置，且所述定子中的柔性铰链9位于所述GMM棒安装槽61与所述矩形槽8之间。

如图5和图7所示，每个所述GMM棒组件7包括GMM棒71、线圈72以及预紧机构。所述GMM棒71位于所述GMM棒安装槽61内，所述线圈72位于所述GMM棒71的外周，所述预紧机构位于所述预紧机构安装槽62内，所述GMM棒71的一端与所述GMM棒安装槽靠近柔性铰链9的内壁直接接触，所述GMM棒71的另一端与所述预紧机构直接接触，所述预紧机构用于改变GMM棒71两端受到的压力。

进一步的，如图5和图7所示，所述预紧机构包括第一楔形块73、第二楔形块74以及调节螺栓75。所述第一楔形块73与第二楔形块74位于所述预紧机构安装槽62内，且所述第一楔形块73上的斜面与第二楔形块74上的斜面相接触，所述第一楔形块73的长度大于所述第二楔形块74的长度。所述GMM棒71的一端与所述第一楔形块73外侧的平面直接接触，所述预紧机构安装槽62上设置有螺纹孔，所述调节螺栓75的一端经所述螺纹孔后进入到所述预紧机构安装槽62内，并与所述第二楔形块74的外侧平面相接触。当所述调节螺栓75向所述预紧机构安装槽62内运动时，所述调节螺栓75驱动所述第二楔形块74相对于所述第一楔形块73向内运动，使所述第一楔形块73将所述GMM棒71夹紧到GMM棒组件安装槽内。

进一步的，所述第一楔形块73的长度与所述预紧机构安装槽62的长度相等，且所述第一楔形块73与所述第二楔形块74配合时的高度小于所述预紧机构安装槽62的深度，使得当所述第二楔形块74相对于第一楔形块73运动时，所述第一楔形块73能够相对于所述GMM棒71运动，改变GMM棒71之间的夹持力。

需要说明的是，所述第一楔形块73与第二楔形块74的具体形式还可以有很多种，只需满足当调节所述调节螺栓75时，能够改变第一楔形块73与第二楔形块74之间的位置关系，然后改变后的两者之间的位置关系又能够增加或减少对GMM棒71产生的压力。

进一步的，图8是本申请所述驱动装置中上层线圈V₁与下层线圈V₂的控制时序图。

第一步：t₁时刻，上层线圈V₁上电，上层GMM棒伸长，推动上层定子逆时针转动，上层闭锁柱与转子闭锁，上层定子带动转子逆时针转动，下层闭锁柱与转子解锁。

第二步：t₂时刻，下层线圈V₂掉电，下层GMM棒收缩，下层定子顺时针回转，下层闭锁柱与转子解锁，上层闭锁柱锁住转子，防止转子回转。

第三步：t₃时刻，下层线圈V₂上电，下层GMM棒伸长，推动下层定子逆时针转动，下层闭锁柱与转子闭锁，下层定子带动转子逆时针转动，上层闭锁柱与转子解锁。

第二步：t₄时刻，上层线圈V₁掉电，上层GMM棒收缩，上层定子顺时针回转，上层闭锁柱与转子解锁，下层闭锁柱锁住转子，防止转子回转。

综上，所述驱动装置中，通过所述GMM棒组件与所述离合器组件能够实现转子的自动闭锁和解锁，定子的中心部分相对转子逆时针转动时，离合器组件实现对转子的闭锁，在离合器组件的作用下能够驱动所述转子转动；定子的中心部分相对转子顺时针转动时，离合器组件实现对转子的解锁。所述定子的上层中心部分逆时针转动时，上层的离合器组件实现对转子的闭锁，下层的离合器组件实现对转子的解锁；定子的上层中心部分顺时针回转时，上层的离合器组件实现对转子的解锁，下层的离合器组件实现对转子的闭锁。因此，本申请所述装置工作时，上层逆时针转动时，上层闭锁，下层解锁；上层回转时，上层解锁，下层闭锁；下层逆时针转动时，下层闭锁，上层解锁；下层回转时，下层解锁，上层闭锁，动力输出稳定，且上下两层离合器组件交替起驱动和锁止作用，因此输出速度快。

Claims

1.一种超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：包括定子（1），所述定子（1）的中间设置有转子安装孔（2），围绕所述转子安装孔（2）设置有两层离合器组件安装槽（3），每层离合器组件安装槽（3）设置有四个，均匀的围绕所述转子安装孔（2）设置，每个所述离合器组件安装槽（3）内设置有一个离合器组件（4），所述转子安装孔（2）内设置有转子（5），所述定子（1）的外周设置有四个GMM棒组件安装槽（6），每个GMM棒组件安装槽（6）内沿其上下方向设置有两个GMM棒组件（7），与所述GMM棒组件（7）相对的GMM棒组件安装槽（6）被部分分成上下两层结构，使得GMM棒组件安装槽（6）内上下两层的GMM棒组件（7）可相互独立动作，与GMM棒（71）输出端相对的定子（1）部分上设置有贯穿其上下表面的矩形槽（8），使得所述矩形槽与所述GMM棒（71）之间的部分定子（1）可发生形变，所述可发生形变的部分定子形成柔性铰链（9），所述离合器组件安装槽（3）中的闭锁柱（41）与所述定子中的柔性铰链（9）相对设置。

2.如权利要求1所述的超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：每个所述离合器组件安装槽（3）包括竖直设置且与所述定子上的柔性铰链（9）相对的闭锁柱安装槽（31）以及与所述闭锁柱安装槽（31）相连通，且垂直于该闭锁柱安装槽（31）的压紧组件安装孔（32），上下两层的所述闭锁柱安装槽（31）在上下方向上形成贯穿所述定子（1）上下方向的通槽。

3.如权利要求2所述的超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：所述离合器组件（4）包括闭锁柱（41）以及压紧组件，所述压紧组件位于所述压紧组件安装孔（32）内，所述闭锁柱（41）位于所述闭锁柱安装槽（31）内，且所述压紧组件与所述闭锁柱（41）的侧面直接接触，所述闭锁柱（41）分别与所述闭锁柱安装槽（31）的槽底以及转子（5）的外周接触，通过所述压紧组件将所述闭锁柱（41）顶紧到所述转子（5）与闭锁柱安装槽（31）之间的空间内。

4.如权利要求3所述的超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：所述压紧组件包括螺塞（42）、弹性件（43）以及作用力柱（44），所述弹性件（43）的一端与所述螺塞（42）固定连接，所述弹性件（43）的另一端与所述作用力柱（44）固定连接，所述螺塞（42）固定在所述压紧组件安装孔（32）内，且所述作用力柱（44）部分位于所述压紧组件安装孔（32）外，使得所述作用力柱（44）的端面直接与所述闭锁柱（41）接触。

5.如权利要求4所述的超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：所述弹性件（43）为弹簧。

6.如权利要求3所述的超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：所述闭锁柱（41）与所述闭锁柱安装槽（31）槽底接触的部分形成第一接触线，所述闭锁柱（41）与所述转子（5）接触的部分形成第二接触线，第一接触线与所述第二接触线之间的距离小于所述闭锁柱（41）的直径。

7.如权利要求1所述的超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：GMM棒组件安装槽包括GMM棒安装槽（61）以及预紧机构安装槽（62），所述GMM棒安装槽（61）与所述预紧机构安装槽（62）垂直设置，且所述定子中的柔性铰链（9）位于所述GMM棒安装槽（61）与所述矩形槽（8）之间。

8.如权利要求7所述的超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：每个所述GMM棒组件（7）包括GMM棒（71）、线圈（72）以及预紧机构，所述GMM棒（71）位于所述GMM棒安装槽（61）内，所述线圈（72）位于所述GMM棒（71）的外周，所述预紧机构位于所述预紧机构安装槽（62）内，所述GMM棒（71）的一端与所述GMM棒安装槽靠近柔性铰链（9）的内壁直接接触，所述GMM棒（71）的另一端与所述预紧机构直接接触，所述预紧机构用于改变GMM棒（71）两端受到的压力。

9.如权利要求8所述的超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：所述预紧机构包括第一楔形块（73）、第二楔形块（74）以及调节螺栓（75），所述第一楔形块（73）与第二楔形块（74）位于所述预紧机构安装槽（62）内，且所述第一楔形块（73）上的斜面与第二楔形块（74）上的斜面相接触，所述第一楔形块（73）的长度大于所述第二楔形块（74）的长度，所述GMM棒（71）的一端与所述第一楔形块（73）外侧的平面直接接触，所述预紧机构安装槽（62）上设置有螺纹孔，所述调节螺栓（75）的一端经所述螺纹孔后进入到所述预紧机构安装槽（62）内，并与所述第二楔形块（74）的外侧平面相接触，当所述调节螺栓（75）向所述预紧机构安装槽（62）内运动时，所述调节螺栓（75）驱动所述第二楔形块（74）相对于所述第一楔形块（73）向内运动，使所述第一楔形块（73）将所述GMM棒（71）夹紧到GMM棒组件安装槽内。

10.如权利要求9所述的超磁致离合器式高精度旋转驱动器，其特征在于：所述第一楔形块（73）的长度与所述预紧机构安装槽（62）的长度相等，且所述第一楔形块（73）与所述第二楔形块（74）配合时的高度小于所述预紧机构安装槽（62）的深度，使得当所述第二楔形块（74）相对于第一楔形块（73）运动时，所述第一楔形块（73）能够相对于所述GMM棒（71）运动，改变GMM棒（71）之间的夹持力。