CN102005964B - 一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机，由导轨、左驱动器、运动块和右驱动器组成，运动块放置在导轨上，左、右驱动器的结构相同，左驱动器固定在运动块的一端，右驱动器固定在运动块的另一端；在驱动器圆筒壳体内腔封闭端设有直线轴承，互相紧靠的弹簧和质量块置于直线轴承内腔；在圆筒壳体内腔的另一端设有与安装线圈的线圈骨架配合的圆筒；线圈骨架的中心滑动配合安装超磁致伸缩材料Terfenol-D制成的超磁致伸缩棒，超磁致伸缩棒的一端顶住质量块，超磁致伸缩棒的另一端顶住运动块；电源按锯齿形电流信号向线圈输出电流。本发明通过超磁致伸缩棒实现电磁能与机械能的转换，驱动能力强、速度快、行程大、定位精密。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型电机，特别是一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机。
背景技术
惯性冲击电机是利用惯性冲击来实现精密位移的一种微型驱动机构， 它具有运动范围大、位移分辨率高、结构简单的优点, 并可在进行步进运动的同时实现精确定位。目前, 惯性冲击电机已在生物工程、微型零件操作与装配、机器人和医疗器械等领域获得初步应用。
现有的惯性冲击微型直线电机一般采用压电材料驱动，也就是利用压电陶瓷晶体逆压电效应，将电能转化为机械能。压电式惯性冲击微型直线电机也称为压电微马达，是利用压电材料在迅速通电时的快速变形产生惯性冲击，继而形成驱动能力来实现精密位移的一种微型驱动机构。
但是由于压电材料存在变形量小、功率密度小、高电压驱动、电极易击穿的不足，导致现有的压电式惯性冲击微型直线电机存在运动速度慢、负载能力弱、高电压驱动、可靠性差的问题，因而应用受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种驱动负载的能力强、速度快、行程大、定位精密、低电压驱动的磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机。
本发明的技术方案是：一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机，由导轨、左驱动器、运动块和右驱动器组成，所述导轨为两端固定在底座上并列的两根圆棒，所述运动块为两端大、中间小的圆柱体组合，运动块滑动配合放置在并列的两根圆棒上，所述左驱动器和右驱动器的结构相同，左驱动器的圆筒壳体通过紧固件固定在运动块的一端，右驱动器的圆筒壳体通过紧固件固定在运动块的另一端；在圆筒壳体内腔封闭端设有直线轴承，互相紧靠的弹簧和质量块置于直线轴承内腔；在圆筒壳体内腔的另一端设有与内腔配合的圆筒，圆筒的封闭端紧靠直线轴承，圆筒的敞开端设有端盖，圆筒的内腔设置安装线圈的线圈骨架；线圈骨架的中心滑动配合安装超磁致伸缩棒，超磁致伸缩棒的一端穿过圆筒的底孔顶住质量块，超磁致伸缩棒的另一端穿过端盖的中心孔顶住运动块；所述线圈与电源连接，电源按锯齿形电流信号向线圈输出电流。所述超磁致伸缩棒由稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D制成。
左驱动器的线圈按图4所示的锯齿形电流信号通电后，产生磁场，超磁致伸缩棒、圆筒、端盖均为导磁性材料组成闭合磁路，导致超磁致伸缩棒瞬间产生伸长变形，从而推动质量块快速向左运动；由于惯性冲击的作用，运动块连同整个惯性冲击微型直线电机被推向右运动。如果右驱动器的线圈按图4所示的锯齿形电流信号通电后，则运动块连同整个惯性冲击微型直线电机被惯性推向左运动。
弹簧提供一定的预压力，可消除间隙。同时，当线圈上的电流减小，超磁致伸缩棒变短时，弹簧迫使质量块回位，使质量块始终与超磁致伸缩棒紧密接触。直线轴承的作用是减小质量块运动时的阻力；运动块、圆筒壳体、线圈骨架、质量块、导轨均为非导磁性材料。
本发明的有益效果是：
1、稀土超磁致伸缩材料是一种新型功能材料，能有效地实现电磁能与机械能的转换，具有变形量大、输出力大、能量密度大、机电耦合系数大、响应速度快、低电压驱动的特点；
2、与现有的压电式惯性冲击微型直线电机相比，本发明驱动负载的能力强、速度快、低电压驱动；
3. 本发明具有运动范围大、分辨率能达到纳米级、结构简单、部件可微型化的优点，并可在进行步进运动的同时实现精确定位。可在生物工程、微型零件操作与装配、机器人和医疗器械等领域获得广泛应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的左视图。
图4是电源向线圈输出电流的锯齿形电流信号示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例如附图1-4所示：一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机，由导轨、左驱动器、运动块和右驱动器组成，所述导轨为两端固定在底座11上并列的两根圆棒6，所述运动块5为两端大、中间小的圆柱体组合，运动块5滑动配合放置在并列的两根圆棒6上，所述左驱动器和右驱动器的结构相同，左驱动器的圆筒壳体1通过紧固件固定在运动块5的一端，右驱动器的圆筒壳体1通过紧固件固定在运动块5的另一端；在圆筒壳体1内腔封闭端设有直线轴承10，互相紧靠的弹簧12和质量块2置于直线轴承10内腔；在圆筒壳体1内腔的另一端设有与内腔配合的圆筒4，圆筒4的封闭端紧靠直线轴承10，圆筒4的敞开端设有端盖7，圆筒4的内腔设置安装线圈9的线圈骨架8；线圈骨架8的中心滑动配合安装由稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D制成的超磁致伸缩棒3，超磁致伸缩棒3的一端穿过圆筒4的底孔顶住质量块2，超磁致伸缩棒3的另一端穿过端盖7的中心孔顶住运动块5。线圈9与电源连接，电源按图4所示的锯齿形电流信号向线圈（9）输出电流。
左驱动器的线圈按图4所示的锯齿形电流信号通电后，产生磁场，超磁致伸缩棒3、圆筒4、端盖7均为导磁性材料组成闭合磁路，导致超磁致伸缩棒3瞬间产生伸长变形，从而推动质量块2快速向左运动；由于惯性冲击的作用，运动块5连同整个磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机被推向右运动。如果右驱动器的线圈按图4所示的锯齿形电流信号通电后，则运动块5连同整个磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机被推向左运动。
弹簧12提供一定的预压力，可消除间隙。同时，当线圈9上的电流减小，超磁致伸缩棒3变短时，弹簧12迫使质量块2回位，使质量块2始终与超磁致伸缩棒3紧密接触。直线轴承10的作用是减小质量块2运动时的阻力；运动块5、圆筒壳体1、线圈骨架8、质量块2及圆棒6均为非导磁性材料。
Claims (2)
1.一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机，其特征在于：磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机由导轨、左驱动器、运动块和右驱动器组成，所述导轨为两端固定在底座（11）上并列的两根圆棒（6），所述运动块（5）为两端大、中间小的圆柱体组合，运动块（5）滑动配合放置在并列的两根圆棒（6）上，所述左驱动器和右驱动器的结构相同，左驱动器的圆筒壳体（1）通过紧固件固定在运动块（5）的一端，右驱动器的圆筒壳体（1）通过紧固件固定在运动块（5）的另一端；在圆筒壳体（1）内腔封闭端设有直线轴承（10），互相紧靠的弹簧（12）和质量块（2）置于直线轴承（10）内腔；在圆筒壳体（1）内腔的另一端设有与内腔配合的圆筒（4），圆筒（4）的封闭端紧靠直线轴承（10），圆筒（4）的敞开端设有端盖（7），圆筒（4）的内腔设置安装线圈（9）的线圈骨架（8）；线圈骨架（8）的中心滑动配合安装超磁致伸缩棒（3），超磁致伸缩棒（3）的一端穿过圆筒（4）的底孔顶住质量块（2），超磁致伸缩棒（3）的另一端穿过端盖（7）的中心孔顶住运动块（5）；所述线圈（9）与电源连接，电源按锯齿形电流信号向线圈（9）输出电流。
2.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机，其特征在于：所述超磁致伸缩棒（3）由稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D制成。
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