CN1564452A - 相变温控型超磁致伸缩微位移致动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种相变温控型超磁致伸缩微位移致动器，在底座中心的小凸台上装有磁致伸缩棒，磁致伸缩棒外装有相变温控装置，相变温控装置外的线圈骨架从内向外依次装有驱动线圈、偏置线圈，偏置线圈外装有外壳，输出顶杆、预压弹簧、上端盖和预压螺母构成组合预压机构。磁致伸缩棒由输入电流产生的磁场驱动，通过控制输入电流可控制致动器的输出位移和输出力。调整预压力和偏置磁场强度大小可使磁致伸缩棒处于较佳的工作条件下。在超磁致伸缩棒与驱动线圈之间增加相变温控装置，可保证致动器的输出位移精度。本发明体积小、重量轻，频响高、输出力大、位移精度高，能抑制线圈发热对致动器输出位移的影响，它可用于超精密加工、振动控制等领域。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种相变温控型超磁致伸缩微位移致动器。
背景技术
微位移致动器在超精密加工、机器人、流体机械、振动控制、声纳***等领域获得了广泛的应用，目前应用较多的类型主要有机械式、液压式和压电式等。机械式和液压式致动器频响较低，输出力较小，输出位移难以满足高精度要求；压电致动器虽然位移分辨率和频响均比较高，但出力较小，易产生电击穿，并会产生漂移现象。相变温控型超磁致伸缩微位移致动器具有大位移、强力、高精度、快响应、高可靠性、宽频带、小漂移量、低压驱动等优点，但现有技术对磁致伸缩棒的发热未加控制或者温控***过于复杂，实现困难。
发明内容
本发明目的是提供一种相变温控型超磁致伸缩微位移致动器，通过电流来控制输出位移的致动装置，并解决磁致伸缩棒发热问题，提高位移控制精度。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括底座、温控套筒、磁致伸缩棒、相变材料、线圈骨架、外壳、驱动线圈、偏置线圈、输出顶杆、预压弹簧、上端盖、预压螺母；底座的中心小凸台上装有磁致伸缩棒，磁致伸缩棒外装有由套筒和相变材料组成的相变温控装置，相变温控装置外的线圈骨架从内向外依次装有驱动线圈、偏置线圈，偏置线圈外装有外壳，磁致伸缩棒上端装有输出顶杆，输出顶杆两侧的凸台与外壳的内凸台为滑动配合，套在输出顶杆外的预压弹簧两端，分别由输出顶杆的凸台和预压螺母支撑，预压螺母与外壳的上端盖螺纹配合，输出顶杆、预压弹簧、上端盖和预压螺母构成组合预压机构，线圈骨架两端分别由外壳内凸台面和底座支撑。
输出顶杆、外壳与底座为导磁材料，和磁致伸缩棒形成闭合磁路；上端盖和预压螺母为非导磁材料。
本发明与背景技术相比所具有的优点是：
1)体积小，重量轻，输出力大；
2)预压力和偏置场强可调，具备动态偏置条件，有利于获得最佳输出特性；
3)驱动电源简单，驱动电流为0～2A，易于设计，性能稳定，抗干扰能力强；
4)工作稳定，动态响应特性好，输出线性较佳，可重复性很好，频响达到2000Hz；
5)相变温控实现非常简单，效果很好，保证了磁致伸缩棒的温度保持恒定，从而很好地抑制了它的热致伸长，使致动器的输出位移精度达到亚微米级甚至更高；并且能适应各种恶劣的工作环境。
6)相变温控装置体积小、重量轻、不用电、没有运动部件，可用于振动与冲击等恶劣的条件下，且可靠性很高，能周期性工作，长久反复使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图是本发明的结构原理示意图。
图中：1.底座，2.温控套筒，3.磁致伸缩棒，4.相变材料，5.线圈骨架，6.外壳，7.驱动线圈，8.偏置线圈，9.输出顶杆，10.预压弹簧，11.上端盖，12.预压螺母。
具体实施方式
如附图所示，本发明包括底座1、温控套筒2、磁致伸缩棒3、相变材料4、线圈骨架5、外壳6、驱动线圈7、偏置线圈8、输出顶杆9、预压弹簧10、上端盖11、预压螺母12。底座1的中心小凸台上装有磁致伸缩棒3，磁致伸缩棒3外装有由套筒2和相变材料4组成的相变温控装置，相变温控装置外的线圈骨架5从内向外依次装有驱动线圈7、偏置线圈8。温控套筒2和线圈骨架5的接合处进行密封，内部形成一容纳相变材料的密闭腔。偏置线圈8外装有外壳6，磁致伸缩棒3上端装有输出顶杆9，输出顶杆9两侧的凸台与外壳6的内凸台为滑动配合。套在输出顶杆9外的预压弹簧10两端，分别由输出顶杆9的凸台和预压螺母12支撑，预压螺母12与外壳6的上端盖11螺纹配合。输出顶杆9、预压弹簧10、上端盖11和预压螺母12构成组合预压机构，线圈骨架5两端分别由外壳6内凸台面和底座1支撑。
输出顶杆9、外壳6与底座1为导磁材料，和磁致伸缩棒3形成闭合磁路；上端盖11和预压螺母12为非导磁材料。
磁致伸缩棒3由输入电流产生的磁场驱动，磁致伸缩棒3下端由底座1的凸台支撑，上端通过输出顶杆9的传递向外输出微米级的位移。改变输入电流即改变了驱动磁场，磁致伸缩棒3的伸缩变形量随着相应变化，因此通过控制输入电流可控制致动器的输出位移和输出力。
采用预压弹簧10、预压螺母12、输出顶杆9和上端盖11组合机构来施加预载荷，偏置线圈8产生所需的偏置磁场并消除磁致伸缩棒的倍频特性，调整预压力和偏置磁场强度大小可使磁致伸缩棒处于较佳的工作条件下。
若超磁致伸缩棒3的温度升高几十度将产生数十个微米的热致伸长，与可控磁致伸长量大体相当，且工作温度对超磁致伸缩材料的磁致伸缩系数有很大的影响。在超磁致伸缩棒3与驱动线圈7之间增加相变温控装置，可抑制磁致伸缩棒的温升和热致伸长，保证致动器的输出位移精度。在致动器工作过程中，线圈按一定的热流密度将热量传给相变温控装置，当相变材料4(相变温度在40℃左右的无机水合盐，如二水氟化钠、铵铁明矾等)温度升高到它的熔点时开始熔化，吸收并储存与熔化潜热相当的热量，同时介面温度保持在熔点不变，从而使磁致伸缩棒3的温度受到控制。当致动器停止工作时，液态相变材料开始释放潜热并自行凝固，磁致伸缩棒3温度仍维持不变；当相变材料全部凝固后，磁致伸缩棒3温度才逐渐回复到环境温度。
Claims (2)
1、一种相变温控型超磁致伸缩微位移致动器，其特征在于：包括底座(1)、温控套筒(2)、磁致伸缩棒(3)、相变材料(4)、线圈骨架(5)、外壳(6)、驱动线圈(7)、偏置线圈(8)、输出顶杆(9)、预压弹簧(10)、上端盖(11)、预压螺母(12)；底座(1)的中心小凸台上装有磁致伸缩棒(3)，磁致伸缩棒(3)外装有由套筒(2)和相变材料(4)组成的相变温控装置，相变温控装置外的线圈骨架(5)从内向外依次装有驱动线圈(7)、偏置线圈(8)，偏置线圈(8)外装有外壳(6)，磁致伸缩棒(3)上端装有输出顶杆(9)，输出顶杆(9)两侧的凸台与外壳(6)的内凸台为滑动配合，套在输出顶杆(9)外的预压弹簧(10)两端，分别由输出顶杆(9)的凸台和预压螺母(12)支撑，预压螺母(12)与外壳(6)的上端盖(11)螺纹配合，输出顶杆(9)、预压弹簧(10)、上端盖(11)和预压螺母(12)构成组合预压机构，线圈骨架(5)两端分别由外壳(6)内凸台面和底座(1)支撑。
2、根据权利要求1所述的一种相变温控型超磁致伸缩微位移致动器，其特征在于：输出顶杆(9)、外壳(6)与底座(1)为导磁材料，和磁致伸缩棒(3)形成闭合磁路；上端盖(11)和预压螺母(12)为非导磁材料。
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