一种三自由度的微型电磁数字致动器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种三自由度的微型电磁数字致动器，包括控制板卡，控制板卡通过导线连接有功率放大器，功率放大器通过导线连接有线圈电路板及直线电路板，线圈电路板上面固接玻璃板一，玻璃板一上面固接直线电路板，直线电路板上端固接玻璃板二，玻璃板二上端固接致动器；致动器包括支撑框架，固定嵌装在支撑框架四角处的固定永磁铁，活动嵌装在支撑框架凹槽内的被驱动永磁铁外部PMMA壳体，被驱动永磁铁外部PMMA壳体内部活动放置有磁化方向与固定永磁铁相反的被驱动永磁铁。本实用新型专利技术结构简单、开环控制，成本较低，安装结构紧凑，被驱动永磁铁具有x、y、z三个方向的运动自由度。

A micro electromagnetic digital actuator with three degrees of freedom

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度的微型电磁数字致动器
本技术属于微型机械致动器
，涉及一种三自由度的微型电磁数字致动器。
技术介绍
在现有技术的微机电系统中，致动器是一种将输入能量转化为机械输出的装置。最常见的致动器就是基于模拟控制的致动器，它们的运动单元可以到达工作行程内的任意位置。这类致动器一般有如下优点，能够在工作范围内连续控制，高性能，高可靠性等。为了获得这些优点，闭环控制和相应的反馈传感器都被应用在了这类型致动器上。然而，由于闭环控制以及相应的反馈传感器的应用，其控制也会相应的复杂化，以确保其高性能水平或完成复杂任务的能力。反馈传感器的安装集成有可能也会为此类致动器设计带来问题，尤其是当这类致动器被应用于紧凑的或者高度集成化的微机电系统中时,安装空间的限制就会体现出来。另外，要使运动单元保持在被要求的位置，同时抵抗外界的干扰，持续的能量输入也是必不可少的。这也将给此类系统带来焦耳热效应的影响或者系统故障。为了解决这些由于设计原理带来的缺陷，另一种基于数字控制的致动器被开发了出来。此类基于数字控制的致动器，其运动单元能够在确定的、有限的分离位置(称为稳态位置)之间被驱动。另外，这些分离位置是在加工过程中确定的。而分离位置中间的位置为过渡暂态位置，在通常情况下是不能被保持的。基于其数字驱动设计原理，此类致动器，具有如下优点：首先，开环控制。此类致动器将采用开环控制，反馈传感器将不在必要。其次，控制信号简单。通常情况下只需要能量脉冲输入就可以完成运动单元的驱动。另外，低能耗。此类致动器采用数字控制，能量输入仅仅用来驱动运动单元运动，保持运动部分在分离位置不需要任何能量输入。目前，大多的微型机械致动器普遍存在以下两个问题：1.仅有一到两个运动自由度，导致应用场景局限；2.结构复杂，不够紧凑，不便于集成扩展。以上两种问题制约着微型机械致动器的研究发展及其工业应用，采用数字控制方式设计具有多自由度的微型机械致动器意义深远。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种三自由度的微型电磁数字致动器，解决了现有技术中存在的仅有一到两个运动自由度，结构复杂，不便于集成扩展的问题。本技术所采用的技术方案是，一种三自由度的微型电磁数字致动器，包括控制板卡，控制板卡通过导线连接有功率放大器，功率放大器通过导线连接有线圈电路板及直线电路板，线圈电路板上面固接玻璃板一，玻璃板一上面固接直线电路板，直线电路板上端固接玻璃板二，玻璃板二上端固接致动器；致动器包括支撑框架，固定嵌装在支撑框架四角处的固定永磁铁，活动嵌装在支撑框架凹槽内的被驱动永磁铁外部PMMA壳体，被驱动永磁铁外部PMMA壳体内部活动放置有磁化方向与固定永磁铁相反的被驱动永磁铁。本技术的特点还在于，控制板卡为单片机或数字信号输出卡。功率放大器为电压电流转换器或可控硅。线圈电路板为印制的电磁线圈电路板，线圈电路板上的铜线圈中心位置与被驱动永磁铁的位置对应设置。直线电路板为双面印制的直线电路板，直线电路板上的铜线正反正交垂直布置，正反正交的铜线的中心位置与被驱动永磁铁的位置对应设置。玻璃板一和玻璃板二的厚度为0.5mm。被驱动永磁铁和固定永磁铁均为圆柱形磁铁或立方体磁铁；当被驱动永磁铁或固定永磁铁为圆柱形磁铁时，圆柱形磁铁的直径为4-20mm，高度为4-8mm；当被驱动永磁铁或固定永磁铁为立方体磁铁时，立方体磁铁的边长为4-20mm。致动器的支撑框架上的凹槽为凸字型凹槽，被驱动永磁铁外部PMMA壳体与凸字型凹槽的侧面、上下面之间均有间距。本技术的有益效果是：(1)本技术结构简单、开环控制，基于数字控制驱动致动器只需要电流脉冲，无需安装反馈传感器，因此相比基于模拟致动器的装置其成本较低，安装结构紧凑；(2)由于采用电流脉冲驱动，发热少，能够有效避免焦耳效应；(3)由于采用电磁驱动的方式，致动器驱动速度快，响应快，无迟滞；(4)致动器单元中，被驱动永磁铁与固定永磁铁呈反向磁化强度放置，从而由于永磁铁间静磁场吸引力的作用，被驱动永磁铁在框架中总保持在四角位置其中之一，这种状态不许能量维持，也被成为稳态位置，即每个致动器单元有四个稳态位置，从而确定了致动器的四种稳定状态，且保持稳定状态不需能量；(5)被驱动永磁铁具有x、y、z三个方向的运动自由度。附图说明图1是本技术一种三自由度的微型电磁数字致动器的分解结构示意图；图2是本技术一种三自由度的微型电磁数字致动器的装配图；图中，1.控制板卡，2.功率放大器，3.线圈电路板，4.玻璃板一，5.直线电路板，6.玻璃板二，7.致动器，8.固定永磁铁，9.被驱动永磁铁外部PMMA壳体，10.被驱动永磁铁，11.PMMA壳体底部边界，12.导线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。本技术一种三自由度的微型电磁数字致动器，如图1和2所示，包括控制板卡1，控制板卡1通过导线12连接有功率放大器2，功率放大器2通过导线12连接有线圈电路板3及直线电路板5，线圈电路板3上面固接玻璃板一4，玻璃板一4上面固接直线电路板5，直线电路板5上端固接玻璃板二6，玻璃板二6上端固接致动器7；致动器7包括支撑框架，固定嵌装在支撑框架四角处的固定永磁铁8，活动嵌装在支撑框架凹槽内的被驱动永磁铁外部PMMA壳体9，被驱动永磁铁外部PMMA壳体9内部活动放置有磁化方向与固定永磁铁8相反的被驱动永磁铁10。控制板卡1为单片机或数字信号输出卡，控制板卡1用于对致动器阵列提供脉冲驱动电流信号。功率放大器2为电压电流转换器或可控硅，用于对系统驱动电流信号进行放大，为设备提供大电流脉冲，从而在被驱动致动器上产生较大洛伦兹驱动力。线圈电路板3为印制的电磁线圈电路板，线圈电路板3上的铜线圈中心位置与被驱动永磁铁10的位置对应设置。直线电路板5为双面印制的直线电路板，直线电路板5上的铜线正反正交垂直布置，正反正交的铜线的中心位置与被驱动永磁铁10的位置对应设置。玻璃板一4和玻璃板二6的厚度为0.5mm，玻璃板一4和玻璃板二6的的形状为正方形，面积大小根据所需要致动器及电路板大小可做相应调整，玻璃板一4和玻璃板二6的主要作用为电磁隔离，玻璃板放置于直线电路板与致动器的磁铁之间及线圈电路板与直线电路板之间，由致动器结构体支撑。如图1和2所示，被驱动永磁铁10和固定永磁铁8均为圆柱形磁铁或立方体磁铁，支撑框架为矩形；当被驱动永磁铁10或固定永磁铁8为圆柱形磁铁时，圆柱形磁铁的直径为4-20mm，高度为4-8mm；当被驱动永磁铁10或固定永磁铁8为立方体磁铁时，立方体磁铁的边长为4-20mm，同样形状磁铁之间的尺寸可以相同，也可以不同。致动器7的支撑框架上的凹槽为凸字型凹槽，被驱动永磁铁外部PMMA壳体9与凸字型凹槽的侧面、上下面之间均有间距，PMMA壳体底部边界11与凸字型凹槽的侧面之间有间距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三自由度的微型电磁数字致动器，其特征在于，包括控制板卡(1)，所述控制板卡(1)通过导线(12)连接有功率放大器(2)，所述功率放大器(2)通过导线(12)连接有线圈电路板(3)及直线电路板(5)，线圈电路板(3)上面固接玻璃板一(4)，所述玻璃板一(4)上面固接直线电路板(5)，直线电路板(5)上端固接玻璃板二(6)，所述玻璃板二(6)上端固接致动器(7)；所述致动器(7)包括支撑框架，固定嵌装在支撑框架四角处的固定永磁铁(8)，活动嵌装在支撑框架凹槽内的被驱动永磁铁外部PMMA壳体(9)，被驱动永磁铁外部PMMA壳体(9)内部活动放置有磁化方向与固定永磁铁(8)相反的被驱动永磁铁(10)。/n

【技术特征摘要】
1.一种三自由度的微型电磁数字致动器，其特征在于，包括控制板卡(1)，所述控制板卡(1)通过导线(12)连接有功率放大器(2)，所述功率放大器(2)通过导线(12)连接有线圈电路板(3)及直线电路板(5)，线圈电路板(3)上面固接玻璃板一(4)，所述玻璃板一(4)上面固接直线电路板(5)，直线电路板(5)上端固接玻璃板二(6)，所述玻璃板二(6)上端固接致动器(7)；所述致动器(7)包括支撑框架，固定嵌装在支撑框架四角处的固定永磁铁(8)，活动嵌装在支撑框架凹槽内的被驱动永磁铁外部PMMA壳体(9)，被驱动永磁铁外部PMMA壳体(9)内部活动放置有磁化方向与固定永磁铁(8)相反的被驱动永磁铁(10)。


2.根据权利要求1所述的一种三自由度的微型电磁数字致动器，其特征在于，所述控制板卡(1)为单片机或数字信号输出卡。


3.根据权利要求1所述的一种三自由度的微型电磁数字致动器，其特征在于，所述功率放大器(2)为电压电流转换器或可控硅。


4.根据权利要求1所述的一种三自由度的微型电磁数字致动器，其特征在于，所述线圈电路板(3)为印制的电磁线圈电路板，线圈电路板(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：呼延鹏飞，代海风，胥光申，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61