一种振动驱动器输出功率的优化方法、设备及其产品技术

本发明专利技术涉及一种振动驱动器输出功率的优化方法、实施该方法的设备和按本发明专利技术方法制得的、具有最大化输出功率的振动驱动器产品，还涉及本发明专利技术的驱动器和具有大表面积、与之固定连结的固体发声介质形成的振动发声系统。本发明专利技术的优化方法也能用于改造已有的振动驱动器产品，使其输出功率最大化。本发明专利技术的优化输出功率的方法简单易行，具有广泛的应用前景和好的技术经济效益。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种振动驱动器输出功率的优化方法，实施该方法的设备和按本专利技术方法制得的振动驱动器产品。
技术介绍
我们知道，磁致应变或电致应变材料具反抗外力的同时产生形变的能力，即材料做功的能力，在不同的压力下材料的形变能力将发生变化，因此其做功能力也不同。对于稀土超磁致伸缩材料，由于材料的应变在预先施加的压应力(简称“预应力”)下具有“跳跃”效应，可以实现低磁场下的大应变，从而减小所需的磁场强度、提高驱动效率。图1所示的是磁致和电致伸缩材料的预应力与输出功的关系。由该图可见，输出功与预应力十分相关，在一定的外场下，输出功随预应力变化有一个最大值。同时，控制预应力是保证器件性能一致性的重要手段。不同结构的驱动器所需的最优预应力不同，即使同一种结构的各个驱动器对所需施加的预应力大小也都会有所不同，故都存在一个在制造/装配过程中对其施加的预应力进行可控施加和优化的需要，以达到使每个装配好的驱动器的输出功率最大化或均衡一致的目的。然而在已报道的现有技术中，均未涉及到这样一种优化驱动器产品的预应力的方法及其实施设备；从已经公开的现有技术驱动器结构来看，也没有考虑对其施加的预应力进行优化的需要，因而可以推知其设定的预应力并不能有目的地调节到最佳值。七十年代，由美国依阿华大学研究低频声纳换能器发现，由稀土Tb-Dy与Fe形成的合金，在外磁场作用下，产生巨大的应变(美国专利US4308474)。利用该材料在外磁场下产生应变的原理，可以制成驱动器、定位器、换能器等，并可用于低频声换能器(驱动器)，即低频发声驱动器。八十年代末期，由美国ETREMA公司将Tb-Dy-Fe合金投入生产，由此展开了该材料的应用研究。1994年，MACHINE DESIGN，AUGUST 8，1994，V66，N15，P.18杂志公布了由美国ETREMA公司采用稀土超磁致伸缩材料作为驱动元件的驱动器。该驱动器由稀土超磁致伸缩材料棒、驱动线圈、管状永磁体偏置磁场、预紧蝶簧，正T型运动导出杆、背部压紧端盖组成。由前、后导磁片及管状永磁体构成闭磁路环，采用后部压紧端盖来调节应变材料预应力的大小。中国专利ZL00264746.X公开了一种超磁致伸缩材料驱动器，其结构与MACHINE DESIGN，AUGUST 8，1994，V66，N15，P.18杂志公开的结构基本相同，采用正T型运动导出杆，从后部用拧紧螺丝的方式压紧后端盖来调节预应力大小，不同的是在导出杆上加有滑动轴承，目的是提高导出杆的运动精度。由于稀土超磁致伸缩材料驱动器的位移量是微米级的，上述采用导出滑动轴承是不足于提高精度的，但对减少磨损能起到一定的作用。中国专利ZL00207417.6公开了一种磁致伸缩振动发生器，即驱动器。该驱动器主要用于振动或发声。驱动核心部件为稀土超磁致伸缩材料。其基本结构与MACHINE DESIGN，AUGUST 8，1994，V66，N15，P.18公开的结构相似，采用的是正T型运动输出导杆，前压盖调节预应力的大小，但采用的是螺纹杆压紧压盖的结构。由于没有采用闭磁路设计，存在漏磁和驱动效率低的问题。中国专利ZL00264745.1公开了一种超磁致伸缩材料扬声器，它有上述类似的稀土超磁致伸缩材料驱动器和安装在正T型杆端的发声辐射面板组成。该专利中的驱动器采用的是与MACHINEDESIGN，AUGUST 8，1994，V66，N15，P.18公开的驱动器完全类似的结构，正T型运动输出杆、后端盖螺栓压紧装置、管型永磁体做偏置磁场，并作为闭磁路。唯一不同的是没有采用预紧蝶簧，而是采用高强度橡胶。很明显存在预应力退化的问题。中国专利ZL01208463.8公开了一种磁致伸缩高保真平板扬声器。由运动核心部件稀土超磁致伸缩材料、由该材料驱动的驱动器、发音板组成。该驱动器有运动放大机构，可以提高运动的幅度。该驱动器没有闭磁路或磁屏蔽机构，存在漏磁和电效低的问题。另外，它采用凹型框槽结构，通过螺杆使凹型框槽变形来达到对稀土超磁致伸缩材料施加预应力，其预应力的大小难于控制。中国专利申请第92109581.3号公开了一种发声装置的驱动系统。其核心驱动元件为稀土超磁致伸缩材料，为圆桶型。采用双压梁预紧结构，由一个以上驱动单元叠加起来，结构很复杂。可用于水声发生器。美国专利US6,246,132公开了两种稀土超磁致伸缩材料驱动器，其中一种采用弯张预应力施加结构，另一种采用从后端盖拧紧压紧件来施加预应力的结构。该专利技术的驱动器还包括定位器、步进马达等器件。其从后端盖施加预应力的驱动器采用的正T型运动输出杆，不同的是采用螺管弹簧而不是蝶簧作为预应力部件。由英国新大陆技术公司所有的国际专利申请PCT/GB02/01111(WO02/076141A2)公开了一种磁致伸缩驱动器，它主要由稀土超磁致伸缩材料、驱动线圈、永磁体偏置磁场、正T型运动(振动)导出杆、外壳、预应力压簧组成，该驱动器结构简单，无闭磁路结构，可用于小功率发声装置。以上驱动器的共同缺点是其预应力的大小不能受控地施加和优化，不能保证驱动器在最大的输出功状态下工作。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种振动驱动器输出功率的优化方法，它是在制造/装配驱动器产品时实现的，包括以下步骤(a)将驱动器各部件依次装入驱动器壳体后，将一个恒定的驱动信号输入到驱动器的信号输入端；将一个自动化的压力施加装置刚性连接到驱动器的压紧件，在驱动器的振动输出端连接上一个位移传感器；(b)由自动压力施加装置向驱动器的压紧件施加一个预应力Pi，并由位移传感器测定驱动器的振幅λi，由此得到输出功Wi＝Pi×λi；(c)自动给出一个压力增量ΔPi，Pi+1＝Pi+ΔPi，测定此时的振幅λi+1＝λi+Δλi，得到ΔWi＝Wi+1-Wi(d)当ΔWi＞0时，直接返回到(C)步；当ΔWi＜0时，取ΔPi+1＝-r|ΔPi|，r大于0小于1，通常取0.5，Pi+2＝Pi+1+ΔPi+1，返回(C)步测定振幅λi+2；当ΔWi＝0时，取Pi为该驱动器的最优工作预应力Po；(e)在Po下用常规方式将驱动器的压紧件与壳体固定，使预应力维持在Po，即完成装配工作。按本专利技术的方法适用于一切具有如图1所示输出功～预应力关系的电致伸缩驱动器、磁致伸缩驱动器，包括但不限于压电驱动器、镍基磁致伸缩材料驱动器和镍锰镓驱动器、稀土超磁致伸缩驱动器。具有现有技术公开的那些结构的已知驱动器均可使用本专利技术方法进行输出功的优化，只要对其原有的预应力施加装置进行改造，使之不妨碍本专利技术方法的实施即可。例如原为通过拧紧螺栓施压的装置将妨碍Pi按设定的增量ΔPi准确施加，故应当去掉螺纹进紧结构，以满足Pi受控施加的需要；其它方法都是本领域普通技术人员所了解的，在此不一一列举。在按本专利技术的方法中，恒定的驱动信号是指一个大小不变的输入信号。在不同的预应力下驱动器输出不同的功，通过与驱动器输出端相连接的位移传感器测量输出振幅。输入信号的大小不应改变如图1所示的驱动器的预应力与输出功的关系。施加到压紧件上的预应力Pi应从较低值开始并逐渐增大，通常为0～30MPa。压力增量ΔPi一般大于0但不大于0.1MPa，具体大小随ΔWi值的大小而呈正比增减；对于稀土超磁致伸缩材料，最佳压力值Po一般处于4～20MPa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振动驱动器输出功率的优化方法，它是在制造／装配驱动器产品时实现的，包括以下步骤：　（ａ）将驱动器各部件依次装入驱动器壳体后，将一个恒定的驱动信号输入到驱动器的信号输入端；将一个自动化的压力施加装置刚性连接到驱动器的压紧件，在驱动 器的振动输出端连接上一个位移传感器；（ｂ）由自动压力施加装置向驱动器的压紧件施加一个预应力Ｐ↓［ｉ］，并由位移传感器测定驱动器的振幅λ↓［ｉ］，由此得到输出功Ｗ↓［ｉ］＝Ｐ↓［ｉ］×λ↓［ｉ］；（ｃ）自动给出一个压力增量ΔＰ ｉ，Ｐｉ↓［＋１］＝Ｐｉ＋ΔＰｉ，测定此时的振幅λｉ↓［＋１］＝λｉ＋Δλｉ，得到ΔＷｉ＝Ｗｉ↓［＋１］－Ｗｉ（ｄ）当ΔＷｉ＞０时，直接返回到（Ｃ）步；当ΔＷｉ＜０时，取ΔＰｉ↓［＋１］＝－ｒ│ΔＰｉ│，ｒ大于０小于１，通常取０．５ ，Ｐｉ↓［＋２］＝Ｐｉ↓［＋１］＋ΔＰｉ↓［＋１］，返回（Ｃ）步测定振幅λｉ↓［＋２］；当ΔＷｉ＝０时，取Ｐｉ为该驱动器的最优工作预应力Ｐ↓［ｏ］；（ｅ）在Ｐ↓［ｏ］下用常规方式将驱动器的压紧件与壳体固定，使预应力维持在Ｐ↓［ｏ］， 即完成装配工作。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪平，
申请(专利权)人：北京磁伸稀土技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]