超磁致伸缩并联微位移致动器制造技术

本发明专利技术涉及一种超磁致伸缩并联微位移致动器。它采用多根超磁致伸缩材料（ＧＭＭ）短棒实现磁路并联，或在激励线圈外布置ＧＭＭ短环，以降低ＧＭＭ的磁阻，降低线圈欧姆功耗。ＧＭＭ材料和电磁线圈在结构上实现分离，降低线圈发热对致动器的影响。ＧＭＭ的磁致伸缩位移通过一种微位移放大器放大后输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超磁致伸縮微位移致动器，特别是一种超磁致伸縮并联微位移致动器， 可用于振动控制、精密加工等领域。
技术介绍
超磁致伸缩微位移致动器具有大位移、强力、高精度、快速响应、高可靠性和低压驱动 等优点。但是现有技术存在功耗大、实际换能效率低等问题，由此引发的发热温升问题影响 输出量和输出精度。现有超磁致伸縮微位移致动器由棒状超磁致伸縮材料、电磁线圈、软磁材料、预应力装 置和输出杆等组成。其共同特点是磁致伸縮棒安装在电磁线圈轴心位置；磁致伸縮棒的伸 縮量通过输出杆直接输出。对于这种结构的致动器，由于磁致伸縮棒的长径比往往较大，要 求线圈励磁能力强，而且电磁线圈尺寸受到磁致伸缩棒的限制，所以致动器的体积大、欧姆 功耗也大。另外，电磁线圈产生的热量直接影响磁致伸縮棒，引起磁致伸縮棒热变形并导致 磁致伸縮性能的变化。为了降低功耗，普遍采用的方法是采用永久磁钢产生偏置磁场，变化磁场由激励线圈提 供。例如，CN1670977A等利用永久磁钢产生偏置磁场，电磁线圈产生动态磁场，以降低线圈 体积和功耗。在致动器中设置各种冷却装置，控制磁致伸縮棒的温升。例如，CN2938418Y在线圈的内 外层加装两层水套来冷却致动器；CN2694608Y在超磁致伸縮棒和驱动线圈之间加装一种相变 温控装置，利用相变吸收热量，在短时间内可以控制超磁致伸縮棒的温度。无论采用何种冷 却方法，都必然会增加致动器体积和线圈功耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种超磁致伸缩并联微位移致动器，改善其性能，降低激励线圈的功耗和尺寸。本专利技术基于以下原理和事实(1)以稀土为原料 的超磁致伸缩材料(G薩)虽然具有大的变形能力，但是它的磁导率远低于铁磁材料，所以致动器中磁路的磁阻主要集中在G腿上。GMM棒材内磁场强度一定时，激励线圈产生的磁动势(线 圈匝数和电流的乘积)应随着G画棒材的长度增加而增加。(2)激励线圈的铜耗和线圈的电 流密度的平方、线圈内导体体积成正比。激励线圈的磁动势是电流密度和线圈轴向截面导体 面积之积。(3) G醒的换能功率取决于G画体积，不是长度。本专利技术的低功耗磁致伸縮致动器是采用多根GMM短棒并联，以降低GMM的磁阻；G画短棒和电磁线圈在结构上分离；G醒的磁致伸縮位移通过一种位移放大器放大后输出。图1 给出了上述致动器的工作原理。多根磁致伸縮短棒7按其伸縮方向(即d33方向)并排安装。 电磁线圈1内部装有铁芯2，通过软磁材料4、 11和多根磁致伸縮短棒7构成多个封闭的磁 力线回路。G醒棒的伸縮量随着磁场强度的变化而变化。G醒棒一端固定，另一端和柱销10 连接。伸长的G薩棒推动柱销10，通过挤压封闭油腔里的流体介质12,推动输出柱销13。 调节输入柱销10和输出柱销13的数量和直径，可以调节放大倍数。本专利技术提供的致动器将多根GMM短棒并联，使多根G腿棒共享激励磁场。相对上述配置， 己有技术实际上是多根磁致伸縮短棒的串联。对于n根等长的G醒棒，并联G丽上的磁动势 只有串联GMl的n平方分之一。由此可见，在同等输出功率条件下，并联GM1棒可以大幅度 降低激励线圈的功率损耗和线圈尺寸。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案一种超磁致伸縮并联微位移致动器，包括G醒和励磁线圈，其特征在于 一个G画环或 多根GMM棒并列在由一个或几个并联的励磁线圈共同产生的封闭磁路上。所述GMM棒或GMM 环产生的微位移经过一个位移放大器放大后输出。上述封闭磁路是从所述励磁线圈内的铁芯上端经上导磁盘、导磁环、上磁靴、GM1、下 磁靴和下导磁盘回到铁芯下端，所述零件除G醒外均具有高导磁能力。上述励磁线圈内安置铁芯，所述GMM的高度小于所述励磁线圈的高度。上述位移放大器为一个充满液压油的封闭油腔，其输入端为连接所述各G固棒上端的上 磁靴的输入波纹管，其输出端为连接所述封闭油腔顶端的一个或多个输出波纹管。上述多个GMM棒可排列为圆周阵列、或单排阵列、或矩形阵列、或弧形阵列，所述一个 G丽棒是一根磁致伸縮方向为轴向的G画短棒。上述GMM环为磁致伸縮方向为轴向的G醒短环。本专利技术和已有技术相比具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点由于采用了多 个并联的励磁线圈，每个励磁线圈的体积小、铜损小、温升低；励磁线圈结构尺寸不受磁致 伸縮棒的限制；线圈和磁致伸縮棒分离，降低了线圈的温升对磁致伸縮棒的影响；液压位移 放大器容易实现多点浮动输出，输入输出位置可以自由配置，方便各种应用。 附图说明图1为本专利技术的结构原理示意图图2为本专利技术第一实施例的轴向剖面图图3为本专利技术第一实施例的截面4为本专利技术第二实施例的G醒和线圈的配置 图5为本专利技术第三实施例的G醒和线圈的配置 图6为本专利技术第四实施例的多浮动输出结构图 图7为本专利技术第五实施例的G醒为短环时的轴剖面图 具体实施例方式本专利技术的优选实施例结合附图详述如下参见图1，本超磁致伸縮并联微位移致动器包 括GMM7和励磁线圈1， 一个G醒环或多根GMM棒7并列在由一个或几个并联的励磁线圈l共 同产生的封闭磁路上。所述G丽环或G丽棒7产生的微位移经过一个位移放大器12放大后输 出。图2和图3示出了本专利技术的第一实施例。本例主要由一个带铁芯的电磁线圈、6根G醒 短棒和一个液压式的微位移放大器组成。需要特别指出的是，这里的GMM棒的根数可以是其 他数目，不只限于6根。G醒棒7以线圈1的轴心为中心沿圆周方向均匀分布，如图3所示。 铁芯2、上导磁盘ll、导磁环9、上磁靴8、 GMM棒7、下磁靴5和下导磁盘4构成的封闭磁 路。在上述磁路中，除了G醒棒之外，其余零件均由高导磁率的软磁材料制成。导磁环9固 定在上导磁盘8上。导磁环9上开有和G醒棒相同数目的孔，上磁靴8固定在位移放大器的 输入端，穿过导磁环9的孔，可以作上下自由移动。下磁靴5则固定在下导磁盘4上。GMM 棒7位于上下磁靴之间。磁靴的作用是将磁力线集中起来，并在G醒材料区域内形成均匀的 磁场。保持块6保持GM1棒和上下磁靴之间的相对位置，并通过螺栓14连接上下导磁盘。保 持块6用非导磁材料制造。在磁场作用下，6根G醒棒7同步伸縮，共同驱动微位移放大器的相应输入端移动。 微位移放大器12是由一个充满液压油的封闭油腔、6个输入波纹管10和1个或几个输 出波纹管13构成。输入波纹管10的一端封闭， 一端开放。开放一端和油腔连通；封闭的一 端是微位移放大器的输入端。输入波纹管IO的周向是波浪形的回转薄壁，具有较小的轴向刚 度、较大的径向刚度和一定的内部压力承载能力。输出波纹管13和输入波纹管IO的结构相 似。当输入波纹管10压縮时，封闭油腔的容积变小，迫使输出波纹管13向外伸长，起到位 移的放大作用。本专利技术提出的超磁致伸縮致动器的GMM棒和线圈的布置可以有多种形式。除了上述实施 例中的G^1棒圆周阵列以外，G醒棒还可以排列成单排阵列、矩形阵列或弧形阵列。线圈的 数目可以是一个也可以是多个。图4示出本专利技术的第二实施例，包括三根G醒棒7和一个线 圈l。其中三根G廳棒7呈弧形阵列布置，G醒棒7和线圈1呈扇形配置。图5示出本专利技术的第三实施例，其中共有四根GMM棒7呈方形阵列，两个励磁线圈l并 列在左右两侧。这种拓扑形式的好处是线圈对G画的热影响较小。图2所示的实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超磁致伸缩并联微位移致动器，包括ＧＭＭ（７）和励磁线圈（１），其特征在于：一个ＧＭＭ环或多根ＧＭＭ棒（７）并列在由一个或几个并联的励磁线圈（１）共同产生的封闭磁路上。所述ＧＭＭ棒或ＧＭＭ环产生的微位移经过一个位移放大器（１２）放大后输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝福，王文，吴家龙，徐青青，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]