基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机制造技术

本发明专利技术涉及一种基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机，包括：定子、转子和端盖，定子包括定子基体和若干超磁致伸缩单元，定子基体上设置有若干凹槽，超磁致伸缩单元设置在凹槽内，转子穿射于定子基体的中心与定子基体螺纹连接，端盖连接至定子基体底部，超磁致伸缩单元包括：超磁致伸缩棒、线圈支架、激励线圈和密封罩，超磁致伸缩棒的两端固接至定子基体的凹槽内，其中部设置有凸台，线圈支架与凸台连接，激励线圈与线圈支架绕接连接，密封罩设置在激励线圈外侧且与线圈支架连接。本发明专利技术具有精度高、结构紧凑、频响宽、变形量大、驱动电压低、负载能力强、长时间工作可靠、效率高等优点，可广泛应用于机器人、医疗器械、精密仪器、光学等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种驱动电机，具体涉及一种基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机，属于超磁致伸缩材料的应用领域。
技术介绍
当今世界科技日新月异，越来越多的场合需要用到微型精密电机，如航空航天、机器人、精密医疗器械、生物工程等领域，而传统的电磁电机由于其体积过大，结构不够紧凑等缺点难以应用于微小和精细结构中；另外，回程间隙过大、无法降低噪声、效率低下等缺点也限制了其应用。为了克服上述传统电磁电机的缺点，人们研制了基于压电原理的超声电机。基于压电原理的超声波电机是一类基于振动原理的摩擦驱动电机，其利用压电材料激励出定子 的振动，使得定子驱动表面质点的运动轨迹为椭圆，定子通过摩擦驱动与其相接触的转子或导轨作旋转或直线运动。具有位移分辨率高、无噪声、体积小和响应快等突出的优点，但是压电超声电机存在压电材料的变形量小、驱动电压高、效率低等缺点。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机，利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应将电磁能转化为定子的振动，定子通过摩擦驱动运动部件实现旋转或直线运动的电机。与传统电磁电机相比，具有精度高、结构紧凑等特点，与压电超声电机相比，具有频响宽、变形量大、驱动电压低、负载能力强、长时间工作可靠、效率高等优点，将在机器人、医疗器械、精密仪器、光学等领域获得广泛应用。根据本专利技术的一个方面，提供一种基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机，包括定子、转子和端盖，定子包括定子基体和若干超磁致伸缩单元，定子基体上设置有若干凹槽，超磁致伸缩单元设置在凹槽内，转子穿射于定子基体的中心与定子基体螺纹连接，端盖连接至定子基体底部，超磁致伸缩单元包括超磁致伸缩棒、线圈支架、激励线圈和密封罩，超磁致伸缩棒的两端固接至定子基体的凹槽内，其中部设置有凸台，线圈支架与凸台连接，激励线圈与线圈支架绕接连接，密封罩设置在激励线圈外侧且与线圈支架连接。优选地，该转子内部为中空结构。优选地，该端盖为圆环薄片，圆环薄片上设置有若干第一螺纹孔，对应的，定子基体上相应的设置有若干第二螺纹孔，圆环薄片通过螺钉固接至定子基体底部。优选地，该基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机还包括垫圈，垫圈设置在端盖和定子基体之间。优选地，该相邻两个凹槽之间凸出部分形成驱动足。优选地,该超磁致伸缩单元的数量为4个,相应的，凹槽的数量为4个。优选地，该电机激励时，沿顺时针方向，前两个超单元依次施加相位差为/2或者为负η/2的两相正弦激励信号，后两个超磁致伸缩单元的两相激励信号依次与前两相激励信号相同。优选地,该超磁致伸缩单元的数量为6个,相应的，凹槽的数量为6个。优选地，该电机激励时，沿顺时针方向，前三个超磁致伸缩单元依次施加相位差为η/3或者为负π/3的三相正弦激励信号，后三个超磁致伸缩单元的三相激励信号依次与前三相激励信号相同。优选地，该超磁致伸缩材料可采用TbO. 27DyO. 73Fe或TbO. 27DyO. 73Fel. 9。本专利技术利用了超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应。在交变电流产生的交变磁场的激励下，改变了超磁致伸缩棒的磁化状态，从而使其尺寸发生相应改变。先通过施加给各个激励线圈以适当的激励信号，各激励信号之间具有一定的相位差，使得超磁致伸缩单元在定子内形成面内行波，由定子的面内行波导致定子上驱动足的运动轨迹为椭圆，通过定子驱动足和转子直接的接触摩擦力带动转子运动，最终将电磁能转换成机械能。与传统的电磁电机或压电超声电机相比，本专利技术具有体积小、输出力大、能量密度高、静音、频响宽和控制 精度闻等优点。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果本专利技术具有精度高、结构紧凑、频响宽、变形量大、驱动电压低、负载能力强、长时间工作可靠、效率高等优点，可广泛应用于精密加工、光学等领域。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显图I为本专利技术实施例一包括6个超磁致伸缩单元的基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机的结构俯视图；图2为图I的A-A向剖视图；图3为本专利技术实施例一的基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机的侧视图；图4为本专利技术实施例的超磁致伸缩单元的安装结构剖视图；图5为本专利技术实施例的端盖的结构示意图；图6为实施一的基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机在激励信号激励后的电机运转模态示意图；图7为用于激励实施一的基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机的激励信号示意图；图8为本专利技术实施例二包括4个超磁致伸缩单元的基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机的结构俯视图；图9为用于激励实施二的基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机的激励信号示意图。图中1为定子，2为转子，3为端盖，4为垫圈，11为定子基体，12为超磁致伸缩单元，13为驱动足，14为第二螺纹孔，15为螺纹，21为螺纹副，31为第一螺纹孔，121为密封罩，122为线圈支架，123为超磁致伸缩棒，124为激励线圈，71为Asin(cot)，72为Asin (ω t+ /3), 73 为 Asin (ω t+2 π /3), 91 为 Acos (ω t), 92 为 Asin (ω t)。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例一如图I所示，本实施例的基于磁致伸缩效应的螺纹直线电机包括定子I、转子2和端盖3，定子I包括定子基体11和6个超磁致伸缩单元12，定子基体11上设置有6个凹槽，超磁致伸缩单元12分别设置在各凹槽内，每相邻两个凹槽之间凸出部分形成驱动足13，定子基体内部设置有螺纹15，顶部均匀设置有6个第二螺纹孔14。转子2内部为中空结构，其上设置有螺纹副21，其穿射于定子基体11的中心与定子基体11通过螺纹15和螺纹副21实现螺纹连接，端盖3采用圆环薄片，其连接至定子基体11底部，圆环薄片上均匀设置有6 个第一螺纹孔31，第一螺纹孔31与第二螺纹孔14的位置相对应，圆环薄片通过螺钉、第一螺纹孔31和第二螺纹孔14固接至定子基体11底部。超磁致伸缩单元12包括加工成阶梯状的超磁致伸缩棒123、线圈支架122、激励线圈124和密封罩121，超磁致伸缩棒123的两端固接至定子基体11的凹槽内，其中部设置有凸台，线圈支架122与凸台连接，激励线圈124与线圈支架122绕接连接，密封罩121设置在激励线圈124外侧且与线圈支架122连接。进一步地，本专利技术还包括垫圈4，垫圈4设置在端盖3和定子基体11之间，通过调整垫圈的厚度可以调整端盖3和定子基体11之间的间隙，从而起到螺纹预紧并调整驱动力的作用。与常规的磁致伸缩材料相比，超磁致伸缩材料变形量更大，且适于常温应用。超磁致伸缩材料于1987年实现商品化生产，典型成分为TbxDyl-XFe2-y，式中下标x表示Tb/Dy之比；下标y表示R/Fe之比；x 一般为O. 27-0. 35 ；y为O. 1-0. 05。典型的商品牌号有Terfenol-D (美国 Edge Technologies 公司)，代表成分为 TbO. 27DyO. 73Fe2 ；Magme本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁致伸缩效应的微型螺纹直线电机，其特征在于，包括：定子、转子和端盖，所述定子包括定子基体和若干超磁致伸缩单元，所述定子基体上设置有若干凹槽，所述超磁致伸缩单元设置在所述凹槽内，所述转子穿射于所述定子基体的中心与所述定子基体螺纹连接，所述端盖连接至所述定子基体底部，所述超磁致伸缩单元包括：超磁致伸缩棒、线圈支架、激励线圈和密封罩，所述超磁致伸缩棒的两端固接至所述定子基体的凹槽内，其中部设置有凸台，所述线圈支架与所述凸台连接，所述激励线圈与所述线圈支架绕接连接，所述密封罩设置在所述激励线圈外侧且与所述线圈支架连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鹿存跃，竺春祥，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：