一種適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，該永磁偏置磁路的中心組件設(shè)置在線圈骨架的通孔內(nèi)，線圈骨架的柱體上套接中間組件，中間組件上纏繞漆包線形成線圈，在外部安裝導(dǎo)磁筒、導(dǎo)磁筒的兩端安裝磁軛。其中，磁致伸縮棒、永磁柱、導(dǎo)磁柱、磁軛和導(dǎo)磁筒形成偏置磁場供磁磁路。在磁致伸縮棒的兩端放置導(dǎo)磁柱，導(dǎo)磁柱的外部放置永磁柱構(gòu)成偏置磁場-致動單元。本發(fā)明利用永磁柱做為驅(qū)動器的偏置磁場來源，實現(xiàn)了用少量的永磁材料獲得磁致伸縮棒內(nèi)較大的磁場強度。通過在中心組件的外部套接中間組件的方式，降低了偏置磁場供磁磁路的漏磁，為磁致伸縮棒提供了具有一定強度并且均勻的偏置磁場。
【專利說明】一種適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種永磁偏置磁路，更特別地說，是指一種能提供高均勻性、高磁場強度的、且適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路。

【背景技術(shù)】
[0002]巨磁致伸縮驅(qū)動器是一種在利用巨磁致伸縮材料在交變磁場作用下發(fā)生應(yīng)變從而獲得位移輸出的驅(qū)動器，其具有位移輸出大、力輸出大、能量轉(zhuǎn)換率高、響應(yīng)迅速的特點，在航空航天、電子電力、信息通訊等智能結(jié)構(gòu)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
[0003]由于巨磁致伸縮材料本身的磁場應(yīng)變特性，為了使其性能得到最優(yōu)發(fā)揮通常需要提供一個偏置磁場。巨磁致伸縮材料執(zhí)行器的偏置磁場可由永磁材料或通電線圈提供，對于通電線圈提供偏置磁場而言，偏置磁場大小可通過調(diào)節(jié)線圈中的電流靈活改變，但這種偏置磁場的維持需要線圈中持續(xù)存在一定強度的電流，通常采用的非超導(dǎo)線圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱將會因為沒有有效散熱而使溫度上升，惡化巨磁致伸縮材料的工作環(huán)境，材料的磁致伸縮性能下降，驅(qū)動器輸出性能降低且不穩(wěn)定。對于采用永磁材料提供偏置磁場則沒有自發(fā)熱現(xiàn)象。
[0004]目前，永磁偏置磁路主要有以下幾種:一、在線圈內(nèi)或外放置軸向充磁的筒狀永磁結(jié)構(gòu),外置不導(dǎo)磁套筒，由于永磁材料接近空氣的磁導(dǎo)率和巨磁致伸縮材料的不高磁導(dǎo)率，整個磁路磁阻巨大,漏磁嚴重；二、在螺線管內(nèi)或外放置軸向充磁的永磁環(huán)狀結(jié)構(gòu),永磁環(huán)之間布置導(dǎo)磁環(huán)，外置不導(dǎo)磁套筒，由于一定程度上降低了磁路磁阻，但巨磁致伸縮材料的低磁導(dǎo)率使場外漏磁依然較大；三、對于較短的磁致伸縮棒，上下兩端放置軸向充磁的永磁片,永磁片和磁致伸縮棒中間放至導(dǎo)磁柱,外置導(dǎo)磁套筒,導(dǎo)磁柱、導(dǎo)磁筒的匯聚磁力線作用是的場外漏磁小，但中心棒區(qū)域的磁場均勻性低；四、將長的巨磁致伸縮棒分成幾段，在棒中間內(nèi)置軸向充磁的永磁，外置導(dǎo)磁套筒，這樣能有效降低場外漏磁，但棒中的磁場同樣難以均勻分布；五，在螺線管內(nèi)或外混合放置軸向、徑向充磁的永磁環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這種方式能獲得具有一定強度的均勻性磁場，大體積較大，永磁材料用量也很多，不夠經(jīng)濟實用。能否使巨磁致伸縮材料獲得一定場強且十分均勻的偏置磁場是巨磁致伸縮驅(qū)動器偏置磁路設(shè)計的關(guān)鍵，也是研制高性能、高效率巨磁致伸縮驅(qū)動器難以避開的瓶頸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，是為了解決磁致伸縮驅(qū)動器的偏置磁場受磁致伸縮棒長度的影響，若磁致伸縮驅(qū)動器的長徑比大于
3.5，則偏置磁場的均勻較差。本發(fā)明利用永磁柱做為驅(qū)動器的偏置磁場來源，實現(xiàn)了用少量的永磁材料獲得磁致伸縮棒內(nèi)較大的磁場強度。通過在中心組件的外部套接中間組件的方式，降低了中心組件產(chǎn)生的磁場不均勻性及漏磁，同時中間組件也提供了具有一定強度并且均勻的偏置磁場。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:永磁偏置磁路的中心組件設(shè)置在線圈骨架的通孔內(nèi)，線圈骨架的柱體上套接中間組件，中間組件上纏繞漆包線形成線圈，在外部安裝導(dǎo)磁筒、導(dǎo)磁筒的兩端安裝磁軛。其中，磁致伸縮棒、永磁柱、導(dǎo)磁柱、磁軛和導(dǎo)磁筒形成偏置磁場供磁磁路。在磁致伸縮棒的兩端放置導(dǎo)磁柱,導(dǎo)磁柱的外部放置永磁柱構(gòu)成偏置磁場-致動單元。中心組件的外部套接中間組件，作為降低偏置磁場磁路漏磁提高磁致伸縮棒中磁場均勻性的磁路補償裝置。
[0007]本發(fā)明是一種適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，其特征在于:該永磁偏置磁路包括有線圈(IA)、一個線圈骨架(I)、八個導(dǎo)磁柱、四個永磁柱、三個磁致伸縮棒、六個永磁環(huán)、十個安裝環(huán)、三個永磁筒、第一磁軛(81)、第二磁軛(82)和導(dǎo)磁筒(9)。
[0008]其中，八個導(dǎo)磁柱、四個永磁柱和三個磁致伸縮棒構(gòu)成中心組件。
[0009]其中，六個永磁環(huán)、十個安裝環(huán)和三個永磁環(huán)構(gòu)成中間組件。
[0010]其中，第一磁軛(81)、第二磁軛(82)和導(dǎo)磁筒(9)構(gòu)成外部組件。
[0011]所述八個導(dǎo)磁柱是指AA導(dǎo)磁柱(21)、AB導(dǎo)磁柱(22)、AC導(dǎo)磁柱(23)、AD導(dǎo)磁柱
(24)、AE導(dǎo)磁柱(25)、AF導(dǎo)磁柱(26)、AG導(dǎo)磁柱(27)、AH導(dǎo)磁柱(28)；
[0012]所述四個永磁柱是指AA永磁柱(31)、AB永磁柱(32)、AC永磁柱(33)、AD永磁柱
(34)；
[0013]所述三個磁致伸縮棒是指AA磁致伸縮棒(41)、AB磁致伸縮棒(42)、AC磁致伸縮棒(43)；
[0014]所述六個永磁環(huán)是指BA永磁環(huán)(51)、BB永磁環(huán)(52)、BC永磁環(huán)(53)、BD永磁環(huán)(54)、BE 永磁環(huán)(55)、BF 永磁環(huán)(56)；
[0015]所述十個安裝環(huán)是指BA安裝環(huán)(61)、BB安裝環(huán)(62)、BC安裝環(huán)(63)、BD安裝環(huán)
(64)、BE安裝環(huán)(65)、BF安裝環(huán)(66)、BG安裝環(huán)(67)、BH安裝環(huán)(68)、BI安裝環(huán)(69)、BJ安裝環(huán)(70)；
[0016]所述三個永磁筒是指CA永磁筒(71)、CB永磁筒(72)、CC永磁筒(73)。
[0017]線圈骨架⑴包括有線圈柱體(11)、線圈A端蓋(12)和線圈B端蓋(13)，線圈柱體(11)為中部為通孔(14)，線圈柱體(11)的一端是線圈A端蓋(12)，線圈柱體(11)的另一端是線圈B端蓋(13)。線圈柱體(11)用于套接中間組件或者纏繞有漆包線。
[0018]中心組件從上至下接觸排列為AA導(dǎo)磁柱(21)、AA永磁柱(31)、AB導(dǎo)磁柱(22)、AA磁致伸縮棒(41)、AC導(dǎo)磁柱(23)、AB永磁柱(32)、AD導(dǎo)磁柱(24)、AB磁致伸縮棒(42)、AE導(dǎo)磁柱(25)、AC永磁柱(33)、AF導(dǎo)磁柱(26)、AC磁致伸縮棒(43)、AG導(dǎo)磁柱(27)、AD永磁柱(34)、AH導(dǎo)磁柱(28)。
[0019]中間組件套接在線圈骨架(I)的線圈柱體(11)上；中間組件從上至下接觸排列為BA安裝環(huán)(61)、BA永磁環(huán)(51)、BB安裝環(huán)(62)、CA永磁筒(71)、BC安裝環(huán)(63)、BB永磁環(huán)(52)、BD安裝環(huán)(64)、BC永磁環(huán)(53) 'BE安裝環(huán)(65)、CB永磁筒(72)、BF安裝環(huán)(66)、BD永磁環(huán)(54)、BG安裝環(huán)(67)、BE永磁環(huán)(55)、BH安裝環(huán)(68)、CC永磁筒(73)、BI安裝環(huán)(69)、BF永磁環(huán)(56)、BJ安裝環(huán)(70)。
[0020]外部組件包括有導(dǎo)磁筒(9)，第一磁軛(81)和第二磁軛(82)，導(dǎo)磁筒(9)的一端設(shè)置有第一磁軛(81)，導(dǎo)磁筒(9)的另一端設(shè)置有第二磁軛(82)，導(dǎo)磁筒(9)的兩端與第一磁軛(81)和第二磁軛(82)可以是通過螺紋連接。第一磁軛(81)和第二磁軛(82)的結(jié)構(gòu)相同，第一磁軛(81)上設(shè)有A通孔，A通孔用于放置AA導(dǎo)磁柱(21)，第二磁軛(82)上設(shè)有B通孔，B通孔用于放置AH導(dǎo)磁柱(28)。
[0021]當(dāng)AA導(dǎo)磁柱(21)為自由活動端時，AA導(dǎo)磁柱(21)在第一磁軛(81)的A通孔中能夠活動，則AH導(dǎo)磁柱(28)與第二磁軛(82)的B通孔為固定連接。
[0022]當(dāng)AH導(dǎo)磁柱(28)為自由活動端時，AH導(dǎo)磁柱(28)在第二磁軛(82)的B通孔中能夠活動，則AA導(dǎo)磁柱(21)與第一磁軛(81)的A通孔為固定連接。
[0023]本發(fā)明永磁偏置磁路的優(yōu)點在于:
[0024]①本發(fā)明利用永磁柱做為驅(qū)動器的偏置磁場來源，實現(xiàn)了用少量的永磁材料獲得磁致伸縮棒內(nèi)較大的磁場強度。
[0025]②本發(fā)明利用在中心組件的外部套接中間組件的方式，降低了中心組件產(chǎn)生的磁場不均勻性及漏磁，降低了偏置磁場供磁磁路的漏磁，為磁致伸縮棒提供了具有一定強度并且均勻的偏置磁場。
[0026]③本發(fā)明利用不同軸向、徑向充磁的環(huán)狀磁體放置在磁致伸縮棒周圍，能夠有效提高磁致伸縮棒四周磁勢，減輕漏磁效應(yīng)，使磁致伸縮棒內(nèi)磁場均勻性明顯提高。
[0027]④在本發(fā)明設(shè)計的永磁偏置磁路結(jié)構(gòu)上，利用較少的永磁材料獲得磁場強度大且均勻偏置磁場。極大的提升了用作磁致伸縮執(zhí)行器的工作性能，使得磁致伸縮執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)尺寸小型化，同時降低了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明永磁偏置磁路的外部結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖1A是本發(fā)明永磁偏置磁路的另一視角外部結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖1B是沿軸向切除部分的第一種本發(fā)明永磁偏置磁路的結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖1C是本發(fā)明永磁偏置磁路的分解圖。
[0032]圖2是沿軸向切除部分的第二種本發(fā)明永磁偏置磁路的結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖3是第一種本發(fā)明永磁偏置磁路的磁化方向示意圖。
[0034]圖4是第一種本發(fā)明永磁偏置磁路的磁通走勢示意圖。
[0035]圖5是三個實施例的磁場強度對比圖。
[0036]

【權(quán)利要求】
1.一種適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，其特征在于:該永磁偏置磁路包括有線圈(IA)、一個線圈骨架(I)、八個導(dǎo)磁柱、四個永磁柱、三個磁致伸縮棒、六個永磁環(huán)、十個安裝環(huán)、三個永磁筒、第二磁軛(81)、第二磁軛(82)和導(dǎo)磁筒(9)； 其中，八個導(dǎo)磁柱、四個永磁柱和三個磁致伸縮棒構(gòu)成中心組件； 其中，六個永磁環(huán)、十個安裝環(huán)和三個永磁環(huán)構(gòu)成中間組件； 其中，第一磁軛(81)、第二磁軛(82)和導(dǎo)磁筒(9)構(gòu)成外部組件； 所述八個導(dǎo)磁柱是指AA導(dǎo)磁柱(21)、AB導(dǎo)磁柱(22)、AC導(dǎo)磁柱(23)、AD導(dǎo)磁柱(24)、AE導(dǎo)磁柱(25)、AF導(dǎo)磁柱(26)、AG導(dǎo)磁柱(27)、AH導(dǎo)磁柱(28)； 所述四個永磁柱是指AA永磁柱(31)、AB永磁柱(32)、AC永磁柱(33)、AD永磁柱(34)； 所述三個磁致伸縮棒是指AA磁致伸縮棒(41)、AB磁致伸縮棒(42)、AC磁致伸縮棒(43)； 所述六個永磁環(huán)是指BA永磁環(huán)(51)、BB永磁環(huán)(52)、BC永磁環(huán)(53)、BD永磁環(huán)(54)、BE永磁環(huán)(55)、BF永磁環(huán)(56)； 所述十個安裝環(huán)是指BA安裝環(huán)(61)、BB安裝環(huán)(62)、BC安裝環(huán)(63)、BD安裝環(huán)(64)、BE安裝環(huán)(65)、BF安裝環(huán)(66)、BG安裝環(huán)(67)、BH安裝環(huán)(68)、BI安裝環(huán)(69)、BJ安裝環(huán)(70)； 所述三個永磁筒是指CA永磁筒(71)、CB永磁筒(72)、CC永磁筒(73)； 線圈骨架(I)包括有線圈柱體(11)、線圈A端蓋(12)和線圈B端蓋(13)，線圈柱體(11)為中部為通孔(14)，線圈柱體(11)的一端是線圈A端蓋(12)，線圈柱體(11)的另一端是線圈B端蓋(13);線圈柱體(11)用于套接中間組件或者纏繞有漆包線； 中心組件從上至下接觸排列為AA導(dǎo)磁柱(21)、AA永磁柱(31)、AB導(dǎo)磁柱(22)、AA磁致伸縮棒(41)、AC導(dǎo)磁柱(23)、AB永磁柱(32)、AD導(dǎo)磁柱(24)、AB磁致伸縮棒(42)、AE導(dǎo)磁柱(25)、AC永磁柱(33)、AF導(dǎo)磁柱(26)、AC磁致伸縮棒(43)、AG導(dǎo)磁柱(27)、AD永磁柱(34)、AH導(dǎo)磁柱(28)； 中間組件套接在線圈骨架(I)的線圈柱體(11)上；中間組件從上至下接觸排列為BA安裝環(huán)出1)、BA永磁環(huán)(51)、BB安裝環(huán)￠2)、CA永磁筒(71)、BC安裝環(huán)￠3)、BB永磁環(huán)(52)、BD安裝環(huán)(64)、BC永磁環(huán)(53)、BE安裝環(huán)(65)、CB永磁筒(72)、BF安裝環(huán)(66)、BD永磁環(huán)(54)、BG安裝環(huán)(67)、BE永磁環(huán)(55)、BH安裝環(huán)￠8)、CC永磁筒(73)、BI安裝環(huán)(69)、BF 永磁環(huán)(56)、BJ 安裝環(huán)(70)； 外部組件包括有導(dǎo)磁筒(9),第一磁軛(81)和第二磁軛(82),導(dǎo)磁筒(9)的一端設(shè)置有第一磁軛(81),導(dǎo)磁筒(9)的另一端設(shè)置有第二磁軛(82),導(dǎo)磁筒(9)的兩端與第一磁軛(81)和第二磁軛(82)可以是通過螺紋連接；第一磁軛(81)和第二磁軛(82)的結(jié)構(gòu)相同，第一磁軛(81)上設(shè)有A通孔，A通孔用于放置AA導(dǎo)磁柱(21)，第二磁軛(82)上設(shè)有B通孔，B通孔用于放置AH導(dǎo)磁柱(28)； 當(dāng)AA導(dǎo)磁柱(21)為自由活動端時，AA導(dǎo)磁柱(21)在第一磁軛(81)的A通孔中能夠活動，則AH導(dǎo)磁柱(28)與第二磁軛(82)的B通孔為固定連接； 當(dāng)AH導(dǎo)磁柱(28)為自由活動端時，AH導(dǎo)磁柱(28)在第二磁軛(82)的B通孔中能夠活動，則AA導(dǎo)磁柱(21)與第一磁軛(81)的A通孔為固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，其特征在于:磁致伸縮棒的兩端是導(dǎo)磁柱，導(dǎo)磁柱的外部是永磁柱，從而構(gòu)成偏置磁場-致動單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，其特征在于:永磁筒的兩端是安裝環(huán)，安裝環(huán)的外部是永磁環(huán)，從而構(gòu)成補償磁場單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，其特征在于:CA永磁筒(71)、CB永磁筒(72)和CC永磁筒(73)能夠?qū)A磁致伸縮棒(41)、AB磁致伸縮棒(42)和AC磁致伸縮棒(43)的中部磁場強度起到補償作用；BA永磁環(huán)(51)、BB永磁環(huán)(52)、BC永磁環(huán)(53)、BD永磁環(huán)(54) 'BE永磁環(huán)(55)和BF永磁環(huán)(56)能夠阻止AA磁致伸縮棒(41)、AB磁致伸縮棒(42)和AC磁致伸縮棒(43)的端部漏磁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，其特征在于:AA永磁柱(31)、AB永磁柱(32)、AC永磁柱(33)和AD永磁柱(34)為軸向充磁'Ck永磁筒(71)、CB永磁筒(72)和CC永磁筒(73)為軸向充磁；BA永磁環(huán)(51)、BB永磁環(huán)(52)、BC永磁環(huán)(53)、BD永磁環(huán)(54)、BE永磁環(huán)(55)和BF永磁環(huán)(56)為徑向充磁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，其特征在于:AA磁致伸縮棒(41)、AB磁致伸縮棒(42)、AC磁致伸縮棒(43)、AA永磁柱(31)、AB永磁柱(32)、AC永磁柱(33)、AD永磁柱(34)、AA導(dǎo)磁柱(21)、AB導(dǎo)磁柱(22)、AC導(dǎo)磁柱(23)、AD導(dǎo)磁柱(24)、AE導(dǎo)磁柱(25)、AF導(dǎo)磁柱(26)、AG導(dǎo)磁柱(27)、AH導(dǎo)磁柱(28)、第一磁軛(81)、第二磁軛(82)和導(dǎo)磁筒(9)形成偏置磁場供磁磁路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，其特征在于-M致伸縮棒選用磁致伸縮效應(yīng)的材料制成，如TbDyFe合金、FeGa合金等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于巨磁致伸縮執(zhí)行器的永磁偏置磁路，其特征在于:永磁體、永磁環(huán)選用永磁材料制成，如NdFeB合金、SmCo合金等； 導(dǎo)磁柱、導(dǎo)磁片、內(nèi)導(dǎo)磁筒、外導(dǎo)磁筒、內(nèi)極頭、外極頭的連接板選用高磁導(dǎo)率材料制成，如電工純鐵、硅鋼、坡莫合金等； 輸出桿、尾桿、預(yù)壓力組件、A套筒、B套筒、第一安裝座、第二安裝座、第一連接組件和第二連接組件選用低磁導(dǎo)率材料制成，如黃銅、奧氏體不銹鋼等。
【文檔編號】H01F7/00GK104167952SQ201410398442
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】張?zhí)禧? 余金安, 夏慶, 張恒, 蔣成保, 徐惠彬 申請人:北京航空航天大學(xué)