專利名稱：超磁致伸縮微位移致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種超磁致伸縮微位移致動(dòng)器。
背景技術(shù)：
微位移致動(dòng)器在超精密加工、機(jī)器人、流體機(jī)械、振動(dòng)控制、聲納系統(tǒng)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，目前應(yīng)用較多的類型主要有機(jī)械式、液壓式和壓電式等。機(jī)械式和液壓式致動(dòng)器頻響較低，輸出力較小，輸出位移難以滿足高精度要求；壓電致動(dòng)器雖然位移分辨率和頻響均比較高，但出力較小，易產(chǎn)生電擊穿，并會(huì)產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。超磁致伸縮微位移致動(dòng)器具有大位移、強(qiáng)力、高精度、快響應(yīng)、高可靠性、寬頻帶、小漂移量、低壓驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)有技術(shù)對磁致伸縮棒的發(fā)熱未加控制或者溫控系統(tǒng)過于復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是提供一種超磁致伸縮微位移致動(dòng)器，通過電流來控制輸出位移的致動(dòng)裝置，并解決磁致伸縮棒發(fā)熱問題，提高位移控制精度。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是包括底座、溫控套筒、磁致伸縮棒、相變材料、線圈骨架、外殼、驅(qū)動(dòng)線圈、偏置線圈、輸出頂桿、預(yù)壓彈簧、上端蓋、預(yù)壓螺母。底座的中心小凸臺(tái)上裝有磁致伸縮棒，磁致伸縮棒外裝有由套筒和相變材料組成的相變溫控裝置，相變溫控裝置外的線圈骨架從內(nèi)向外依次裝有驅(qū)動(dòng)線圈、偏置線圈，偏置線圈外裝有外殼，磁致伸縮棒上端裝有輸出頂桿，輸出頂桿兩側(cè)的凸臺(tái)與外殼的內(nèi)凸臺(tái)為滑動(dòng)配合，套在輸出頂桿外的預(yù)壓彈簧兩端，分別由輸出頂桿的凸臺(tái)和預(yù)壓螺母支撐，預(yù)壓螺母與外殼的上端蓋螺紋配合，輸出頂桿、預(yù)壓彈簧、上端蓋和預(yù)壓螺母構(gòu)成組合預(yù)壓機(jī)構(gòu)，線圈骨架兩端分別由外殼內(nèi)凸臺(tái)面和底座支撐。
輸出頂桿、外殼與底座為導(dǎo)磁材料，和磁致伸縮棒形成閉合磁路；上端蓋和預(yù)壓螺母為非導(dǎo)磁材料。
本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是1)體積小，重量輕，輸出力大；2)預(yù)壓力和偏置場強(qiáng)可調(diào)，具備動(dòng)態(tài)偏置條件，有利于獲得最佳輸出特性；3)驅(qū)動(dòng)電源簡單，驅(qū)動(dòng)電流為0～2A，易于設(shè)計(jì)，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)；4)工作穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，輸出線性較佳，可重復(fù)性很好，頻響達(dá)到2000Hz；5)相變溫控實(shí)現(xiàn)非常簡單，效果很好，保證了磁致伸縮棒的溫度保持恒定，從而很好地抑制了它的熱致伸長，使致動(dòng)器的輸出位移精度達(dá)到亞微米級甚至更高；并且能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。
6)相變溫控裝置體積小、重量輕、不用電、沒有運(yùn)動(dòng)部件，可用于振動(dòng)與沖擊等惡劣的條件下，且可靠性很高，能周期性工作，長久反復(fù)使用。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中1.底座，2.溫控套筒，3.磁致伸縮棒，4.相變材料，5.線圈骨架，6.外殼，7.驅(qū)動(dòng)線圈，8.偏置線圈，9.輸出頂桿，10.預(yù)壓彈簧，11.上端蓋，12.預(yù)壓螺母。
具體實(shí)施方式
如附圖所示，本實(shí)用新型包括底座1、溫控套筒2、磁致伸縮棒3、相變材料4、線圈骨架5、外殼6、驅(qū)動(dòng)線圈7、偏置線圈8、輸出頂桿9、預(yù)壓彈簧10、上端蓋11、預(yù)壓螺母12。底座1的中心小凸臺(tái)上裝有磁致伸縮棒3，磁致伸縮棒3外裝有由套筒2和相變材料4組成的相變溫控裝置，相變溫控裝置外的線圈骨架5從內(nèi)向外依次裝有驅(qū)動(dòng)線圈7、偏置線圈8。溫控套筒2和線圈骨架5的接合處進(jìn)行密封，內(nèi)部形成一容納相變材料的密閉腔。偏置線圈8外裝有外殼6，磁致伸縮棒3上端裝有輸出頂桿9，輸出頂桿9兩側(cè)的凸臺(tái)與外殼6的內(nèi)凸臺(tái)為滑動(dòng)配合。套在輸出頂桿9外的預(yù)壓彈簧10兩端，分別由輸出頂桿9的凸臺(tái)和預(yù)壓螺母12支撐，預(yù)壓螺母12與外殼6的上端蓋11螺紋配合。輸出頂桿9、預(yù)壓彈簧10、上端蓋11和預(yù)壓螺母12構(gòu)成組合預(yù)壓機(jī)構(gòu)，線圈骨架5兩端分別由外殼6內(nèi)凸臺(tái)面和底座1支撐。
輸出頂桿9、外殼6與底座1為導(dǎo)磁材料，和磁致伸縮棒3形成閉合磁路；上端蓋11和預(yù)壓螺母12為非導(dǎo)磁材料。
磁致伸縮棒3由輸入電流產(chǎn)生的磁場驅(qū)動(dòng)，磁致伸縮棒3下端由底座1的凸臺(tái)支撐，上端通過輸出頂桿9的傳遞向外輸出微米級的位移。改變輸入電流即改變了驅(qū)動(dòng)磁場，磁致伸縮棒3的伸縮變形量隨著相應(yīng)變化，因此通過控制輸入電流可控制致動(dòng)器的輸出位移和輸出力。
采用預(yù)壓彈簧10、預(yù)壓螺母12、輸出頂桿9和上端蓋11組合機(jī)構(gòu)來施加預(yù)載荷，偏置線圈8產(chǎn)生所需的偏置磁場并消除磁致伸縮棒的倍頻特性，調(diào)整預(yù)壓力和偏置磁場強(qiáng)度大小可使磁致伸縮棒處于較佳的工作條件下。
若超磁致伸縮棒3的溫度升高幾十度將產(chǎn)生數(shù)十個(gè)微米的熱致伸長，與可控磁致伸長量大體相當(dāng)，且工作溫度對超磁致伸縮材料的磁致伸縮系數(shù)有很大的影響。在超磁致伸縮棒3與驅(qū)動(dòng)線圈7之間增加相變溫控裝置，可抑制磁致伸縮棒的溫升和熱致伸長，保證致動(dòng)器的輸出位移精度。在致動(dòng)器工作過程中，線圈按一定的熱流密度將熱量傳給相變溫控裝置，當(dāng)相變材料4(相變溫度在40℃左右的無機(jī)水合鹽，如二水氟化鈉、銨鐵明礬等)溫度升高到它的熔點(diǎn)時(shí)開始熔化，吸收并儲(chǔ)存與熔化潛熱相當(dāng)?shù)臒崃浚瑫r(shí)介面溫度保持在熔點(diǎn)不變，從而使磁致伸縮棒3的溫度受到控制。當(dāng)致動(dòng)器停止工作時(shí)，液態(tài)相變材料開始釋放潛熱并自行凝固，磁致伸縮棒3溫度仍維持不變；當(dāng)相變材料全部凝固后，磁致伸縮棒3溫度才逐漸回復(fù)到環(huán)境溫度。
權(quán)利要求1.一種超磁致伸縮微位移致動(dòng)器，其特征在于包括底座(1)、溫控套筒(2)、磁致伸縮棒(3)、相變材料(4)、線圈骨架(5)、外殼(6)、驅(qū)動(dòng)線圈(7)、偏置線圈(8)、輸出頂桿(9)、預(yù)壓彈簧(10)、上端蓋(11)、預(yù)壓螺母(12)；底座(1)的中心小凸臺(tái)上裝有磁致伸縮棒(3)，磁致伸縮棒(3)外裝有由套筒(2)和相變材料(4)組成的相變溫控裝置，相變溫控裝置外的線圈骨架(5)從內(nèi)向外依次裝有驅(qū)動(dòng)線圈(7)、偏置線圈(8)，偏置線圈(8)外裝有外殼(6)，磁致伸縮棒(3)上端裝有輸出頂桿(9)，輸出頂桿(9)兩側(cè)的凸臺(tái)與外殼(6)的內(nèi)凸臺(tái)為滑動(dòng)配合，套在輸出頂桿(9)外的預(yù)壓彈簧(10)兩端，分別由輸出頂桿(9)的凸臺(tái)和預(yù)壓螺母(12)支撐，預(yù)壓螺母(12)與外殼(6)的上端蓋(11)螺紋配合，輸出頂桿(9)、預(yù)壓彈簧(10)、上端蓋(11)和預(yù)壓螺母(12)構(gòu)成組合預(yù)壓機(jī)構(gòu)，線圈骨架(5)兩端分別由外殼(6)內(nèi)凸臺(tái)面和底座(1)支撐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超磁致伸縮微位移致動(dòng)器，其特征在于輸出頂桿(9)、外殼(6)與底座(1)為導(dǎo)磁材料，和磁致伸縮棒(3)形成閉合磁路；上端蓋(11)和預(yù)壓螺母(12)為非導(dǎo)磁材料。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種超磁致伸縮微位移致動(dòng)器。在底座中心的小凸臺(tái)上裝有磁致伸縮棒，磁致伸縮棒外裝有相變溫控裝置，相變溫控裝置外的線圈骨架從內(nèi)向外依次裝有驅(qū)動(dòng)線圈、偏置線圈，偏置線圈外裝有外殼，輸出頂桿、預(yù)壓彈簧、上端蓋和預(yù)壓螺母構(gòu)成組合預(yù)壓機(jī)構(gòu)。磁致伸縮棒由輸入電流產(chǎn)生的磁場驅(qū)動(dòng)，通過控制輸入電流可控制致動(dòng)器的輸出位移和輸出力。調(diào)整預(yù)壓力和偏置磁場強(qiáng)度大小可使磁致伸縮棒處于較佳的工作條件下。在超磁致伸縮棒與驅(qū)動(dòng)線圈之間增加相變溫控裝置，可保證致動(dòng)器的輸出位移精度。本實(shí)用新型體積小、重量輕，頻響高、輸出力大、位移精度高，能抑制線圈發(fā)熱對致動(dòng)器輸出位移的影響，它可用于超精密加工、振動(dòng)控制等領(lǐng)域。
文檔編號H02N2/02GK2694608SQ20042002114
公開日2005年4月20日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者鄔義杰, 劉楚輝 申請人:浙江大學(xué)