專利名稱：基于氣冷溫控原理的超磁致伸縮微進給驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動裝置，尤其是涉及一種基于氣冷溫控原理的超磁致伸縮微 進給驅(qū)動裝置。
技術(shù)背景微位移驅(qū)動器在超精密加工、機器人、流體機械、振動控制、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械式、液壓式和壓電式等。機械式和液壓式驅(qū)動器頻響較低，輸出力較小，輸出位移難以滿足高精度要求； 壓電驅(qū)動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 會產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。超磁致伸縮微位移驅(qū)動器具有大位移、強力、快響應(yīng)、高可 靠性、低壓驅(qū)動等優(yōu)點；但作為一種電(磁)機換能器，超磁致伸縮微位移驅(qū)動器 能量利用率較低，除了一部分轉(zhuǎn)化為機械能輸出外，大部分能量以熱能方式散 發(fā)掉。由于驅(qū)動器內(nèi)部空間封閉，散熱性能差，特別是在高頻大電流工作狀態(tài) 下，溫度將快速上升，熱誤差顯著，但現(xiàn)有技術(shù)對驅(qū)動器熱誤差補償過于復(fù)雜， 實現(xiàn)困難。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于氣冷溫控原理的超磁致伸縮微進給驅(qū)動裝置， 通過電流來控制輸出位移的驅(qū)動裝置，并通過氣冷溫控裝置實現(xiàn)抑制驅(qū)動器溫 升和熱誤差輸出，提高輸出位移控制精度。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 包括底座、下冷卻室、外殼、偏置線圈、驅(qū)動線圈、線圈骨架、超磁致伸 縮棒、鋼球、上冷卻室、十字形輸出頂桿、上端蓋、碟形彈簧、預(yù)壓螺母。在 底座中心小凸臺上裝有超磁致伸縮棒、鋼球和十字形輸出頂桿，在超磁致伸縮 棒和十字形輸出頂桿下直桿外，從內(nèi)向外依次裝有內(nèi)壁帶螺旋冷卻氣道的線圈 骨架、驅(qū)動線圈、偏置線圈和外殼；十字形輸出頂桿上直桿外裝有碟形彈簧和 預(yù)壓螺母，上端蓋和預(yù)壓螺母構(gòu)成組合預(yù)壓機構(gòu)，線圈骨架下端與底座之間的 空隙形成下冷卻室，線圈骨架上端與上端蓋之間的空隙形成與上冷卻室，下冷 卻室與上冷卻室通過螺旋冷卻氣道聯(lián)通。本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動電流較 小(2 4A)，工作穩(wěn)定，頻響特性好(可達2000Hz);采用空氣強制制冷，能實 施長時間溫控，有效抑制熱誤差輸出；碟形彈簧增加了預(yù)壓力的平衡，自定心鋼球能夠使輸出力保持在輸出頂桿的軸線上，這樣執(zhí)行器的位移輸出控制精度 可達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。本發(fā)明體積小、 重量輕、輸出力大、位移精度高，能抑制熱變形對驅(qū)動器輸出位移的影響，可 用于超精密加工、振動控制等領(lǐng)域。


圖1是基于氣冷溫控原理的超磁致伸縮微進給驅(qū)動裝置。圖2是線圈骨架。圖中l(wèi).底座，2.進氣孔，3.下冷卻室，4.外殼，5.偏置線圈，6.驅(qū)動線圈， 7.線圈骨架，8.超磁致伸縮棒，9.螺旋冷卻氣道，10.鋼球，ll.排氣孔，12.上 冷卻室，13.十字形輸出頂桿，14.上端蓋，15.碟形彈簧，16.預(yù)壓螺母；具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖l、圖2所示，本發(fā)明包括底座l、下冷卻室3、外殼4、偏置線圈5、 驅(qū)動線圈6、線圈骨架7、超磁致伸縮棒8、鋼球IO、上冷卻室12、十字形輸出 頂桿13、上端蓋14、碟形彈簧15、預(yù)壓螺母16;在底座1中心小凸臺上裝有 超磁致伸縮棒8、鋼球10和十字形輸出頂桿13，在超磁致伸縮棒8和十字形輸 出頂桿9下直桿外，從內(nèi)向外依次裝有內(nèi)壁帶螺旋冷卻氣道9的線圈骨架7、驅(qū) 動線圈6、偏置線圈5和外殼4;十字形輸出頂桿13上直桿外裝有碟形彈簧15 和預(yù)壓螺母16，上端蓋14和預(yù)壓螺母16構(gòu)成組合預(yù)壓機構(gòu)，線圈骨架7下端 與底座1之間的空隙形成下冷卻室3，線圈骨架7上端與上端蓋14之間的空隙 形成與上冷卻室12，下冷卻室3與上冷卻室12通過螺旋冷卻氣道9聯(lián)通。內(nèi)壁帶螺旋冷卻氣道9的線圈骨架7、上冷卻室12、下冷卻室3、外殼下端 的進氣孔2和外殼上端的排氣孔11，構(gòu)成氣冷溫控裝置。上端蓋14、預(yù)壓螺母16、碟形彈簧15、十字形輸出頂桿13和鋼球10構(gòu)成 組合預(yù)壓機構(gòu)。通過調(diào)節(jié)組合預(yù)壓機構(gòu)中的預(yù)壓螺母16,可對超磁致伸縮棒8施加不同的 預(yù)壓力，使超磁致伸縮棒8處于較佳的工作條件下，碟形彈簧可以使對超磁致 伸縮棒8施加的預(yù)壓力比較平衡，減小輸出頂桿的"卡死"現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)驅(qū) 動線圈6中通過驅(qū)動電流時，在輸入電流的作用下，驅(qū)動線圈6將產(chǎn)生驅(qū)動磁 場，使超磁致伸縮棒8長度發(fā)生變化。由于底座1對超磁致伸縮棒8有支撐作 用，所以超磁致伸縮棒8的長度改變量將通過鋼球IO傳遞給十字形輸出頂桿13，
十字形輸出頂桿13作對外輸出，表現(xiàn)為超磁致伸縮微位移驅(qū)動器的位移和力輸 出。鋼球10在超磁致伸縮棒8與十字形輸出頂桿13之間起到自定心與傳遞力 和位移的作用，進一步減小直至消除"卡死"現(xiàn)象所帶來的影響。偏置線圈中 通以某恒定電流時，產(chǎn)生偏置磁場，用來消除超磁致伸縮棒的倍頻現(xiàn)象。在輸入電流作用下，超磁致伸縮微位移驅(qū)動器將會產(chǎn)生兩部分損耗超磁致伸縮棒8滯回?fù)p耗和驅(qū)動線圈6、偏置線圈5的歐姆損耗。這兩部分損耗將以熱 能的形式擴散開來，驅(qū)動器內(nèi)部的溫度將會迅速上升。超磁致伸縮棒8滯回?fù)p 耗將主要引起超磁致伸縮棒8溫度升高，由于超磁致伸縮棒8直接與螺旋冷卻 氣道9中的冷卻氣體接觸，在溫差的作用下超磁致伸縮棒8會把熱量傳遞給冷 卻氣體。偏置線圈5和驅(qū)動線圈6的歐姆損耗將主要引起線圈溫度升高。在溫 差的作用下，其中一部分熱量將會沿偏置線圈6和驅(qū)動線圈6的徑向向外傳導(dǎo)， 傳遞給外殼4向外散熱。另一部分熱量將會沿偏置線圈6和驅(qū)動線圈6的軸向 向兩端傳導(dǎo)，通過線圈骨架傳遞給上冷卻室12和下冷卻室3中的冷卻氣體。冷 卻氣體由送氣裝置通過進氣孔2強制送入下冷卻室3，經(jīng)螺旋冷卻氣道，再通過 上冷卻室，最后通過排氣孔ll排放到空氣中。這樣通過冷卻氣體可以把熱量從 超磁致伸縮微位移驅(qū)動器內(nèi)部轉(zhuǎn)移到外界環(huán)境，使整個超磁致伸縮微位移驅(qū)動 器溫度基本維持不變，實現(xiàn)抑制驅(qū)動器溫升和熱變形誤差輸出，提高輸出位移 控制精度。上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本 發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落 入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、基于氣冷溫控原理的超磁致伸縮微進給驅(qū)動裝置，其特征在于包括底座(1)、下冷卻室(3)、外殼(4)、偏置線圈(5)、驅(qū)動線圈(6)、線圈骨架(7)、超磁致伸縮棒(8)、鋼球(10)、上冷卻室(12)、十字形輸出頂桿(13)、上端蓋(14)、碟形彈簧(15)、預(yù)壓螺母(16)。在底座(1)中心小凸臺上裝有超磁致伸縮棒(8)、鋼球(10)和十字形輸出頂桿(13)，在超磁致伸縮棒(8)和十字形輸出頂桿(9)下直桿外，從內(nèi)向外依次裝有內(nèi)壁帶螺旋冷卻氣道(9的線圈骨架(7)、驅(qū)動線圈(6)、偏置線圈(5)和外殼(4)；十字形輸出頂桿(13)上直桿外裝有碟形彈簧(15)和預(yù)壓螺母(16)，上端蓋(14)和預(yù)壓螺母(16)構(gòu)成組合預(yù)壓機構(gòu)，線圈骨架(7)下端與底座(1)之間的空隙形成下冷卻室(3)，線圈骨架(7)上端與上端蓋(14)之間的空隙形成與上冷卻室(12)，下冷卻室(3)與上冷卻室(12)通過螺旋冷卻氣道(9)聯(lián)通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣冷溫控原理的超磁致伸縮微進給驅(qū)動裝置， 其特征在于內(nèi)壁帶螺旋冷卻氣道(9)的線圈骨架(7)、上冷卻室(12)、下冷卻室(3)、 外殼下端的迸氣孔(2)和外殼上端的排氣孔(11)，構(gòu)成氣冷溫控裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣冷溫控原理的超磁致伸縮微進給驅(qū)動裝置， 其特征在于上端蓋(14)、預(yù)壓螺母(16)、碟形彈簧(15)、十字形輸出頂桿(13) 和鋼球(10)構(gòu)成組合預(yù)壓機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于氣冷溫控原理的超磁致伸縮微進給驅(qū)動裝置。通過電流來控制輸出位移的驅(qū)動裝置，并通過氣冷溫控裝置實現(xiàn)抑制驅(qū)動器溫升和熱誤差輸出，提高輸出位移控制精度。本發(fā)明驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動電流較小，工作穩(wěn)定，頻響特性好；采用空氣強制制冷，能實施長時間溫控，有效抑制熱誤差輸出；碟形彈簧增加了預(yù)壓力的平衡，自定心鋼球能夠使輸出力保持在輸出頂桿的軸線上，這樣執(zhí)行器的位移輸出控制精度可達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。同時具有體積小、重量輕、輸出力大、位移精度高，能抑制熱變形對驅(qū)動器輸出位移的影響，可用于超精密加工、振動控制等領(lǐng)域。
文檔編號H02N2/04GK101119080SQ20071006942
公開日2008年2月6日 申請日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月19日
發(fā)明者冷洪濱, 剛 周, 君 徐, 葛榮杰, 趙章榮, 鄔義杰 申請人:浙江大學(xué)