專利名稱：基于相變水冷溫控原理的超磁致伸縮微位移驅(qū)動器的制作方法
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相變水冷溫控原理的超磁致伸 縮微位移驅(qū)動器。
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相變水冷溫控溫控原理的超磁致伸縮微位移 驅(qū)動器，通過電流來控制輸出位移的驅(qū)動裝置，并通過相變溫控裝置和水冷循 環(huán)裝置之間的配合，將驅(qū)動器內(nèi)部熱量帶到外界環(huán)境，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、超磁致伸縮 棒、相變內(nèi)套筒、相變材料、相變外套筒、線圈骨架、輸出管、外殼、十字形 輸出頂桿、預(yù)壓彈簧、上端蓋、預(yù)壓螺母、驅(qū)動線圈、輸入管、水泵和水箱。 在底座中心小凸臺上裝有超磁致伸縮棒和十字形輸出頂桿，在超磁致伸縮棒和 十字形輸出頂桿下直桿外，從內(nèi)向外依次裝有相變內(nèi)套筒、相變材料和相變外 套筒；在相變外套筒外裝有繞制驅(qū)動線圈的線圈骨架和外殼，相變外套筒和線 圈骨架之間形成冷卻水室；線圈骨架上部接輸出管與水箱和冷卻水室相通，線 圈骨架下部接輸入管經(jīng)水泵與水箱和冷卻水室相通；十字形輸出頂桿上直桿裝 有預(yù)壓彈簧和預(yù)壓螺母，外殼的上端蓋、預(yù)壓彈簧和預(yù)壓螺母構(gòu)成組合預(yù)壓裝置。
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);結(jié)合了相變溫控技術(shù)和水 冷溫控技術(shù)的優(yōu)點，能實施長時間溫控，無需建立復(fù)雜的數(shù)學模型，能有效抑 制熱誤差輸出，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。


附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖中l(wèi).底座，2.超磁致伸縮棒，3.相變內(nèi)套筒，4.相變材料，5.相變外套筒， 6.線圈骨架，7.輸出管，8.外殼，9.十字形輸出頂桿，IO.圓柱形彈簧，ll.上端蓋， 12.預(yù)壓螺母，13.驅(qū)動線圈，14.輸入管，15.水泵，16.水箱，17.冷卻水。
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。如附圖所示，本發(fā)明包括底座l、超磁致伸縮棒2、相變內(nèi)套筒3、相變材 料4、相變外套筒5、線圈骨架6、輸出管7、外殼8、十字形輸出頂桿9、預(yù)壓 彈簧、上端蓋ll、預(yù)壓螺母12、驅(qū)動線圈13、輸入管14、水泵15和水箱16; 在底座1中心小凸臺上裝有超磁致伸縮棒2和十字形輸出頂桿9，在超磁致伸縮 棒2和十字形輸出頂桿9下直桿外，從內(nèi)向外依次裝有相變內(nèi)套筒3、相變材料 4和相變外套筒5;在相變外套筒5外裝有繞制驅(qū)動線圈13的線圈骨架6和外 殼8，相變外套筒5和線圈骨架6之間形成冷卻水室；線圈骨架6上部接輸出管 7與水箱16和冷卻水室相通，線圈骨架6下部接輸入管14經(jīng)水泵15與水箱16 和冷卻水室相通；十字形輸出頂桿9上直桿裝有預(yù)壓彈簧和預(yù)壓螺母12，外殼 8的上端蓋11、預(yù)壓彈簧和預(yù)壓螺母12構(gòu)成組合預(yù)壓裝置。相變內(nèi)套筒3、相變材料4和相變外套筒5構(gòu)成相變溫控裝置，其中相變材 料如六水氯化鐵晶體、十水硫酸鈉等。相變外套筒5、線圈骨架6、輸出管7、輸入管14、水泵15和水箱16組成 冷卻水循環(huán)裝置。所述的預(yù)壓彈簧為圓柱形彈簧10或碟形彈簧。通過調(diào)節(jié)由輸出頂桿9、預(yù)壓彈簧10、上端蓋11和預(yù)壓螺母12構(gòu)成的組 合預(yù)壓裝置，可對超磁致伸縮棒2施加不同的預(yù)壓力，使超磁致伸縮棒2處于 較佳的工作條件下。在輸入電流的作用下，驅(qū)動線圈13將產(chǎn)生驅(qū)動磁場，使超 磁致伸縮棒2長度發(fā)生變化。由于底座1對超磁致伸縮棒2有支撐作用，所以超磁致伸縮棒2的長度改變量將通過輸出頂桿9對外輸出，表現(xiàn)為超磁致伸縮 微位移驅(qū)動器的位移輸出。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2滯回損耗和驅(qū)動線圈13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2滯回損耗將主要引 起超磁致伸縮棒2溫度升高。在溫差的作用下，熱量從超磁致伸縮棒2沿相變 內(nèi)套筒3傳遞給相變材料4，部分相變材料4開始從固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?，吸收熱量?同時保持其自身溫度基本不變，這樣就可以保持超磁致伸縮棒2的溫度基本不 變。驅(qū)動線圈13的歐姆損耗將主要引起線圈溫度升高。在溫差的作用下，熱量 將會沿驅(qū)動線圈13的徑向向兩側(cè)傳導，其中一部分沿線圈骨架6傳遞給冷卻水 17。由于冷卻水17的溫度低于相變材料4的相變溫度，那么相變材料4吸收的 部分熱量將通過相變外套筒5傳遞給冷卻水17。在水泵15的帶動下，冷卻水 17從水箱16經(jīng)輸入管14流入超磁致伸縮微位移驅(qū)動器，再從輸出管7流回水 箱16，完成一個循環(huán)流動。通過一個循環(huán)，冷卻水17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，可保證相變材料4不因全部發(fā)生固液轉(zhuǎn)變 而溫控失效，并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、一種基于相變水冷溫控原理的超磁致伸縮微位移驅(qū)動器，其特征在于包括底座(1)、超磁致伸縮棒(2)、相變內(nèi)套筒(3)、相變材料(4)、相變外套筒(5)、線圈骨架(6)、輸出管(7)、外殼(8)、十字形輸出頂桿(9)、預(yù)壓彈簧、上端蓋(11)、預(yù)壓螺母(12)、驅(qū)動線圈(13)、輸入管(14)、水泵(15)和水箱(16)；在底座(1)中心小凸臺上裝有超磁致伸縮棒(2)和十字形輸出頂桿(9)，在超磁致伸縮棒(2)和十字形輸出頂桿(9)下直桿外，從內(nèi)向外依次裝有相變內(nèi)套筒(3)、相變材料(4)和相變外套筒(5；在相變外套筒(5)外裝有繞制驅(qū)動線圈(13)的線圈骨架(6)和外殼(8)，相變外套筒(5)和線圈骨架(6)之間形成冷卻水室；線圈骨架(6)上部接輸出管(7)與水箱(16)和冷卻水室相通，線圈骨架(6)下部接輸入管(14)經(jīng)水泵(15)與水箱(16)和冷卻水室相通；十字形輸出頂桿(9)上直桿裝有預(yù)壓彈簧和預(yù)壓螺母(12)，外殼(8)的上端蓋(11)、預(yù)壓彈簧和預(yù)壓螺母(12)構(gòu)成組合預(yù)壓裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相變水冷溫控原理的超磁致伸縮微位移 驅(qū)動器，其特征在于相變內(nèi)套筒(3)、相變材料(4)和相變外套筒(5)構(gòu)成相變溫 控裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相變水冷溫控原理的超磁致伸縮微位移 驅(qū)動器，其特征在于相變外套筒(5)、線圈骨架(6)、輸出管(7)、輸入管(14)、 水泵(15)和水箱(16)組成冷卻水循環(huán)裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相變水冷溫控原理的超磁致伸縮微位移 驅(qū)動器，其特征在于所述的預(yù)壓彈簧為圓柱形彈簧(10)或碟形彈簧。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于相變水冷溫控原理的超磁致伸縮微位移驅(qū)動器。通過電流來控制輸出位移的驅(qū)動裝置，并通過相變溫控裝置和水冷循環(huán)裝置之間的配合，將驅(qū)動器內(nèi)部熱量帶到外界環(huán)境，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；結(jié)合了相變溫控技術(shù)和水冷溫控技術(shù)的優(yōu)點，能實施長時間溫控，無需建立復(fù)雜的數(shù)學模型，能有效抑制熱誤差輸出，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H02N2/04GK101119082SQ20071006942
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