一種通電時輸出桿上行的管式超磁致伸縮致動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通電時輸出桿上行的管式超磁致伸縮致動器，其包括圓筒狀外殼、上蓋、圓錐臺形壓塊、壓簧、輸出桿、超磁致伸縮管和線圈。本發(fā)明能夠充分發(fā)揮超磁致伸縮材料輸出力大、輸出位移大、居里溫度高和能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)良特性；本發(fā)明可以實現(xiàn)球閥快速、穩(wěn)定地開啟或關(guān)閉，進而能夠有效地控制噴油器的噴油和停噴；本發(fā)明中沒有添加偏置磁場，可以使超磁致伸縮管實現(xiàn)最大的伸長量；本發(fā)明可提高致動器的電能利用率，并可以避免超磁致伸縮致動器工作時撞擊到球閥的球套。
【專利說明】
一種通電時輸出桿上行的管式超磁致伸縮致動器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于高壓共軌噴油器中球閥驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通電時輸出桿上行的管式超磁致伸縮致動器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material)是一種應(yīng)用較為廣泛的智能材料，具有磁致伸縮、逆磁致伸縮、扭轉(zhuǎn)和跳躍等物理效應(yīng)。與壓電材料和傳統(tǒng)的磁致伸縮材料相比，超磁致伸縮材料具有更高的能量密度和磁機耦合系數(shù)，在室溫下能實現(xiàn)更大的磁致伸縮應(yīng)變和輸出力，而且超磁致伸縮材料的居里溫度和抗壓強度均較高，工作性能也更加穩(wěn)定。因此，超磁致伸縮材料在磁場檢測、超精密加工、減振降噪和流體器件驅(qū)動等方面具有較為廣泛的應(yīng)用。
[0003]高壓共軌噴油器是發(fā)動機高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。高壓共軌噴油器為帶控制腔的常閉式噴油器，控制腔由致動器驅(qū)動球閥的開啟或關(guān)閉來進行控制。市場上成熟的致動器有電磁式和壓電式兩種，但由于電磁式致動器響應(yīng)速度提升有限，壓電式致動器需要較高的驅(qū)動電壓等因素，兩種形式的致動器在提升噴油器性能方面存在瓶頸。因此部分學(xué)者開發(fā)了采用超磁致伸縮致動器驅(qū)動球閥的高壓共軌噴油器。
[0004]采用超磁致伸縮致動器驅(qū)動高壓共軌噴油器能夠繼承超磁致伸縮材料的優(yōu)良特性，對精確控制噴油器的噴油量十分有效。然而對于當(dāng)前棒式超磁致伸縮的致動器，由于超磁致伸縮材料在通入任意方向的電信號時都會伸長，導(dǎo)致通電后致動器輸出桿下行，這與常閉式噴油器需要的位移輸出方向相反。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能實現(xiàn)通電時輸出桿上行的管式超磁致伸縮致動器。
[0006]為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種通電時輸出桿上行的管式超磁致伸縮致動器，其包括圓筒狀外殼、上蓋、圓錐臺形壓塊、壓簧、輸出桿、超磁致伸縮管和線圈；所述圓筒狀外殼的上端部設(shè)有外螺紋，其底面上設(shè)有兩層圓環(huán)形階梯臺階，在圓環(huán)形階梯臺階的底面設(shè)有第一中心孔，所述第一中心孔的直徑大于所述輸出桿的直徑;所述兩層圓環(huán)形階梯臺階與球閥閥座相適配；所述上蓋的下端部設(shè)有內(nèi)螺紋，其頂面設(shè)有第二中心孔;所述上蓋與所述圓筒狀外殼螺紋連接；所述圓錐臺形壓塊設(shè)有兩個軸向?qū)Ь€孔；所述輸出桿的頂端設(shè)有圓形受力平臺，其下端設(shè)有變徑桿；所述輸出桿、超磁致伸縮管、線圈依次由內(nèi)向外同軸套裝在圓筒狀外殼內(nèi)；所述輸出桿與超磁致伸縮管之間、超磁致伸縮管與線圈之間、線圈與圓筒狀外殼之間均為間隙配合;所述輸出桿伸出第一中心孔，所述變徑桿與球閥中嵌套鋼球的球套接觸，所述圓形受力平臺的底面與超磁致伸縮管的上端面相接觸;所述圓錐臺形壓塊的圓錐面與所述第二中心孔為圓形線接觸;所述壓簧位于所述圓形受力平臺與圓錐臺形壓塊之間。
[0007]所述線圈的高度大于所述超磁致伸縮管的高度。
[0008]所述圓形受力平臺的外徑與所述超磁致伸縮管的外徑相等。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明能夠充分發(fā)揮超磁致伸縮材料輸出力大、輸出位移大、居里溫度高和能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)良特性;本發(fā)明可以實現(xiàn)球閥快速、穩(wěn)定地開啟或關(guān)閉，進而能夠有效地控制噴油器的噴油和停噴;本發(fā)明中沒有添加偏置磁場，可以使超磁致伸縮管實現(xiàn)最大的伸長量;本發(fā)明可提高致動器的電能利用率;超磁致伸縮材料加工成管形式，而且輸出桿設(shè)計為“T”型階梯桿，這兩個設(shè)計能夠?qū)⒊胖律炜s管的伸長轉(zhuǎn)化為輸出桿的上提，表現(xiàn)為整個致動器尺寸的縮短，這樣可以避免超磁致伸縮致動器工作時撞擊到球閥的球套。【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0012]在圖1-2中，1、上蓋，1-1、第二中心孔，2、圓錐臺形壓塊，2-1、導(dǎo)線孔，3、壓簧，4、輸出桿，4-1、圓形受力平臺，4-2、變徑桿，5、線圈，6、超磁致伸縮管，7、圓筒狀外殼，7-1、兩層圓環(huán)形階梯臺階，7-2、第一中心孔?！揪唧w實施方式】
[0013]下面根據(jù)圖1-2和實施例對本發(fā)明做詳細(xì)說明。
[0014]由圖1可知，本實施例包括圓筒狀外殼7、上蓋1、圓錐臺形壓塊2、壓簧3、輸出桿4、 超磁致伸縮管6和線圈5;輸出桿4為兩層階梯桿形式，上端承受壓簧3的彈簧力，下端承受超磁致伸縮管6的磁致伸縮驅(qū)動力；超磁致伸縮材料形狀為圓管形，圓筒狀外殼7為兩層階梯形式;通入方波電流后，超磁致伸縮管6輸出磁致伸縮驅(qū)動力，克服壓簧3的彈簧力，實現(xiàn)輸出桿4上行，斷電后， 磁致伸縮驅(qū)動力消失，彈簧力壓輸出桿4下行回位。
[0015]借助超磁致伸縮材料的伸縮特性，超磁致伸縮管6具備直線輸出能力。通電后，超磁致伸縮管6輸出的驅(qū)動力比壓簧的彈簧力要大，能夠推輸出桿上行;斷電后，超磁致伸縮管6輸出的驅(qū)動力減小至0,壓簧3將輸出桿4壓至原位置。[〇〇16]超磁致伸縮管6需要線圈5提供磁場，由于線圈5端部的磁場較中間部位要發(fā)散，為保證超磁致伸縮管6上的磁場強度均勻，線圈5長度應(yīng)大于超磁致伸縮管6的長度。
[0017]本發(fā)明用于控制高壓共軌噴油器中的球閥，圓筒狀外殼7的兩層階梯形式和輸出桿4的變徑桿4-2段長度要與球閥及閥座尺寸相適配。[〇〇18]為保證正常安裝，線圈5的內(nèi)直徑大于超磁致伸縮管6的外直徑，超磁致伸縮管6的內(nèi)直徑大于輸出桿4的直徑，圓筒狀外殼7的第一中心孔7-2直徑大于輸出桿4的直徑。[〇〇19]線圈5中輸入的驅(qū)動波形為為24V方波電壓，方波電壓幅值可以為24V，電壓持續(xù)時間可以為3ms，通電時，超磁致伸縮管6伸長，輸出的磁致伸縮驅(qū)動力克服彈簧力，使輸出桿4 上行。在24V車載電壓輸入時，控制高壓共軌噴油器中球閥的位移要大于35wii，因此，超磁致伸縮管6在24V電壓輸入時的伸長量應(yīng)大于35wii。超磁致伸縮管6長度可以為45mm，在24V電壓輸入時，本發(fā)明可輸出40wii的位移，滿足大于3 5wii的球閥位移需求。
[0020]圓錐臺形壓塊2和上蓋1之間采用圓形線接觸可以避免圓錐臺形壓塊2的徑向偏移，以減小圓錐臺形壓塊2、上蓋1和輸出桿4的軸向偏差。
[0021]通過調(diào)整圓錐臺形壓塊2和輸出桿4之間的距離可以調(diào)整壓簧3的長度，從而調(diào)整了施加在超磁致伸縮管6上的彈簧力。為保證壓簧3所受的剪應(yīng)力滿足剪切強度需求，圓錐臺形壓塊2、上蓋1和輸出桿4之間的軸向偏差應(yīng)小于0.1_。
[0022]所述圓筒狀外殼7的上端部設(shè)有外螺紋，上蓋1的下端部設(shè)有內(nèi)螺紋，上蓋1與圓筒狀外殼7之間為螺紋連接，加工的螺紋尺寸均為M34X9,配合長度越長，圓筒狀外殼7與輸出桿4之間的距離越短，壓簧3所能提供的彈簧力越大。通過調(diào)整圓筒狀外殼7與上蓋1之間的螺紋配合長度可以調(diào)整施加在超磁致伸縮管6上的預(yù)緊力。圓錐臺形壓塊2上開有兩個軸向?qū)Ь€孔2-1，所述軸向?qū)Ь€孔2-1直徑可以為2mm，線圈5 的正極線和負(fù)極線分別穿過這兩個導(dǎo)線孔2-1接入驅(qū)動信號。線圈5采用銅漆包線繞制，漆包線直徑可以為1.2mm，為保證磁場強度幅值，線圈匝數(shù)可以為960;圓錐臺形壓塊2上的導(dǎo)線孔2-1用于引出線圈的兩個輸入線端，因此導(dǎo)線孔2-1的直徑應(yīng)當(dāng)大于線圈5中導(dǎo)線的直徑。
[0023]本發(fā)明用于高壓共軌噴油器中球閥的驅(qū)動，圓筒狀外殼7和輸出桿4的尺寸應(yīng)與球閥的閥座配合良好。為與球閥閥座配合良好，圓筒狀外殼7的底面上設(shè)有兩層圓環(huán)形階梯臺階7-1，下層圓環(huán)形臺階的外徑小于上層圓環(huán)形臺階的外徑，下層圓環(huán)形臺階的外徑可以為 18mm，線圈5不通電時，輸出桿4露出圓筒狀外殼7的長度可以為22mm，輸出桿4的變徑桿4-2 的直徑可以為2.6_。[〇〇24]輸出桿的圓形受力平臺4-1承受磁致伸縮驅(qū)動力，其尺寸設(shè)計應(yīng)滿足剪切強度需求。為保證磁致伸縮驅(qū)動力全部施加在輸出桿4上，同時節(jié)省本發(fā)明的徑向空間，輸出桿4的圓形受力平臺4-1的直徑應(yīng)與超磁致伸縮管6的外直徑相等。[〇〇25]為保證超磁致伸縮致動器的正常工作，輸出桿4與超磁致伸縮管6之間、超磁致伸縮管6與線圈5之間、線圈5與圓筒狀外殼7之間均應(yīng)留有間隙，所有間隙的尺寸不小于 0?2mm〇[〇〇26]為滿足安裝要求，超磁致伸縮管6內(nèi)直徑可以為6mm，外直徑可以為12mm;輸出桿4 的圓形受力平臺4-1的直徑可以為12mm，輸出桿4直徑可以為4.6mm;線圈5內(nèi)直徑可以為 13mm，外直徑可以為34mm;圓筒狀外殼7的第一中心孔7_2的直徑可以為5.2mm。
[0027]為了使本發(fā)明與噴油器球閥的安裝配合需求，輸出桿4與噴油器球閥接觸，輸出桿 4總長度可以為98.5mm，不通電時露出外殼7的長度可以為22mm，變徑桿4-2長度可以為5mm， 變徑桿4-2的直徑可以為2.6mm;圓筒狀外殼7的底面上兩層圓環(huán)形階梯臺階7-1的下層圓環(huán)形臺階的外徑可以為18mm。[〇〇28]將超磁致伸縮材料的伸長轉(zhuǎn)化為輸出桿的上行是本發(fā)明的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用磁致伸縮管作為噴油器球閥的驅(qū)動元件，能夠充分發(fā)揮超磁致伸縮材料輸出力大、輸出位移大、居里溫度高和能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)良特性;借助對輸入電流大小和方向的控制，本發(fā)明可以實現(xiàn)球閥快速、穩(wěn)定地開啟或關(guān)閉，進而能夠有效地控制噴油器的噴油和停噴;本發(fā)明中沒有添加偏置磁場，可以使超磁致伸縮管實現(xiàn)最大的伸長量；只要輸入的驅(qū)動電流足夠大，超磁致伸縮管在線圈產(chǎn)生的驅(qū)動磁場的作用下能夠輸出最大的位移，這樣可以采用最小的致動器體積得到最大的輸出效果;壓簧采用普通圓柱彈簧，能夠為超磁致伸縮管提供預(yù)壓應(yīng)力，使超磁致伸縮材料更快地達(dá)到最大位移;上蓋、圓錐臺形壓塊和圓筒狀外殼均采用磁導(dǎo)率較高的材料加工制造，使線圈產(chǎn)生的驅(qū)動磁場閉合，超磁致伸縮管上能夠分配到更多的磁場強度，可提高致動器的電能利用率;超磁致伸縮材料加工成管形式，而且輸出桿設(shè)計為 “T”型階梯桿，這兩個設(shè)計能夠?qū)⒊胖律炜s管的伸長轉(zhuǎn)化為輸出桿的上提，表現(xiàn)為整個致動器尺寸的縮短，這樣可以避免超磁致伸縮致動器工作時撞擊到球閥的球套。
[0029]以上所述實施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而并非本發(fā)明可行實施例的窮舉。 對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明原理和精神的前提下對其所作出的任何顯而易見的改動，都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種通電時輸出桿上行的管式超磁致伸縮致動器，其特征在于:包括圓筒狀外殼 (7)、上蓋(1)、圓錐臺形壓塊(2)、壓簧(3)、輸出桿(4)、超磁致伸縮管(6)和線圈(5);所述圓筒狀外殼(7)的上端部設(shè)有外螺紋，其底面上設(shè)有兩層圓環(huán)形階梯臺階(7-1)， 在圓環(huán)形階梯臺階(7-1)的底面設(shè)有第一中心孔(7-2)，所述第一中心孔(7-2)的直徑大于 所述輸出桿(4)的直徑;所述兩層圓環(huán)形階梯臺階(7-1)與球閥閥座相適配；所述上蓋(1)的下端部設(shè)有內(nèi)螺紋，其頂面設(shè)有第二中心孔(1-1);所述上蓋(1)與所述 圓筒狀外殼(7)螺紋連接；所述輸出桿(4)的頂端設(shè)有圓形受力平臺(4-1)，其下端設(shè)有變徑桿(4-2);所述輸出桿(4)、超磁致伸縮管(6)、線圈(5)依次由內(nèi)向外同軸套裝在圓筒狀外殼(7) 內(nèi)；所述輸出桿(4)與超磁致伸縮管(6)之間、超磁致伸縮管(6)與線圈(5)之間、線圈(5)與 圓筒狀外殼(7)之間均為間隙配合;所述輸出桿(4)伸出第一中心孔(7-2)，所述變徑桿(4-2)與球閥中嵌套鋼球的球套接觸;所述圓形受力平臺(4-1)的底面與超磁致伸縮管(6)的上 端面相接觸;所述圓錐臺形壓塊(2)的圓錐面與所述第二中心孔(1-1)為圓形線接觸;所述 壓簧(3)位于所述圓形受力平臺(4-1)與圓錐臺形壓塊(2)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通電時輸出桿上行的管式超磁致伸縮致動器，其特征在 于:所述圓錐臺形壓塊(2)設(shè)有兩個軸向?qū)Ь€孔(2-1)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通電時輸出桿上行的管式超磁致伸縮致動器，其特征在 于:所述線圈(5)的高度大于所述超磁致伸縮管(6)的高度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通電時輸出桿上行的管式超磁致伸縮致動器，其特征在 于:所述圓形受力平臺(4-1)的外徑與所述超磁致伸縮管(6)的外徑相等。
【文檔編號】H02N2/04GK105978396SQ201610303433
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】薛光明, 何忠波, 張培林, 李冬偉, 楊朝舒, 趙正龍, 周景濤, 榮策
【申請人】中國人民解放軍軍械工程學(xué)院