[發明專利]重載精密位移直線電機

無效

• 申請號: 200910048729.5
• 申請日: 2009-04-02
• 公開（公告）號: CN101521453A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 楊斌堂;孟光
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02K41/02
• 分類號: H02K41/02;H02N2/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種電機技術領域的裝置，具體地說，涉及的是一種重載精密位移直線電機。

背景技術

近些年來，電、磁致伸縮材料領域發展迅速，產生了如巨磁致伸縮材料、壓電陶瓷以及磁致伸縮形狀記憶合金等新型的可用于精密驅動器、傳感器和直線電機研制的機敏材料，這些材料具有能量密度大，輸出功率高，伸縮形變精確等優點，但是基于這些類智能材料在研制精密直線電機中，由于靠材料伸縮而產生的運動步距微小，這些伸縮量往往會被電機上所匹配的結構傳遞或連接環節的間隙所抵消；使期望的智能材料伸縮步距不能被理想地傳遞出來，而最終影響智能材料電機的精密位移效果；另一方面，對于智能材料，特別是如巨磁致伸縮材料，其能量密度高，電-磁-機械轉換效率高，輸出應力大，應用在如尺蠖運動直線電機的箝位機構上，具有能產生很大箝位力的潛力。但是，目前即利用智能材料精密伸縮位移又能利用其大箝位力特征的直線電機卻未見有報道。

經對現有技術的檢索發現，楊斌堂等在期刊《Journal?of?Micromechanicsand?Microengineering》(英國皇家物理學會(IOP)微型力學與微型工程期刊，Vol.16(2006)1227-1232頁)上發表的論文A?magnetostrictive?miniactuator?for?long-stroke?positioning?with?nanometer?resolution(微小大行程納米精度定位磁致伸縮直線驅動器/電機)，該直線電機的設計基于尺蠖運動機理，由一個磁致伸縮機構和兩個電磁鐵機構，以及一個鐵磁體平臺組成；利用磁致伸縮驅動產生直線位移，利用電磁鐵吸力交替吸附于鐵磁體臺面產生吸附的運動箝位力，而使整個機體產生直線運動。但是，該電機的箝位部分雖然采用了U型電磁鐵可以產生雙倍的箝位力，但箝位力較小，并且，由于箝位機構箝位力的不足，箝位部件與臺面在運動過程中有相對微小相對滑、竄動，以及磁致伸縮驅動部分和箝位部分連接的螺紋間隙都致使磁致伸縮部件產生的精確位移被一定程度抵消或干擾，從而使驅動位移減小，驅動精確度受到影響，驅動力不足。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提出了一種重載精密位移直線電機，即可以帶動大負載進行精確位移的直線電機，該電機采用三個伸縮機構，分別作為尺蠖運動的運動伸縮機構及前、后箝位伸縮機構，并能夠協調動作，實現尺蠖運動。

本發明是通過如下技術方案實現的，本發明包括：中間伸縮機構、前卡緊機構、后卡緊機構、無間隙連接框架、剛性導軌。其中，中間伸縮機構、前卡緊機構、后卡緊機構均為可伸縮的機構或材料體，無間隙連接框架為一個剛性框架，將中間伸縮機構沿運動方向布置并緊固，前卡緊機構和后卡緊機構布置在中間伸縮機構的兩端并通過無間隙連接框架緊固，這樣中間伸縮機構、前卡緊機構、后卡緊機構通過無間隙連接框架連接固定成一個整體，同時，將該整體置于剛性導軌之間，并且，無間隙連接框架上設有軸承，在對應中間伸縮機構、前卡緊機構、后卡緊機構輸出伸縮位移的框架位置處設有柔性結構鉸鏈。

所述前卡緊機構和后卡緊機構平行布置在中間伸縮機構的兩端，前、后卡緊機構平行方向與導軌長度方向垂直。

所述中間伸縮機構、前卡緊機構、后卡緊機構為一種受外部激勵可產生伸縮的機構或材料體，如磁致伸縮機構，壓電伸縮機構、磁致形狀記憶合金伸縮機構，電、磁流變液體伸縮機構以及電磁鐵、永磁鐵伸縮機構等。中間伸縮機構、后卡緊機構、前卡緊機構可為同種類伸縮機構或材料體，也可以為不同種類的伸縮機構和材料體。

所述剛性導軌為槽型導軌或管型導軌。

所述無間隙連接框架可為單一材料體，通過線切割等特種加工方式加工制成；或者，整個框架由于裝配的需要，可為多個部件組裝后緊固連接的整體。

本發明電機工作時，當導軌固定不動、整個尺蠖電機機體運動時，機體向前運動一步的過程為：1)尺蠖機體在自由釋放狀態下，外部激勵后卡緊機構伸長，卡緊在剛性導軌中，2)中間伸縮機構伸長，并推動未被激勵的前卡緊機構向前移動，3)激勵前卡緊機構伸長卡緊在剛性導軌中，此時后卡緊機構、前卡緊機構及中間伸縮機構均為激勵伸長狀態；4)斷開后卡緊機構的磁激勵，后卡緊機構收縮復原，與導軌脫離；5)斷開中間伸縮機構激勵，中間伸縮機構收縮至復原，由于此時前卡緊機構卡緊于剛性導軌中，中間伸縮機構收縮時帶動后卡緊機構向前移動，移動量為中間伸縮機構收縮量；6)斷開前卡緊機構激勵，前卡緊機構伸長收縮復原，并與剛性導軌脫離；至此整個機體向前移動一步。重復以上動作，則可以將每一步位移累積，最終使機體形成大位移。