[發明專利]擠壓式磁流變彈性體微位移促動器

有效

• 申請號: 201110261086.X
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102437709A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 李劍鋒;王建立;陳寶剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H02K44/00
• 分類號: H02K44/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明涉及一種精密機械裝置，具體涉及一種基于智能材料磁流變彈性體的微位移促動器，適用于天文望遠鏡的調焦機構、主動光學鏡面控制、超精加工行業要求在毫米量級行程上進行高分辨率的精密運動驅動。

背景技術

精密測量和微尺度驅動在很多領域有廣泛的應用，特別是在光學領域。天文望遠鏡的光學系統一般包括主鏡、次鏡等光學元件，其中主鏡和次鏡的間距對望遠鏡的成像質量有很大影響，而主次鏡的間距會因為安裝誤差、溫度變化以及望遠鏡在不同俯仰角位置時重力引起的彎沉導致改變，因此望遠鏡次鏡一般都要求具有在微小尺度上自動調整能力以適應主次鏡間距的變化。另外主動光學所用的薄鏡和自適應光學所用的變形鏡，都需要在微小尺度控制鏡面的變形來適應成像對鏡面面形的要求。在超精密檢測、超精加工行業也都有類似的需求。常用的精密驅動裝置有：磁致伸縮促動器、壓電陶瓷促動器和精密絲杠促動器。磁致伸縮促動器是利用鐵磁性材料在磁場的作用下產生微伸長運動來實現微位移，但由于鐵磁材料在磁場的作用下，除產生磁致伸縮外，還伴隨著受熱伸長，因此其應用受到了限制。壓電陶瓷促動器的特點是結構緊湊，體積很小，無機械摩擦，無間隙，具有很高的微位移分辨率，但行程小(通常只有幾十微米)，負載能力低。精密絲杠促動器可以同時滿足大行程、大負載的要求，同時其成本低，控制簡單，但存在著間隙、傳動誤差、摩擦損耗及爬行等現象，難以達到微納米分辨率要求。

磁流變彈性體是一種新型的智能材料，它是在橡膠類彈性體中加入微米量級的鐵磁性顆粒制成，在不同的磁場下磁流變彈性體的彈性模量會發生變化，這種特殊的現象稱為磁流變效應。因此磁流變彈性體可以用來做變剛度元件。

發明內容

為了解決現有技術存在的行程小、行程不可調、結構復雜、微位移分辨率低的問題，本發明提出一種使用智能材料磁流變彈性體作為變剛度元件來實現大行程高分辨力的微位移促動器。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下：

擠壓式磁流變彈性體微位移促動器，包括下外殼、下導磁體、磁流變彈性體、勵磁線圈、上導磁體、擠壓盤、輸出桿、直線軸承、固定法蘭、預緊機構和上外殼；下外殼和上外殼通過固定法蘭的法蘭盤外圈固定連接；下導磁體固定連接在外殼的底部；磁流變彈性體的下端固定在下導磁體上，勵磁線圈套在磁流變彈性體的外部；擠壓盤的下端固定在磁流變彈性體的上端；上導磁體套在擠壓盤外部，并置于勵磁線圈的上部；直線軸承上設有法蘭，直線軸承穿過固定法蘭的法蘭孔并與固定法蘭法蘭連接；輸出桿的中部設有中擋圈，輸出桿的下端穿過直線軸承并與擠壓盤的上端固定連接；預緊機構固定在上外殼的頂端，并套在輸出桿的上端外部。

本發明的微位移促動器使用一根輸出桿作微位移輸出，輸出桿的一端和一個擠壓盤通過螺紋連接，擠壓盤的另一端和磁流變彈性體粘結在一起，而輸出桿的另一端由一個直線軸承固定保證輸出桿的直線運動，且輸出桿的頂端有一個預緊機構。磁流變彈性體和下導磁體粘結在一起，磁流變彈性體處于一個由勵磁線圈、上導磁體、下導磁體和擠壓盤構成的一個完整勵磁磁路中。

上述輸出桿的材質需要由不導磁材料制作，且剛度要求高，可選用鋁合金之類材料制作。

上述磁流變彈性體制作成圓柱形，擠壓盤和磁流變彈性體的上表面粘結，磁流變彈性體的受力狀態為擠壓形式。

上述勵磁磁路中的上導磁體、下導磁體和擠壓盤由導磁性好的材料制成，以避免磁路的磁場泄漏，可選用工業純鐵制作。

上述磁流變彈性體和勵磁線圈之間留有縫隙，為磁流變彈性體受擠壓時留出一定的橫向變形空間。

上述預緊機構由碟簧組、擋圈和調整螺釘組成，其中調整螺釘和上外殼通過螺紋連接，當旋動調整螺釘時，調整螺釘壓縮碟簧組，從而對輸出桿施加壓力。

本發明的促動器工作時需使用調整螺釘對輸出桿施加壓力，使磁流變彈性體產生初始變形，即輸出桿端部初始位移。之后接通電路，磁流變彈性體在磁場作用下彈性模量發生變化，從而導致磁流變彈性體的變形發生改變，即輸出桿端部位移改變。

本發明的有益效果是：行程大，基于磁流變彈性體促動器的行程比壓電式和磁致伸縮式促動器的行程大；行程可調，通過調節促動器初始位移就可以調節促動器的行程；結構簡單，由于行程大且可調節，因此無需位移放大機構，結構更加簡單。

附圖說明

圖1為本發明擠壓式磁流變彈性體微位移促動器的結構示意圖。

圖2為本發明擠壓式磁流變彈性體微位移促動器的原理示意圖。

圖3為本發明磁流變彈性體的彈性模量隨磁場變化的曲線圖。