[發明專利]一種單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機

有效

• 申請號: 201210006782.0
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102857140A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 邢增平;何彬;錢華榮;徐凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/14
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

技術領域

本發明屬于微型馬達領域，特別是涉及一種單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機。

背景技術

微型電機驅動元件的材料主要有壓電材料、形狀記憶合金、電致流變(ER)材料和超磁致伸縮材料。在這些驅動元件材料中，壓電材料為驅動元件的微型電機和作動器的研究開發和應用比較成熟。與其它驅動元件材料相比，超磁致伸縮材料具有大應力負載、大應變(壓電材料5-8倍)、無疲勞極限、高磁(電)-機械轉換效率(耦合系數達0.75)、響應速度快(＜1μs)和低電壓驅動等特點，其非常的適合作為微作動器的驅動元件。

在中國專利申請公開說明書中，CN102013834A、CN102005967A和CN102005966A中針對已有的旋轉型壓電電機為了實現雙向控制驅動，往往需要兩套壓電片和兩路驅動信號，并配合設計空間上相位差來實現這個問題，分別提出了基于邊界條件的單驅雙向壓電馬達、頻率控制轉向的單驅動微馬達和電極分割型單驅動雙向壓電馬達，這使得雙向旋轉型壓電電機的結構和電路得到簡化，更適合微型化。但是其使用壓電片作為驅動元件，使得驅動電壓偏高及高壓驅動帶來的短路問題、輸出力矩偏小、電極直接與驅動元件相連接和整個電機在電路中表現為容性而帶來匹配電路復雜，這些缺陷限制了其的應用范圍。

在美國專利文獻中，US5079460、US546015和US5341056中描述了旋轉型超磁致伸縮電機，雖然他們能夠提供大力矩和精確定位，但是他們結構復雜而不適合于微型化、使用多塊的超磁致伸縮材料導致成本太高、多路信號驅動使得驅動電路比較復雜。

在文獻《Miniature?Spherical?Motor?using?Bimetal?of?Magnetostrictive?Materials》中描述了一種多自由度球型超磁致伸縮電機，其使用4塊的超磁致伸縮材料(Galfenol)和Ni的結合體作為驅動元件，其實現了微型化和多自由度化，但是結構復雜和成本高問題導致其再進一步的微型化比較困難，高成本也限制其的應用范圍。

針對以上現有技術中存在的問題：現有單驅雙向壓電電機的驅動電壓高及高電壓帶來短路問題、輸出力矩小、輸出功率小、機械與電路部分不能相互隔離和匹配電路比較復雜的缺點，現有的旋轉型超磁致伸縮電機的結構復雜、成本高和不易于微型化的缺點，研究一款單驅雙向和適合微型化的超磁致伸縮電機具有更好的應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、低壓驅動、單驅雙向、低成本和易于微型化的旋轉型超磁致伸縮電機。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，包括定子、轉子、驅動線圈和偏置磁體，所述定子置于底座上，并與底座集成一體，其特征在于：

所述定子是由帶貫穿內孔的驅動體和超磁致伸縮材料塊連接而成，所述超磁致伸縮材料塊置于驅動體的一個側面，所述內孔設于靠近該側面的位置；

所述偏置磁體由一個或一對永磁鐵組成并置于所述超磁致伸縮材料塊端部；

所述轉子穿過定子的內孔，其下端與底座配合限位固定，為定子與轉子提供預壓力；

所述驅動線圈為一定圈數的漆包線繞成并置于所述定子外并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊，工作時，通過對驅動線圈兩端施加驅動信號如方波信號以實現單驅雙向。

作為改進，所述轉子為上端設有斜面、下端設有卡槽的桿體結構，所述定子的內孔為圓形孔，內孔的上端面成型為與轉子的斜面配合的內凹的環形斜面，所述底座上成型有與內孔對應的通孔，通孔的外側設有與轉子的底部卡槽配合的彈性卡片，所述轉子穿過內孔、底座通孔，其上端的斜面與內孔的環形斜面配合形成摩擦傳動面，其下端通過卡槽與彈性卡片的配合限位固定。

作為改進，所述定子的驅動體呈圓柱體，所述內孔設于圓柱體的中心位置，在圓柱體的一個側面豎直切出一平面，所述超磁致伸縮材料塊與該平面通過界面力連接成一體，所述驅動線圈置于所述超磁致伸縮材料塊和所述的定子外面，并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊。

再改進，所述定子的驅動體呈方形柱，所述內孔靠近該方形柱的其中一個側面，所述超磁致伸縮材料塊與該側面通過界面力連接成一體；所述驅動線圈置于所述超磁致伸縮材料塊和所述的定子外面，并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊。