[發(fā)明專利]全閉合電磁偏置微位移執(zhí)行器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210174703.7
• 申請(qǐng)日: 2012-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN102723892A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張獻(xiàn);楊慶新;李勁松;金亮;李陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/02
• 分類號(hào): H02N2/02;H02N2/06
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種全閉合電磁偏置微位移執(zhí)行器，該系統(tǒng)基于超磁致伸縮材料電磁參數(shù)與機(jī)械參數(shù)間能夠?qū)崿F(xiàn)精確轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，以偏置磁場(chǎng)確定執(zhí)行器工作點(diǎn)并通過激勵(lì)磁場(chǎng)使執(zhí)行器獲得精確輸出，從而為精密機(jī)械加工或測(cè)量裝置輸出精確直線位移，以提高加工或測(cè)量精度。本發(fā)明可以精確的調(diào)節(jié)超磁致伸縮棒的靜態(tài)工作點(diǎn)并通過導(dǎo)磁管壁提高工作磁場(chǎng)強(qiáng)度，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、輸出精度高、維護(hù)方便和操作靈活的特點(diǎn)。

背景技術(shù)

磁致伸縮是指在交變磁場(chǎng)的作用下，物體產(chǎn)生與交變磁場(chǎng)頻率相同的機(jī)械振動(dòng)；或者相反，在拉伸、壓縮力作用下，由于材料的長(zhǎng)度發(fā)生變化，使材料內(nèi)部磁通密度相應(yīng)地發(fā)生變化，在線圈中感應(yīng)電流，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。工程上利用該特性實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)換。人們不斷采用新型功能材料和新型工作原理來提高精密驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù)的水平，而超磁致伸縮執(zhí)行器是以新型功能材料作為致動(dòng)元件的一類微位移執(zhí)行器，具有輸出位移和力大、響應(yīng)速度快、溫度范圍寬、低壓可操作等突出優(yōu)點(diǎn)，已在超精密加工、流體控制機(jī)械、微調(diào)節(jié)與微補(bǔ)償機(jī)構(gòu)及納米技術(shù)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

本發(fā)明主要利用超磁致伸縮材料自身可實(shí)現(xiàn)電磁能與機(jī)械能高效相互轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，以偏置磁場(chǎng)確定執(zhí)行器工作點(diǎn)并通過激勵(lì)磁場(chǎng)使執(zhí)行器獲得精確輸出，從而為精密機(jī)械加工或測(cè)量裝置輸出精確直線位移，以提高加工或測(cè)量精度，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、輸出精度高、維護(hù)方便和操作靈活的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，以外部電磁場(chǎng)確定超磁致伸縮材料的靜態(tài)工作點(diǎn)，以閉合導(dǎo)磁管壁增強(qiáng)工作材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而以較小的能量獲得精確、可靠的位移輸出，從而為精密機(jī)械加工或測(cè)量裝置輸出精確直線位移，以提高加工或測(cè)量精度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：全閉合電磁偏置微位移執(zhí)行器，包括有：激勵(lì)電源(1)；激勵(lì)線圈(2)；偏置電源(3)；偏置線圈(4)；超磁致伸縮棒(5)；導(dǎo)磁管壁(6)；固定端(7)；輸出端(8)。

所述的激勵(lì)電源(1)與偏置電源(3)利用負(fù)反饋原理，以輸出電壓的變化量控制晶體管集電極與發(fā)射極之間的電阻值。當(dāng)調(diào)整晶體管V_T1時(shí)，220V交流電壓經(jīng)變壓器降壓后，再經(jīng)整流濾波電路轉(zhuǎn)換成直流U_in，加在調(diào)整管與負(fù)載兩端。R′₁、R′₂和R₃(R₃＝R₃₁+R₃₂)組成分壓器，用來測(cè)量輸出電壓U_out，V_D為產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的硅穩(wěn)壓管，R₄為其限流電阻。V_T2組成的放大器起比較和放大的作用，R_c為其集電極電阻。V_T2集電極的輸出直接加到V_T1的基極，改變其c、e極間的電阻。激勵(lì)電源(1)與偏置電源(3)二者獨(dú)立工作前者提供材料的激勵(lì)磁場(chǎng)以實(shí)現(xiàn)位移輸出，后者提供材料的偏置磁場(chǎng)以確定材料的靜態(tài)工作點(diǎn)。

所述的激勵(lì)線圈(2)與偏置線圈(4)是由線徑較細(xì)的無氧銅漆包線密繞在線圈骨架上形成的空心電感線圈，激勵(lì)線圈(2)緊貼超磁致伸縮棒(5)，偏置線圈(4)在激勵(lì)線圈(2)外側(cè)，二者同軸并繞，緊密的將超磁致伸縮棒(5)包圍起來。

所述的超磁致伸縮棒(5)由超磁致伸縮材料根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境要求加工而成，其橫截面為圓形，同時(shí)要求材料具有一定的抗拉、抗壓強(qiáng)度。

所述的導(dǎo)磁管壁(6)由高導(dǎo)磁率鐵磁材料加工成圓筒形狀制造而成，主要負(fù)責(zé)疏導(dǎo)漏磁通的作用，從而使系統(tǒng)整體磁阻降低，一方面降低電源的供電容量，另一方面使超磁致伸縮棒(5)處于均勻且具備一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)中以提高精度。

本發(fā)明的全閉合電磁偏置微位移執(zhí)行器，利用超磁致伸縮材料自身可實(shí)現(xiàn)電磁能與機(jī)械能高效相互轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，使用偏置磁場(chǎng)確定超磁致伸縮材料的靜態(tài)工作點(diǎn)，并通過勵(lì)磁磁場(chǎng)使其產(chǎn)生精確位移，為了使超磁致伸縮材料處于均勻且具備一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)中，本裝置采用了全閉合磁路結(jié)構(gòu)以降低磁阻。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2是激勵(lì)電源(1)與偏置電源(3)的電路原理圖；

圖3是全閉合磁路中超磁致伸縮棒的工作原理圖；

圖4是超磁致伸縮致動(dòng)器各部分關(guān)系的示意圖；

其中：