[發明專利]具有位移放大和保持功能的超磁致伸縮微位移致動器

有效

• 申請號: 201210179665.4
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102739105A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 鄧勇;劉寧;陸觀;趙世杰;張永芹
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種具有位移放大和保持功能的超磁致伸縮微位移致動器，它可以應用于機械加工和精密儀器等方面的位移控制。

背景技術

1840年焦爾就發現當磁性體被磁化時，其外型尺寸會發生變化，這就是人們通常所說的磁致伸縮效應，又稱焦爾效應。到了20世紀40年代人們才開始使用Ni或Co晶體，它們的磁致伸縮系數只有40×10^-6。60年代鐵氧體材料等陸續被采用，它們的磁致伸縮最高可達110×10^-6，并且它們的電-聲轉換效率是Ni等金屬的2倍～5倍。這些材料的相繼問世，雖然在當時取得了一定的成果，但由于它們有限的伸縮量以及較低的居里溫度，應用仍受到一定的限制。到了70年代，A.E.Clark發現稀土-鐵系化合物具有巨大的室溫磁致伸縮效應，并且以其高的機電轉換效率、大的發生應力、高的能量密度和快速的機械響應等優點，立即受到世界高技術領域專家們的極度關注。從此磁致伸縮材料出現了迅猛的發展，尤其是80年代美國、日本、瑞士等國家爭先對其性能、成分摻雜、相結構和磁結構做了充分研究，并在此基礎上開發了大量的實用器件。

超磁致伸縮驅動器是超磁致伸縮材料的主要應用形式之一。其基本工作原理為：以驅動線圈產生的磁場作為驅動磁場；在結構上由導磁材料制作的輸出頂桿、外殼及底蓋，與超磁致伸縮棒形成閉合磁路；當改變輸入電流時，驅動線圈產生的磁場發生變化，由于超磁致伸縮棒的軸向磁致伸縮效應，超磁致伸縮棒即隨之發生伸縮變形，即驅動器輸出位移和力。通過控制輸入電流則可以控制驅動器位移和力的輸出。

微位移驅動器在超精密加工、機器人、寬帶伺服閥、流體機械、振動控制、聲納系統等領域獲得了廣泛的應用，目前應用較多的類型主要有機械式、液壓式和壓電式等。機械式和液壓式驅動器頻響較低，輸出力較小，輸出位移難以滿足高精度要求；壓電陶瓷驅動器近年來獲得飛速發展，能夠達到較大的位移和較高的頻寬，壓電驅動器雖然位移分辨率和頻響均比較高，但輸出力較小，易產生電擊穿，并會產生漂移現象，易疲勞破損，工作電壓高、安全性較差。

而超磁致伸縮材料在磁場作用下產生的磁致伸縮效應，具有輸出力大、漂移小、移動范圍大等特點，同時由其構成的微驅動器結構簡單。因此，將超磁致伸縮材料引入微驅動器中，將在超精密機床、精密儀器及精密光學機械等領域有著廣闊的應用前景。

但是超磁致伸縮驅動器工作時，驅動線圈的發熱及超磁致伸縮棒的渦流與磁滯損耗均導致超磁致伸縮棒溫度的升高。而工作溫度對超磁致伸縮材料的伸縮特性有很大影響。另外，超磁致伸縮材料具有較大熱膨脹系數，國產超磁致伸縮材料的熱膨脹系數為12×10^-6/℃，與磁致伸縮系數在同一個數量級，這表明溫升導致超磁致伸縮棒的熱伸長將嚴重影響驅動器的精度。由此可見，超磁致伸縮棒工作溫度對驅動器的可控位移輸出有較大的影響，而溫升的控制對驅動器的輸出精度有至關重要的作用。因此，在超磁致伸縮驅動器的設計中，必須采取措施消除或抑制由于溫升帶來的不利影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種具有位移放大和保持功能的超磁致伸縮微位移致動器，在輸出位移的同時，將位移放大并保持住位移的輸出，避免驅動線圈產生熱量對超磁致伸縮棒的影響。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種具有位移放大和保持功能的超磁致伸縮微位移致動器，具有底座，底座上安裝有箱體，箱體的內腔底部安裝有線圈套筒，線圈套筒的筒形部分外部具有驅動線圈，線圈套筒的筒形部分內部安裝有超磁致伸縮棒，超磁致伸縮棒頂部具有頂桿，所述的頂桿上方設置有放大機構，放大機構上方連接有位移保持機構，位移保持機構上方設置壓固套筒，壓固套筒上方為與箱體連接的端蓋，端蓋內部安裝有輸出頂桿。

所述的放大機構包括安裝在杠桿套筒上的用于位移放大的杠桿機構，杠桿機構包括至少2個交錯接觸的杠桿，杠桿機構最底層的杠桿與頂桿接觸，杠桿機構最上層的杠桿與輸出頂桿底面接觸。

所述的位移保持機構包括位于杠桿套筒上方的保持套筒，保持套筒內腔底部為彈出彈簧，彈出彈簧上方為圓柱滾柱，圓柱滾柱上方為施壓彈簧，施壓彈簧連接有將施壓彈簧向上拉的拉環，所述的圓柱滾柱與輸出頂桿的側面線接觸。

進一步地，所述的驅動線圈外圍設置有通過電流產生偏置磁場的偏置線圈，驅動線圈與偏置線圈通過導線接入口與外界相連。

進一步地，所述的輸出頂桿頂端具有將輸出頂桿向外拉伸的外拉孔。

進一步地，端蓋內部設置有預壓螺母，預壓螺母通過預壓彈簧與輸出頂桿的橫向杠桿接觸。