[發明專利]基于磁致伸縮效應的微型螺紋直線電機

有效

• 申請號: 201210442358.0
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN102969934A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 鹿存躍;竺春祥
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種驅動電機，具體涉及一種基于磁致伸縮效應的微型螺紋直線電機，屬于超磁致伸縮材料的應用領域。

背景技術

當今世界科技日新月異，越來越多的場合需要用到微型精密電機，如航空航天、機器人、精密醫療器械、生物工程等領域，而傳統的電磁電機由于其體積過大，結構不夠緊湊等缺點難以應用于微小和精細結構中；另外，回程間隙過大、無法降低噪聲、效率低下等缺點也限制了其應用。

為了克服上述傳統電磁電機的缺點，人們研制了基于壓電原理的超聲電機。基于壓電原理的超聲波電機是一類基于振動原理的摩擦驅動電機，其利用壓電材料激勵出定子的振動，使得定子驅動表面質點的運動軌跡為橢圓，定子通過摩擦驅動與其相接觸的轉子或導軌作旋轉或直線運動。具有位移分辨率高、無噪聲、體積小和響應快等突出的優點，但是壓電超聲電機存在壓電材料的變形量小、驅動電壓高、效率低等缺點。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于磁致伸縮效應的微型螺紋直線電機，利用超磁致伸縮材料的磁致伸縮效應將電磁能轉化為定子的振動，定子通過摩擦驅動運動部件實現旋轉或直線運動的電機。與傳統電磁電機相比，具有精度高、結構緊湊等特點，與壓電超聲電機相比，具有頻響寬、變形量大、驅動電壓低、負載能力強、長時間工作可靠、效率高等優點，將在機器人、醫療器械、精密儀器、光學等領域獲得廣泛應用。

根據本發明的一個方面，提供一種基于磁致伸縮效應的微型螺紋直線電機，包括：定子、轉子和端蓋，定子包括定子基體和若干超磁致伸縮單元，定子基體上設置有若干凹槽，超磁致伸縮單元設置在凹槽內，轉子穿射于定子基體的中心與定子基體螺紋連接，端蓋連接至定子基體底部，超磁致伸縮單元包括：超磁致伸縮棒、線圈支架、激勵線圈和密封罩，超磁致伸縮棒的兩端固接至定子基體的凹槽內，其中部設置有凸臺，線圈支架與凸臺連接，激勵線圈與線圈支架繞接連接，密封罩設置在激勵線圈外側且與線圈支架連接。

優選地，該轉子內部為中空結構。

優選地，該端蓋為圓環薄片，圓環薄片上設置有若干第一螺紋孔，對應的，定子基體上相應的設置有若干第二螺紋孔，圓環薄片通過螺釘固接至定子基體底部。

優選地，該基于磁致伸縮效應的微型螺紋直線電機還包括墊圈，墊圈設置在端蓋和定子基體之間。

優選地，該相鄰兩個凹槽之間凸出部分形成驅動足。

優選地，該超磁致伸縮單元的數量為4個，相應的，凹槽的數量為4個。

優選地，該電機激勵時，沿順時針方向，前兩個超單元依次施加相位差為π/2或者為負π/2的兩相正弦激勵信號，后兩個超磁致伸縮單元的兩相激勵信號依次與前兩相激勵信號相同。

優選地，該超磁致伸縮單元的數量為6個，相應的，凹槽的數量為6個。

優選地，該電機激勵時，沿順時針方向，前三個超磁致伸縮單元依次施加相位差為π/3或者為負π/3的三相正弦激勵信號，后三個超磁致伸縮單元的三相激勵信號依次與前三相激勵信號相同。

優選地，該超磁致伸縮材料可采用Tb0.27Dy0.73Fe或Tb0.27Dy0.73Fe1.9。

本發明利用了超磁致伸縮材料的磁致伸縮效應。在交變電流產生的交變磁場的激勵下，改變了超磁致伸縮棒的磁化狀態，從而使其尺寸發生相應改變。先通過施加給各個激勵線圈以適當的激勵信號，各激勵信號之間具有一定的相位差，使得超磁致伸縮單元在定子內形成面內行波，由定子的面內行波導致定子上驅動足的運動軌跡為橢圓，通過定子驅動足和轉子直接的接觸摩擦力帶動轉子運動，最終將電磁能轉換成機械能。與傳統的電磁電機或壓電超聲電機相比，本發明具有體積小、輸出力大、能量密度高、靜音、頻響寬和控制精度高等優點。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：本發明具有精度高、結構緊湊、頻響寬、變形量大、驅動電壓低、負載能力強、長時間工作可靠、效率高等優點，可廣泛應用于精密加工、光學等領域。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明實施例一包括6個超磁致伸縮單元的基于磁致伸縮效應的微型螺紋直線電機的結構俯視圖；

圖2為圖1的A-A向剖視圖；

圖3為本發明實施例一的基于磁致伸縮效應的微型螺紋直線電機的側視圖；

圖4為本發明實施例的超磁致伸縮單元的安裝結構剖視圖；

圖5為本發明實施例的端蓋的結構示意圖；