[發明專利]一種基于魏德曼效應的磁致伸縮精密旋轉電機

在審

• 申請號: 202010035556.X
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111106760A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 趙冉;盧全國;溫盛軍;王海泉;祝志芳;舒亮;苑慶杰;喻俊
• 申請（專利權）人: 中原工學院;南昌工程學院
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/14
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

本發明屬于電機技術領域，具體是一種基于魏德曼效應的磁致伸縮精密旋轉電機。該電機包括預緊塞、轉子、軸向驅動器、徑向驅動器、桶狀永磁體、殼體、摩擦半球、桶狀磁致伸縮材料結構、蝶形彈簧和下端蓋；摩擦半球和轉子的球體部分緊密貼合，摩擦半球平面部分固定在桶狀磁致伸縮材料結構上，桶狀永磁體固定在蝶形彈簧上，蝶形彈簧固定在下端蓋上；徑向驅動器置于桶狀磁致伸縮材料結構的外部，軸向驅動器置于徑向驅動器的外部；預緊塞和下端蓋通過螺紋扭轉進殼體中，轉子的直桿則置于預緊塞的旋轉軸承中。本發明為一種結構簡單緊湊、負載能力強、轉速快、穩定性強、成本低的基于魏德曼效應的磁致伸縮精密旋轉電機。

技術領域

本發明屬于電機技術領域，具體是一種基于魏德曼效應的磁致伸縮精密旋轉電機。

背景技術

納米技術的不斷發展，航空航天、機器人、超精密機械制造、生物學等技術領域對于性能穩定、結構簡單的驅動器的需求也在不斷增加。雖然以壓電材料為驅動源的旋轉電機具有響應速度快、形變精度高等特點，但是其負載能力和轉動速度等不夠理想。

以超磁致伸縮材料Tenfenol-D為驅動源，制作的旋轉電機，雖然具有響應速度快、負載強、應變大等優勢，但其缺點也很明顯，飽和磁場大、機械性能差、成本高，限制了其應用。

Galfenol材料與Tenfenol-D材料相比，具有響應速度快、飽和磁場較小、負載能力較強、機械性能優良、成本低等優點，日益受到人們的關注，是制作旋轉電機的理想材料。

美國專利US5079460、US546015和US5341056中設計的超磁致伸縮旋轉電機，雖然能夠提供較大的力矩和精確定位，但這些設計結構復雜。利用多塊超磁致伸縮材料，導致其成本太高。多路信號驅動超磁致伸縮材料，使其驅動電路復雜。

中國專利CN102013834A、CN102005967A和CN102005966A利用壓電材料，制作的旋轉電機可以實現雙向旋轉，這些電機需要兩套壓電片及驅動信號，配合設計空間上的相位差實現其運動，但是由于壓電材料的電路驅動電壓偏高。且其輸出力矩偏小，限制了其應用范圍。專利CN102983778B設計了一種基于超磁致伸縮材料的旋轉電機，通過施加有一定相位差的正弦激勵限號，驅動4塊超磁致伸縮材料，通過定子和轉子之間產生摩擦，驅動轉子旋轉。其成本較高，需要4種不同的激勵信號之間配合，且對加工工藝也有一定的要求，一定程度上限制了其應用范圍。專利CN102857140B，設計了一種單驅雙向旋轉型超磁致伸縮旋轉電機，雖然該旋轉電機架構簡單、易于微型化，但是該旋轉電機需要較大的磁場驅動。

在文獻《橢圓驅動超磁致電動機設計》中描述了一種具有高出力、快響應的、可控性好的新型橢圓驅動超磁致伸縮電動機。通過控制兩個超磁致伸縮致動器，在中間彈性圓環連接，構建一臺微位移電動機。當兩臺電動機分別通入二相正交正弦電流，定子和轉子接觸處產生橢圓模態運動。該旋轉電機采用兩個超磁致伸縮致動器驅動，成本較高、體積大，且結構復雜，限制了其大面積的推廣使用。

對上述現有技術中存在的問題：成本高、驅動力不足、輸出力矩小、電路復雜等缺陷，研究桶狀磁致伸縮材料Galfenol驅動的旋轉電機具有一定的意義。

發明內容

本發明的目的在于所要解決的問題是提供一種結構簡單緊湊、負載能力強、轉速快、穩定性強、成本低的基于魏德曼效應的磁致伸縮精密旋轉電機。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案：利用桶狀磁致伸縮材料Galfenol的磁致伸縮效應和魏德曼效應驅動摩擦球，依靠摩擦半球和轉子之間的摩擦力驅動轉子旋轉。

具體技術方案如下：一種基于魏德曼效應的磁致伸縮精密旋轉電機，該電機包括預緊塞、轉子、徑向驅動器、軸向驅動器、桶狀永磁體、殼體、摩擦半球、桶狀磁致伸縮材料結構、蝶形彈簧和下端蓋；