一种电磁式高精度超微力的发生装置的制作方法

本发明设计一种装置，更具体的说，是涉及一种电磁式高精度超微力的发生装置。

背景技术：

随着科技的发展，新材料、新产品的出现，纳米测量的实验仪器的应用越来越广泛。微机电系统(mems)中微尺度下构件的力学特性研究，需要提供高精度微小力的产生与测量系统。但是目前微小力值的计量体系还未形成统一的溯源标准，所以迫切需要研究发明一种高精度超微力的发生装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种电磁式高精度超微力的发生装置，能够精确的产生微牛级、纳牛级的作用力，具有高精度、响应速度快等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种电磁式高精度超微力的发生装置，包括由上至下依次连接的环形端盖、悬臂梁构件和基体，所述基体设置为带轴向空腔的圆柱形，所述基体外壁沿圆周设置有环形凹槽，所述环形凹槽内缠绕有绕组线圈；所述悬臂梁构件包括环形固定基座，所述固定基座内圆连接有悬臂，所述悬臂连接有安装片，所述固定基座、悬臂和安装片设置为一体结构，所述安装片底部设置有柱状永磁体。

所述悬臂梁构件和基体之间设置有用于调整永磁体轴向高度的环形垫片。

所述端盖、悬臂梁构件、垫片、基体和永磁体沿同轴线设置。

所述端盖、悬臂梁构件、垫片和基体均设置有螺纹孔，彼此之间通过轴向设置的沉头螺栓固定连接。

所述永磁体设置为圆柱形，采用钕铁硼永磁铁。

所述安装片设置为圆盘形，与基体同轴线设置。

所述悬臂梁构件采用铜铍合金材料，通过刻蚀方法进行加工制作，壁厚达到微米级要求。

所述固定基座和安装片厚度为150μm，所述悬臂厚度为40μm～60μm，优选50μm。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明采用绕组线圈通直流电后，在其端部轴线处产生磁场，与柱状永磁体作用，产生微力效果；通过控制直流电流的大小和方向，可以改变绕组线圈末端形成磁场的强度和方向，从而改变其与柱状永磁体之间的相互作用力；通过改变绕组线圈的匝数同样可以改变绕组线圈末端形成磁场的强度，可以改变其与柱状永磁体之间的相互作用力；通过改变柱状永磁体的剩磁，也可以改变通电绕组线圈同柱状永磁体之间的相互作用力。本发明可以实现微力之间的连续性变化，通过特殊薄壁厚结构的悬臂梁构件，能够实现超微小力的产生。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是图3中a-a剖视图；

图5是图3中b-b剖视图；

图6是本发明中悬臂梁构件的结构示意图。

附图标记:1沉头螺栓；2端盖；3悬臂梁构件；301固定基座；302悬臂；

303安装片；4垫片；5基体；6永磁体；7绕组线圈。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

如图1至图6所示，本发明的电磁式高精度超微力的发生装置，包括由上至下依次连接的端盖2、悬臂梁构件3、垫片4和基体5，所述端盖2、悬臂梁构件3、垫片4和基体5沿同轴线设置，所述端盖2、悬臂梁构件3、垫片4和基体5均设置有螺纹孔，彼此之间通过轴向设置的沉头螺栓1固定连接，可设置为四个。

所述端盖2和垫片4均设置为圆环形，所述垫片4将悬臂梁构件3与基体5隔开一定空隙，用于调整永磁体6轴向高度，通过调整环形垫片4的厚度用来调节永磁体6在基体5顶端处的位置。所述基体5设置为圆柱形，中部沿轴向形成一个圆柱形空腔，该空腔作为绕组线圈7的缠绕空间。所述基体5外壁沿圆周设置有环形凹槽，所述环形凹槽内均匀缠绕有绕组线圈7。

所述悬臂梁构件3包括环形固定基座301，所述固定基座301内圆连接有悬臂302，所述悬臂302连接有安装片303，所述安装片303设置为圆盘形，与基体5同轴线设置。所述固定基座301、悬臂302和安装片303设置为一体结构，采用铜铍合金材料，通过刻蚀方法整体进行加工制作，壁厚达到微米级要求，形成具有低刚度、优质量的核心构件。所述固定基座301和安装片303厚度为150μm，所述悬臂302厚度为40μm～60μm，优选50μm，这样悬臂302可沿轴向发生微小震动弯曲。所述安装片303底部粘贴固定有柱状永磁体6，所述永磁体6设置为圆柱形，采用钕铁硼永磁铁，永磁体6与端盖2、悬臂梁构件3、垫片4、基体5的中心轴线都重合。

本发明的工作原理：

通过直流电源，给一定匝数的绕组线圈7通大小为微安级的电流，其将会在基体5的空腔内，即永磁体6处产生均匀变化的磁场，通过与永磁体6之间的相互作用，形成超微小电磁力。通过悬臂梁构件3的微米级厚度的悬臂302作用，使安装片303产生沿中心轴线方向的微小位移，通过loadcell测力传感器可以检测出超微力的大小。这样通过该发明装置和loadcell测力传感器装置，即可标定出绕组线圈7匝数、绕组线圈7直流电流的大小以及产生超微力大小的线性关系。最终可以得到，当绕组线圈7匝数一定的情况下，绕组线圈7直流电流的大小与该装置产生的超微力之间的线性关系。综上所述，本发明高精度超微力的发生装置可用于精密超微力驱动的系统之中。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种电磁式高精度超微力的发生装置，包括由上至下依次连接的环形端盖、悬臂梁构件和基体，所述基体设置为带轴向空腔的圆柱形，所述基体外壁沿圆周设置有环形凹槽，所述环形凹槽内缠绕有绕组线圈；所述悬臂梁构件包括环形固定基座，所述固定基座内圆连接有悬臂，所述悬臂连接有安装片，所述固定基座、悬臂和安装片设置有一体结构，所述安装片底部设置有柱状永磁体。本发明能够精确的产生微牛级、纳牛级的作用力，具有高精度、响应速度快等特点，适用于精密超微力驱动的系统。

技术研发人员：周重凯;田延岭;王福军;郭志永;张大卫
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2017.08.10
技术公布日：2018.01.30