全闭合电磁偏置微位移执行器的制作方法

文档序号:7480071阅读:277来源:国知局
专利名称:全闭合电磁偏置微位移执行器的制作方法
技术领域
全闭合电磁偏置微位移执行器技术领域[0001]本发明涉及一种全闭合电磁偏置微位移执行器,该系统基于超磁致伸缩材料电磁 参数与机械参数间能够实现精确转换的特点,以偏置磁场确定执行器工作点并通过激励磁 场使执行器获得精确输出,从而为精密机械加工或测量装置输出精确直线位移,以提高加 工或测量精度。本发明可以精确的调节超磁致伸缩棒的静态工作点并通过导磁管壁提高工 作磁场强度,具有结构简单、工作稳定、输出精度高、维护方便和操作灵活的特点。
背景技术
[0002]磁致伸缩是指在交变磁场的作用下,物体产生与交变磁场频率相同的机械振动; 或者相反,在拉伸、压缩力作用下,由于材料的长度发生变化,使材料内部磁通密度相应地 发生变化,在线圈中感应电流,机械能转换为电能。工程上利用该特性实现电能与机械能之 间的相互转换。人们不断采用新型功能材料和新型工作原理来提高精密驱动及其控制技术 的水平,而超磁致伸缩执行器是以新型功能材料作为致动元件的一类微位移执行器,具有 输出位移和力大、响应速度快、温度范围宽、低压可操作等突出优点,已在超精密加工、流体 控制机械、微调节与微补偿机构及纳米技术等领域获得了广泛的应用,显示出巨大的发展 潜力。[0003]本发明主要利用超磁致伸缩材料自身可实现电磁能与机械能高效相互转换的特 点,以偏置磁场确定执行器工作点并通过激励磁场使执行器获得精确输出,从而为精密机 械加工或测量装置输出精确直线位移,以提高加工或测量精度,具有结构简单、工作稳定、 输出精度高、维护方便和操作灵活的特点。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是,以外部电磁场确定超磁致伸缩材料的静态工作 点,以闭合导磁管壁增强工作材料的磁场强度,从而以较小的能量获得精确、可靠的位移输 出,从而为精密机械加工或测量装置输出精确直线位移,以提高加工或测量精度。[0005]本发明所采用的技术方案是全闭合电磁偏置微位移执行器,包括有超磁致伸 缩棒(5) —端通过固定端(7)固定使得该端位移为零,另一端连接输出端(8)使得该端可 以实现任意微小的轴向位移输出,激励电源(I)连接有激励线圈(2),并向超磁致伸缩棒(5)提供交变功率,偏置电源(3)连接有偏置线圈(4)并向超磁致伸缩棒(5)直流偏置磁场 以调节静态工作点,同时外部漏磁场通过导磁管壁出)闭合。[0006]所述的激励电源⑴与偏置电源(3)利用负反馈原理,以输出电压的变化量控制 晶体管集电极与发射极之间的电阻值。当调整晶体管Vn时,220V交流电压经变压器降压 后,再经整流滤波电路转换成直流Uin,加在调整管与负载两端。电阻R' i、电阻R' 2和电 阻R3 (R3 = R31+R32)组成分压器,用来测量输出电压Uwt,稳压二极管Vd为产生基准电压的硅 稳压管,R4为其限流电阻。晶闸管Vt2组成的放大器起比较和放大的作用,R。为其集电极电 阻。晶闸管Vt2集电极的输出直接加到晶闸管Vn的基极,改变其(3、6极间的电阻。激励电源(I)与偏置电源(3) 二者独立工作,前者提供材料的激励磁场以实现位移输出,后者提供材料的偏置磁场以确定材料的静态工作点。[0007]所述的激励线圈(2)与偏置线圈(4)是由线径较细的无氧铜漆包线密绕在线圈骨架上形成的空心电感线圈,激励线圈(2)紧贴超磁致伸缩棒(5),偏置线圈(4)在激励线圈(2)外侧,二者同轴并绕,紧密的将超磁致伸缩棒(5)包围起来。[0008]所述的超磁致伸缩棒(5)由超磁致伸缩材料根据实际工作环境要求加工而成,其横截面为圆形,同时要求材料具有一定的抗拉、抗压强度。[0009]所述的导磁管壁¢)由高导磁率铁磁材料加工成圆筒形状制造而成,主要负责疏导漏磁通的作用,从而使系统整体磁阻降低,一方面降低电源的供电容量,另一方面使超磁致伸缩棒(5)处于均匀且具备一定强度的磁场中以提高精度。[0010]本发明的全闭合电磁偏置微位移执行器,利用超磁致伸缩材料自身可实现电磁能与机械能高效相互转换的特点,使用偏置磁场确定超磁致伸缩材料的静态工作点,并通过励磁磁场使其产生精确位移,为了使超磁致伸缩材料处于均匀且具备一定强度的磁场中, 本装置采用了全闭合磁路结构以降低磁阻。


[0011]图I是本发明的整体结构原理图;[0012]图2是激励电源⑴与偏置电源(3)的电路原理图;[0013]图3是全闭合磁路中超磁致伸缩棒的工作原理图;[0014]图4是超磁致伸缩致动器各部分关系的示意图;[0015]其中[0016](I):激励电源;(2):激励线圈;(3):偏置电源;(4):偏置线圈;(5):超磁致伸缩棒;(6):导磁管壁;(7):固定端·;(8):输出端。[0017]CpC2Jjt波电容C3 :基极电容 Uin:输入电压Urat:输出电压[0018]VT1,Vn :调整晶闸管VD:稳压二极管Rc:基极电阻 R4:限流电阻[0019]R1, R2, Ri 1;R' 2, R31, R32 :分压电阻具体实施方式
[0020]下面结合实例和附图对本发明的全闭合电磁偏置微位移执行器做出详细说明。[0021]如图I所示,本发明的全闭合电磁偏置微位移执行器,包括有激励电源(I);激励线圈⑵;偏置电源⑶;偏置线圈⑷;超磁致伸缩棒(5);导磁管壁(6);固定端(7);输出端⑶。[0022]如图2所示,所述的激励电源⑴与偏置电源(3)利用负反馈原理,以输出电压的变化量控制晶体管集电极与发射极之间的电阻值;晶闸管Vn基极连接基极电容C3,晶闸管 Vn集电极连接电阻R4与电阻R。,其中电阻R。接晶闸管Vt2发射极后与集电极与电阻R4及反接的二极管VD相连接,电阻R' i、电阻R' 2和电阻R3串联后与电容C2及电阻&并联; 当调整晶体管Vn时,220V交流电压经变压器降压后,再经整流滤波电路转换成直流Uin,加在调整管与负载两端;电阻R' i、电阻R' 2和电阻R3,其中电阻R3 = R31+R32,组成分压器, 用来测量输出电压Uout 二极管Vd为产生基准电压的硅稳压管,R4为其限流电阻;晶闸管Vt2组成的放大器起比较和放大的作用,R。为其集电极电阻;\2集电极的输出直接加到晶闸管 Vn的基极,改变其c、e极间的电阻;激励电源(I)与偏置电源(3) 二者独立工作,前者提供 材料的激励磁场以实现位移输出,后者提供材料的偏置磁场以确定材料的静态工作点。[0023]如图3所示,所述的超磁致伸缩棒(5)处于导磁管壁(6)中央,当激励电源⑴与 偏置电源(3)工作时,由激励线圈(2)与偏置线圈(4)共同产生的磁场将同时的且均匀的 作用于超磁致伸缩棒(5)。超磁致伸缩棒(5)在磁场中产生磁致伸缩现象,使材料在轴向长 度上发生伸长或缩短的变化,从而产生机械变形。[0024]如图4所示,所述的导磁管壁(6)通过高导磁材料制成闭合形式,当激励线圈(2) 与偏置线圈(4)工作时,使超磁致伸缩棒(5)之外的磁力线通过导磁管壁(6)闭合,从而降 低了整个回路的磁阻。同时该系统通过固定端(7)进行固定,在超磁致伸缩棒(5)发生轴 向形变后,该形变将传导至输出端(8),并由后者实现最终的位移输出。[0025]本发明的全闭合电磁偏置微位移执行器,当系统开始工作前,首先根据超磁致伸 缩材料的特性曲线确定偏置电源(3)的输出电压大小,当系统开始工作时,启动激励电源(I)并由激励线圈(2)产生激励磁场,超磁致伸缩棒(5)在磁场中产生磁致伸缩现象,使材 料在轴向长度上发生伸长或缩短的变化,从而产生机械变形,该变形最终由输出端(8)实 现精确的位移输出。
权利要求1.全闭合电磁偏置微位移执行器,其特征在于包括有超磁致伸缩棒(5)—端通过固定端(7)固定使得该端位移为零,另一端连接输出端(8)使得该端可以实现任意微小的轴向位移输出,激励电源(I)连接有激励线圈(2),并向超磁致伸缩棒(5)提供交变功率,偏置电源⑶连接有偏置线圈⑷并向超磁致伸缩棒(5)直流偏置磁场以调节静态工作点,同时外部漏磁场通过导磁管壁¢)闭合。
2.根据权利要求I所述的全闭合电磁偏置微位移执行器,其特征还在于,所述的导磁管壁¢)由高导磁率铁磁材料加工成圆筒形状制造而成,主要负责疏导漏磁通的作用,从而使系统整体磁阻降低,一方面降低电源的供电容量,另一方面使超磁致伸缩棒(5)处于均匀且具备一定强度的磁场中以提高输出精度。
专利摘要本实用新型公开一种全闭合电磁偏置微位移执行器,该系统基于超磁致伸缩材料电磁参数与机械参数间能够实现精确转换的特点,以偏置磁场确定执行器工作点并通过激励磁场使执行器获得精确输出,从而为精密机械加工或测量装置输出精确直线位移,以提高加工或测量精度。本实用新型可以精确的调节超磁致伸缩棒的静态工作点并通过导磁管壁提高工作磁场强度,具有结构简单、工作稳定、输出精度高、维护方便和操作灵活的特点,主要包括激励电源(1);激励线圈(2);偏置电源(3);偏置线圈(4);超磁致伸缩棒(5);导磁管壁(6);固定端(7);输出端(8)。
文档编号H02N2/02GK202818152SQ201220251260
公开日2013年3月20日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者张献, 杨庆新, 李劲松, 金亮, 李阳 申请人:天津工业大学
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