专利名称：基于相变水冷温控原理的超磁致伸缩微位移驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动装置，尤其是涉及一种基于相变水冷温控原理的超磁致伸 縮微位移驱动器。
技术背景微位移驱动器在超精密加工、机器人、流体机械、振动控制、声纳系统等 领域获得了广泛的应用，目前应用较多的类型主要有机械式、液压式和压电式 等。机械式和液压式驱动器频响较低，输出力较小，输出位移难以满足高精度 要求；压电驱动器虽然位移分辨率和频响均比较高，但出力较小，易产生电击 穿，并会产生漂移现象。超磁致伸縮微位移驱动器具有大位移、强力、快响应、 高可靠性、低压驱动等优点；但作为一种电(磁)机换能器，超磁致伸縮微位移驱 动器能量利用率较低，除了一部分转化为机械能输出外，大部分能量以热能方 式散发掉。由于驱动器内部空间封闭，散热性能差，特别是在高频大电流工作 状态下，温度将快速上升，热误差显著，但现有技术对驱动器热误差补偿过于 复杂，实现困难。 发明内容本发明的目的是提供一种基于相变水冷温控温控原理的超磁致伸縮微位移 驱动器，通过电流来控制输出位移的驱动装置，并通过相变温控装置和水冷循 环装置之间的配合，将驱动器内部热量带到外界环境，实现抑制驱动器温升和 热误差输出，提高输出位移控制精度。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是包括底座、超磁致伸縮 棒、相变内套筒、相变材料、相变外套筒、线圈骨架、输出管、外壳、十字形 输出顶杆、预压弹簧、上端盖、预压螺母、驱动线圈、输入管、水泵和水箱。 在底座中心小凸台上装有超磁致伸縮棒和十字形输出顶杆，在超磁致伸缩棒和 十字形输出顶杆下直杆外，从内向外依次装有相变内套筒、相变材料和相变外 套筒；在相变外套筒外装有绕制驱动线圈的线圈骨架和外壳，相变外套筒和线 圈骨架之间形成冷却水室；线圈骨架上部接输出管与水箱和冷却水室相通，线 圈骨架下部接输入管经水泵与水箱和冷却水室相通；十字形输出顶杆上直杆装 有预压弹簧和预压螺母，外壳的上端盖、预压弹簧和预压螺母构成组合预压装置。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是驱动器结构简单，驱动电流较小(2~4A)，工作稳定，频响特性好(可达2000Hz);结合了相变温控技术和水 冷温控技术的优点，能实施长时间温控，无需建立复杂的数学模型，能有效抑 制热误差输出，位移输出控制精度可达到亚微米级甚至更高，并且能适应各种 恶劣的工作环境。本发明体积小、重量轻、输出力大、位移精度高，能抑制热 变形对驱动器输出位移的影响，可用于超精密加工、振动控制等领域。
附图是本发明的结构原理示意图。图中l.底座，2.超磁致伸縮棒，3.相变内套筒，4.相变材料，5.相变外套筒， 6.线圈骨架，7.输出管，8.外壳，9.十字形输出顶杆，IO.圆柱形弹簧，ll.上端盖， 12.预压螺母，13.驱动线圈，14.输入管，15.水泵，16.水箱，17.冷却水。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如附图所示，本发明包括底座l、超磁致伸縮棒2、相变内套筒3、相变材 料4、相变外套筒5、线圈骨架6、输出管7、外壳8、十字形输出顶杆9、预压 弹簧、上端盖ll、预压螺母12、驱动线圈13、输入管14、水泵15和水箱16; 在底座1中心小凸台上装有超磁致伸縮棒2和十字形输出顶杆9，在超磁致伸縮 棒2和十字形输出顶杆9下直杆外，从内向外依次装有相变内套筒3、相变材料 4和相变外套筒5;在相变外套筒5外装有绕制驱动线圈13的线圈骨架6和外 壳8，相变外套筒5和线圈骨架6之间形成冷却水室；线圈骨架6上部接输出管 7与水箱16和冷却水室相通，线圈骨架6下部接输入管14经水泵15与水箱16 和冷却水室相通；十字形输出顶杆9上直杆装有预压弹簧和预压螺母12，外壳 8的上端盖11、预压弹簧和预压螺母12构成组合预压装置。相变内套筒3、相变材料4和相变外套筒5构成相变温控装置，其中相变材 料如六水氯化铁晶体、十水硫酸钠等。相变外套筒5、线圈骨架6、输出管7、输入管14、水泵15和水箱16组成 冷却水循环装置。所述的预压弹簧为圆柱形弹簧10或碟形弹簧。通过调节由输出顶杆9、预压弹簧10、上端盖11和预压螺母12构成的组 合预压装置，可对超磁致伸縮棒2施加不同的预压力，使超磁致伸縮棒2处于 较佳的工作条件下。在输入电流的作用下，驱动线圈13将产生驱动磁场，使超 磁致伸縮棒2长度发生变化。由于底座1对超磁致伸縮棒2有支撑作用，所以超磁致伸縮棒2的长度改变量将通过输出顶杆9对外输出，表现为超磁致伸縮 微位移驱动器的位移输出。在输入电流作用下，超磁致伸縮微位移驱动器将会产生两部分损耗超磁 致伸縮棒2滞回损耗和驱动线圈13欧姆损耗。这两部分损耗将以热能的形式扩散开来，驱动器内部的温度将会迅速上升。超磁致伸縮棒2滞回损耗将主要引 起超磁致伸縮棒2温度升高。在温差的作用下，热量从超磁致伸縮棒2沿相变 内套筒3传递给相变材料4，部分相变材料4开始从固相转变为液相，吸收热量， 同时保持其自身温度基本不变，这样就可以保持超磁致伸縮棒2的温度基本不 变。驱动线圈13的欧姆损耗将主要引起线圈温度升高。在温差的作用下，热量 将会沿驱动线圈13的径向向两侧传导，其中一部分沿线圈骨架6传递给冷却水 17。由于冷却水17的温度低于相变材料4的相变温度，那么相变材料4吸收的 部分热量将通过相变外套筒5传递给冷却水17。在水泵15的带动下，冷却水 17从水箱16经输入管14流入超磁致伸縮微位移驱动器，再从输出管7流回水 箱16，完成一个循环流动。通过一个循环，冷却水17可以把热量从超磁致伸縮 微位移驱动器内部转移到外界环境，可保证相变材料4不因全部发生固液转变 而温控失效，并使整个超磁致伸縮微位移驱动器温度基本维持不变，实现抑制 驱动器温升和热变形误差输出，提高输出位移控制精度。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本 发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落 入本发明的保护范围。
权利要求
1、一种基于相变水冷温控原理的超磁致伸缩微位移驱动器，其特征在于包括底座(1)、超磁致伸缩棒(2)、相变内套筒(3)、相变材料(4)、相变外套筒(5)、线圈骨架(6)、输出管(7)、外壳(8)、十字形输出顶杆(9)、预压弹簧、上端盖(11)、预压螺母(12)、驱动线圈(13)、输入管(14)、水泵(15)和水箱(16)；在底座(1)中心小凸台上装有超磁致伸缩棒(2)和十字形输出顶杆(9)，在超磁致伸缩棒(2)和十字形输出顶杆(9)下直杆外，从内向外依次装有相变内套筒(3)、相变材料(4)和相变外套筒(5；在相变外套筒(5)外装有绕制驱动线圈(13)的线圈骨架(6)和外壳(8)，相变外套筒(5)和线圈骨架(6)之间形成冷却水室；线圈骨架(6)上部接输出管(7)与水箱(16)和冷却水室相通，线圈骨架(6)下部接输入管(14)经水泵(15)与水箱(16)和冷却水室相通；十字形输出顶杆(9)上直杆装有预压弹簧和预压螺母(12)，外壳(8)的上端盖(11)、预压弹簧和预压螺母(12)构成组合预压装置。
2、 根据权利要求1所述的一种基于相变水冷温控原理的超磁致伸縮微位移 驱动器，其特征在于相变内套筒(3)、相变材料(4)和相变外套筒(5)构成相变温 控装置。
3、 根据权利要求1所述的一种基于相变水冷温控原理的超磁致伸縮微位移 驱动器，其特征在于相变外套筒(5)、线圈骨架(6)、输出管(7)、输入管(14)、 水泵(15)和水箱(16)组成冷却水循环装置。
4、 根据权利要求1所述的一种基于相变水冷温控原理的超磁致伸縮微位移 驱动器，其特征在于所述的预压弹簧为圆柱形弹簧(10)或碟形弹簧。
全文摘要
本发明公开了一种基于相变水冷温控原理的超磁致伸缩微位移驱动器。通过电流来控制输出位移的驱动装置，并通过相变温控装置和水冷循环装置之间的配合，将驱动器内部热量带到外界环境，实现抑制驱动器温升和热误差输出，提高输出位移控制精度。本发明驱动器结构简单，驱动电流较小，工作稳定，频响特性好；结合了相变温控技术和水冷温控技术的优点，能实施长时间温控，无需建立复杂的数学模型，能有效抑制热误差输出，位移输出控制精度可达到亚微米级甚至更高，并且能适应各种恶劣的工作环境。同时具有体积小、重量轻、输出力大、位移精度高，能抑制热变形对驱动器输出位移的影响，可用于超精密加工、振动控制等领域。
文档编号H02N2/04GK101119082SQ20071006942
公开日2008年2月6日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年6月19日
发明者冷洪滨, 刚 周, 君 徐, 葛荣杰, 赵章荣, 邬义杰 申请人:浙江大学