无线圈式超磁致伸缩致动器的制作方法

本发明涉及磁致伸缩致动器技术领域，尤其涉及一种无线圈式超磁致伸缩致动器。

背景技术：

超磁致伸缩材料（giantmagnetostrictivematerial，简称gmm）是一种应用较为广泛的智能材料，具有磁致伸缩、逆磁致伸缩、扭转和跳跃等物理效应。与压电材料和传统的磁致伸缩材料相比，超磁致伸缩材料具有更高的能量密度和磁机耦合系数，在室温下能实现更大的磁致伸缩应变和输出力，而且超磁致伸缩材料的居里温度和抗压强度均较高，工作性能也更加稳定。因此，超磁致伸缩材料在磁场检测、超精密加工、减振降噪和流体器件驱动等方面具有较为广泛的应用。

现有技术中超磁致致动器一般由激磁线圈为gmm（超磁致伸缩材料）棒提供驱动磁场（图1所示），工作时激磁线圈中的电流会引起线圈发热，其热量可传至gmm棒中，导致gmm棒温度升高，而温度对gmm的磁致伸缩系数影响十分明显，当温度升高几十度时，因发热导致的热变形位移输出相对其可控位移而言是非常巨大的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种gmm棒的伸长系数不受温度影响，输出精度高的无线圈式超磁致伸缩致动器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种无线圈式超磁致伸缩致动器，其特征在于：包括圆柱形永磁体，所述圆柱形永磁体的n极和s极径向分布，所述永磁体的外侧设置有外壳组件，所述外壳组件包括非导磁板和导磁组件，所述导磁组件被所述非导体板分成上导磁体和下导磁体两部分，所述上导磁体与下导磁体以所述圆柱形永磁体为对称轴对称设置，所述上导磁体与下导磁体的左端具有缺口，通过所述上导磁体的右侧板、下导磁体的右侧板以及非导磁板的右侧部分将所述圆柱形永磁体的右端封闭，所述外壳组件的右侧设置有gmm组件安装槽，所述安装槽从上到下依次穿过所述上导磁体的右侧板部分以及所述非导磁板后进入所述下导磁板的右侧板部分，gmm组件位于所述gmm组件安装槽内，所述致动器的外侧设置有驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述圆柱形永磁体进行旋转；

当n、s极位于竖直位置时，永磁体n极正对上导磁体，上导磁体被磁化成n极；永磁体s级正对下导磁体，下导磁体被磁化成s级，且通过所述非导体板的作用，磁力线由上导磁体经过gmm组件后再到达下导磁体，形成闭合磁力线，gmm组件周围形成强磁场，磁场对gmm组件产生作用，gmm棒伸长输出位移；驱动装置驱动所述永磁体旋转90°后，所述n、s极位于水平位置，磁力线分别在上、下导磁体中形成闭路，上、下导磁体迅速退磁，使得gmm组件周围没有磁场，不会对gmm组件产生作用，gmm棒收缩。

优选的，所述非导磁板为铜板。

进一步的技术方案在于：所述gmm组件安装槽竖直设置。

进一步的技术方案在于：所述gmm组件安装槽包括位于下侧的gmm棒安装槽部分、位于中部的传动杆安装槽部分以及位于上部的调节螺母安装槽部分。

进一步的技术方案在于：所述gmm组件包括位于下侧的gmm棒、位于中部的传动杆以及位于上侧的调节螺母，所述gmm棒的直径与所述gmm棒安装槽部分的直径相等，且所述gmm棒的长度大于所述gmm棒安装槽部分的长度，所述gmm棒的下表面与所述gmm组件安装槽的下底面相接触；所述传动杆为倒t型圆柱组件，包括下传动柱和上传动柱，所述下传动柱的直径大于所述上传动柱以及gmm棒的直径，所述下传动柱的下端面与所述gmm棒的上端面直接接触，所述调节螺母固定在调节螺母安装槽部分内，所述调节螺母上设置有贯穿其上下表面的上传动柱通过孔，所述调节螺母的下端面与所述下传动柱的上端面之间的上传动柱上套设有弹性件，且所述弹性件处于被压缩状态，所述上传动柱的上端经所述上传动柱通过孔后从所述调节螺母内穿出。

优选的，所述弹性件为弹簧。

优选的，所述弹性件为弹片。

进一步的技术方案在于：所述致动器还包括固定螺栓，所述固定螺栓从上到下依次穿过所述上导磁体、所述非导磁板以及所述下导磁体后与固定板固定连接。

进一步的技术方案在于：所述驱动装置通过传动装置与所述永磁体连接，且所述传动装置正对所述永磁体的轴心。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述伸缩致动器采用永磁体机械转动的方式产生交变驱动磁场，gmm棒温度保持不变，gmm的磁致伸缩系数不受温度影响，输出精度更高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术中gmm棒与线圈的位置关系图；

图2是本发明实施例所述致动器的结构示意图；

图3是本发明实施例所述致动器去掉驱动装置后的结构示意图；

图4是本发明实施例所述致动器的剖视结构示意图（磁场对gmm棒作用时）；

图5是图4状态时本发明实施例所述致动器的右视结构示意图；

图6是本发明实施例所述致动器的剖视结构示意图（磁场对gmm棒作用时）；

图7是图6状态时本发明实施例所述致动器的右视结构示意图；

图8是本发明实施例所述致动器去掉gmm组件后的剖视结构示意图；

图9是本发明实施例中所述gmm组件的结构示意图；

其中：1、圆柱形永磁体；2、非导磁板；3、上导磁体；4、下导磁体；5、gmm组件安装槽；51、gmm棒安装槽部分；52、传动杆安装槽部分；53、调节螺母安装槽部分；6、gmm组件；61、gmm棒；62、传动杆；621、下传动柱；622、上传动柱；63、调节螺母；64、弹性件；7、驱动装置；8、固定螺栓；9、固定板；10、传动装置；11、线圈。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图2-图7所示，本发明实施例公开了一种无线圈式超磁致伸缩致动器，包括圆柱形永磁体1，所述圆柱形永磁体的n极和s极径向分布。所述永磁体的外侧设置有外壳组件，所述外壳组件包括非导磁板2和导磁组件，所述导磁组件被所述非导体板2分成上导磁体3和下导磁体4两部分，所述上导磁体3与下导磁体4以所述圆柱形永磁体1为对称轴对称设置。所述上导磁体3与下导磁体4的左端具有缺口，左端缺口处设置有封闭板，如图2和图3所示，所述封闭板的中部设置有通孔，使所述圆柱形永磁体1的左端面漏出，用于方便连接所述永磁体的轴心。

通过所述上导磁体3的右侧板、下导磁体4的右侧板以及非导磁板2的右侧部分将所述圆柱形永磁体1的右端封闭。所述外壳组件的右侧设置有gmm组件安装槽5，所述安装槽从上到下依次穿过所述上导磁体3的右侧板部分以及所述非导磁板2后进入所述下导磁板4的右侧板部分。gmm组件6位于所述gmm组件安装槽5内，所述致动器的外侧设置有驱动装置7，所述驱动装置7用于驱动所述圆柱形永磁体进行旋转，所述驱动装置可以使用现有技术中的步进电机等。

工作原理：当所述永磁体中的n、s极位于竖直位置时，永磁体n极正对上导磁体3，上导磁体3被磁化成n极；永磁体s级正对下导磁体4，下导磁体4被磁化成s级，且通过所述非导体板的作用，磁力线由上导磁体经过gmm组件6后再到达下导磁体4，形成闭合磁力线，gmm组件6周围形成强磁场，磁场对gmm组件产生作用，此时所述gmm组件中的gmm棒会在磁场的作用下伸长；当驱动装置7驱动所述永磁体旋转90°后，所述永磁体中的n、s极位于水平位置，磁力线分别在上、下导磁体中形成闭路，上、下导磁体迅速退磁，使得gmm组件6周围没有磁场，不会对gmm组件6产生作用，此时，伸长后的gmm棒将会缩回到原来的长度。

所述伸缩致动器采用永磁体机械转动的方式产生交变驱动磁场，gmm棒温度保持不变，gmm的磁致伸缩系数不受温度影响，输出精度更高。

优选的，所述非导磁板2可以为铜板，需要说明的是，本领域技术人员还可以根据实际需要选用其它材料制成的非导磁板2。

如图4和图6所示，优选的，所述gmm组件安装槽5竖直设置，方便器件的安装以及数据的测量。进一步的，如图8所示，所述gmm组件安装槽5包括位于下侧的gmm棒安装槽部分51、位于中部的传动杆安装槽部分52以及位于上部的调节螺母安装槽部分53，gmm棒安装槽部分51与传动杆安装槽部分52之间以及传动杆安装槽部分52与调节螺母安装槽部分53之间相互连通。

如图4、图6以及图9所示，所述gmm组件6包括位于下侧的gmm棒61、位于中部的传动杆62以及位于上侧的调节螺母63。所述gmm棒61的直径与所述gmm棒安装槽部分51的直径相等，且所述gmm棒61的长度大于所述gmm棒安装槽部分51的长度，所述gmm棒61的下表面与所述gmm组件安装槽5的下底面相接触；所述传动杆62为倒t型圆柱组件，包括下传动柱621和上传动柱622，所述下传动柱621的直径大于所述上传动柱622以及gmm棒61的直径，所述下传动柱621的下端面与所述gmm棒61的上端面直接接触，所述调节螺母63固定在调节螺母安装槽部分53内，所述调节螺母63上设置有贯穿其上下表面的上传动柱通过孔，所述调节螺母63的下端面与所述下传动柱621的上端面之间的上传动柱622上套设有弹性件64，且所述弹性件64处于被压缩状态，所述上传动柱622的上端经所述上传动柱通过孔后从所述调节螺母63内穿出。

当所述gmm棒61受到磁场的作用下伸长时，伸长的gmm棒61将形变量传递给所述传动杆62，通过传动杆62再将所述gmm棒61产生的形变量向外作用，所述调节螺母63与所述上导磁体3固定，而所述传动杆62与所述调节螺母63滑动配合，通过调节所述调节螺母63的位置可以调节所述弹性件64作用到传动杆62上的力；当作用到gmm棒61上的磁场消失时，gmm棒61收缩到初始位置，此时，通过所述弹性件64的作用，使得所述传动杆62回到初始位置。

优选的，所述弹性件64可以为弹簧或弹片。此外需要说明的是，所述致动器还包括固定螺栓8，所述固定螺栓8从上到下依次穿过所述上导磁体3、非导磁板2以及所述下导磁体4后与固定板9固定连接。进一步的，所述驱动装置7还可以通过传动装置10与所述永磁体连接，且所述传动装置10正对所述永磁体的轴心。通过所述传动装置10传递所述驱动装置7输出的动力，可以使其运行更平稳。