專利名稱：一種組合超磁致振子的橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電(磁)-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換的裝置，尤其涉及一種利用超磁致材料在電磁場(chǎng)作用下能改變自身長(zhǎng)度的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。
技術(shù)背景眾所周知，傳統(tǒng)電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換的主要裝置是電動(dòng)機(jī)，其理論依據(jù)是法拉第電磁感應(yīng)定律。自從超磁致材料問(wèn)世以來(lái)，很多人都在研究超磁致材料的一種特性，即該材料在變化的磁場(chǎng)中，會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而改變自身的長(zhǎng)度的這一特性。如何利用這一特性將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能已成為人們研究的一個(gè)重點(diǎn)。如利用超磁致材料的這一特性將電磁能轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能已有相關(guān)報(bào)道，利用脈沖電源，提供變化的磁致磁場(chǎng)，通過(guò)超磁致振動(dòng)器，將電(磁)能轉(zhuǎn)換為超磁致材料伸縮機(jī)械能，通過(guò)變幅桿將超磁致伸縮振動(dòng)傳遞給加工工具，使該工具作直線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這一成果已開(kāi)始運(yùn)用于加工業(yè)，如電火花切削加工。而利用超磁致材料的上述特性，即利用超磁致材料在電磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生超磁致材料的彈性形變，通過(guò)特定的耦合成為一個(gè)橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器或稱微電機(jī)，直接輸出機(jī)械力或扭矩，目前尚未見(jiàn)有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的旨在利用超磁致材料在電磁場(chǎng)作用下隨著磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的變化而會(huì)伸縮的這一特性，設(shè)計(jì)一種橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該組合超磁致振子的橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器，它由兩只以上超磁致振子和一個(gè)剛性物組成，超磁致振子的機(jī)體內(nèi)設(shè)有勵(lì)磁線圈，在勵(lì)磁線圈中心孔內(nèi)裝有超磁致棒，超磁致棒的兩端各設(shè)置一塊永磁體，永磁體一端與后端蓋接觸，另一端通過(guò)連接桿與剛性物相連接，在前端蓋內(nèi)放置彈簧，彈簧一端與連接桿的凸臺(tái)肩相靠，另一端與前端蓋上的緊定鏍帽相靠。前、后端蓋分別通過(guò)鏍釘與機(jī)體連接。所述的剛性物是剛性圓環(huán)。諸超磁致振子安裝在同一水平面上。超磁致棒用鐵鈷釩軟磁合金制成，也可用鐵氧體材料、Fe-13系非晶態(tài)合金材料制成。
本發(fā)明具有輸出力矩大、響應(yīng)頻率高、輸出重復(fù)精度高以及調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于微/納米級(jí)執(zhí)行器，用于微機(jī)電系統(tǒng)。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例中剛性圓環(huán)在不同相位時(shí)的運(yùn)動(dòng)模態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1和圖2對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作一詳細(xì)說(shuō)明。從圖1中可知，該組合超磁致振子的橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器，它由兩只超磁致振子和一個(gè)剛性圓環(huán)組成，兩只超磁致振子需安裝在同一水平面上，超磁致振子的機(jī)體4內(nèi)設(shè)有勵(lì)磁線圈5，在勵(lì)磁線圈5中心孔內(nèi)裝有超磁致棒6，超磁致棒6用鐵鈷釩軟磁合金制成，在勵(lì)磁線圈5的兩端各有一個(gè)彈簧墊圈3，超磁致6的兩端各黏結(jié)一塊偏置永磁體7，一端與后端蓋2緊接觸，另一端通過(guò)連接桿9與剛性圓環(huán)13相連接，并保持兩者同軸度。在前端蓋8內(nèi)放置彈簧10，彈簧10一端與連接桿9的凸臺(tái)肩相靠，另一端與前端蓋8上的緊定鏍帽1 2相靠。前、后端蓋8、2分別通過(guò)鏍釘11、1與機(jī)體4連接。機(jī)體4內(nèi)的勵(lì)磁線圈5分別施加電壓為220V、相位互差90°的二相正弦電源，使線圈內(nèi)的超磁致棒產(chǎn)生伸縮運(yùn)動(dòng)，這種彈性伸縮通過(guò)連接桿9傳遞到其間的剛性圓環(huán)13，由于兩只超磁致振子通過(guò)相位互差90°的正弦電流，剛性圓環(huán)13頂端產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)(參見(jiàn)圖2)，于是構(gòu)成一臺(tái)橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器。當(dāng)執(zhí)行器的剛性圓環(huán)13頂端通過(guò)摩擦層14與不同的移動(dòng)機(jī)構(gòu)相連時(shí)，可以形成直線運(yùn)動(dòng)，也可以形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該執(zhí)行器可以通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈5的電流大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出移動(dòng)量的控制，也可以通過(guò)改變勵(lì)磁線圈5的電流相位，改變執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)方向。
按照上述方案制造出來(lái)的微執(zhí)行器或稱微電機(jī)，與普通的現(xiàn)有微電機(jī)相比，其優(yōu)點(diǎn)是輸出力(轉(zhuǎn)矩)大，連接桿端面的最大輸出為24×106N/m2；輸出響應(yīng)快，響應(yīng)頻率可以高達(dá)2kHz；輸出重復(fù)精度高，當(dāng)連接桿達(dá)到最大伸縮量時(shí)，重復(fù)精度為±1μ；通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈電流，可方便地調(diào)節(jié)、控制輸出移動(dòng)量。通過(guò)改變勵(lì)磁線圈電流相位，可方便地改變執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)方向。
另外，從理論上講本發(fā)明只要空間允許，相位調(diào)整得當(dāng)，可設(shè)置多個(gè)超磁致振子，譬如3個(gè)或4個(gè)超磁致振子，根據(jù)用戶需要同樣可以組成一臺(tái)微執(zhí)行器。
權(quán)利要求1，一種組合超磁致振子的橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器，其特征在于它由兩只以上超磁致振子和一個(gè)剛性物組成，超磁致振子的機(jī)體[4]內(nèi)設(shè)有勵(lì)磁線圈[5]，在勵(lì)磁線圈[5]中心孔內(nèi)裝有超磁致棒[6]，超磁致棒[6]的兩端各設(shè)置一塊永磁體[7]，永磁體[7]一端與后端蓋[2]接觸，另一端通過(guò)連接桿[9]與剛性物[13]剛性連接，在前端蓋[8]內(nèi)放置彈簧[10]，彈簧[10]一端與連接桿[9]的凸臺(tái)肩相靠，另一端與前端蓋[8]上的緊定鏍帽[12]相靠。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合超磁致振子的橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器，其特征在于前、后端蓋[8]、[2]分別通過(guò)鏍釘[11]、[1]與機(jī)體[4]連接。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合超磁致振子的橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器，其特征在于所述的剛性物(13)是剛性圓環(huán)。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合超磁致振子的橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器，其特征在于諸超磁致振子安裝在同一水平面上。
5，根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的組合超磁致振子的橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器，其特征在于超磁致棒[6]用鐵鈷釩軟磁合金制成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種利用超磁致材料在電磁場(chǎng)作用下能改變自身長(zhǎng)度的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。該組合超磁致振子的橢圓驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器，它由兩只以上超磁致振子和一個(gè)剛性物組成，超磁致振子的機(jī)體內(nèi)設(shè)有勵(lì)磁線圈，在勵(lì)磁線圈中心孔內(nèi)裝有超磁致棒，超磁致棒的兩端各設(shè)置一塊永磁體，一端與后端蓋接觸，另一端通過(guò)連接桿與剛性物相連接，在前端蓋內(nèi)放置彈簧，彈簧一端與連接桿的凸臺(tái)肩相靠，另一端與前端蓋上的緊定螺帽相靠。本實(shí)用新型具有輸出力(轉(zhuǎn)矩)大、響應(yīng)頻率高、輸出重復(fù)精度高以及調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02N2/12GK2572666SQ02259970
公開(kāi)日2003年9月10日 申請(qǐng)日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者曹志彤, 陳宏平, 何國(guó)光 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)