全閉合電磁偏置微位移執行器的製作方法

2023-05-16 21:42:16 1

專利名稱：全閉合電磁偏置微位移執行器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種全閉合電磁偏置微位移執行器，該系統基於超磁致伸縮材料電磁參數與機械參數間能夠實現精確轉換的特點，以偏置磁場確定執行器工作點並通過激勵磁場使執行器獲得精確輸出，從而為精密機械加工或測量裝置輸出精確直線位移，以提高加工或測量精度。本發明可以精確的調節超磁致伸縮棒的靜態工作點並通過導磁管壁提高工作磁場強度，具有結構簡單、工作穩定、輸出精度高、維護方便和操作靈活的特點。
背景技術：
磁致伸縮是指在交變磁場的作用下，物體產生與交變磁場頻率相同的機械振動； 或者相反，在拉伸、壓縮力作用下，由於材料的長度發生變化，使材料內部磁通密度相應地發生變化，在線圈中感應電流，機械能轉換為電能。工程上利用該特性實現電能與機械能之間的相互轉換。人們不斷採用新型功能材料和新型工作原理來提高精密驅動及其控制技術的水平，而超磁致伸縮執行器是以新型功能材料作為致動元件的一類微位移執行器，具有輸出位移和力大、響應速度快、溫度範圍寬、低壓可操作等突出優點，已在超精密加工、流體控制機械、微調節與微補償機構及納米技術等領域獲得了廣泛的應用，顯示出巨大的發展潛力。本發明主要利用超磁致伸縮材料自身可實現電磁能與機械能高效相互轉換的特點，以偏置磁場確定執行器工作點並通過激勵磁場使執行器獲得精確輸出，從而為精密機械加工或測量裝置輸出精確直線位移，以提高加工或測量精度，具有結構簡單、工作穩定、輸出精度高、維護方便和操作靈活的特點。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，以外部電磁場確定超磁致伸縮材料的靜態工作點，以閉合導磁管壁增強工作材料的磁場強度，從而以較小的能量獲得精確、可靠的位移輸出，從而為精密機械加工或測量裝置輸出精確直線位移，以提高加工或測量精度。本發明所採用的技術方案是全閉合電磁偏置微位移執行器，包括有激勵電源
(I);激勵線圈⑵；偏置電源(3);偏置線圈⑷；超磁致伸縮棒(5);導磁管壁(6);固定端
(7);輸出端(8)。所述的激勵電源(I)與偏置電源(3)利用負反饋原理，以輸出電壓的變化量控制電晶體集電極與發射極之間的電阻值。當調整電晶體Vn時，220V交流電壓經變壓器降壓後，再經整流濾波電路轉換成直流Uin，加在調整管與負載兩端。R' pR' 2和&0 3 =R31+R32)組成分壓器，用來測量輸出電壓Uout，V0為產生基準電壓的矽穩壓管，R4為其限流電阻。Vt2組成的放大器起比較和放大的作用，R。為其集電極電阻。Vt2集電極的輸出直接加到Vn的基極，改變其c、e極間的電阻。激勵電源(I)與偏置電源(3) 二者獨立工作前者提供材料的激勵磁場以實現位移輸出，後者提供材料的偏置磁場以確定材料的靜態工作點。所述的激勵線圈(2)與偏置線圈(4)是由線徑較細的無氧銅漆包線密繞在線圈骨架上形成的空心電感線圈，激勵線圈(2)緊貼超磁致伸縮棒(5)，偏置線圈(4)在激勵線圈
(2)外側，二者同軸並繞，緊密的將超磁致伸縮棒(5)包圍起來。所述的超磁致伸縮棒(5)由超磁致伸縮材料根據實際工作環境要求加工而成，其橫截面為圓形，同時要求材料具有一定的抗拉、抗壓強度。所述的導磁管壁￠)由高導磁率鐵磁材料加工成圓筒形狀製造而成，主要負責疏導漏磁通的作用，從而使系統整體磁阻降低，一方面降低電源的供電容量，另一方面使超磁致伸縮棒(5)處於均勻且具備一定強度的磁場中以提高精度。本發明的全閉合電磁偏置微位移執行器，利用超磁致伸縮材料自身可實現電磁能與機械能高效相互轉換的特點，使用偏置磁場確定超磁致伸縮材料的靜態工作點，並通過 勵磁磁場使其產生精確位移，為了使超磁致伸縮材料處於均勻且具備一定強度的磁場中，本裝置採用了全閉合磁路結構以降低磁阻。


圖I是本發明的整體結構原理圖；圖2是激勵電源⑴與偏置電源(3)的電路原理圖；圖3是全閉合磁路中超磁致伸縮棒的工作原理圖；圖4是超磁致伸縮致動器各部分關係的示意圖；其中(I):激勵電源；(2):激勵線圈；(3):偏置電源；(4):偏置線圈；(5):超磁致伸縮棒；(6):導磁管壁；(7):固定端；(8):輸出端。CpC2Jjt波電容C3 :基極電容 Uin:輸入電壓 Urat:輸出電壓Vn，Vn :調整晶閘管VD:穩壓二極體 Rc:基極電阻 R4:限流電阻R1, R2,pR' 2, R31, R32 :分壓電阻
具體實施例方式下面結合實例和附圖對本發明的全閉合電磁偏置微位移執行器做出詳細說明。如圖I所示，本發明的全閉合電磁偏置微位移執行器，包括有激勵電源(I);激勵線圈⑵；偏置電源⑶；偏置線圈⑷；超磁致伸縮棒(5);導磁管壁(6);固定端(7);輸出端⑶。如圖2所示，所述的激勵電源(I)與偏置電源(3)為獨立工作的兩個電路。當調整電晶體Vn時，220V交流電壓經變壓器降壓後，再經整流濾波電路轉換成直流Uin，加在調整管與負載兩端。R' 1>R/ 2和&0 3 = 1 31+1 32)組成分壓器，用來測量輸出電壓^，￥1)為產生基準電壓的矽穩壓管，R4為其限流電阻。Vt2組成的放大器起比較和放大的作用，Rc為其集電極電阻。Vt2集電極的輸出直接加到Vn的基極，改變其c、e極間的電阻。首先由偏置電源⑶根據超磁致伸縮材料的特性曲線確定一次場強度，通過R1, R2, R' R' 2，R31,R32組成的調節網絡，最終使Uwt保持一定電壓幅度從而為超磁致伸縮棒(5)提供偏置磁場。然後激勵電源(I)根據具體工作環境需要也通過上述調解網絡產生一激勵磁場，使超磁致伸縮棒(5)輸出一對應的位移。如圖3所示，所述的超磁致伸縮棒(5)處於導磁管壁(6)中央，當激勵電源⑴與偏置電源⑶工作時，由激勵線圈⑵與偏置線圈⑷共同產生的磁場將同時的且均勻的作用於超磁致伸縮棒(5)。超磁致伸縮棒(5)在磁場中產生磁致伸縮現象，使材料在軸向長度上發生伸長或縮短的變化，從而產生機械變形。如圖4所示，所述的導磁管壁(6)通過高導磁材料製成閉合形式，當激勵線圈(2)與偏置線圈(4)工作時，使超磁致伸縮棒(5)之外的磁力線通過導磁管壁(6)閉合，從而降低了整個迴路的磁阻。同時該系統通過固定端(7)進行固定，在超磁致伸縮棒(5)發生軸向形變後，該形變將傳導至輸出端(8)，並由後者實現最終的位移輸出。本發明的全閉合電磁偏置微位移執行器，當系統開始工作前，首先根據超磁致伸縮材料的特性曲線確定偏置電源(3)的輸出電壓大小，當系統開始工作時，啟動激勵電源 (I)並由激勵線圈(2)產生激勵磁場，超磁致伸縮棒(5)在磁場中產生磁致伸縮現象，使材料在軸向長度上發生伸長或縮短的變化，從而產生機械變形，該變形最終由輸出端(8)實現精確的位移輸出。
權利要求
1.全閉合電磁偏置微位移執行器，其特徵在於包括有激勵電源(I);激勵線圈(2);偏置電源⑶；偏置線圈⑷；超磁致伸縮棒(5);導磁管壁(6);固定端(7);輸出端(8)。
2.根據權利要求I所述的全閉合電磁偏置微位移執行器，其特徵還在於，所述的激勵電源⑴與偏置電源⑶利用負反饋原理，以輸出電壓的變化量控制電晶體集電極與發射極之間的電阻值；當調整電晶體Vn時，220V交流電壓經變壓器降壓後，再經整流濾波電路轉換成直流Uin，加在調整管與負載兩端；R' 1,R/ 2和R3(R3 = R31+R32)組成分壓器，用來測量輸出電壓Uout，V0為產生基準電壓的矽穩壓管，R4為其限流電阻；VT2組成的放大器起比較和放大的作用，R。為其集電極電阻。Vt2集電極的輸出直接加到Vn的基極，改變其c、e極間的電阻；激勵電源(I)與偏置電源(3) 二者獨立 工作前者提供材料的激勵磁場以實現位移輸出，後者提供材料的偏置磁場以確定材料的靜態工作點。
3.根據權利要求I所述的全閉合電磁偏置微位移執行器，其特徵還在於，所述的導磁管壁￠)由高導磁率鐵磁材料加工成圓筒形狀製造而成，主要負責疏導漏磁通的作用，從而使系統整體磁阻降低，一方面降低電源的供電容量，另一方面使超磁致伸縮棒(5)處於均勻且具備一定強度的磁場中以提高輸出精度。
全文摘要
本發明公開一種全閉合電磁偏置微位移執行器，該系統基於超磁致伸縮材料電磁參數與機械參數間能夠實現精確轉換的特點，以偏置磁場確定執行器工作點並通過激勵磁場使執行器獲得精確輸出，從而為精密機械加工或測量裝置輸出精確直線位移，以提高加工或測量精度。本發明可以精確的調節超磁致伸縮棒的靜態工作點並通過導磁管壁提高工作磁場強度，具有結構簡單、工作穩定、輸出精度高、維護方便和操作靈活的特點，主要包括激勵電源(1)；激勵線圈(2)；偏置電源(3)；偏置線圈(4)；超磁致伸縮棒(5)；導磁管壁(6)；固定端(7)；輸出端(8)。
文檔編號H02N2/02GK102723892SQ20121017470
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月30日 優先權日2012年5月30日
發明者張獻, 李勁松, 李陽, 楊慶新, 金亮 申請人:天津工業大學