一种宽温域巨磁致伸缩磁控驱动器

摘要

本发明公开了一种宽温域巨磁致伸缩磁控驱动器，该磁控驱动器主要包括有励磁组、恒磁组(20)、输出件(8)、螺杆(10)，恒磁组(20)的圆孔(21)内套有励磁组，励磁组由线圈(6)、磁致伸缩棒(7)、导磁环(9)构成，线圈(6)缠绕在磁致伸缩棒(7)的外面，导磁环(9)设在磁致伸缩棒(7)的下方，且与磁致伸缩棒(7)的一端接触，磁致伸缩棒(7)的另一端与输出件(8)的颈部(84)的端面接触；螺杆(10)的螺纹段(101)端顺次穿过导磁环(9)、磁致伸缩棒(7)、输出件(8)、力传感器(19)、碟簧组后由螺母(15)压紧。本发明的磁控驱动器能够工作在－80℃～100℃的宽温域温度范围。

说明书

技术领域

本发明涉及一种驱动器，更特别地说，是指一种可应用于大温差的宽温域范围为-80℃～100℃的巨磁致伸缩磁控驱动器。

背景技术

稀土巨磁致伸缩材料Terfenol-D具有磁致应变大、输出力大、机电耦合系数高和响应迅速的特点，已经成为新型智能驱动器件的优选材料。然而在某些特殊服役环境下，如大温差(-80℃～100℃)空天环境中，稀土巨磁致伸缩材料Terfenol-D在高温和低温时其磁致伸缩性能会显著降低，从而导致驱动器件的输出应变不稳定。

巨磁致伸缩材料作为一类新型高效的电(磁)能-机械(声)能转换材料，在航空航天、电子电力、信息通讯等智能结构领域具有巨大的应用潜力。没有体积和重量限制的大尺寸磁致伸缩器件设计上相对简单，既可以采用电磁线圈，也可以采用不同形式的永磁体提供偏置磁场。只要尺寸足够大，就可以保证性能要求。目前应用比较广泛的是采用直流线圈(或在激励电流上叠加直流偏置电流)和圆筒永磁体的方式为驱动器施加偏置磁场。

在当今航空工业的发展中，对航空元器件的重量、体积的要求愈来愈严格。特别是航空军事领域，为了保证整机的机动、灵活性，减小机载量及功率消耗，尽量要求元器件体积小、重量轻。而巨磁致伸缩材料在航空航天领域应用的瓶颈问题是在某些方面仍显笨重，需要微小型化。同时，由于发热问题对微小器件影响较大，不宜采用电磁线圈提供偏置磁场的方式。

公开号CN2621239Y中采用了圆筒永磁体提供偏置磁场的布置方式，该布置方式适用于大尺寸的超磁致伸缩材料减振作动器。该作动器的超磁致伸缩棒与激励线圈、永磁体形成的磁路为开路形式。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽温域巨磁致伸缩磁控驱动器，该磁控致动器中的恒磁组内套有励磁组，所述恒磁组采用分段间隔布局，提供均匀的偏置磁场，同时减少了磁阻；磁致伸缩棒7采用中空结构，通过穿过的螺杆、碟簧组提供预压力，可使驱动器的整体结构更为紧凑；通过在螺杆上开槽，为安装特斯拉计和温度计提供了方便；输出件的端面作为被驱动件的安装平台，减少了单杆连接的不稳定性；内设力传感器可以监测预应力及驱动器工作时产生的输出力；上端盖14、下端盖11、恒磁组20、励磁组(线圈6、磁致伸缩棒7、导磁块9)、输出件8形成闭合磁路，可有效提高驱动器的磁机转换效率；恒磁组20采用永磁与导磁相间隔的布局，既减小了磁路的磁阻，又提高了永磁体的利用率。

本发明的一种宽温域巨磁致伸缩磁控驱动器，外壳体的上方是上端盖，上端盖的中心设有输出件，输出件的中心孔内设有力传感器，力传感器的端面与碟簧组的一端接触，碟簧组的另一端与螺母接触，螺母连接在螺杆的螺纹段上；外壳体的下方是下端盖，下端盖的中心孔内伸出有引线组；

外壳体内安装有圆环形的恒磁组，恒磁组的圆孔内套有励磁组，励磁组由线圈、磁致伸缩棒、导磁环构成，线圈缠绕在磁致伸缩棒的外面，导磁环设在磁致伸缩棒的下方，且与磁致伸缩棒的一端接触，磁致伸缩棒的另一端与输出件的颈部的端面接触；

螺杆的螺纹段端顺次穿过导磁环、磁致伸缩棒、输出件、力传感器、碟簧组后由螺母压紧。

附图说明

图1是本发明宽温域巨磁致伸缩磁控驱动器的外部结构图。

图2是图1中无外壳体的结构图。

图2A是恒磁组的结构图。

图3是电磁线圈、输出件、螺杆的装配图。

图3A是图3的爆炸示图。

图3B是输出件的爆炸示图。

图中：1.A导磁体    2.B导磁体    3.C导磁体     4.上永磁圆环5.下永磁圆环 6.线圈       7.磁致伸缩棒 8.输出件      81.中心孔82.螺纹孔    83.端面      84.颈部      9.导磁环      10.螺杆101.螺纹段    102.光滑段     103.槽       11.下端盖      12.外壳体13.引线组     14.上端盖      15.螺母      16.A碟簧       17.B碟簧18.C碟簧      19.力传感器    20.恒磁组    21.圆孔

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明的一种宽温域巨磁致伸缩磁控驱动器，参见图1、图3B所示，外壳体12的上方是上端盖14，上端盖14的中心设有输出件8，输出件8的中心孔81内设有力传感器19，力传感器19的端面与碟簧组的一端接触，碟簧组的另一端与螺母15接触，螺母15连接在螺杆10的螺纹段101上；外壳体12的下方是下端盖11，下端盖11的中心孔内伸出有引线组13(引线组13是指特斯拉计的引线和温度计的引线)；参见图2所示，外壳体12内安装有圆环形的恒磁组20(恒磁组20用于产生偏置磁场)；参见图2A、图3、图3A所示，恒磁组20的圆孔21内套有励磁组，励磁组由线圈6(线圈6用于产生激励磁场)、磁致伸缩棒7、导磁环9构成，线圈6缠绕在磁致伸缩棒7的外面，导磁环9设在磁致伸缩棒7的下方，且与磁致伸缩棒7的一端接触，磁致伸缩棒7的另一端与输出件8的颈部84的端面接触；螺杆10的螺纹段101端顺次穿过导磁环9、磁致伸缩棒7、输出件8、力传感器19、碟簧组后由螺母15压紧。

参见图3B所示，在本发明中，输出件8为喇叭形，输出件8喇叭口的端面83上设有多个螺纹孔82(用于将被驱动件通过螺钉与螺纹孔82的配合将其固定)，输出件8的中心孔81内设置有力传感器19(在本发明中，选取的是美国朗斯测试技术有限公司生产的LC0502型力传感器)，力传感器19的端面放置有碟簧组，所述碟簧组可以由多个碟簧以对合、叠合的方式组合在一起，如碟簧组由A碟簧16与B碟簧17的对合，以及B碟簧17与C碟簧18的叠合构成。

参见图2、图2A所示，在本发明中，C导磁体3、下永磁圆环5、B导磁体2、上永磁圆环4和A导磁体1的顺次叠合构成一恒磁组20。恒磁组20的整体结构是一个圆环形，即C导磁体3、下永磁圆环5、B导磁体2、上永磁圆环4和A导磁体1具有相同的内外径。恒磁组20为磁致伸缩棒7提供了一个沿螺杆10轴向均匀分布的偏置磁场，偏置磁场的磁场强度为300～600 Oe，可以通过安装在螺杆10的槽103中的特斯拉计(在本发明中，选取北京卓盛磁电技术有限公司生产的SG-41/42型特斯拉计)测得。

在本发明中，磁致伸缩棒7为中空圆柱。

在本发明中，线圈6为耐180℃以上高温的漆包线。在正常工作中，线圈6产生的热量可以通过温度计测得，即温度计测得的是本发明驱动器中磁致伸缩棒7的工作环境温度。本发明中温度计采用天津今明仪器有限公司生产的JM624U型温度计。

在正常工作中，磁致伸缩棒7在激励磁场作用下产生的输出力可以通过力传感器19测得。磁致伸缩棒7采用的是TbDyFeCo取向晶体，该TbDyFeCo材料能够提供磁致伸缩棒7在-80℃～100℃使用温度范围内均具有良好的磁致伸缩性能。

在本发明中，上永磁圆环4和下永磁圆环5为钐钴永磁材料。A导磁体1、B导磁体2、C导磁体3采用软磁材料，如纯铁、硅钢或者坡莫合金等高磁导率软磁材料。

在本发明中，上端盖14、下端盖11、恒磁组20、励磁组(线圈6、磁致伸缩棒7、导磁块9)、输出件8形成闭合磁路，可有效提高驱动器的磁机转换效率。上端盖14、下端盖11、输出件8、导磁块9为导磁体，采用软磁材料，如纯铁、硅钢或者坡莫合金等高磁导率软磁材料。输出件8设计为喇叭形结构，与磁致伸缩棒7相配合，既有效地封闭了磁路，同时有利于磁致伸缩棒7的快速伸缩。

在本发明中，螺杆10、外壳体12采用不锈钢、硬铝或者钛合金等材料制成。