一种巨磁致伸缩执行器双永磁补偿偏置磁路

摘要

本发明提供一种巨磁致伸缩执行器双永磁补偿偏置磁路，其由软磁套筒、永磁片、筒状永磁体、巨磁致伸缩材料棒、不导磁套筒、线圈骨架、导磁柱、导磁片、磁轭和线圈组成，永磁片和筒状永磁体极性相反，永磁片位于巨磁致伸缩材料(简称GMM)棒的两端，GMM棒和永磁之间放置导磁片，筒状永磁体环绕于GMM棒的中部，在筒状永磁体的两端放置不导磁套筒用来固定位置，外面放置线圈，软磁套筒位于线圈的外面。本发明内置永磁外置软磁套筒的闭合磁路结构，利用极性相反的双永磁补偿原理，对中心部分弱磁场正补偿的同时对端部的强磁场进行负补偿，极大改善了GMM棒中偏置磁场分布的均匀性。本发明的双磁体双补偿磁路实现了磁场分布均匀性好和场外漏磁小的双重效果。

说明书

技术领域

本发明涉及巨磁致伸缩执行器的技术领域，特别涉及一种巨磁致伸缩执行器双永磁补偿 偏置磁路，可用作国防及航空航天等领域的位移精确输出。

背景技术

巨磁致伸缩材料是一种在磁场作用下，可伸长或缩短的新型换能材料，其输出位移大、 输出力大、响应迅速，在航空航天、国防、民用等领域均具有极大的应用潜力。由于巨磁致 伸缩材料在正负磁场作用下都会发生正向的伸缩，故应用中一般通过为其提供一个偏置磁场 使其工作零点处在线性段的中点。巨磁致伸缩材料执行器的偏置磁场可由永久磁铁或螺线管 提供，对于螺线管提供偏置磁场的磁路而言，偏置磁场大小可通过调节线圈中的电流而很方 便地改变，但由于偏置线圈需要长期通入较大电流，电流产生的热效应会对巨磁致伸缩材料 的磁致伸缩性能产生较大影响，而采用永磁体提供偏置磁场则可以避免这个问题。目前，永 磁偏置磁路主要有以下几种：一、在螺线管内或外放置永磁筒状结构，外置不导磁套筒，由 于巨磁致伸缩材料的低磁导率，场外漏磁较大；二、对于较短的磁致伸缩棒，上下两端放置 永磁片，外置导磁套筒，场外漏磁小，但很难获得均匀磁场分布；三、将长的巨磁致伸缩棒 分成几段，在棒中间内置永磁，外置导磁套筒，这样能有效降低场外漏磁，但棒中的磁场同 样难以均匀分布。而是否能使得巨磁致伸缩棒中磁场分布均匀，场外漏磁小是衡量巨磁致伸 缩执行器磁路设计优劣的关键，也是其走向小型化、高效率、高性能设计的根本。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供磁场均匀性好，场外漏磁小的巨 磁致伸缩执行器永磁偏置磁路。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种巨磁致伸缩执行器双永磁补偿偏置磁路， 其由软磁套筒、永磁片、筒状永磁体、巨磁致伸缩材料棒、不导磁套筒、线圈骨架、导磁柱、 导磁片、磁轭和线圈组成，其中，永磁片位于巨磁致伸缩材料(简称GMM)棒的两端，并 在两者之间放置导磁片，筒状永磁体与巨磁致伸缩材料棒直接接触，并位于巨磁致伸缩材料 棒的中部，筒状永磁体两端放置相同半径的不导磁套筒用来固定；线圈骨架位于筒状永磁体 的外部，线圈骨架的两端则直接与磁轭和软磁套筒接触，线圈骨架外面绕制线圈，软磁套筒 位于磁路的最外部，并与磁轭通过螺纹连接从而固定了整个磁路结构，永磁片、筒状永磁体 分别与巨磁致伸缩材料棒、导磁柱、软磁套筒、导磁片、磁轭构成偏置磁路，线圈则与巨磁 致伸缩材料棒、导磁柱、软磁套筒、导磁片、磁轭构成激励磁路。

进一步的，所述的导磁柱、导磁片和软磁套筒用磁导率较高的材料制成，为电工纯铁、 坡莫合金、各种碳钢、合金钢等磁性材料中的一种。

进一步的，永磁片和筒状永磁体采用稀土永磁材料、铝镍钴永磁材料或者铁氧体永磁材 料制成。

进一步的，不导磁套筒采用不导磁不锈钢或硬铝或其它不导磁材料制成，线圈骨架采用 硬铝或者聚四氟乙烯制成。

进一步的，永磁片和筒状永磁体极性相反，永磁片为圆柱状，筒状永磁体为圆筒状，均 沿着巨磁致伸缩材料棒的轴向进行充磁。

上述技术方案的原理是：永磁片、导磁柱、GMM棒、气隙、导磁片、磁轭、软磁材料 套筒构成了磁回路，用来给GMM棒中提供永磁偏置磁场，在GMM棒的两端放置两片永磁 片提供纵向磁场，并在棒与永磁片之间加入导磁材料，降低气隙磁路，使更多的磁通导入 GMM棒中；采用磁轭和软磁套筒形成闭合磁路进行磁屏蔽，有效减小漏磁。由于GMM棒 的磁导率较低，在两边加入永磁片后，GMM棒中的偏置磁场分布为“两边高，中间低”的趋 势。为了改善磁场分布均匀性，在棒的中间区域加入与永磁片极性相反的筒状永磁体套筒进 行补偿，筒状永磁体与GMM棒、导磁柱、软磁套筒、导磁片、磁轭构成第二磁回路，如图 1所示，这样一部分磁通只通过GMM棒的中间形成回路，一部分磁通经过GMM棒的两端 和软磁套筒形成回路，一方面提高中间部分的磁场强度，另一方面降低棒的两端部分的磁场 强度，从而使整个棒的偏置磁场的强度分布趋于均匀。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用内置永磁外置软磁套筒的闭合磁路结 构，为磁致伸缩棒提供偏置磁场；利用极性相反的双永磁补偿原理，双永磁片提供轴向分布 磁场，增设极性相反的筒状永磁体，对中心部分弱磁场正补偿的同时，对端部的强磁场进行 负补偿，极大改善了GMM棒中偏置磁场分布的均匀性。此双磁体双补偿磁路实现了GMM 棒中磁场分布均匀性好和场外漏磁小的双重效果。

附图说明

图1为本发明的巨磁致伸缩执行器双永磁补偿偏置磁路结构简图；

图2为本发明的巨磁致伸缩执行器双永磁补偿偏置磁力线分布图。

图中，1为软磁套筒、2为永磁片、3为筒状永磁体、4为巨磁致伸缩材料棒，即GMM 棒、5为不导磁套筒、6为线圈骨架、7为线圈、8导磁柱、9为导磁片、10为磁轭。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图， 对本发明进一步详细说明。

方式一：如图1所示：本发明的由软磁套筒1、永磁片2、筒状永磁体3、巨磁致伸缩材 料棒4、不导磁套筒5、线圈骨架6、线圈7、导磁柱8、导磁片9、磁轭10组成，永磁片2 和筒状的永磁体3极性相反，永磁片2位于巨磁致伸缩材料棒4的两端，永磁片2和筒状永 磁体3分别与GMM棒4构成了磁回路，筒状永磁体3与GMM棒4直接接触，因此其内径 应稍大于GMM棒4的外径。不导磁套筒5位于磁轭10和筒状永磁3之间，用来固定筒状 永磁体3。永磁片2、筒状永磁体3分别与GMM棒4、导磁柱8、软磁套筒1、导磁片9、 磁轭10成偏置磁路，线圈7则与GMM棒4、导磁柱8、软磁套筒1、导磁片9、磁轭10构 成激励磁路。如图2所示为巨磁致伸缩执行器一半磁路结构的有限元磁场分析，该磁路在巨 磁致伸缩棒中的磁场不均匀度为3.51％，场外7cm处漏磁为0.2Oe。

方式二：对于长度较长的GMM棒，可将棒分成几部分，在各部分之间放置柱状永磁片 和导磁片，在各段棒中部外侧环绕放置尺寸合适的筒状永磁体，即按照方式一进行分段补偿， 多段导磁柱、永磁片、导磁片、筒状永磁体、各部分GMM棒与软磁套筒共同构成GMM棒 中磁场均匀分布的闭合偏置磁路。

上述本发明所用的导磁柱和软磁套筒1用磁导率较高的材料制成，如电工纯铁、坡莫合 金、各种碳钢、合金钢等材料，永磁片2和筒状永磁体3极性相反，均沿GMM棒4的轴向， 不导磁套5筒用磁导率较低的不锈钢制成，线圈骨架6用磁导率较低的硬铝或者聚四氟乙烯 制成，线圈则由铜制的漆包线绕制而成。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟 悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明 的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。