[发明专利]一种稀土超磁致伸缩棒为驱动源的精密直线电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种精密电机，特别是一种稀土超磁致伸缩棒为驱动源的精密直线电机。

背景技术

惯性冲击电机是利用惯性冲击来实现精密位移的一种驱动机构， 它具有运动范围大、位移分辨率高、结构简单的优点, 并可在进行步进运动的同时实现精确定位。目前, 惯性冲击电机已在生物工程、微型零件操作与装配、机器人和医疗器械等领域获得初步应用。

现有的惯性冲击直线电机一般采用压电材料驱动，是利用压电材料在迅速通电时的快速变形产生惯性冲击，继而形成驱动能力来实现精密位移的一种驱动机构。但是由于压电材料存在变形量小、功率密度小、高电压驱动、电极易击穿的不足，导致现有的压电式惯性冲击直线电机存在运动速度慢、负载能力弱、高电压驱动、可靠性差的问题，因而应用受到限制。

申请号为201010612116.2的发明专利公开了一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机，它带着线圈一起移动，移动过程中，供电线缆的自重和振动对惯性冲击直线电机的运动精度产生较大干扰，运动时稳定性能较差。另外，圆筒壳体等部件一起移动，造成能量损失，降低直线电机的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种驱动负载的能力强、速度快、行程大、定位精密、低电压驱动的稀土超磁致伸缩棒为驱动源的精密直线电机。

本发明的技术方案是：一种稀土超磁致伸缩棒为驱动源的精密直线电机，包括设有电磁线圈的线圈骨架安装在一端封闭的圆筒壳体内，圆筒壳体的敞开端设有圆筒端盖，以及稀土超磁致伸缩材料棒、质量块和弹簧。所述圆筒壳体固定在机台上不动，中空滑轴滑动配合安装在线圈骨架的内腔；稀土超磁致伸缩材料棒间隙配合装入中空滑轴内腔的封闭端，质量块和弹簧依次滑动配合安装在中空滑轴的敞开端，紧靠弹簧设有滑轴端盖。所述电磁线圈与电源导线连接，电源按锯齿形电流信号向电磁线圈输出电流。

电磁线圈按图2所示的锯齿形电流信号通电后产生磁场，稀土超超磁致伸缩棒、圆筒壳体、圆筒端盖均为导磁性材料，组成磁路，导致稀土超磁致伸缩棒瞬间产生伸长变形，从而推动质量块快速向左运动；由于惯性冲击的作用，中空滑轴被推向右运动，连续的锯齿波电流产生连续的脉冲驱动力。通入与图2中所示反向的锯齿波电流信号，则可实现中空滑轴连续向左运动。

弹簧提供一定的预压力，可消除间隙。同时，当电磁线圈上的电流减小，稀土超磁致伸缩棒回缩时，弹簧迫使质量块回位，使质量块始终与稀土超磁致伸缩棒紧密接触。中空滑轴、线圈骨架均为非导磁性材料。

本发明的有益效果是：

1、稀土超磁致伸缩材料是一种新型功能材料，能有效地实现电磁能与机械能的转换，具有变形量大、输出力大、能量密度大、机电耦合系数大、响应速度快、低电压驱动的特点。

2、与现有的压电式惯性冲击直线电机相比，本发明驱动负载的能力强、速度快、低电压驱动。

3. 本发明具有运动范围大、分辨率能达到纳米级、结构简单、部件可微型化的优点，并可在进行步进运动的同时实现精确定位。可在生物工程、微型零件操作与装配、机器人和医疗器械等领域获得广泛应用。

4、与申请号为201010612116.2的发明专利一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机相比，本发明的圆筒壳体、线圈骨架、电磁线圈及与电磁线圈连接的供电线缆都是固定在机台上不动的，不会对产生直线运动的中空滑轴及位于其内腔的稀土超磁致伸缩材料棒、质量块和弹簧造成能量损失和干扰，本发明的稳定性能及效率更高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2 是电源向线圈输出电流的锯齿形电流信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例如附图1-2所示：一种稀土超磁致伸缩棒为驱动源的精密直线电机，设有电磁线圈6的线圈骨架7安装在一端封闭的圆筒壳体5内，圆筒壳体5的敞开端设有圆筒端盖4；所述圆筒壳体5固定在机台10上不动，中空滑轴9滑动配合安装在线圈骨架7的内腔；稀土超磁致伸缩材料棒8间隙配合装入中空滑轴9内腔的封闭端，质量块3和弹簧2依次滑动配合安装在中空滑轴9的敞开端，紧靠弹簧2设有滑轴端盖1。

电磁线圈6通过电缆与电源连接，电源按锯齿形电流信号向电磁线圈6输出电流。电磁线圈6按图2所示的锯齿形电流信号通电后，产生磁场，稀土超超磁致伸缩棒8、圆筒壳体5、圆筒端盖4均为导磁性材料，组成磁路，导致稀土超磁致伸缩棒8瞬间产生伸长变形，从而推动质量块3快速向左运动；由于惯性冲击的作用，中空滑轴9被推向右运动，产生脉冲驱动力。通入与图2中所示反向的锯齿波电流信号，则可实现中空滑轴9连续向左运动。

弹簧2提供一定的预压力，可消除间隙。同时，当电磁线圈6上的电流减小，稀土超磁致伸缩棒8回缩时，弹簧2迫使质量块3回位，使质量块3始终与稀土超磁致伸缩棒8紧密接触。中空滑轴9、线圈骨架7均为非导磁性材料。