[发明专利]稀土超磁致柔性铰链微位移复合运放伸缩换能器

说明书

技术领域

本发明属于精密加工、精密控制领域，具体地说，涉及一种稀土超磁致柔性铰链微位移复合运放伸缩换能器。

背景技术

基于电—磁—力—热多物理场能量转换功能材料的换能器是目前电工学领域中最具科学意义和前景的换能器。其中最具活力与代表性的有：温控或磁控形状记忆合金换能器、压电陶瓷换能器、超磁致伸缩换能器。近几十年来，绝大多数的换能器都采用压电材料制成，压电材料具有较高的机电耦合系数、高频介电损失相对较小、成本低、制备容易等优点。然而与压电材料相比，稀土超磁致伸缩材料(Terfenol-D)具有更为优异的特性：1)磁致伸缩应变值大，比镍大40—50倍，比压电陶瓷(PZT)大3-8倍。2)能量密度高，比镍大400-500倍，比压电陶瓷大10-14倍。3)机电耦合系数大，可利用换能器的宽带高效工作。4)输出力大、声速低，有利用小型化设计。5)居里点温度高，换能器可靠性高。6)响应速度极高，可重复性好。

基于上述的物理属性和性能特点，超磁致伸缩材料(Terfenol-D)在大功率换能器，声呐、液压元件、流体控制、精密位置伺服、主动减震、结构无损伤探伤和健康检查、能量采集、航空航天等多个工程领域显示出来了良好的应用前景。目前在国际上日本学者、美国Greatplians公司研制了稀土超磁致喷射阀，德国E.Qt.andt等人研制了悬臂梁式超磁致伸缩薄膜微型阀等都在实践应用中获得成功。在国内具有代表性的有气动喷嘴—挡板伺服阀、脉冲喷射开关阀等也都获得一定的认可。

现阶段国内外稀土超磁致伸缩换能器都是稀土超磁致材料的单端输出位移、力，而另一端用螺塞压紧固定，并通过螺塞调节预紧力，采用内置式杠杆放大机构进行位移放。这种构造虽然方便调节稀土超磁致伸缩棒的预紧力，微位移放大结构体积较小，但是最大的缺点的是稀土超磁致伸缩棒的预紧端会承受周期性载荷，产生附加振动，降低换能器效率和整机疲劳寿命,内置微位移放大机构放大系数普遍偏小，失效不易更换，内部单腔换热控温不稳等都极大地限制了换能器的实践应用与推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土超磁致柔性铰链微位移复合运放伸缩换能器，克服现有稀土超磁致伸缩换能器附加振动大、能量转化效率低、输出位移偏小、温控不稳定等缺陷。

本发明的技术方案：一种稀土超磁致柔性铰链微位移复合运放伸缩换能器，包括机架，安装于机架上的稀土超磁致伸缩双向输出换能器、平面八连杆式全柔性微位移放大机构；所述的稀土超磁致伸缩双向输出换能器包括壳体，在壳体的两端分别安装有左端盖、右端盖，左端盖、右端盖与壳体的连接处布置有预压力调整垫片，在左端盖、右端盖的中心通孔上分别设置有可滑动的推杆；在壳体内固定有一个“工字形”的中空线圈骨架，线圈骨架的中空部分布置有一个隔磁套，隔磁套与线圈骨架之间形成内侧环形油冷腔，同时两端的连接处分别布有两个反向放置的唇型密封圈，并辅以密封胶密封；在隔磁套内布置有一个稀土超磁致伸缩棒，稀土超磁致伸缩棒的两端分别设置一个永磁体，永磁体的外端布置有一变幅杆，在永磁体与变幅杆之间设置一个传力球，在变幅杆的外端布置有一杠杆式柔性铰链放大器，变幅杆通过预载弹簧与杠杆式柔性铰链放大器连接，左右两个杠杆式柔性铰链放大器外端分别与左右推杆的里端接触；在线圈骨架上布置有线圈，线圈的外侧绕制有外侧油冷环管，外侧油冷环管和内侧环形油冷腔分别与布置在壳体上的冷却进油管、冷却出油管连通；

所述的平面八连杆式全柔性微位移放大机构包括与稀土超磁致伸缩双向输出换能器的左端盖上的推杆连接的左输入杆、与稀土超磁致伸缩双向输出换能器的右端盖上的推杆连接的右输入杆，左输入杆、右输入杆的一端分别与第一柔性连接杆、第四柔性连接杆的一端铰接，第一柔性连接杆、第四柔性连接杆的另一端铰接于机架上，左输入杆、右输入杆的另一端分别与第二柔性连接杆、第三柔性连接杆的一端铰接，第二柔性连接杆、第三柔性连接杆的另一端与位移输出杆铰接。

所述的杠杆式柔性铰链放大器的结构为：在环型支架的径向均布四条悬臂式杠杆，杠杆与环型支架的连接为圆弧型柔性铰链连接，在每条杠杆上设置有一个受力支座，受力支座与杠杆连接处设置有预载弹簧卡口。