[发明专利]棒材提供轴向磁场的带有三级放大机构的新型促动器

说明书

本发明公开了一种棒材提供轴向磁场的带有三级放大机构的新型促动器，包括：不导磁外壳、导磁框架、励磁线圈、组合体、三级微位移放大机构、输出杆；励磁线圈套装在组合体外部，励磁线圈放置在导磁框架内，导磁框架与组合体构成闭合磁路；导磁框架设置在不导磁外壳内，不导磁外壳用于约束导磁框架；组合体的一端连接导磁框架，另一端连接三级微位移放大机构的输入杆，三级微位移放大机构的固定端连接在导磁框架上，输出端连接输出杆的后端，输出杆的前端从不导磁外壳的通孔伸出；三级微位移放大机构将组合体的位移放大后传递给输出杆，输出杆用于将位移输出。本发明有效地增加了驱动器的输出位移，减小了驱动器的体积，使得驱动器小型化。

技术领域

本发明涉及一种精密控制技术，具体是，涉及一种棒材提供轴向磁场的带有三级放大机构的新型促动器。

背景技术

近年来，高分辨率、响应速度快的各类驱动器被广泛应用，应用范围包括：微电子、纳米技术、生物医学工程、精密加工等各个领域。随着技术不断发展，对驱动器的各类指标提出了更高的要求。超磁致伸缩材料具有大的应变值、高响应速度、高能量密度、大的机电耦合系数、高可靠性等一系列优异特性，在驱动器领域显示出良好的应用前景。

对于在一些需要较低的输出范围，如100μm以下，或一些对驱动器体积没有限制的环境下，磁致伸缩驱动器可独立完成作业，不需要借助辅助设备。但在一些输出要求较大的领域和/或对驱动器体积有所限制的环境，单一的依靠磁致伸缩驱动器完成作业是不够的，此时就需要一种对驱动器输出位移进行放大的装置。

柔性铰链作为机械传动和支撑机构具有无摩擦、无间隙、运动分辨率高等优点，在微位移放大机构领域被广泛应用。柔性位移放大机构的工作原理是依靠柔性铰链的弹性变形进行运动，为了避免寄生运动和温载带来的误差，机构的构型大多采用轴对称式设计。但是，此种设计存在一些问题：在放大机构体积不变的情况下，为了保证对称结构，对放大倍数有效的横向结构只有二分之一，而在保证放大倍数的情况下，整体横向结构又会扩大一倍。另外，由于放大机构体积较大，一般都将驱动器放置在放大机构内部。这样在兼顾小的体积和大的放大倍数的工况条件下，柔性位移放大机构的应用将会受到限制。

中国专利公开号CN1670977A公开了一种磁致伸缩执行器，包括磁致伸缩元件、驱动棒、电磁线圈、外壳，其中外壳由管状的永磁体及铁磁体构成，为磁致伸缩元件施加静态偏置磁场，利用电磁线圈产生的磁场与静态偏置磁场叠加使磁致伸缩元件伸长缩短。其利用磁致伸缩材料本身的应变对外输出，输出位移较小；永磁体置于外壳中，对外产生磁场，执行器附近有铁磁性物质时容易影响内部偏置磁场从而影响执行器输出。

中国专利文献CN2376137Y公开了一种超磁致伸缩材料高速强力微位移机构，在筒体内的励磁线圈中装有磁致伸缩棒，磁致伸缩棒的下端的传动块与装在套筒两侧的两变形梁上端面相接触，装在套筒中的顶杆与两变形梁的下端口相接触，改变励磁线圈上电流的大小，即可改变输出位移的大小。利用磁致伸缩棒体进行驱动，励磁线圈通电后产生磁场，使磁致伸缩材料伸长，将输出位移与力传递到固定的变形梁输入端，引起其弹性变形，由输出端将位移放大。变形梁放大机构利用杠杆放大原理，最大放大倍数5.1倍，其悬臂梁放大机构放大倍数较小，径向体积较大，对于输出力的损耗较大。

中国专利CN101166005A公开了一种超磁致伸缩材料驱动的微位移机构，包括筒体、杠杆结构、传动盘、下限位圈、励磁线圈、磁致伸缩棒、上限位盘、输出杆、底座、复位弹簧，在磁致伸缩棒体和输出杆之间设有放大机构，有杠杆构建和传动盘构成。利用一至三级杠杆对磁致伸缩棒体的输出位移进行放大，其径向体积较大，且由于放大机构零部件较多，在小体积驱动器内装配复杂度较高，实现较为困难，同时造成其输出精度及可靠性下降。

随着现在各种精密器件的不断小型化，对驱动器的要求也同样提高，目前现有的将放大机构放置在驱动器的内部的方式虽然可以将驱动器体积小型化，但放大机构部分的体积依然会制约其使用，如何保持驱动器的体积小型化的同时获得大的输出位移仍然是一个有待解决的问题。

发明内容