[实用新型]一种基于魏德曼效应的磁致伸缩精密旋转电机

说明书

本实用新型属于电机技术领域，具体是一种基于魏德曼效应的磁致伸缩精密旋转电机。该电机包括预紧塞、转子、轴向驱动器、径向驱动器、桶状永磁体、壳体、摩擦半球、桶状磁致伸缩材料结构、蝶形弹簧和下端盖；摩擦半球和转子的球体部分紧密贴合，摩擦半球平面部分固定在桶状磁致伸缩材料结构上，桶状永磁体固定在蝶形弹簧上，蝶形弹簧固定在下端盖上；径向驱动器置于桶状磁致伸缩材料结构的外部，轴向驱动器置于径向驱动器的外部；预紧塞和下端盖通过螺纹扭转进壳体中，转子的直杆则置于预紧塞的旋转轴承中。本实用新型为一种结构简单紧凑、负载能力强、转速快、稳定性强、成本低的基于魏德曼效应的磁致伸缩精密旋转电机。

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，具体是一种基于魏德曼效应的磁致伸缩精密旋转电机。

背景技术

纳米技术的不断发展，航空航天、机器人、超精密机械制造、生物学等技术领域对于性能稳定、结构简单的驱动器的需求也在不断增加。虽然以压电材料为驱动源的旋转电机具有响应速度快、形变精度高等特点，但是其载能力和转动速度等不够理想。

以超磁致伸缩材料Tenfenol-D为驱动源制作的旋转电机，虽然具有响应速度快、负载强、应变大等优势，但其缺点也很明显，饱和磁场大、机械性能差、成本高，限制了其应用。

Galfenol材料与Tenfenol-D材料相比，具有响应速度快、饱和磁场较小、负载能力较强、机械性能优良、成本低等优点，日益受到人们的关注，是制作旋转电机的理想材料。

美国专利US5079460、US546015和US5341056中设计的超磁致伸缩旋转电机，虽然能够提供较大的力矩和精确定位，但这些设计结构复杂。利用多块超磁致伸缩材料，导致其成本太高。多路信号驱动超磁致伸缩材料，使其驱动电路复杂。

中国专利CN102013834A、CN102005967A和CN102005966A利用压电材料，制作的旋转电机可以实现双向旋转，这些电机需要两套压电片及驱动信号，配合设计空间上的相位差实现其运动，但是由于压电材料的电路驱动电压偏高。且其输出力矩偏小，限制了其应用范围。专利CN102983778B设计了一种基于超磁致伸缩材料的旋转电机，通过施加有一定相位差的正弦激励限号，驱动4块超磁致伸缩材料，通过定子和转子之间产生摩擦，驱动转子旋转。其成本较高，需要4种不同的激励信号之间配合，且对加工工艺也有一定的要求，一定程度上限制了其应用范围。专利CN102857140B，设计了一种单驱双向旋转型超磁致伸缩旋转电机，虽然该旋转电机架构简单、易于微型化，但是该旋转电机需要较大的磁场驱动。

在文献《椭圆驱动超磁致电动机设计》中描述了一种具有高出力、快响应的、可控性好的新型椭圆驱动超磁致电动机。通过控制两个超磁致致动器，在中间弹性圆环连接，构建一台微位移电动机。当两台电动机分别通入二相正交正弦电流是，定子和转子接触处产生椭圆模态运动。该旋转电机采用两个超磁致致动器成本较高、体积大，且结构复杂，限制了其大面积的推广使用。

对上述现有技术中存在的问题：成本高、驱动力不足、输出力矩小、电路复杂等缺陷，研究桶状磁致伸缩材料Galfenol驱动的旋转电机具有一定的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于所要解决的问题是提供一种结构简单紧凑、负载能力强、转速快、稳定性强、成本低的基于魏德曼效应的磁致伸缩精密旋转电机。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案：利用桶状磁致伸缩材料Galfenol的磁致伸缩效应和魏德曼效应驱动摩擦球，依靠摩擦半球和转子之间的摩擦力驱动转子旋转。

具体技术方案如下：一种基于魏德曼效应的磁致伸缩精密旋转电机，该电机包括预紧塞、转子、径向驱动器、轴向驱动器、桶状永磁体、壳体、摩擦半球、桶状磁致伸缩材料结构、蝶形弹簧和下端盖；