一种基于GMM的宏微线性驱动器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于GMM的宏微线性驱动器，包括壳体、永磁铁、磁轭1、紧固螺钉、微动线圈、GMM棒、输出杆、动子支架、固定基座、直线导轨、光栅、水冷管、微动线圈骨架、直线滚动轴承、滑杆、磁轭2、隔磁套筒、宏动线圈、限位槽；宏动线圈通电，产生的洛伦兹力，使动子在永磁铁提供的稳定磁场中沿轴向移动，获得宏位移，洛伦兹力的大小与导电材料中电流的大小成正比，通过控制电流来调整宏位移，宏动系统初次定位结束后处于静止状态，微动系统根据检测到的系统误差做补偿控制，实现二次定位，微动线圈中通入电流，在GMM棒周围产生稳定的磁场，GMM棒在磁场作用下沿轴向伸长，获得微位移，补偿宏运动的定位精度，从而实现整个运动的精确定位。

A macro micro linear driver based on GMM

【技术实现步骤摘要】
一种基于GMM的宏微线性驱动器
本技术涉及精密定位领域，具体是一种基于GMM的宏微线性驱动器。
技术介绍
具有高精度、大行程的超精密进给系统在现代尖端工业生产和科学研究领域内占有极其重要的地位，它可以大大提高超精密机床的加工精度，对提高我国国民经济发展、缩短我国与发达国家在超精密加工、检测领域的差距，加快国防工业现代化建设具有重要意义。超磁致伸缩驱动器(GiantMagnetostrictiveActuator，GMA)是基于磁致伸缩正效应以超磁致伸缩材料(GiantMagnetostrictiveMaterial，GMM)为核心驱动元件，将电磁能转换为机械能的微位移输出装置。其不仅克服了传统位移驱动装置的缺点，而且较高的磁机转换效率也是其他功能材料所无法比拟的。凭借其输出力大、工作频率宽(0～100KHz)、微秒级的响应速度、可实现高精度控制等优异特性。但是由于超磁致伸缩材料的自身性能原因，造成超磁致伸缩驱动器的最大驱动行程小，一般小于0.2mm，远远达不到大行程的要求。将永磁铁驱动技术应用于GMA设计，得到一种新型的大行程宏微驱动器，把宏动运动和微动运动集合在一起，既能满足精密定位的性能还能满足大行程的性能，从而提升驱动器整体性能。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于GMM的宏微线性驱动器，以进一步提高GMA的工作行程，拓宽其应用领域，并降低GMM固有的磁滞特性、涡流特性所引起的温变对GMA输出精度的影响。宏微复合驱动平台的基本理念是利用小行程、高精度的微运动平台补偿大行程、粗精度的宏运动平台的运动误差，最终实现大行程、高精度的宏微复合运动。本技术为了实现采用如下技术方案：一种基于GMM的宏微线性驱动器，具体产品包括壳体(1)、永磁铁(2)、磁轭1(3)、紧固螺钉(4)、微动线圈(5)、GMM棒(6)、输出杆(7)、动子支架(8)、固定基座(9)、直线导轨(10)、光栅(11)、水冷管(12)、微动线圈骨架(13)、直线滚动轴承(14)、滑杆(15)、磁轭2(16)、隔磁套筒(17)、宏动线圈(18)、限位槽(19)，所述壳体(1)固定在固定基座(9)一侧，永磁铁(2)嵌于壳体(1)内侧，组成定子部分，磁轭1(3)通过紧固螺钉(4)固定在动子支架(8)，宏动线圈(18)包裹着水冷管(12)置于磁轭1(3)和永磁铁(2)一端的夹层中，磁轭1(3)内部由内向外依次包裹的GMM棒(6)、微动线圈骨架(13)、微动线圈(5)、磁轭2(16)组成微动结构，微动结构嵌入安装在中心部分，与隔磁套筒(17)、磁轭1(3)、宏动线圈(18)组成动子部分，输出杆(7)和滑杆(15)位于轴心两侧，动子支架(8)通过直线导轨(10)安装在固定基座(9)上，并且通过限位槽(19)限制行程，在动子支架(8)和固定基座(9)得同一侧装有光栅(11)用以测量位移。控制器会设定一个阈值，阈值为30μm，当输入位移信息后，控制器会启动宏微判断，当输入值小于阈值，启动微动部分运动，微动光栅尺实时进行位置反馈，形成闭环控制运动；当输入值大于阈值，控制器根据预定的控制算法控制宏动部分运动，宏动光栅尺实时反馈位置信息，控制器将反馈值与输入值求差，与阈值进行比较，若到达微动系统可以补偿的范围时，启动微动系统进行补偿，直到实现目标位置。作为优选，本技术提供的一种基于GMM的宏微线性驱动器，在钕铁硼N38H瓦形永磁铁(2)提供的稳定磁场中，宏动线圈(18)通电，产生的洛伦兹力，推动动子部分沿轴向移动，获得宏动位移，洛伦兹力的大小与导电材料中电流的大小成正比，通过控制电流来调整宏位移定位。作为优选，本技术提供的一种基于GMM的宏微线性驱动器，当宏动系统初次定位结束后，宏动系统处于静止状态，微动系统根据检测到的系统误差做补偿控制，实现二次定位，当微动线圈(5)中通入电流，在GMM棒(6)周围产生稳定的强磁场，在强磁场作用下，GMM棒(6)会沿轴向伸长，获得微位移，可以补偿宏运动的定位精度，从而实现整个运动的精确定位；作为优选，本技术提供的一种基于GMM的宏微线性驱动器，温度控制采用水冷温控法，磁轭1(3)充当骨架，外侧绕制一层直径为5mm的铜管用于水冷降温，带走线圈产生的热量，安装在驱动器中也不会因为导磁而影响磁路；铜管按照双螺旋交叉绕制，在保证绕制紧密的情况下也会使水对流换热效率提高。作为优选，本技术提供的一种基于GMM的宏微线性驱动器，使用双“L”形支架作为支撑，动子支架(8)与驱动器的动子结构连接，线圈通入电流后，沿X方向做直线运动；固定基座(9)一侧有定子支架凸台，上方滑杆限位孔中安装有直线滚动轴承，减少线性运动摩擦力；两个支架叠加安放，中间装有直线导轨(10)和限位槽(19)进一步增加运动平稳性。本技术提供的一种基于GMM的宏微线性驱动器与现有技术相比，其有益效果体现在：宏动系统可通过光栅(11)实现快速高效定位，提高驱动器行程，微动系统实现精密进给和误差补偿，从而利用小行程、高精度的微运动补偿大行程、粗精度的宏运动的运动误差，最终实现大行程、高精度的宏微复合运动；由于宏微线性驱动器采用双“L”形支架作为支撑，结构更加紧凑，定位更为精确，性能更为稳定。附图说明图1是本技术一种基于GMM的宏微线性驱动器的结构装配示意图；图中1-壳体，2-永磁铁，3-磁轭1，4-紧固螺钉，5-微动线圈，6-GMM棒，7-输出杆，8-动子支架，9-固定基座，10-直线导轨，11-光栅，12-水冷管，13-微动线圈骨架，14-直线滚动轴承，15-滑杆，16-磁轭2，17-隔磁套筒，18-宏动线圈，19-限位槽。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“设置”、“内侧”、“端部”、“内”、等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。参见附图1所示，本实施例提供一种基于GMM的宏微线性驱动器，包括壳体(1)、永磁铁(2)、磁轭1(3)、紧固螺钉(4)、微动线圈(5)、GMM棒(6)、输出杆(7)、动子支架(8)、固定基座(9)、直线导轨(10)、光栅(11)、水冷管(12)、微动线圈骨架(13)、直线滚动轴承(14)、滑杆(15)、磁轭2(16)、隔磁套筒(17)、宏动线圈(18)、限位槽(19)，所述壳体(1)固定在固定基座(9)一侧，永磁铁(2)嵌于壳体(1)内侧，组成定子部分，磁轭1(3)通过紧固螺钉(4)固定在动子支架(8)，宏动线圈(18)包裹着水冷管(12)置于磁轭1(3)和永磁铁(2)一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GMM的宏微线性驱动器，包括壳体(1)、永磁铁(2)、磁轭1(3)、紧固螺钉(4)、微动线圈(5)、GMM棒(6)、输出杆(7)、动子支架(8)、固定基座(9)、直线导轨(10)、光栅(11)、水冷管(12)、微动线圈骨架(13)、直线滚动轴承(14)、滑杆(15)、磁轭2(16)、隔磁套筒(17)、宏动线圈(18)、限位槽(19)；其特征在于：所述壳体(1)固定在固定基座(9)一侧，永磁铁(2)嵌于壳体(1)内侧，组成定子部分，磁轭1(3)通过紧固螺钉(4)固定在动子支架(8)，宏动线圈(18)包裹着水冷管(12)置于磁轭1(3)和永磁铁(2)一端的夹层中，磁轭1(3)内部由内向外依次包裹的GMM棒(6)、微动线圈骨架(13)、微动线圈(5)、磁轭2(16)组成微动结构，微动结构嵌入安装在中心部分，与隔磁套筒(17)、磁轭1(3)、宏动线圈(18)组成动子部分，输出杆(7)和滑杆(15)位于轴心两侧，动子支架(8)通过直线导轨(10)安装在固定基座(9)上，并且通过限位槽(19)限制行程，在动子支架(8)和固定基座(9)得同一侧装有光栅(11)用以测量位移；控制器会设定一个30微米的阈值，当输入位移信息后，控制器会启动宏微判断，当输入值小于阈值，启动微动部分运动，微动光栅尺实时进行位置反馈，形成闭环控制运动；当输入值大于阈值，控制器根据预定的控制算法控制宏动部分运动，宏动光栅尺实时反馈位置信息，控制器将反馈值与输入值求差，与阈值进行比较，若到达微动系统可以补偿的范围时，启动微动系统进行补偿，直到实现目标位置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于GMM的宏微线性驱动器，包括壳体(1)、永磁铁(2)、磁轭1(3)、紧固螺钉(4)、微动线圈(5)、GMM棒(6)、输出杆(7)、动子支架(8)、固定基座(9)、直线导轨(10)、光栅(11)、水冷管(12)、微动线圈骨架(13)、直线滚动轴承(14)、滑杆(15)、磁轭2(16)、隔磁套筒(17)、宏动线圈(18)、限位槽(19)；其特征在于：所述壳体(1)固定在固定基座(9)一侧，永磁铁(2)嵌于壳体(1)内侧，组成定子部分，磁轭1(3)通过紧固螺钉(4)固定在动子支架(8)，宏动线圈(18)包裹着水冷管(12)置于磁轭1(3)和永磁铁(2)一端的夹层中，磁轭1(3)内部由内向外依次包裹的GMM棒(6)、微动线圈骨架(13)、微动线圈(5)、磁轭2(16)组成微动结构，微动结构嵌入安装在中心部分，与隔磁套筒(17)、磁轭1(3)、宏动线圈(18)组成动子部分，输出杆(7)和滑杆(15)位于轴心两侧，动子支架(8)通过直线导轨(10)安装在固定基座(9)上，并且通过限位槽(19)限制行程，在动子支架(8)和固定基座(9)得同一侧装有光栅(11)用以测量位移；控制器会设定一个30微米的阈值，当输入位移信息后，控制器会启动宏微判断，当输入值小于阈值，启动微动部分运动，微动光栅尺实时进行位置反馈，形成闭环控制运动；当输入值大于阈值，控制器根据预定的控制算法控制宏动部分运动，宏动光栅尺实时反馈位置信息，控制器将反馈值与输入值求差，与阈值进行比较，若到达微动系统可以补偿的范围时，启动微动系统进行补偿，直到实现目标位...

【专利技术属性】
技术研发人员：解甜，喻曹丰，黄其扬，熊美俊，王顺，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34