基于超磁致伸缩材料的旋转电机制造技术

本发明专利技术提供了一种基于超磁致伸缩材料的旋转电机，包括：预压力系统、定子和两个转子，预压力系统包括输出轴、两个弹簧和两个弹簧固定件，转子连接至定子的两端，输出轴穿射于定子和转子的中心分别与定子和转子套接连接，弹簧套接至输出轴的两端，且紧压转子，弹簧固定件与输出轴连接紧压弹簧；定子包括两个定子驱动端、若干个超磁致伸缩单元和若干固定件，各超磁致伸缩单元均匀设置在两个定子驱动端之间且两端分别通过固定件与定子驱动端连接，定子通过摩擦驱动转子旋转。本发明专利技术具有高精度、无噪声、响应快、负载能力大、工作频带宽、稳定性好、可靠性高、无疲劳、无过热失效等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微型旋转电机，特别是一种基于超磁致伸缩材料的旋转电机，属于磁致伸缩材料和超磁致伸缩材料的应用领域。
技术介绍
所谓磁致伸缩是铁磁物质(磁性材料)由于磁化状态的改变，其尺寸在各方向发生变化。物质有热胀冷缩的现象。除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长或缩短。铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长(或缩短)，去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象(或效应)。超磁致伸缩材料的磁致伸缩系数远大于传统的磁致伸缩材料。尤其是稀土超磁致伸缩材料，性能更好磁致伸缩应变λ比PZT材料大5— 25倍；磁致伸缩应变时产生的推力很大，直径约IOmm的Tb — Dy — Fe的棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力能量转换效率(用机电耦合系数K33表示)高达70%，PZT材料仅有 4(Γ60%;其弹性模量随磁场而变化，可调控；响应时间(由施加磁场到产生相应的应变λ所需的时间称响应时间)仅百万分之一秒，比人的思维还快；频率特性好，可在低频率(几十至 1000赫兹)下工作，工 作频带宽；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。对于棒状超磁致伸缩材料来说，其体积和形状会沿磁力线方向或外加磁场方向发生变形的现象，物体发生形变的大小与磁场强度成正比，磁致伸缩效应引起的体积和长度变化虽是微小的，但其长度的变化比体积变化大很多。因而有益于用其构造类似压电超声波电机的磁致伸缩致动器或电机。基于压电原理的超声波电机是一类基于振动原理的摩擦驱动电机，其利用压电材料激励出定子的振动，使得定子驱动表面质点的运动轨迹为椭圆，定子通过摩擦驱动与其相接触的转子或导轨作旋转或直线运动。具有位移分辨率高、无噪声、体积小和响应快等突出的优点，但是压电超声波电机存在压电材料的变形量小、驱动电压高、效率低等缺点。本专利技术利用超磁致伸缩材料构造振动摩擦驱动原理的电机，且同样具有高精度、无噪声、响应快等优点，并且能克服压电超声波电机的缺点。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于超磁致伸缩材料的旋转电机，同样具有压电超声波电机高精度、无噪声、响应快等优点，此外，与压电超声波机相比， 还具有如下优点和效果驱动负载能力强、推力大、形变量大、体积小、功率大；可低频工作，工作频带宽，即使很小的输入也会使磁致伸缩棒产生较大的变形；稳定性好、可靠性高， 其磁致伸缩性能不随时间而变化；无疲劳、无过热失效问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种基于超磁致伸缩材料的旋转电机，包括预压力系统、定子和两个转子，预压力系统包括输出轴、两个弹簧和两个弹簧固定件，转子连接至定子的两端，输出轴穿射于定子和转子的中心分别与定子和转子套接连接，弹簧套接至输出轴的两端，且紧压转子，弹簧固定件与输出轴连接紧压弹簧；定子包括两个定子驱动端、 若干个超磁致伸缩单元和若干固定件，各超磁致伸缩单元均匀设置在两个定子驱动端之间且两端分别通过固定件与定子驱动端连接，定子通过摩擦驱动转子旋转。优选地，该超磁致伸缩单元包括超磁致伸缩棒、线圈骨架、线圈和阻磁外壳，超磁致伸缩棒中部设置有凸台，线圈骨架与凸台固接连接，线圈与线圈骨架绕接连接，阻磁外壳设置在线圈外侧且与线圈骨架连接。优选地，该超磁致伸缩单元还包括永磁体，永磁体嵌在线圈骨架内部，用以消除超磁致伸缩棒的倍频效应。优选地，该超磁致伸缩棒为圆柱体，或方柱体，或其它任意形状。优选地，该超磁致伸缩棒采用超磁致伸缩材料。优选地,该超磁致伸缩单元的数量为4个,激励时,在4个超磁致伸缩单元上施加有一定相位差的正弦激励信号，其中，相邻超磁致伸缩单元的激励信号间的相位差为45 度，对称超磁致伸缩单元的激励信号间的相位差为90度。优选地,该超磁致伸缩单元的数量为6个,激励时,在6个超磁致伸缩单元上施加有一定相位差的正弦激励信号，其中，相邻超磁致伸缩单元的激励信号间的相位差为30 度，依圆周方向同时增加或减少，对称超磁致伸缩单元的激励信号间的相位差为90度。优选地，该定子和转子的接触表面为锥形面。优选地，该定子和转子之间设置有用以驱动转子旋转的摩擦材料，摩擦材料设置在定子和/或转子的接触表面上。优选地，该弹簧固定件为轴端挡圈，固定件为螺母，弹簧采用蝶形弹簧。以上，本专利技术为了克服压电材料应用在振动旋转电机上的不足，提出了一种基于超磁致伸缩材料的微型旋转电机。该电机的超磁致伸缩单元在激励信号的作用下会伸长变形，变形量与所施加的激励信号信号大小有关。对于四个超磁致伸缩单元的电机结构，激励时，在四个超磁致伸缩单元上施加有一定相位差的正弦激励信号相邻单元激励信号间的相位差为45度，对称单元激励信号间的相位差为90度。超磁致伸缩材料不具有方向性，磁致伸缩棒会在外磁场的作用下伸长。 对称的超磁致伸缩单元会交替地伸长和缩短，构成了定子的一相弯曲振动。同样，另外两个对称的超磁致伸缩单元构成了定子的另一相弯曲振动。两个弯曲振动存在45度相位差，合称为定子的弯曲摇头振动。该电机也可由多个超磁致伸缩单元构成，当采用六个超磁致伸缩单元时，其工作原理与4个超磁致伸缩单元基本相同，但是其驱动信号的相位差变为30度，依圆周方向同时增加或减少，且保证对称单元激励信号间的相位差为90度。由于超磁致伸缩棒相对细长，变形量大，因而该电机可以在非共振状态下良好工作。该电机也可工作在电机定子的一阶弯曲共振频率下，在更低的驱动电压下获得更大的振幅，提高电机的效率。由于超磁致伸缩材料的仅对磁场强度敏感，对方向不敏感，因而电机出现了倍频现象，即在一个信号周期里，电机定子摇头两圈。为了克服倍频现象，本专利技术还在线圈骨架的内部嵌入永磁体，预加一个磁场，强度等于或略大于激励信号的幅值，纠正倍频现象。综上所述，与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果本专利技术提出了一种利用超磁致伸缩材料构造振动旋转的基于超磁致伸缩材料的旋转电机，与压电超声波电机相比，在保持其高精度、无噪声、响应快等特点的同时，还具有负载能力大、工作频带宽、稳定性好、可靠性高、无疲劳、无过热失效等优点。可广泛应用于航空航天、电子、生物、医疗、通信、机器人、高精度加工、工业控制、精密仪器仪表和汽车等领域。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、 目的和优点将会变得更明显图I为本专利技术基于超磁致伸缩材料的旋转电机的结构剖视图2为本专利技术实施例的定子的结构示意图3为本专利技术实施例的超磁致伸缩单元的结构剖视图4为本专利技术实施例的四路电磁线圈中输入的电流和时间关系示意图5为本专利技术实施例的定子的振动示意图。图中1为超磁致伸缩单元，2为定子驱动端，3为螺母，4为转子，5为弹簧，6为轴端挡圈，7为输出轴，11为超磁致伸缩棒，12为阻磁外壳，13为线圈骨架，14为线圈，15为凸台，41为第一路激励信号，42为第二路激励信号，43为第三路激励信号，44为第四路激励信号。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。请参阅图I至图3，一种基于超磁致伸缩材料的旋转电机，包括预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超磁致伸缩材料的旋转电机，包括：预压力系统、定子和两个转子，所述预压力系统包括输出轴、两个弹簧和两个弹簧固定件，所述转子连接至所述定子的两端，所述输出轴穿射于所述定子和转子的中心分别与所述定子和转子套接连接，所述弹簧套接至所述输出轴的两端，且紧压所述转子，所述弹簧固定件与所述输出轴连接紧压所述弹簧；其特征在于，所述定子包括两个定子驱动端、若干个超磁致伸缩单元和若干固定件，所述各超磁致伸缩单元均匀设置在所述两个定子驱动端之间且两端分别通过所述固定件与所述定子驱动端连接，定子通过摩擦驱动转子旋转。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鹿存跃，李冲，马艺馨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：