[发明专利]铁镓合金串联驱动逆磁致伸缩驱动器和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能实现微米定位精度磁致伸缩驱动器，特别是利用永磁体为铁镓合金磁致伸缩材料提供驱动磁场，利用磁致伸缩材料逆磁滞效应改变铁镓合金驱动磁场，从而改变铁镓合金伸缩长度，执行器可以串联使用，通过旋转电机驱动直接实现微米级大行程定位。

背景技术

智能材料，如压电陶瓷和磁致伸缩材料，能实现微米级定位。压电陶瓷施加电压后，通过压电正向效应(压电陶瓷的逆向效应），实现微位移定位，通过位移放大机构或者叠装方式（位移放大机构，即柔性铰链，把压电陶瓷的小位移，通过柔性铰链放大输出）。压电陶瓷制动器是压电陶瓷片一片一片叠装在一起的。每一片都可实现一定最大微位移输出。很多片叠装在一起就可以实现大位移输出。

实现较大定位行程。压电陶瓷不足之处是材料本身比较脆，切向承受负载力有限。区别于压电陶瓷，磁致伸缩材料通过施加磁场，利用磁致效应实现微位移定位。常用的磁致伸缩材料有Terfenol_D和铁镓合金Galfenol，其中，铁镓合金Galfenol磁致伸缩材料坚固，能承受较大的不同方向的负载力，而且压力退火类型的Galfenol可以在无预压力情况下正常工作。

专利(申请号200610150582.7,授权公告号CN101166005）利用磁致伸缩材料结合微位移放大机构，通过调节电流实现微位移可调驱动器。专利（申请号200710125011.2，公开号CN101188874）采用永磁体为磁致伸缩材料提供励磁磁场。通过线圈电流改变磁致伸缩材料内磁场，实现微小位移驱动。专利（申请号200410090867.7，公开号CN1619938）利用线圈驱动磁致伸缩材料作为行程方向驱动，利用压电陶瓷做箍位，实现长距离高精度定位。专利（申请号200510056369.5，公开号：CN1670977）将施加静态偏置磁场永磁体放置在外壳上，线圈及磁致伸缩材料放置在内部，实现微位移驱动。

目前，磁致伸缩驱动器利用磁致伸缩驱动器正向效应，采用永磁体提供静态偏置磁场，调节线圈电流改变磁致伸缩材料中的磁密，实现微位移调整。这种驱动方式的不足之处在于能耗大，温度高。磁致伸缩材料磁导率通常较低，这就需要较多的安匝数驱动，线圈中电流会产生热损耗。在实际使用中往往加入额外的散热冷却装置保证执行器的稳定工作。而且目前使用的磁致伸缩驱动器多数只是单台使用，不能像压电陶瓷一样通过多片叠装方式实现大行程控制。

如果将线圈驱动的磁致伸缩驱动器串联使用，实现大行程，其每一级的温度影响直接影响最终定位精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的铁镓合金串联驱动逆磁致伸缩驱动器和使用方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种铁镓合金串联驱动逆磁致伸缩驱动器，包括旋转电机和驱动器；所述驱动器包括上导磁铁芯和下导磁铁芯，所述上导磁铁芯和下导磁铁芯之间设置有空隙，所述上导磁铁芯和下导磁铁芯之间的空隙内设置有相互平行的永磁体和铁镓合金；所述铁镓合金贯穿上导磁铁芯；相对于上导磁铁芯和下导磁铁芯之间的空隙，在旋转电机的输出轴上设置有动子铁芯与该空隙间隙配合。

作为对本发明所述的铁镓合金串联驱动逆磁致伸缩驱动器的改进：所述铁镓合金贯穿上导磁铁芯的一端设置有导磁压柱。

作为对本发明所述的铁镓合金串联驱动逆磁致伸缩驱动器的进一步改进：所述至少两个驱动器相互串联配合；所述导磁压柱与下导磁铁芯的外侧面相互固定后形成串联；相对驱动器，在旋转电机的输出轴上分别设置对应的动子铁芯。

作为对本发明所述的铁镓合金串联驱动逆磁致伸缩驱动器的进一步改进：所述动子铁芯之间的长度为梯度分布。

作为对本发明所述的铁镓合金串联驱动逆磁致伸缩驱动器的进一步改进：所述动子铁芯的一侧边相互对齐。

作为对本发明所述的铁镓合金串联驱动逆磁致伸缩驱动器的进一步改进：所述永磁体轴向充磁。

铁镓合金串联驱动逆磁致伸缩驱动器的使用方法：所述上导磁铁芯、铁镓合金和下导磁铁芯通过永磁体形成磁回路Ⅱ；所述上导磁铁芯、动子铁芯和下导磁铁芯通过永磁体形成磁回路Ⅰ；旋转电机的输出轴带动动子铁芯转动，动子铁芯在上导磁铁芯和下导磁铁芯之间的空隙内循环的进与出，并使得磁回路Ⅰ的磁阻按照动子铁芯的转动而改变，继而改变磁回路Ⅱ的磁通，从而使得铁镓合金发生形变，形成导磁压柱的收缩或伸长。

作为对本发明所述的铁镓合金串联驱动逆磁致伸缩驱动器的使用方法的改进：其特征是：至少两个驱动器相互配合使用时，第一个驱动器的导磁压柱收缩或伸长的同时，另外的驱动器的导磁压柱也收缩或伸长。