專利名稱：氣冷溫控型超磁致伸縮微位移驅動器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及驅動裝置，尤其是涉及一種氣冷溫控型超磁致伸縮微位移 驅動器。
背景技術：
微位移驅動器在超精密加工、機器人、流體機械、振動控制、聲納系統等領 域獲得了廣泛的應用，目前應用較多的類型主要有機械式、液壓式和壓電式等。
機械式和液壓式驅動器頻響較低，輸出力較小，輸出位移難以滿足高精度要求; 壓電驅動器雖然位移分辨率和頻響均比較高，但出力較小，易產生電擊穿，并 會產生漂移現象。超磁致伸縮微位移驅動器具有大位移、強力、快響應、高可 靠性、低壓驅動等優點；但作為一種電(磁)機換能器，超磁致伸縮微位移驅動器 能量利用率較低，除了一部分轉化為機械能輸出外，大部分能量以熱能方式散 發掉。由于驅動器內部空間封閉，散熱性能差，特別是在高頻大電流工作狀態 下，溫度將快速上升，熱誤差顯著，但現有技術對驅動器熱誤差補償過于復雜， 實現困難。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種氣冷溫控型超磁致伸縮微位移驅動器，通過電 流來控制輸出位移的驅動裝置，并通過氣冷溫控裝置實現抑制驅動器溫升和熱 誤差輸出，提高輸出位移控制精度。
為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案是
包括底座、下冷卻室、外殼、偏置線圈、驅動線圈、線圈骨架、超磁致伸 縮棒、鋼球、上冷卻室、十字形輸出頂桿、上端蓋、碟形彈簧、預壓螺母。在 底座中心小凸臺上裝有超磁致伸縮棒、鋼球和十字形輸出頂桿，在超磁致伸縮 棒和十字形輸出頂桿下直桿外，從內向外依次裝有內壁帶螺旋冷卻氣道的線圈 骨架、驅動線圈、偏置線圈和外殼；十字形輸出頂桿上直桿外裝有碟形彈簧和 預壓螺母，上端蓋和預壓螺母構成組合預壓機構，線圈骨架下端與底座之間的 空隙形成下冷卻室，線圈骨架上端與上端蓋之間的空隙形成與上冷卻室，下冷 卻室與上冷卻室通過螺旋冷卻氣道聯通。
本實用新型與背景技術相比具有的有益效果是驅動器結構簡單，驅動電 流較小(2~4A)，工作穩定，頻響特性好(可達2000Hz);采用空氣強制制冷，
能實施長時間溫控，有效抑制熱誤差輸出；碟形彈簧增加了預壓力的平衡，自 定心鋼球能夠使輸出力保持在輸出頂桿的軸線上，這樣執行器的位移輸出控制 精度可達到亞微米級甚至更高，并且能適應各種惡劣的工作環境。本實用新型 體積小、重量輕、輸出力大、位移精度高，能抑制熱變形對驅動器輸出位移的 影響，可用于超精密加工、振動控制等領域。
圖1是基于氣冷溫控原理的超磁致伸縮微進給驅動裝置。 圖2是線圈骨架。
圖中l.底座，2.進氣孔，3.下冷卻室，4.外殼，5.偏置線圈，6.驅動線圈， 7.線圈骨架，8.超磁致伸縮棒，9.螺旋冷卻氣道，10.鋼球，ll.排氣孔，12.上 冷卻室，13.十字形輸出頂桿，14.上端蓋，15.碟形彈簧，16.預壓螺母；
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
如圖1、圖2所示，本實用新型包括底座1、下冷卻室3、外殼4、偏置線 圈5、驅動線圏6、線圈骨架7、超磁致伸縮棒8、鋼球IO、上冷卻室12、十字 形輸出頂桿B、上端蓋14、碟形彈簧15、預壓螺母16;在底座1中心小凸臺 上裝有超磁致伸縮棒8、鋼球10和十字形輸出頂桿13，在超磁致伸縮棒8和十 字形輸出頂桿9下直桿外，從內向外依次裝有內壁帶螺旋冷卻氣道9的線圈骨 架7、驅動線圏6、偏置線圈5和外殼4;十字形輸出頂桿13上直桿外裝有碟形 彈簧15和預壓螺母16，上端蓋14和預壓螺母16構成組合預壓機構，線圈骨架 7下端與底座1之間的空隙形成下冷卻室3，線圈骨架7上端與上端蓋14之間 的空隙形成與上冷卻室12，下冷卻室3與上冷卻室12通過螺旋冷卻氣道9聯通。
內壁帶螺旋冷卻氣道9的線圈骨架7、上冷卻室12、下冷卻室3、外殼下端 的進氣孔2和外殼上端的排氣孔11，構成氣冷溫控裝置。
上端蓋14、預壓螺母16、碟形彈簧15、十字形輸出頂桿13和鋼球10構成 組合預壓機構。
通過調節組合預壓機構中的預壓螺母16,可對超磁致伸縮棒8施加不同的 預壓力，使超磁致伸縮棒8處于較佳的工作條件下，碟形彈簧可以使對超磁致 伸縮棒8施加的預壓力比較平衡，減小輸出頂桿的"卡死"現象的發生。當驅 動線圈6中通過驅動電流時，在輸入電流的作用下，驅動線圈6將產生驅動磁 場，使超磁致伸縮棒8長度發生變化。由于底座1對超磁致伸縮棒8有支撐作 用，所以超磁致伸縮棒8的長度改變量將通過鋼球IO傳遞給十字形輸出頂桿13，十字形輸出頂桿13作對外輸出，表現為超磁致伸縮微位移驅動器的位移和力輸 出。鋼球10在超磁致伸縮棒8與十字形輸出頂桿13之間起到自定心與傳遞力 和位移的作用，進一步減小直至消除"卡死"現象所帶來的影響。偏置線圈中 通以某恒定電流時，產生偏置磁場，用來消除超磁致伸縮棒的倍頻現象。
在輸入電流作用下，超磁致伸縮微位移驅動器將會產生兩部分損耗超磁致 伸縮棒8滯回損耗和驅動線圈6、偏置線圈5的歐姆損耗。這兩部分損耗將以熱 能的形式擴散開來，驅動器內部的溫度將會迅速上升。超磁致伸縮棒8滯回損 耗將主要引起超磁致伸縮棒8溫度升高，由于超磁致伸縮棒8直接與螺旋冷卻 氣道9中的冷卻氣體接觸，在溫差的作用下超磁致伸縮棒8會把熱量傳遞給冷 卻氣體。偏置線圈5和驅動線圈6的歐姆損耗將主要引起線圈溫度升高。在溫 差的作用下，其中一部分熱量將會沿偏置線圈6和驅動線圈6的徑向向外傳導， 傳遞給外殼4向外散熱。另一部分熱量將會沿偏置線圈6和驅動線圈6的軸向 向兩端傳導，通過線圈骨架傳遞給上冷卻室12和下冷卻室3中的冷卻氣體。冷 卻氣體由送氣裝置通過進氣孔2強制送入下冷卻室3，經螺旋冷卻氣道，再通過 上冷卻室，最后通過排氣孔ll排放到空氣中。這樣通過冷卻氣體可以把熱量從 超磁致伸縮微位移驅動器內部轉移到外界環境，使整個超磁致伸縮微位移驅動 器溫度基本維持不變，實現抑制驅動器溫升和熱變形誤差輸出，提高輸出位移 控制精度。
上述具體實施方式
用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限 制，在本實用新型的精神和權利要求的保護范圍內，對本實用新型作出的任何 修改和改變，都落入本實用新型的保護范圍。
權利要求1、氣冷溫控型超磁致伸縮微位移驅動器，其特征在于包括底座(1)、下冷卻室(3)、外殼(4)、偏置線圈(5)、驅動線圈(6)、線圈骨架(7)、超磁致伸縮棒(8)、鋼球(10)、上冷卻室(12)、十字形輸出頂桿(13)、上端蓋(14)、碟形彈簧(15)、預壓螺母(16)，在底座(1)中心小凸臺上裝有超磁致伸縮棒(8)、鋼球(10)和十字形輸出頂桿(13)，在超磁致伸縮棒(8)和十字形輸出頂桿(9)下直桿外，從內向外依次裝有內壁帶螺旋冷卻氣道(9)的線圈骨架(7)、驅動線圈(6)、偏置線圈(5)和外殼(4)；十字形輸出頂桿(13)上直桿外裝有碟形彈簧(15)和預壓螺母(16)，上端蓋(14)和預壓螺母(16)構成組合預壓機構，線圈骨架(7)下端與底座(1)之間的空隙形成下冷卻室(3)，線圈骨架(7)上端與上端蓋(14)之間的空隙形成與上冷卻室(12)，下冷卻室(3)與上冷卻室(12)通過螺旋冷卻氣道(9)聯通。
2、 根據權利要求1所述的氣冷溫控型超磁致伸縮微位移驅動器，其特征在 于內壁帶螺旋冷卻氣道(9)的線圈骨架(7)、上冷卻室(12)、下冷卻室(3)、外殼 下端的進氣孑L(2)和外殼上端的排氣孔(11)，構成氣冷溫控裝置。
3、 根據權利要求1所述的氣冷溫控型超磁致伸縮微位移驅動器，其特征在 于上端蓋(14)、預壓螺母(16)、碟形彈簧(15)、十字形輸出頂桿(13)和鋼球(10) 構成組合預壓機構。
專利摘要本實用新型公開了一種氣冷溫控型超磁致伸縮微位移驅動器。通過電流來控制輸出位移的驅動裝置，并通過氣冷溫控裝置實現抑制驅動器溫升和熱誤差輸出，提高輸出位移控制精度。本實用新型驅動器結構簡單，驅動電流較小，工作穩定，頻響特性好；采用空氣強制制冷，能實施長時間溫控，有效抑制熱誤差輸出；碟形彈簧增加了預壓力的平衡，自定心鋼球能夠使輸出力保持在輸出頂桿的軸線上，這樣執行器的位移輸出控制精度可達到亞微米級甚至更高，并且能適應各種惡劣的工作環境。同時具有體積小、重量輕、輸出力大、位移精度高，能抑制熱變形對驅動器輸出位移的影響，可用于超精密加工、振動控制等領域。
文檔編號H02N2/02GK201075848SQ20072011089
公開日2008年6月18日 申請日期2007年6月19日 優先權日2007年6月19日
發明者冷洪濱, 剛 周, 君 徐, 葛榮杰, 趙章榮, 鄔義杰 申請人:浙江大學