專利名稱：一種單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機的制作方法
技術領域：
本發明屬于微型馬達領域，特別是涉及ー種單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機。
背景技術：
微型電機驅動元件的材料主要有壓電材料、形狀記憶合金、電致流變(ER)材料和超磁致伸縮材料。在這些驅動元件材料中，壓電材料為驅動元件的微型電機和作動器的研究開發和應用比較成熟。與其它驅動元件材料相比，超磁致伸縮材料具有大應カ負載、大應變(壓電材料5-8倍)、無疲勞極限、高磁(電)-機械轉換效率(耦合系數達0. 75)、響應速度快(< I U s)和低電壓驅動等特點，其非常的適合作為微作動器的驅動元件。
在中國專利申請公開說明書中，CN102013834A、CN102005967A和 CN102005966A中針對已有的旋轉型壓電電機為了實現雙向控制驅動，往往需要兩套壓電片和兩路驅動信號，并配合設計空間上相位差來實現這個問題，分別提出了基于邊界條件的單驅雙向壓電馬達、頻率控制轉向的單驅動微馬達和電極分割型單驅動雙向壓電馬達，這使得雙向旋轉型壓電電機的結構和電路得到簡化，更適合微型化。但是其使用壓電片作為驅動元件，使得驅動電壓偏高及高壓驅動帶來的短路問題、輸出力矩偏小、電極直接與驅動元件相連接和整個電機在電路中表現為容性而帶來匹配電路復雜，這些缺陷限制了其的應用范圍。在美國專利文獻中，US5079460、US546015和US5341056中描述了旋轉型超磁致伸縮電機，雖然他們能夠提供大力矩和精確定位，但是他們結構復雜而不適合于微型化、使用多塊的超磁致伸縮材料導致成本太高、多路信號驅動使得驅動電路比較復雜。在又獻《Miniature Spherical Motor using Bimetal of MagnetostrictiveMaterials))中描述了ー種多自由度球型超磁致伸縮電機，其使用4塊的超磁致伸縮材料(Galfenol)和Ni的結合體作為驅動元件，其實現了微型化和多自由度化，但是結構復雜和成本高問題導致其再進ー步的微型化比較困難，高成本也限制其的應用范圍。針對以上現有技術中存在的問題現有單驅雙向壓電電機的驅動電壓高及高電壓帶來短路問題、輸出力矩小、輸出功率小、機械與電路部分不能相互隔離和匹配電路比較復雜的缺點，現有的旋轉型超磁致伸縮電機的結構復雜、成本高和不易于微型化的缺點，研究一款單驅雙向和適合微型化的超磁致伸縮電機具有更好的應用。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供ー種結構簡單、低壓驅動、單驅雙向、低成本和易于微型化的旋轉型超磁致伸縮電機。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，包括定子、轉子、驅動線圈和偏置磁體，所述定子置于底座上，并與底座集成一體，其特征在于所述定子是由帶貫穿內孔的驅動體和超磁致伸縮材料塊連接而成，所述超磁致伸縮材料塊置于驅動體的ー個側面，所述內孔設于靠近該側面的位置；
所述偏置磁體由一個或ー對永磁鐵組成并置于所述超磁致伸縮材料塊端部；所述轉子穿過定子的內孔，其下端與底座配合限位固定，為定子與轉子提供預壓力；所述驅動線圈為一定圈數的漆包線繞成并置于所述定子外并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊，工作時，通過對驅動線圈兩端施加驅動信號如方波信號以實現單驅雙向。作為改進，所述轉子為上端設有斜面、下端設有卡槽的桿體結構，所述定子的內孔為圓形孔，內孔的上端面成型為與轉子的斜面配合的內凹的環形斜面，所述底座上成型有與內孔對應的通孔，通孔的外側設有與轉子的底部卡槽配合的弾性卡片，所述轉子穿過內孔、底座通孔，其上端的斜面與內孔的環形斜面配合形成摩擦傳動面，其下端通過卡槽與彈性卡片的配合限位固定。作為改進，所述定子的驅動體呈圓柱體，所述內孔設于圓柱體的中心位置，在圓柱體的一個側面豎直切出一平面，所述超磁致伸縮材料塊與該平面通過界面力連接成一體，所述驅動線圈置于所述超磁致伸縮材料塊和所述的定子外面，并完全覆蓋所述超磁致伸縮 材料塊。再改進，所述定子的驅動體呈方形柱，所述內孔靠近該方形柱的其中ー個側面，所述超磁致伸縮材料塊與該側面通過界面力連接成一體；所述驅動線圈置于所述超磁致伸縮材料塊和所述的定子外面，并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊。作為改進，所述定子的驅動體呈圓柱體或方形柱，在圓柱體的一個側面豎直切出一平面，在該平面或方形柱的一個側面的上下兩端設有凸緣，所述內孔靠近設有凸緣的一偵牝所述超磁致伸縮材料塊為ー塊或ニ塊，分別并排且相間隔一定間距的置于兩個凸緣之間，所述磁致伸縮材料塊的兩端與所述凸緣通過界面力相連接成一體，并與該平面留有ー定間距；所述驅動線圈為對應的ー個或ニ個，置于所述超磁致伸縮材料塊外，并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊。此種結構使得線圈的體積達到最小，使得結構更加的緊湊。進ー步改進，所述底座的四個邊緣上分別設有ー個固定螺孔，通過四個固定螺孔中的任意對角兩個進行固定，對線圈的兩端通以驅動信號以實現正反轉，或者通過固定底座上的四個固定螺孔進行固定，對所述驅動線圈通以兩個不同的一定頻率的驅動信號達到單驅雙向的功能。由于通過固定底座四個固定螺孔中的任意對角兩個，破壞了其邊界條件的対稱性，從而使得其受カ的対稱性受到破壞，實現單驅雙向功能。另ー種方法是根據其定子在兩個互相垂直方向不對稱的特性，使得其正反方向的模態特性不相同，所以可以通過改變驅動信號的頻率，從而激發出不同的主要振型，從而實現通過改變驅動信號的頻率來實現單驅雙向的功能，由于其是用一路驅動信號，使得驅動電路的設計更加簡單，使得超磁致伸縮電機更容易微型化。最后，所述底座的四個邊緣上分別設有ー個固定螺孔進行固定，當所述超磁致伸縮材料塊為ニ塊時，分別對其中一個線圈通以驅動信號，由于受カ的不對稱性，使得轉子朝ー個方向旋轉，從而通過控制不同線圈的通斷電來達到單驅雙向的功能。與現有技術相比，本發明的優點在于定子是由超磁致伸縮材料塊和驅動體通過界面カ相連接，使得加工エ藝簡単、結構簡單并適合進行微型化；采用單片或雙片超磁致伸縮材料塊作為驅動元件，實現了低成本化、低壓驅動和高力矩輸出；由于整個電機在電路中等效ー個電感，使得匹配電路更加簡單(相對壓電電機)；本發明具有結構簡單、低壓驅動、單驅雙向、低成本和易于微型化的特點，其機械部分和電路部分可以隔離開，使得其能夠應用于ー些特殊需求領域。


圖I是本發明實施例I的結構示意圖；圖2是本發明實施例I的定子的中空圓柱與底座的集成一體示意圖；圖3是本發明實施例I的轉子結構示意圖；圖4是本發明實施例I轉子與底座固定后的結構示意圖；圖5是本發明實施例2的結構示意圖；圖6是本發明實施例I的結構分解示意圖；圖7是本發明實施例3的結構示意圖；圖8是本發明實施例3的定子與底座的集成一體示意圖；圖9是本發明實施例4的結構示意圖.
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進ー步詳細描述，但本發明并不局限于以下實施方式。實施例I如圖I至圖4所示，一種單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，包括定子I、轉子2、驅動線圈4和偏置磁體5，所述定子I置于底座8上，并與底座8集成一體，其中定子I、轉子2和底座8結構采用金屬材料制成，驅動線圈4采用漆包線制成，如圖2所示，所述定子I是由一個在側面切出ー個平面13的中空圓柱14和一塊超磁致伸縮材料塊3 (鋱鏑鉄片)通過環氧樹脂粘接在一起，中空圓柱14的內孔11上端有一個環形斜面12，所述偏置磁體5由一對永磁鐵組成井分別置于所述超磁致伸縮材料塊3的兩端，為超磁致伸縮材料塊3的鋱鏑鉄片提供偏置磁場；驅動線圈4置于整個定子I之外，當在驅動線圈4兩端加上方波信號，為超磁致伸縮材料塊3的鋱鏑鉄片的伸縮提供變磁場。如圖3所示，所述轉子2是ー個上端設有斜面21、下端設有卡槽22的桿體結構，其斜面21與定子I內孔11的環形斜面12相匹配形成摩擦傳動面，轉子2穿過定子內孔11和底座8，斜面21與定子內孔11上端的環形斜面12相匹配，通過彈性卡片6卡在轉子2的末端卡槽22內并頂在底座8面上，為斜面21與定子的內孔11上端的斜面12接觸提供預壓カ和限位固定；所述底座8的四個邊緣上分別設有ー個固定螺孔，當固定底座8上的螺孔7b和7d，并在線圈4兩端上加方波信號，電機就實現正轉，當固定螺孔7a和7c，并線圈兩端上加一定頻率的方波信號，電機實現反轉，由此就可以通過控制邊界條件而實現單驅雙向功能。當固定底座8上的所有螺孔，由于切去一部分的中空圓柱14和超磁致伸縮材料塊3的鋱鏑鐵片構成的定子I是ー個不對稱結構，使得其扭轉模態特性在正反方向不一樣，通過改變頻率就可以激發出正反方向上的扭轉模態振型，從而實現了通過控制頻率來實現單驅雙向的功能。這兩種實現正反轉功能的方法都是使用一路的信號進行驅動，使得電路設計更加簡單，更適合微型化。實施例2如圖5所不,與實施例I不同之處在于其定子I由一個中空的方形柱和一塊超磁致伸縮材料塊3通過環氧樹脂粘接在一起，所述內孔11靠近該長方體與所述超磁致伸縮材料塊連接的ー側，通過內孔11上端的斜面12與轉子2的斜面21相匹配；所述偏置磁體5由一對永磁鐵組成井分別置于所述超磁致伸縮材料塊3的兩端，為超磁致伸縮材料塊3的鋱鏑鉄片提供偏置磁場；所述驅動線圈4置于定子Iタト，通過轉子2的末端卡槽22與弾性卡片6的配合，為定子I與轉子2提供預壓カ；通過固定底座8上的不同對角的固定螺孔7a與7b或者7c與7d，并對線圈4兩端通以驅動信號就可以實現正反轉，也可以固定底座8上的四個固定螺孔7a、7b、7c和7d，通過改變頻率來實現單驅雙向的功能。實施例3如圖7、圖8所示，與實施例2不同之處在于其定子的中空的方形柱的一個側面的上下兩端設有凸緣15，所述超磁致伸縮材料塊3置于兩個凸緣15之間，通過環氧樹脂與凸緣15粘接在一起，并與方形柱的側面留有一定間距，所述內孔11靠近設有凸緣15的ー側，方形柱的內孔11上端有一個與轉子2的斜面21相匹配的斜面12。驅動線圈4置于超磁致伸縮材料塊3タト，通過轉子2的末端卡槽22與弾性卡片6的配合，為定子I與轉子2提供預壓力，偏置磁鐵5由一對永磁鐵組成并分別置于超磁致伸縮材料塊3的兩端。通過固定 底座8上的不同對角的固定螺孔，并對驅動線圈4通以驅動信號就可以實現正反轉。此種結構使得線圈的體積達到最小，使得結構更加的緊湊，實施例4如圖9所示，與實施例3不同之處在于所述超磁致伸縮材料塊為ニ塊3a和3b，分別并排且相間隔一定間距的置于兩個凸緣15之間，所述磁致伸縮材料塊3a和3b的兩端與所述凸緣15通過環氧樹脂粘接成一體，并方形柱的側面留有一定間距，所述內孔11靠近設有凸緣15的ー側；所述驅動線圈為對應的ニ個4a和4b，分別置于所述超磁致伸縮材料塊3a和3bタト，并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊3a和3b，所述偏置磁鐵5置于超磁致伸縮材料塊3a和3b的兩端提供偏置磁場，固定底座8上有四個固定螺孔7a、7b或者7c、7d，對線圈4a通以驅動信號，由于受カ的不對稱性，則會驅動轉子2進行正轉，對線圈4b通以驅動信號，則會驅動轉子2進行反轉，從而實現單驅雙向功能。本發明僅僅對最佳實施方案做了描寫，不能理解為對權利要求的限定，凡本發明技術上ー些改進或者等同技術手段替換如鑲嵌或者緊配合固定來代替粘接固定均應理解為本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，包括定子、轉子、驅動線圈和偏置磁體，所述定子置于底座上，并與底座集成一體，其特征在于 所述定子是由帶貫穿內孔的驅動體和超磁致伸縮材料塊連接而成，所述超磁致伸縮材料塊置于驅動體的ー個側面，所述內孔設于靠近該側面的位置； 所述偏置磁體由一個或ー對永磁鐵組成并置于所述超磁致伸縮材料塊端部； 所述轉子穿過定子的內孔，其下端與底座配合限位固定，為定子與轉子提供預壓カ； 所述驅動線圈為一定圈數的漆包線繞成并置于所述定子外并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊，工作時，通過對驅動線圈兩端施加驅動信號以實現單驅雙向。
2.根據權利要求I所述的單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，其特征在于所述轉子為上端設有斜面、下端設有卡槽的桿體結構，所述定子的內孔為圓形孔，內孔的上端面成型為與轉子的斜面配合的內凹的環形斜面，所述底座上成型有與內孔對應的通孔，通孔的外側設有與轉子的底部卡槽配合的弾性卡片，所述轉子穿過內孔、底座通孔，其上端的斜面與內孔的環形斜面配合形成摩擦傳動面，其下端通過卡槽與弾性卡片的配合實現限位固定。
3.根據權利要求2所述的單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，其特征在于所述定子的驅動體呈圓柱體，所述內孔設于圓柱體的中心位置，在圓柱體的一個側面豎直切出一平面，所述超磁致伸縮材料塊與該平面通過界面力連接成一體，所述驅動線圈置于所述超磁致伸縮材料塊和所述的定子外面，并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊。
4.根據權利要求2所述的單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，其特征在于所述定子的驅動體呈方形柱，所述內孔靠近該方形柱的其中ー個側面，所述超磁致伸縮材料塊與該側面通過界面力連接成一體；所述驅動線圈置于所述超磁致伸縮材料塊和所述的定子外面，并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊。
5.根據權利要求2所述的單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，其特征在于所述定子的驅動體呈圓柱體或方形柱，在圓柱體的一個側面豎直切出一平面，在該平面或方形柱的ー個側面的上下兩端設有凸緣，所述內孔靠近設有凸緣的ー側，所述超磁致伸縮材料塊為ー塊或ニ塊，獨自或者分別并排且相間隔一定間距的置于兩個凸緣之間，所述磁致伸縮材料塊的兩端與所述凸緣通過界面力相連接成一體，并與該平面留有一定間距；所述驅動線圈為對應的ー個或ニ個，置于所述超磁致伸縮材料塊外，并完全覆蓋所述超磁致伸縮材料塊。
6.根據權利要求I至5任ー權利要求所述的單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，其特征在于所述底座的四個邊緣上分別設有ー個固定螺孔，對線圈的兩端通以驅動信號以實現正反轉，或者，對所述驅動線圈通以兩個不同的一定頻率的驅動信號達到單驅雙向的功能。
7.根據權利要求5所述的單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，其特征在于所述底座的四個邊緣上分別有ー個固定螺孔，當所述超磁致伸縮材料塊為ニ塊時，分別對其中一個線圈通以驅動信號，來實現單驅雙向功能。
全文摘要
本發明涉及一種單驅雙向旋轉型超磁致伸縮電機，包括定子、轉子、驅動線圈和偏置磁體，其中定子由超磁致伸縮材料塊和驅動體通過界面力結合成一體，轉子穿過定子的內孔，偏置磁體置于超磁致伸縮材料塊的端部，驅動線圈置于定子外。本發明提供了一種易于微型化的旋轉型超磁致伸縮電機，由于定子是由超磁致伸縮材料塊和驅動體通過界面力相連接，使得加工工藝簡單、結構簡單并適合進行微型化；采用單片或雙片超磁致伸縮材料塊作為驅動元件，實現了低成本化、低壓驅動和高力矩輸出；由于整個電機在電路中等效一個電感，使得匹配電路更加簡單(相對壓電電機)；本發明具有結構簡單、低壓驅動、單驅雙向、低成本和易于微型化的特點，其機械部分和電路部分可以隔離開，使得其能夠應用于一些特殊需求領域。
文檔編號H02N2/14GK102857140SQ20121000678
公開日2013年1月2日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者邢增平, 何彬, 錢華榮, 徐凱 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所