溫控型超磁致伸縮驅(qū)動器的設(shè)計與實施方式

張賢才 楊 博 郭恩平

（湖南科技學(xué)院 土木與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

傳統(tǒng)的超磁致伸縮驅(qū)動器具有諸多優(yōu)點，如響應(yīng)速度快、可靠性好等，但其線圈發(fā)熱引起的相關(guān)變形也不容忽視，這將影響驅(qū)動器的輸出精度。為了改善這一缺陷，作者設(shè)計了一種溫控型超磁致伸縮驅(qū)動器，不僅具有傳統(tǒng)驅(qū)動的優(yōu)異性，而且具有自動控制溫度、性能檢測等功能。

1 設(shè)計方案

為了克服傳統(tǒng)超磁致伸縮驅(qū)動器存在的因發(fā)熱引起的變形等問題，本文設(shè)計一種新型的溫控型超磁致伸縮驅(qū)動器，見圖1 至圖4。

圖1 驅(qū)動器示意圖

圖2 檢測裝置示意圖

圖3 磁致伸縮棒的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 超磁致伸縮棒的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖

圖 1 至圖 4 中：1－殼體、2－底座、3－線圈骨架、4－驅(qū)動線圈、5－偏置線圈、6－隔熱板、7－永磁鐵、8－第一超磁致伸縮棒、9－U 形筒、10－第二超磁致伸縮棒、11－輸出頂桿、12－頂蓋、13－預(yù)緊螺母、14－預(yù)緊彈簧、15－水冷機(jī)構(gòu)、16－水冷腔、17－進(jìn)水口、18－出水口、19－相變溫控筒、20－相變材料、21－頂調(diào)節(jié)螺栓、22－渦流直槽、23－支撐底座、24－支架、25－位移傳感器、26－壓力傳感器、27－信號放大裝置、28－信號采集裝置、29－計算機(jī)。下文中將以序號表示相關(guān)的部位構(gòu)件。

針對圖1 至圖4 所示的溫控型超磁致伸縮驅(qū)動器，分別闡述磁場產(chǎn)生裝置、冷卻裝置、預(yù)緊裝置、定位裝置和檢測裝置的設(shè)計技術(shù)方案：

（1）磁場產(chǎn)生裝置：包括設(shè)置在 1 內(nèi)部下側(cè)的3 和設(shè)置在3 外側(cè)的7，在3 的外側(cè)繞接有4，在4 的外側(cè)繞接5，在3 的內(nèi)部與4、5 的接觸處設(shè)有6，在 3 中間設(shè)有空腔且在空腔內(nèi)部安裝有9，在9 的開口端內(nèi)部放置有8，在9 的外側(cè)且在3 的空腔內(nèi)部左右對稱放置有兩個10，10 的頂端均與9的外側(cè)頂端相抵接，10 的底端均與2 相抵接，第8的上側(cè)設(shè)置有11。

（2）冷卻裝置：包括設(shè)置在 1 內(nèi)部且位于 7外側(cè)的15，包括16 和與16 相連通的17 和18，均設(shè)置在1 的外壁上；設(shè)置在3 的空腔內(nèi)部且位于10外側(cè)的19，在其內(nèi)部空腔中填充有20，19 與3 相接觸且為過盈配合。

（3）預(yù)緊裝置：包括12、13、14，在1 的頂端設(shè)有12，12 上螺接有13，在13 上開設(shè)有通孔，11 穿過13 上的通孔延伸至12 外側(cè)，在11 位于1內(nèi)部的一段外壁上套接有14。

（4）定位裝置：包括21，21 的頂端延伸至1內(nèi)部并與9 的封閉段固定連接。

（5）檢測裝置：包括23 和24，23 和24 之間通過螺栓進(jìn)行連接，在 24 上設(shè)置有用于進(jìn)行位移檢測的25 和用于進(jìn)行壓力檢測的26，通過11 分別與 25 和 26 相連接，25 和 26 均與 27 連接，27 連接28，信28 與29 連接，當(dāng)11 產(chǎn)生位移和力的輸出時，25 和 26 產(chǎn)生的電壓變化經(jīng) 27 放大后傳入28，28 將數(shù)據(jù)傳入 29，用于快速準(zhǔn)確的進(jìn)行測試和數(shù)據(jù)的后續(xù)處理分析。

2 實施方式

結(jié)合圖1 至圖4 所示的溫控型超磁致伸縮驅(qū)動器，說明其實施方式。使用超磁致伸縮驅(qū)動器時，將4 通電，4 產(chǎn)生的磁場使8 產(chǎn)生長度變化，從而帶動11 進(jìn)行伸縮運動，從而實現(xiàn)驅(qū)動工作；5 產(chǎn)生的偏置磁場能使10 發(fā)生長度變化時帶動9 進(jìn)行上下運動，通過9 把輸出的力和位移傳遞給8，從而使8 能夠輸出兩倍的力和位移，提高了驅(qū)動器的輸出位移和輸出力。

采用15 和20 組合進(jìn)行溫控，用15 在4，5 外側(cè)進(jìn)行降溫，防止外殼的側(cè)面受熱變形，用20在4，5 內(nèi)側(cè)進(jìn)行降溫，抑制8、10 的溫升變形。在3 的內(nèi)部與4，5 的接觸處設(shè)有6，在整體上對驅(qū)動器進(jìn)行溫升抑制，不會造成外殼的上、下部分受熱變形，從而提高驅(qū)動器的位移控制精度；

通過調(diào)節(jié)13 的位置和14 的彈性大小調(diào)節(jié)預(yù)緊力的大小，從而使得超磁致伸縮的能量轉(zhuǎn)換效率總體處于較佳范圍內(nèi)；通過調(diào)節(jié)螺栓，對9 的位置進(jìn)行固定，實現(xiàn)對9 位置的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)11 的位置調(diào)節(jié)，滿足不同驅(qū)動位置的使用要求。

為有效的降低驅(qū)動器的漏磁現(xiàn)象，1，2，3，9和11 均為導(dǎo)磁材料，其和8 和10 形成閉合磁路，閉合的磁路不僅能很好的降低漏磁，還可以防止與外界的儀器發(fā)生干擾。

通過11 分別與25 和26 相連接，兩者均與27連接，27 連接28，最后與29 連接，當(dāng)11 產(chǎn)生位移和力的輸出時，25 和26 產(chǎn)生的電壓變化經(jīng)27 放大后傳入28，28 將數(shù)據(jù)傳入29，用于快速準(zhǔn)確的進(jìn)行測試和數(shù)據(jù)的后續(xù)處理分析。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計一種溫控型超磁致伸縮驅(qū)動器，不僅具有傳統(tǒng)驅(qū)動器的特點，更是采用水冷機(jī)構(gòu)和相變材料組合進(jìn)行溫控的性能，從而保證驅(qū)動器的輸出精度；同時利用傳感器、信號放大裝置和計算機(jī)構(gòu)成的測試系統(tǒng)對驅(qū)動器的驅(qū)動性能進(jìn)行檢測，其測試時間短，測試效率和測試精度高。