專利名稱：任意行程納米級(jí)步距電磁沖擊直線驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本項(xiàng)目的任意行程納米級(jí)步距電磁沖擊直線驅(qū)運(yùn)器屬機(jī)電領(lǐng)域中的微步距驅(qū)動(dòng)裝置。
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展需要，要求機(jī)械設(shè)備的精密化、小型化及微型化也越來(lái)越高，作為微小型設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)的精密微步距驅(qū)動(dòng)裝置，已成為當(dāng)今國(guó)際機(jī)電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。1991年日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所利用電致伸縮器件研制成雙向微步距驅(qū)動(dòng)裝置(IDM)，該裝置理論上解決了任意行程、微步距驅(qū)動(dòng)、微結(jié)構(gòu)等問(wèn)題，然而，單片壓電和電致伸縮晶片單位驅(qū)動(dòng)電壓下，輸出位移是極有限的，為了獲得足夠的位移輸出，實(shí)際應(yīng)用中，常采用多片薄片經(jīng)一定處理疊成一定厚度，經(jīng)上述處理的壓電和電致伸縮器件，拉、壓方向上的輸出力顯然不一致，IDM驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，器件實(shí)際上要承受拉、壓兩種沖擊作用，且其中一方向微步距運(yùn)動(dòng)就是利用驅(qū)動(dòng)電壓急劇下降時(shí)，壓電和電致伸縮器件快速恢復(fù)原長(zhǎng)，引起慣性體和移動(dòng)體的相向沖擊，來(lái)實(shí)現(xiàn)裝置(即移動(dòng)體)該方向的抗摩擦步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，該沖擊顯然是有限的，從而導(dǎo)致了裝置的雙向驅(qū)動(dòng)力及雙向步距精度不一致。1994年我國(guó)廣東工學(xué)院機(jī)器人教研室采用三個(gè)獨(dú)立的壓電陶瓷研制成仿生型步進(jìn)式直線驅(qū)動(dòng)器(Inchworm)，該裝置雖實(shí)現(xiàn)了大行程和微步距驅(qū)動(dòng)。但，由于壓電陶瓷最大拉、壓輸出力不一致，也存在裝置雙向驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)不一致的問(wèn)題，以及在結(jié)構(gòu)上難于微型化和驅(qū)動(dòng)電壓較高等不足。此外，音圈電機(jī)和直線步進(jìn)電機(jī)等雖也獲得了多方面的應(yīng)用，但前者行程太短，后者很難獲得納米級(jí)步距精度。
本項(xiàng)目的目的在于研制一種結(jié)構(gòu)尺寸十幾毫米級(jí)，任意行程，雙向驅(qū)動(dòng)力及雙向步距精度一致的其步距及速度易調(diào)節(jié)易控制的納米級(jí)步距電磁沖擊式驅(qū)動(dòng)裝置。
本項(xiàng)目的任意行程納米級(jí)步距電磁沖擊直線驅(qū)動(dòng)器由沖擊塊總成、導(dǎo)磁體、永磁體、磁極塊、線圈、回位機(jī)構(gòu)及檔圈所構(gòu)成。本驅(qū)動(dòng)器的工作原理是基于對(duì)置于平面上的物體端面的輕輕沖擊，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體位置的精確微動(dòng)定位調(diào)節(jié)。通過(guò)對(duì)線圈中的電流信號(hào)頻率、幅值的改變，來(lái)控制和改變沖擊塊總成對(duì)該裝置沖擊的能量大小，以實(shí)現(xiàn)精確的步距控制，并獲得足夠的驅(qū)動(dòng)速度。
附

圖1為本發(fā)明的任意行程納米級(jí)步距電磁沖擊直線驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
本驅(qū)動(dòng)器裝置采用對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式，即由兩個(gè)裝有磁極塊(3)的永磁體(5)、(12)分別安裝在兩個(gè)杯形導(dǎo)磁體(4)、(11)的內(nèi)底盤中間位置，再將其置于沖擊塊總成(13)內(nèi)，使兩個(gè)磁極塊(3)分別與固定在沖擊塊總成中梗上的具有一定預(yù)緊的兩個(gè)回位機(jī)構(gòu)(6)相接觸構(gòu)成一完整的沖擊結(jié)構(gòu)，在沖擊塊總成兩頭分別繞置線圈(8)、(10)，在兩線圈之間的沖擊塊總成上還分別設(shè)置有位置可調(diào)的兩個(gè)檔圈(2)，用于限制和調(diào)節(jié)沖擊塊總成的行程，隔磁套筒(1)套裝在兩個(gè)杯形導(dǎo)磁體(4)、(11)上使整個(gè)裝置構(gòu)成一整體。摩擦力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9)通過(guò)壓板(7)傳給整個(gè)裝置，其目的是若使用在上下運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，提供一定的摩擦力，防止驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)下落，導(dǎo)向槽(14)為該驅(qū)動(dòng)器的使用提供運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。
本驅(qū)動(dòng)器的詳細(xì)工作原理及過(guò)程是，當(dāng)電脈沖控制信號(hào)流經(jīng)處于永久磁場(chǎng)中的線圈時(shí)，使線圈產(chǎn)生電磁力，導(dǎo)致沖擊塊總成克服回位機(jī)構(gòu)的阻力以一定的加速度運(yùn)動(dòng)，并引取檔圈對(duì)導(dǎo)磁體沖擊，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器在沖擊方向上的抗摩擦運(yùn)動(dòng)，直到該脈沖信號(hào)結(jié)束運(yùn)動(dòng)終止。此時(shí)，沖擊塊總成又在回位機(jī)構(gòu)的作用下而復(fù)位，等待下一電脈沖信號(hào)的到來(lái)。因此，重復(fù)上述的控制和運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器將以一定的步距精度驅(qū)動(dòng)任意要求的行程。顯然，當(dāng)線圈通以反向電脈沖控制信號(hào)時(shí)，由于永久磁場(chǎng)的作用，在通電線圈中將產(chǎn)生反向電磁力，并導(dǎo)致沖擊塊總成克服回位機(jī)構(gòu)的阻力產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而引取對(duì)應(yīng)檔圈和對(duì)應(yīng)導(dǎo)磁體的沖擊，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器反向抗摩擦運(yùn)動(dòng)。
由本驅(qū)動(dòng)器的對(duì)稱結(jié)構(gòu)及上述工作原理和過(guò)程可知，本驅(qū)動(dòng)器不僅完全實(shí)現(xiàn)了任意行程的要求，而且實(shí)現(xiàn)了雙向驅(qū)動(dòng)力及雙向步距精度一致的目的。由上述工作原理還可知，本驅(qū)動(dòng)器的步距取決于沖擊能量(當(dāng)然也與被驅(qū)動(dòng)件的力學(xué)性態(tài)、質(zhì)量、驅(qū)動(dòng)器回位機(jī)構(gòu)的預(yù)緊及其摩擦力調(diào)節(jié)有關(guān))，驅(qū)動(dòng)器的速度取決于沖擊能量和沖擊頻率。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)電脈沖控制信號(hào)的幅度和頻率，可以十分方便地控制驅(qū)動(dòng)器的步距和速度。此外，由于驅(qū)動(dòng)器雙線圈結(jié)構(gòu)，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂疲瑯O易實(shí)現(xiàn)快進(jìn)快退，快進(jìn)慢退，慢進(jìn)快退，慢進(jìn)慢退，即宏速度級(jí)或步距的自動(dòng)選擇和控制。
權(quán)利要求1.一種任意行程納米級(jí)步距電磁沖擊直線驅(qū)動(dòng)器，其特征在于采用對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式，即兩個(gè)裝有磁極塊(3)的永磁體(5)、(12)分別安裝在兩個(gè)導(dǎo)磁體(4)、(11)的內(nèi)底盤中間位置，再將其置于沖擊塊總成(13)內(nèi)，使兩個(gè)磁極塊(3)分別與固定在沖擊塊總成中梗上的兩個(gè)回位機(jī)構(gòu)(6)相接觸，在沖擊塊總成兩頭分別繞置線圈(8)、(10)，在兩線圈之間的沖擊塊總成上還分別設(shè)置有位置可調(diào)的兩個(gè)檔圈(2)，隔磁套筒(1)套裝在兩個(gè)杯形導(dǎo)磁體(4)、(11)上使整個(gè)裝置構(gòu)成一整體。
專利摘要一種任意行程納米級(jí)步距電磁沖擊直線驅(qū)動(dòng)器屬機(jī)電領(lǐng)域中的微步距驅(qū)動(dòng)裝置。它采用對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式，由裝有磁極塊(3)的永磁體(5)、(12)、導(dǎo)磁體(4)、(11)、回位機(jī)構(gòu)(6)、線圈(8)、(10)、擋圈(2)及沖擊塊總成(13)和隔磁套筒(1)所構(gòu)成。本驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)尺寸可做成十幾毫米以下，可實(shí)現(xiàn)任意行程，雙向驅(qū)動(dòng)力及雙向步距精度一致的要求，且步距及速度方便可調(diào)，能實(shí)現(xiàn)快進(jìn)快退、快進(jìn)慢退、慢進(jìn)快退、慢進(jìn)慢退等微驅(qū)動(dòng)要求。
文檔編號(hào)H02K33/00GK2230993SQ95240089
公開(kāi)日1996年7月10日 申請(qǐng)日期1995年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月7日
發(fā)明者顏國(guó)正, 趙國(guó)光, 余承業(yè) 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)