基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種精密機(jī)械驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的步進(jìn)電機(jī)，具體的說是一種基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]超磁致伸縮材料是一種尺寸可隨外部磁場變化發(fā)生伸縮，且磁致伸縮系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)磁致伸縮材料的特殊功能材料。超磁致伸縮材料具有機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高、能量密度的、響應(yīng)速度快、輸出位移大，可靠性高和易于驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。利用超磁致伸縮材料制作的換能器、音響、直線驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器等在國防軍事、家電設(shè)備、機(jī)器人、微機(jī)械電子系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的超磁致伸縮電機(jī)文獻(xiàn)中國專利“一種單驅(qū)雙向旋轉(zhuǎn)型超磁致伸縮電機(jī)”提出了一種采用超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)定子扭轉(zhuǎn)，利用定子和轉(zhuǎn)子之間的摩擦力進(jìn)行力矩傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的技術(shù)方案。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)存在如下不足:采用單一的辭職伸縮驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)定子扭轉(zhuǎn)，其輸出力矩較??；通過定子和轉(zhuǎn)子之間的面接觸摩擦驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)會產(chǎn)生能量損失和發(fā)熱，且效率比較低，且輸出扭矩大小同時(shí)受制于材料接觸表面粗糙程度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供了一種基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)具有輸出轉(zhuǎn)矩大、效率高、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小和能實(shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向任意角度轉(zhuǎn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出如下的技術(shù)方案:一種基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)，包括輸出軸，由轉(zhuǎn)子、超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、杠桿、連桿、定子和離合器組成的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，軸承，殼體和端蓋；旋轉(zhuǎn)裝置中轉(zhuǎn)子和定子同軸，轉(zhuǎn)子和離合器為同軸固定連接，超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器可輸出長度方向的伸縮運(yùn)動(dòng)，超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器一端和定子固定連接、另一端和杠桿一端形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，杠桿和定子之間通過定子內(nèi)圈凸出的支架形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，杠桿支點(diǎn)到與超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器連接一端的距離小于到與連桿連接一端的距離，杠桿另一端和連桿形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，連桿另一端和轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接，連桿和轉(zhuǎn)子連接點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子半徑與連桿之間所成的角度為鈍角，連桿和杠桿之間所成的角度也為鈍角，磁致伸縮器的長度方向和其與定子連接點(diǎn)所在半徑的方向相同，多個(gè)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、杠桿和連桿關(guān)于轉(zhuǎn)子中心對稱均勻分布；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的定子和殼體之間為固定連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)子和輸出軸為同軸關(guān)系，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的離合器和輸出軸為同軸關(guān)系，離合器在抱緊狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和輸出軸之間為過盈配合，離合器在松開狀態(tài)下輸出軸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置為間隙配合；輸出軸通過軸承和殼體之間形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，端蓋和殼體之間為可拆卸固定連接。
[0006]所述超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器由超磁致伸縮棒和驅(qū)動(dòng)線圈組成，在驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生的變化磁場作用下，超磁致伸縮棒會產(chǎn)生沿長度方向的伸縮運(yùn)動(dòng)。
[0007]所述轉(zhuǎn)子為中心對稱的圓盤狀，也可以為減重處理后的蜂窩狀或輪輻狀。
[0008]所述連桿和杠桿之間、連桿和轉(zhuǎn)子之間、杠桿和超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器之間以及杠桿和定子之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接可以由軸承實(shí)現(xiàn)，也可以以柔性鉸鏈的方式實(shí)現(xiàn)。
[0009]所述起位移放大作用的杠桿可以通過調(diào)節(jié)支點(diǎn)的位置來調(diào)節(jié)杠桿的位移放大系數(shù)，同時(shí)還可以通過調(diào)節(jié)連桿的長度和轉(zhuǎn)子外徑的大小來調(diào)節(jié)步進(jìn)角度的大小。
[0010]所述殼體為上端開口的空心圓柱體形狀，端蓋和殼體上端開口通過螺紋連接固定，以將步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置封裝起來，增強(qiáng)其防護(hù)可靠性。
[0011]本實(shí)用新型基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)的工作原理為:首先在第一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置中關(guān)于轉(zhuǎn)子中心對稱均勻分布的多個(gè)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的線圈中施加驅(qū)動(dòng)電流并且離合器抱緊輸出軸時(shí)，由于磁致伸縮電效應(yīng)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生長度方向的伸長(或縮短)變形，從而在杠桿的位移放大作用下推動(dòng)連桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)子和輸出軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置中超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的伸長(或收縮)形變達(dá)到最大時(shí)，斷開第一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)電流并且松開離合器的同時(shí)在第二個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置中關(guān)于圓盤轉(zhuǎn)子中心對稱均勻分布的多個(gè)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器中施加驅(qū)動(dòng)電流與第一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)電流方向相同或相反的電流并且使離合器抱緊輸出軸，使第二個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置以相同或相反方向的轉(zhuǎn)矩繼續(xù)驅(qū)動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置則在超磁致伸縮棒的彈性回復(fù)力作用下恢復(fù)到原來的形狀，第二個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置完成一個(gè)有限轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)后同樣由后面的多個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行方向相同方式的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，最后一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置完成步進(jìn)驅(qū)動(dòng)后可繼續(xù)從第一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置循環(huán)，以此來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在正反兩個(gè)方向任意角度的旋轉(zhuǎn)。
[0012]本實(shí)用新型基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)相比傳統(tǒng)的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)來講其優(yōu)勢在于:采用了多個(gè)由轉(zhuǎn)子、超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、杠桿、連桿、離合器及定子組成的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，利用離合器和超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作的配合實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器依次驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)的方法，多個(gè)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、杠桿和連桿同時(shí)作用大大提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；利用殼體、杠桿、連桿和轉(zhuǎn)子組成的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)將超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器直線位移輸出放大后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生扭矩的方法使得步進(jìn)電機(jī)每步的轉(zhuǎn)動(dòng)角度更大，且不存在滑動(dòng)摩擦導(dǎo)致的過熱問題，效率更高；超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、杠桿和連桿的對稱分布結(jié)構(gòu)抵消了輸出軸受到的徑向力，使得驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行更平穩(wěn)，減小磨損和運(yùn)行噪音；通過循環(huán)依次控制多個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置中超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器和離合器的動(dòng)作可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反兩個(gè)方向任意角度的旋轉(zhuǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本實(shí)用新型基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)封裝后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將結(jié)合附圖1、附圖2、附圖3和一個(gè)具體實(shí)施例對本實(shí)用新型基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的說明。以下所述實(shí)施例僅是為了更好的說明本實(shí)用新型的【實(shí)用新型內(nèi)容】，本實(shí)用新型包含但不限于本實(shí)施例中所描述內(nèi)容。
[0017]如圖1、圖2和圖3所示分別為本實(shí)用新型基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖和封裝后結(jié)構(gòu)示意圖，基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的超磁致伸縮步進(jìn)電機(jī)由輸出軸1，由轉(zhuǎn)子201、超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器202、連桿203、杠桿204，定子205和離合器206組成的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2a_2c，軸承3a、3b，殼體4和端蓋5組成。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2a-2c中轉(zhuǎn)子201和定子205同軸，轉(zhuǎn)子201和離合器206為同軸固定連接，超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器202可輸出長度方向的伸縮運(yùn)動(dòng)，超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器202 —端和定子205固定連接、