[发明专利]一种单驱双向旋转型超磁致伸缩电机

说明书

技术领域

本发明属于微型马达领域，特别是涉及一种单驱双向旋转型超磁致伸缩电机。

背景技术

微型电机驱动元件的材料主要有压电材料、形状记忆合金、电致流变(ER)材料和超磁致伸缩材料。在这些驱动元件材料中，压电材料为驱动元件的微型电机和作动器的研究开发和应用比较成熟。与其它驱动元件材料相比，超磁致伸缩材料具有大应力负载、大应变(压电材料5-8倍)、无疲劳极限、高磁(电)-机械转换效率(耦合系数达0.75)、响应速度快(＜1μs)和低电压驱动等特点，其非常的适合作为微作动器的驱动元件。

在中国专利申请公开说明书中，CN102013834A、CN102005967A和CN102005966A中针对已有的旋转型压电电机为了实现双向控制驱动，往往需要两套压电片和两路驱动信号，并配合设计空间上相位差来实现这个问题，分别提出了基于边界条件的单驱双向压电马达、频率控制转向的单驱动微马达和电极分割型单驱动双向压电马达，这使得双向旋转型压电电机的结构和电路得到简化，更适合微型化。但是其使用压电片作为驱动元件，使得驱动电压偏高及高压驱动带来的短路问题、输出力矩偏小、电极直接与驱动元件相连接和整个电机在电路中表现为容性而带来匹配电路复杂，这些缺陷限制了其的应用范围。

在美国专利文献中，US5079460、US546015和US5341056中描述了旋转型超磁致伸缩电机，虽然他们能够提供大力矩和精确定位，但是他们结构复杂而不适合于微型化、使用多块的超磁致伸缩材料导致成本太高、多路信号驱动使得驱动电路比较复杂。

在文献《Miniature Spherical Motor using Bimetal of Magnetostrictive Materials》中描述了一种多自由度球型超磁致伸缩电机，其使用4块的超磁致伸缩材料(Galfenol)和Ni的结合体作为驱动元件，其实现了微型化和多自由度化，但是结构复杂和成本高问题导致其再进一步的微型化比较困难，高成本也限制其的应用范围。

针对以上现有技术中存在的问题：现有单驱双向压电电机的驱动电压高及高电压带来短路问题、输出力矩小、输出功率小、机械与电路部分不能相互隔离和匹配电路比较复杂的缺点，现有的旋转型超磁致伸缩电机的结构复杂、成本高和不易于微型化的缺点，研究一款单驱双向和适合微型化的超磁致伸缩电机具有更好的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、低压驱动、单驱双向、低成本和易于微型化的旋转型超磁致伸缩电机。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种单驱双向旋转型超磁致伸缩电机，包括定子、转子、驱动线圈和偏置磁体，所述定子置于底座上，并与底座集成一体，其特征在于：

所述定子是由带贯穿内孔的驱动体和超磁致伸缩材料块连接而成，所述超磁致伸缩材料块置于驱动体的一个侧面，所述内孔设于靠近该侧面的位置；

所述偏置磁体由一个或一对永磁铁组成并置于所述超磁致伸缩材料块端部；

所述转子穿过定子的内孔，其下端与底座配合限位固定，为定子与转子提供预压力；

所述驱动线圈为一定圈数的漆包线绕成并置于所述定子外并完全覆盖所述超磁致伸缩材料块，工作时，通过对驱动线圈两端施加驱动信号如方波信号以实现单驱双向。

作为改进，所述转子为上端设有斜面、下端设有卡槽的杆体结构，所述定子的内孔为圆形孔，内孔的上端面成型为与转子的斜面配合的内凹的环形斜面，所述底座上成型有与内孔对应的通孔，通孔的外侧设有与转子的底部卡槽配合的弹性卡片，所述转子穿过内孔、底座通孔，其上端的斜面与内孔的环形斜面配合形成摩擦传动面，其下端通过卡槽与弹性卡片的配合限位固定。

作为改进，所述定子的驱动体呈圆柱体，所述内孔设于圆柱体的中心位置，在圆柱体的一个侧面竖直切出一平面，所述超磁致伸缩材料块与该平面通过界面力连接成一体，所述驱动线圈置于所述超磁致伸缩材料块和所述的定子外面，并完全覆盖所述超磁致伸缩材料块。

再改进，所述定子的驱动体呈方形柱，所述内孔靠近该方形柱的其中一个侧面，所述超磁致伸缩材料块与该侧面通过界面力连接成一体；所述驱动线圈置于所述超磁致伸缩材料块和所述的定子外面，并完全覆盖所述超磁致伸缩材料块。