專利名稱：感應加熱相變式微噴驅動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是ー種微型驅動器，具體為采用微加工技術制作的ー種利用高頻脈沖感應加熱，使處于加熱芯的液體迅速汽化，體積迅速膨脹近1000倍，體積膨脹的汽、液混合體從噴射ロ噴出，噴射反作用力作為驅動力的微驅動器。微型驅動器是微型水下機器人、機器魚和微操控等智能設備的重要組成部分，屬于微型驅動器和微型執(zhí)行器領域。
背景技術：
基于現(xiàn)代微加工技術的微型水下驅動器具有功耗低、成本低、體積小等優(yōu)點，在微型水下機器人、微型機器魚、微驅動、水下探測與傳感檢測等方面具有重要的應用。而目前微型水下驅動器中大都采用螺旋槳和新型復合材料的變形驅動，但是在微小驅動中，由于摩擦阻力占總能耗的比重較高，因此螺旋槳或其它功能材料的變形驅動摩擦耗能多、效率較低。此外，傳統(tǒng)的熱膨脹驅動，由于受膨脹系數的限制，其體積變化小于2倍，驅動效率 低。在此背景下，本發(fā)明提出ー種周期性感應、非接觸加熱的相變微型噴射驅動器。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服微型機械部件如螺旋槳、記憶合金、變形復合材料等的摩擦阻カ大、效率低、故障率高等缺點，克服傳統(tǒng)的熱脹驅動器膨脹倍數低的缺點。本發(fā)明的微型驅動器利用高頻交變電流產生高頻交變磁場，進而由交變磁場在加熱芯中產生電渦流，由該電渦流在加熱芯中產生焦耳熱，使加熱芯附近的微量液體汽化，液體汽化時，體積迅速膨脹近1000倍，汽、液混合體爆破式噴射作為驅動力，使驅動器產生向前的運動。本發(fā)明采用如下技術方案感應加熱相變式微噴驅動器，其包括有驅動器殼體1、絕緣漆2、線圈3、線圈端子一 4、線圈端子ニ 5、加熱芯6、加熱芯固定膠7、驅動器內腔8、驅動器噴射ロ 9、電源模塊ー10、脈沖發(fā)生器11、繼電器12、電路輸出端子一 13、電路輸出端子ニ 14、單片機系統(tǒng)15、電源模塊ニ 16 ；所述的驅動器殼體I內部有內腔8，內腔8 一端封閉，封閉端的驅動器殼體外形呈半球形，封閉端是驅動器的前端，內腔8的另一端有與外界相通的驅動器噴射ロ 9，加熱芯6安裝在驅動器殼體I的內腔8中的封閉端內，加熱芯6的一個端面和封閉端的端面貼合，カロ熱芯固定膠7將加熱芯6的另ー個端面和驅動器內腔8粘接在一起。所述的線圈3纏繞在驅動器殼體I的外周，加熱芯6位于線圈3的中心，線圈3的兩端與加熱芯的兩端對齊，絕緣漆2包裹在驅動器殼體I和線圈3的外周；驅動器殼體I的外部呈圓柱形，驅動器殼體I的外側涂敷絕緣漆，驅動器殼體I的前端大后端小呈流線型；所述的電源模塊ー 10給脈沖發(fā)生器11供電，脈沖發(fā)生器11產生的高頻脈沖供給繼電器12 ;電源模塊ニ 16給單片機系統(tǒng)15供電,單片機系統(tǒng)15與繼電器12的控制端相連通；所述的電路輸出端子一 13與線圈端子一 4相連通；電路輸出端子ニ 14與線圈端子ニ 5相連通；所述的繼電器12通過電路端子一 13和電路端子ニ 14連接并供給線圈3高頻脈沖。所述的驅動器殼體I的外直徑為0. 2 I毫米，驅動器內腔8的直徑為0.1 0. 8毫米。所述線圈3由銅漆包線精密繞制而成，銅漆包線的直徑為20 110微米。所述的繼電器12供給的高頻脈沖導通的時間是tl，間斷的時間是t2，電壓是U ；高頻脈沖的頻率為IOOkHz 2MHz，tl為0.1ms 2ms, t2為2ms 20ms，電壓U為5V 。 加熱芯固定膠7將加熱芯6和驅動器殼體I粘接在一起。本發(fā)明可以取得如下有益效果本發(fā)明沒有可動的機械部件，因此故障率低，無摩擦阻力，效率高，壽命長，此外熱膨脹率大，驅動速度快。


圖1 :本發(fā)明的結構示意圖；圖2 :本發(fā)明控制電路組成框圖；圖3 :本發(fā)明的工作過程示意圖一；圖4 :本發(fā)明的工作過程示意圖ニ；圖5 :本發(fā)明的工作過程示意圖三；圖6 :本發(fā)明的工作過程示意圖四；圖7 :本發(fā)明使用脈沖波形示意圖；圖中1.驅動器殼體，2.絕緣漆，3.線圈，4.線圈端子一，5.線圈端子ニ，6.加熱芯，7.加熱芯固定膠，8.驅動器內腔，9.驅動器噴射ロ，10.電源模塊一，11.脈沖發(fā)生器，12.繼電器，13.電路輸出端子一，14.電路輸出端子ニ，15.單片機系統(tǒng)，16.電源模塊ニ，17.氣泡。
具體實施例方式結合附圖1-2采用微加工、粘接、焊接和電路制作技術進行設計和加工。感應加熱相變式微噴驅動器，其包括有驅動器殼體1、絕緣漆2、線圈3、線圈端子一 4、線圈端子ニ 5、加熱芯6、加熱芯固定膠7、驅動器內腔8、驅動器噴射ロ 9、電源模塊ー10、脈沖發(fā)生器11、繼電器12、電路輸出端子一 13、電路輸出端子ニ 14、單片機系統(tǒng)15、電源模塊ニ 16 ；所述的驅動器殼體I內部有內腔8，內腔8 一端封閉，封閉端的驅動器殼體外形呈半球形，封閉端是驅動器的前端，內腔8的另一端有與外界相通的驅動器噴射ロ 9，加熱芯6安裝在驅動器殼體I的內腔8中的封閉端內，加熱芯6的一個端面和封閉端的端面貼合，カロ熱芯固定膠7將加熱芯6的另ー個端面和驅動器內腔8粘接在一起。所述的線圈3纏繞在驅動器殼體I的外周，加熱芯6位于線圈3的中心，線圈3的兩端與加熱芯的兩端對齊，絕緣漆2包裹在驅動器殼體I和線圈3的外周；驅動器殼體I的外部呈圓柱形，驅動器殼體I的外側涂敷絕緣漆，驅動器殼體I的前端大后端小呈流線型；所述的電源模塊ー 10給脈沖發(fā)生器11供電，脈沖發(fā)生器11產生的高頻脈沖供給繼電器12 ;電源模塊ニ 16給單片機系統(tǒng)15供電,單片機系統(tǒng)15與繼電器12的控制端相連通；所述的電路輸出端子一 13與線圈端子一 4相連通；電路輸出端子ニ 14與線圈端子ニ 5相連通；所述的繼電器12通過電路端子一 13和電路端子ニ 14連接并供給線圈3高頻脈沖。所述的驅動器殼體I的外直徑為0. 2 I毫米，驅動器內腔8的直徑為0.1 0. 8 毫米。所述線圈3由銅漆包線精密繞制而成，銅漆包線的直徑為20 110微米。所述的繼電器12供給的高頻脈沖導通的時間是tl，間斷的時間是t2，電壓是U ；高頻脈沖的頻率為IOOkHz 2MHz，tl為0.1ms 2ms, t2為2ms 20ms，電壓U為5V 24V。加熱芯固定膠7將加熱芯6和驅動器殼體I粘接在一起。本發(fā)明感應加熱相變式微噴驅動器的工作過程如圖3至圖6所示(a)將感應加熱相變式微噴驅動器懸浮于液體中，如圖3所示如水中。電路輸出端子一 13與線圈端子一 4相連通；電路輸出端子ニ 14與線圈端子ニ 5相連通。(b)電源模塊ー 10給脈沖發(fā)生器11供電，脈沖發(fā)生器11產生的高頻脈沖供給繼電器12 ;電源模塊ニ 16給單片機系統(tǒng)15供電,單片機系統(tǒng)15與繼電器12的控制端相連通，單片機系統(tǒng)15控制繼電器12的開關狀態(tài)，從而控制高頻脈沖供給線圈3的時間tl。(c)繼電器12將高頻脈沖傳導給線圈3，線圈3在其周圍產生高頻交變磁場，該磁場在加熱芯6中產生感應電動勢，在電動勢的驅動下，加熱芯6中出現(xiàn)電流，又稱為電渦流，電渦流在加熱芯6中產生焦耳熱，該熱量使加熱芯溫度迅速升高，在tl時間內達到300°C 500°C，該加熱芯6的熱量傳導給附近的水，使水瞬間汽化，形成氣泡17，其體積迅速膨脹，如圖4所示，汽化后驅動器內腔8內的汽、液混合體從驅動器噴射ロ 9爆炸式噴出，同時對驅動器器產生反作用力，從而推動整個微型驅動器前迸。(d)單片機系統(tǒng)15控制繼電器12的斷開時間t2，從而控制高頻脈沖供給線圈3的間斷時間t2。在t2這段時間，線圈3中沒有電流，加熱芯6不產生熱量，如圖5和6所示，在周圍液體的冷卻下，驅動器內腔8內的汽、液混合體和加熱芯6的溫度緩速下降，汽體又慢慢變?yōu)橐后w，汽泡17逐漸縮小，直至恢復到加熱前的狀態(tài)，驅動器也停止前迸。由以上步驟(a) (b) (c) (d)循環(huán)進行，從而實現(xiàn)微型驅動器的前迸。以上為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，但是本發(fā)明的內容不僅僅局限于此。
權利要求
1.感應加熱相變式微噴驅動器，其包括有驅動器殼體(I)、絕緣漆(2)、線圈(3)、線圈端子一(4)、線圈端子二(5)、加熱芯(6)、加熱芯固定膠(7)、驅動器內腔(8)、驅動器噴射口(9)、電源模塊一(10)、脈沖發(fā)生器(11)、繼電器(12)、電路輸出端子一(13)、電路輸出端子二(14)、單片機系統(tǒng)(15)、電源模塊二(16);其特征在于 所述的驅動器殼體(I)內部有內腔(8)，內腔(8) —端封閉，封閉端的驅動器殼體外形呈半球形，封閉端是驅動器的前端，內腔(8)的另一端有與外界相通的驅動器噴射口(9)，加熱芯(6)安裝在驅動器殼體(I)的內腔(8)中的封閉端內，加熱芯(6)的一個端面和封閉端的端面貼合，加熱芯固定膠(7)將加熱芯(6)的另一個端面和驅動器內腔(8)粘接在一起。所述的線圈(3)纏繞在驅動器殼體(I)的外周，加熱芯(6)位于線圈(3)的中心，線圈(3)的兩端與加熱芯的兩端對齊，絕緣漆(2)包裹在驅動器殼體(I)和線圈(3)的外周；驅動器殼體(I)的外部呈圓柱形，驅動器殼體(I)的外側涂敷絕緣漆，驅動器殼體(I)的前端大后端小呈流線型； 所述的電源模塊一(10)給脈沖發(fā)生器(11)供電，脈沖發(fā)生器(11)產生的高頻脈沖供給繼電器(12);電源模塊二(16)給單片機系統(tǒng)(15)供電，單片機系統(tǒng)(15)與繼電器(12)的控制端相連通； 所述的電路輸出端子一(13)與線圈端子一(4)相連通；電路輸出端子二(14)與線圈端子二(5)相連通； 所述的繼電器(12)通過電路端子一(13)和電路端子二(14)連接并供給線圈(3)高頻脈沖。
2.根據權利要求1所述的感應加熱相變式微噴驅動器，其特征在于所述的驅動器殼體(I)的外直徑為O. 2 I毫米，驅動器內腔(8)的直徑為O.1 O. 8毫米。
3.根據權利要求1所述的感應加熱相變式微噴驅動器，其特征在于所述線圈(3)由銅漆包線精密繞制而成，銅漆包線的直徑為20 110微米。
4.根據權利要求1所述的感應加熱相變式微噴驅動器，其特征在于所述的繼電器(12)供給的高頻脈沖導通的時間是tl，間斷的時間是t2，電壓是U ;高頻脈沖的頻率為IOOkHz 2MHz，tl 為 O.1ms 2ms, t2 為 2ms 20ms，電壓 U 為 5V 24V。
5.根據權利要求1所述的感應加熱相變式微噴驅動器，其特征在于加熱芯固定膠(7)將加熱芯(6 )和驅動器殼體(I)粘接在一起。
全文摘要
感應加熱相變式微噴驅動器，屬于微型驅動器領域。線圈(3)纏繞在驅動器殼體(1)的外周，絕緣漆(2)包裹在驅動器殼體(1)和線圈(3)的外周；加熱芯(6)安裝在驅動器殼體(1)的內腔(8)中；加熱芯(6)的兩端與線圈(3)的兩端對齊；所述的電源模塊一(10)給脈沖發(fā)生器(11)供電，脈沖發(fā)生器(11)產生的高頻脈沖供給繼電器(12)；電源模塊二(16)給單片機系統(tǒng)(15)，單片機系統(tǒng)(15)與繼電器(12)的控制端相連通；所述的電路輸出端子一(13)與線圈端子一(4)相連通；電路輸出端子二(14)與線圈端子二(5)相連通。本發(fā)明以汽、液混合體爆破式噴射作為驅動力,使驅動器產生向前的運動。
文檔編號F03G7/06GK103016287SQ20121059401
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權日2012年12月31日
發(fā)明者劉本東, 候岳鵬 申請人:北京工業(yè)大學