一種sma驅(qū)動的步進電的制造方法
【專利摘要】一種SMA驅(qū)動的步進電機，采用SMA作為所述步進電機的驅(qū)動元件，SMA與步進電機的齒輪盤連接。本發(fā)明將SMA的由脈沖電壓驅(qū)動多次往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C齒輪的旋轉(zhuǎn)運動，從而克服了SMA驅(qū)動長度小的弱點，電機可以驅(qū)動無限制的長度；電機結(jié)構(gòu)簡單，容易制作成本低；節(jié)省能源，只需要3V-16V的電源；重量輕，只有普通電機的5％的重量；所占空間小，只占普通電機的5％的所占空間；這種步進電機還可以使用在普通電機不適合的場合，如水中，油中，太空，人體中。
【專利說明】-種SMA驅(qū)動的步進電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及步進電機的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種SMA驅(qū)動的步進電機。
【背景技術(shù)】
[0002] 步進電機因具有過載性好，控制方便，整體結(jié)構(gòu)簡單而被廣泛應(yīng)用，在電子鐘表、 工業(yè)機器手、包裝機械、礦井提升、汽車測試等都有應(yīng)用。由步進電機不能直接接到工頻交 流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電動機驅(qū)動器。以往的驅(qū)動器較復(fù)雜，成本 高，整個電機的結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，制作工藝復(fù)雜成本高，重量不輕，所占空間大，限制了步進 電機的使用范圍。
[0003] SMA (shape memory alloys,形狀記憶合金，簡稱SMA)是一種新型智能材料，這種 材料具有形狀記憶效應(yīng)和較高的功重比，并且驅(qū)動簡單、控制方便，已經(jīng)作為驅(qū)動元件得到 了廣泛的應(yīng)用。但是SMA作為驅(qū)動器還存在一下不足：一方面作為驅(qū)動器，它的驅(qū)動長度 有限，僅有總金屬長度的4% ;另一方面它能克服的載荷小，且隨著載荷的增加，驅(qū)動長度減 小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于克服以上的不足缺陷提出一種SMA驅(qū)動的步進電機。
[0005] 為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種SMA驅(qū)動的步進電機，包括輪軸、齒輪盤、驅(qū)動臂、驅(qū)動SMA線、復(fù)位SMA線和 彈性連接件；所述輪軸輸出電機動力，所述齒輪盤安裝于所述輪軸；
[0007] 所述驅(qū)動臂的驅(qū)動端與所述齒輪盤上的輪齒嚙合，所述驅(qū)動SMA線的一端連接于 所述驅(qū)動臂的另一端，所述驅(qū)動SMA線的另一端固定于機架，所述驅(qū)動SMA線由正常狀態(tài)轉(zhuǎn) 變?yōu)榭s短狀態(tài)時拉動所述驅(qū)動臂帶動齒輪盤旋轉(zhuǎn)；所述復(fù)位SMA線在縮短狀態(tài)時將所述驅(qū) 動臂的驅(qū)動端拉離所述齒輪盤；所述彈性連接件的一端固定于機架，所述彈性連接件的另 一端連接于所述驅(qū)動臂，所述彈性連接件將所述驅(qū)動臂拉向所述齒輪盤的方向。
[0008] 優(yōu)選的，還設(shè)置有副驅(qū)動臂、副驅(qū)動SMA線、副復(fù)位SMA線和副彈性連接件；
[0009] 所述副驅(qū)動臂的驅(qū)動端與所述齒輪盤上的輪齒嚙合，所述副驅(qū)動SMA線的一端連 接于所述副驅(qū)動臂的另一端，所述副驅(qū)動SMA線的另一端固定于機架，所述副驅(qū)動SMA線由 正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭s短狀態(tài)時拉動所述副驅(qū)動臂帶動齒輪盤旋轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)的方向與所述驅(qū)動 SMA線拉動所述齒輪盤轉(zhuǎn)動的方向相反；所述副復(fù)位SMA線在縮短狀態(tài)時將所述副驅(qū)動臂 的驅(qū)動端拉離所述齒輪盤；所述副彈性連接件的一端固定于機架，所述副彈性連接件的另 一端連接于所述副驅(qū)動臂，所述副彈性連接件將所述副驅(qū)動臂拉向所述齒輪盤的方向。
[0010] 所述復(fù)位SMA線垂直于所述驅(qū)動臂和驅(qū)動SMA線的連線方向；所述彈性連接件位 于所述驅(qū)動臂和驅(qū)動SMA線的連線的直線上。
[0011] 所述副復(fù)位SMA線垂直于所述副驅(qū)動臂和副驅(qū)動SMA線的連線方向；所述副彈性 連接件位于所述副驅(qū)動臂和副驅(qū)動SMA線的連線的直線上；
[0012] 所述驅(qū)動臂與所述副驅(qū)動臂相互平行。
[0013] 所述驅(qū)動臂和所述副驅(qū)動臂的驅(qū)動端均設(shè)置有凸鉤，所述凸鉤與所述齒輪盤上的 輪齒嚙合；所述的驅(qū)動臂和所述副驅(qū)動臂均由不銹鋼制作而成。
[0014] 所述驅(qū)動SMA線、復(fù)位SMA線、副驅(qū)動SMA線和副復(fù)位SMA線均為鎳鈦合金線。
[0015] 優(yōu)選的，包括用于控制所述驅(qū)動SMA線、副驅(qū)動SMA線、復(fù)位SMA線和副復(fù)位SMA 線在正常狀態(tài)和縮短狀態(tài)之間變化的控制電板。
[0016] 所述控制電板設(shè)置有記錄所述驅(qū)動SMA線、副驅(qū)動SMA線、復(fù)位SMA線和副復(fù)位 SMA線的變化次數(shù)的計數(shù)器。
[0017] 所述齒輪盤與步進電機的輪軸通過固定螺母固定。
[0018] 所述輪軸上設(shè)置有傳動比裝置。
[0019] 本發(fā)明將SMA線由脈沖電壓驅(qū)動多次往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪盤帶動輪軸的旋 轉(zhuǎn)運動，從而克服了 SMA驅(qū)動長度小的弱點，電機可以驅(qū)動無限制的長度；電機結(jié)構(gòu)簡單， 容易制作成本低；節(jié)省能源，只需要3V-16V的電源；重量輕，只有普通電機的5 %的重量； 所占空間小，只占普通電機的5%的所占空間；這種步進電機還可以使用在普通電機不適 合的場合，如水中，油中，太空，人體中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明一個具體實施例的示意圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明一個具體實施例的示意圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明一個實施例的剖視示意圖。
[0023] 其中：1為驅(qū)動臂，2為彈性連接件，3為復(fù)位SMA線，4為驅(qū)動SMA線、5為齒輪盤， 6為軸輸出，8為固定螺母，9為副彈性連接件，10為副驅(qū)動臂，11為副復(fù)位SMA線、12為副 驅(qū)動SMA線，13為軸承，14為輪軸，101、102為凸鉤。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0025] 本發(fā)明的一個實施例如圖1所示，一種SMA驅(qū)動的步進電機，包括輪軸14、齒輪盤 5、驅(qū)動臂1、驅(qū)動SMA線4、復(fù)位SMA線3和彈性連接件2 ;所述彈性連接件2為彈簧；
[0026] 所述驅(qū)動臂1的驅(qū)動端與所述齒輪盤5上的輪齒嚙合，所述驅(qū)動SMA線4的一端 連接于所述驅(qū)動臂1的另一端，所述驅(qū)動SMA線4的另一端固定于機架，所述驅(qū)動SMA線4 由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭s短狀態(tài)時拉動所述驅(qū)動臂1帶動齒輪盤5旋轉(zhuǎn)；所述復(fù)位SMA線3在 縮短狀態(tài)時將所述驅(qū)動臂的驅(qū)動端拉離所述齒輪盤5 ;所述彈性連接件2的一端固定于機 架，所述彈性連接件2的另一端連接于所述驅(qū)動臂1，所述彈性連接件2將所述驅(qū)動臂1拉 向所述齒輪盤5的方向。
[0027] 本實施例的電機是這樣驅(qū)動的。驅(qū)動SMA線4加電壓時縮短，拉動驅(qū)動臂1，從而 使齒輪盤5轉(zhuǎn)動一齒，輪軸14轉(zhuǎn)動輸出動力。然后，復(fù)位SMA線3加電壓，將驅(qū)動臂1拉離 齒輪盤5,驅(qū)動SMA線4的電壓消失，驅(qū)動SMA線4伸長到正常狀態(tài)；復(fù)位SMA線3電壓消 失，在彈性連接件2的作用下，驅(qū)動臂1恢復(fù)與齒輪盤5嚙合的狀態(tài)，從而可以對齒輪盤5做 下一次的拉動。加在驅(qū)動SMA線4和復(fù)位SMA線3上的電壓均為脈沖電壓，所以能夠持續(xù) 重復(fù)上述行為，雖然每個脈沖電壓周期僅驅(qū)動齒輪盤5的一個齒的距離，但使電機的整體 表現(xiàn)為輪軸14持續(xù)的轉(zhuǎn)動。此種電機結(jié)構(gòu)非常簡單，而且體積非常小。本發(fā)明節(jié)省能源， 只需要3V-16V的電源；重量輕，只有普通電機的5%的重量；所占空間小，只占普通電機的 5%的所占空間；這種步進電機還可以使用在普通電機不適合的場合，如水中，油中，太空， 人體中。
[0028] 可以采用控制電板對上述SMA線的脈沖電壓進行控制，以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。
[0029] 如圖2所示，本發(fā)明的另一個實施例，還設(shè)置有副驅(qū)動臂10、副驅(qū)動SMA線12、副 復(fù)位SMA線11和副彈性連接件9 ;
[0030] 所述副驅(qū)動臂10的驅(qū)動端與所述齒輪盤5的輪齒嚙合，所述副驅(qū)動SMA線12的 一端連接于所述副驅(qū)動臂10的另一端，所述副驅(qū)動SMA線12的另一端固定于機架，所述副 驅(qū)動SMA線12由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭s短狀態(tài)時拉動所述副驅(qū)動臂10帶動齒輪盤5旋轉(zhuǎn)，但 旋轉(zhuǎn)的方向與所述驅(qū)動SMA線4拉動所述齒輪盤5轉(zhuǎn)動的方向相反；所述副復(fù)位SMA線11 在縮短狀態(tài)時將所述副驅(qū)動臂10的驅(qū)動端拉離所述齒輪盤5 ;所述副彈性連接件9的一端 固定于機架，所述副彈性連接件7的另一端連接于所述副驅(qū)動臂10,所述副彈性連接件9將 所述副驅(qū)動臂10拉向所述齒輪盤5的方向。
[0031] 在副驅(qū)動SMA線12和副復(fù)位SMA線11也可以加脈沖電壓，使齒輪盤5既可以順 時針驅(qū)動，也可以逆時針轉(zhuǎn)動，擴大了本發(fā)明的應(yīng)用范圍。
[0032] 如圖1,所述復(fù)位SMA線3垂直于所述驅(qū)動臂1和驅(qū)動SMA線4的連線方向；所述 彈性連接件2平行于所述驅(qū)動臂1的驅(qū)動端，所述彈性連接件2位于所述驅(qū)動臂1和驅(qū)動 SMA線4的連線的直線上。
[0033] 所述副復(fù)位SMA線11垂直于所述副驅(qū)動臂10和副驅(qū)動SMA線12的連線方向；所 述副彈性連接件9位于所述副驅(qū)動臂10和副驅(qū)動SMA線12的連線的直線上；
[0034] 所述驅(qū)動臂1與所述副驅(qū)動臂10相互平行。
[0035] 這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計使驅(qū)動與復(fù)位的效率最高，能夠使SMA線用最少的尺寸變化完成 驅(qū)動和復(fù)位動作。
[0036] 所述驅(qū)動臂1和所述副驅(qū)動臂10的驅(qū)動端均設(shè)置有凸鉤101、102,所述凸鉤101、 102嵌入所述齒輪盤5上輪齒嚙合；所述的驅(qū)動臂1和所述副驅(qū)動臂10均由不銹鋼制作而 成。
[0037] 當驅(qū)動SMA線4或副驅(qū)動SMA線12接到控制電板送出的脈沖時，驅(qū)動SMA線4或 副驅(qū)動SMA線12就順時針和逆時針拉動所述驅(qū)動臂1或所述副驅(qū)動臂10,而所述凸鉤101、 102勾住輪齒，從而容易拉動所述齒輪盤的旋轉(zhuǎn)。這樣的驅(qū)動臂和副驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，制 作工藝簡單，從而節(jié)約成本。不銹鋼和彈簧鋼耐磨，表面較光滑；所述的驅(qū)動臂1和所述副 驅(qū)動臂10在所述輪齒槽內(nèi)來回的運動需要很好的耐磨性，表面光滑較容易將所述的驅(qū)動 臂1和所述副驅(qū)動臂10從輪齒槽中拉出。
[0038] 所述驅(qū)動SMA線4、復(fù)位SMA線3、副驅(qū)動SMA線11和副復(fù)位SMA線12均為鎳鈦 合金線。
[0039] 鎳鈦合金具有獨特的形狀記憶功能外，還具有耐磨損、抗腐蝕、高阻尼和超彈性等 優(yōu)異特點。
[0040] 本實施例還包括用于控制所述驅(qū)動SMA線4、副驅(qū)動SMA線12、復(fù)位SMA線3和副 復(fù)位SMA線在11正常狀態(tài)和縮短狀態(tài)之間變化的控制電板。
[0041] 控制電板對脈沖電壓的周期和幅度進行綜合控制，有利于根據(jù)各種實際情況調(diào)節(jié) 電機轉(zhuǎn)速等多種電機工況。
[0042] 所述控制電板設(shè)置有計數(shù)器。
[0043] 所述計數(shù)器可讀出控制電板輸出脈沖的數(shù)值，并可對應(yīng)地轉(zhuǎn)換成齒輪的轉(zhuǎn)動角 度。
[0044] 所述齒輪盤5與步進電機的輪軸14通過固定螺母固定。
[0045] 利用固定螺母8將所述齒輪盤5與步進電機的輪軸14固定既簡單快捷，拆卸也方 便。
[0046] 所述輪軸14上設(shè)置有傳動比裝置。
[0047] 通過齒輪軸5的輸出轉(zhuǎn)動，然后加上傳動比裝置即可將轉(zhuǎn)動力放大或縮小。如采 用降速比就可將力放大，以增大SMA線的驅(qū)動力，克服SMA線的驅(qū)動力小的弱點。
[〇〇48] 以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的 原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它【具體實施方式】，這些方式都將落入 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種SMA驅(qū)動的步進電機，其特征在于：包括輪軸、齒輪盤、驅(qū)動臂、驅(qū)動SMA線、復(fù) 位SMA線和彈性連接件；所述輪軸輸出電機動力，所述齒輪盤安裝于所述輪軸； 所述驅(qū)動臂的驅(qū)動端與所述齒輪盤上的輪齒嚙合，所述驅(qū)動SMA線的一端連接于所述 驅(qū)動臂的另一端，所述驅(qū)動SMA線的另一端固定于機架，所述驅(qū)動SMA線由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?縮短狀態(tài)時拉動所述驅(qū)動臂帶動齒輪盤旋轉(zhuǎn)；所述復(fù)位SMA線在縮短狀態(tài)時將所述驅(qū)動臂 的驅(qū)動端拉離所述齒輪盤；所述彈性連接件的一端固定于機架，所述彈性連接件的另一端 連接于所述驅(qū)動臂，所述彈性連接件將所述驅(qū)動臂拉向所述齒輪盤的方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SMA驅(qū)動的步進電機，其特征在于：還設(shè)置有副驅(qū)動臂、副驅(qū) 動SMA線、副復(fù)位SMA線和副彈性連接件； 所述副驅(qū)動臂的驅(qū)動端與所述齒輪盤上的輪齒嚙合，所述副驅(qū)動SMA線的一端連接于 所述副驅(qū)動臂的另一端，所述副驅(qū)動SMA線的另一端固定于機架，所述副驅(qū)動SMA線由正常 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭s短狀態(tài)時拉動所述副驅(qū)動臂帶動齒輪盤旋轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)的方向與所述驅(qū)動SMA 線拉動所述齒輪盤轉(zhuǎn)動的方向相反；所述副復(fù)位SMA線在縮短狀態(tài)時將所述副驅(qū)動臂的驅(qū) 動端拉離所述齒輪盤；所述副彈性連接件的一端固定于機架，所述副彈性連接件的另一端 連接于所述副驅(qū)動臂，所述副彈性連接件將所述副驅(qū)動臂拉向所述齒輪盤的方向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SMA驅(qū)動的步進電機，其特征在于：所述復(fù)位SMA線垂直于 所述驅(qū)動臂和驅(qū)動SMA線的連線方向；所述彈性連接件位于所述驅(qū)動臂和驅(qū)動SMA線的連 線的直線上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的SMA驅(qū)動的步進電機，其特征在于：所述副復(fù)位SMA線垂直 于所述副驅(qū)動臂和副驅(qū)動SMA線的連線方向；所述副彈性連接件位于所述副驅(qū)動臂和副驅(qū) 動SMA線的連線的直線上； 所述驅(qū)動臂與所述副驅(qū)動臂相互平行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的SMA驅(qū)動的步進電機，其特征在于：所述驅(qū)動臂和所述副驅(qū) 動臂的驅(qū)動端均設(shè)置有凸鉤，所述凸鉤與所述齒輪盤上的輪齒嚙合；所述的驅(qū)動臂和所述 副驅(qū)動臂均由不銹鋼或彈簧鋼制作而成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的SMA驅(qū)動的步進電機，其特征在于：所述驅(qū)動SMA線、復(fù)位SMA 線、副驅(qū)動SMA線和副復(fù)位SMA線均為鎳鈦合金線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的SMA驅(qū)動的步進電機，其特征在于：包括用于控制所述驅(qū)動 SMA線、副驅(qū)動SMA線、復(fù)位SMA線和副復(fù)位SMA線在正常狀態(tài)和縮短狀態(tài)之間變化的控制 電板。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的SMA驅(qū)動的步進電機，其特征在于：所述控制電板設(shè)置有記 錄所述驅(qū)動SMA線、副驅(qū)動SMA線、復(fù)位SMA線和副復(fù)位SMA線的變化次數(shù)的計數(shù)器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SMA驅(qū)動的步進電機，其特征在于：所述齒輪盤與步進電機 的輪軸通過固定螺母固定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的SMA驅(qū)動的步進電機，其特征在于：所述輪軸上設(shè)置有傳動 比裝置。
【文檔編號】H02K37/24GK104092349SQ201410347245
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】唐建柳 申請人:佛山市禾才科技服務(wù)有限公司, 唐易平