一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)，該機(jī)構(gòu)采用形狀記憶合金螺旋作為驅(qū)動(dòng)元件，形狀記憶合金螺旋一端通過緊定螺釘與輸出軸連接，另一端通過固定夾具與電機(jī)基座連接，輸出軸通過軸承固定在電機(jī)基座上；該形狀記憶合金螺旋高溫下定形為中徑尺寸較大的螺旋，低溫下加工為中徑尺寸較小的螺旋后安裝于電機(jī)中，高溫下螺旋與低溫下螺旋具有相同的高度，電源接通后，形狀記憶合金螺旋由于形狀記憶效應(yīng)回復(fù)到高溫下中徑尺寸較大的螺旋，帶動(dòng)輸出軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出扭矩和轉(zhuǎn)角，但不會(huì)輸出軸向位移。所述變螺旋形狀記憶合金電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、功率密度大、能量利用效率高，可以用作非連續(xù)旋轉(zhuǎn)、輸出扭矩和轉(zhuǎn)角一定的動(dòng)力裝置。
【專利說(shuō)明】一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及形狀記憶合金電機(jī)的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種形狀記憶合金螺旋驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]很多機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)需要非連續(xù)旋轉(zhuǎn)、輸出轉(zhuǎn)角一定的扭矩動(dòng)力輸出裝置，如航天器中太陽(yáng)能電池板的展開(轉(zhuǎn)角一般在180°以內(nèi))、自適應(yīng)機(jī)翼的翼型和攻角控制、旋翼機(jī)中槳葉的扭轉(zhuǎn)控制等等。目前這種扭矩動(dòng)力輸出裝置多采用渦卷彈簧或傳統(tǒng)電機(jī)，渦卷彈簧展開過程中存在沖擊、不易控制，而傳統(tǒng)電機(jī)由于需要減速裝置、電控等多種因素，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0003]形狀記憶合金(shape memory alloys,簡(jiǎn)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(dòng)簡(jiǎn)單、控制方便，已經(jīng)作為驅(qū)動(dòng)元件得到了廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)非連續(xù)旋轉(zhuǎn)、輸出一定扭矩和轉(zhuǎn)角等應(yīng)用條件，提供了一種由形狀記憶合金螺旋驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括:電機(jī)基座、電機(jī)外罩、軸承、輸出軸、形狀記憶合金螺旋、螺旋固定夾具、緊定螺釘、連接螺栓、電源等；其中，形狀記憶合金螺旋一端通過緊定螺釘與輸出軸連接，另一端通過固定夾具與電機(jī)基座連接，輸出軸通過軸承安裝在電機(jī)基座上，電機(jī)基座與電機(jī)外罩組成整個(gè)電機(jī)的支架和外殼。
[0006]其中，所述的形狀記憶合金螺旋高溫下通過熱處理手段定形為中徑尺寸為D的螺旋，低溫下被加工為中徑尺寸為d的螺旋，高溫下螺旋與低溫下螺旋的中徑尺寸滿足D > d，且高溫下的螺旋與低溫下的螺旋具有相同的高度，螺旋兩端分別通過輸出軸上的緊定螺釘和螺旋固定夾具固定。
[0007]其中，所述的輸出軸一側(cè)加工凸臺(tái)，凸臺(tái)上加工螺紋，供安裝緊定螺釘使用，凸臺(tái)開有微小細(xì)縫，供形狀記憶合金螺旋穿過；通過緊定螺釘擠壓穿過細(xì)縫的形狀記憶合金螺旋實(shí)現(xiàn)固定；輸出軸一端開有鍵槽，用于扭矩輸出。
[0008]其中，所述的螺旋固定夾具通過螺釘固定在基座上，固定夾具包括兩個(gè)L型板，一個(gè)作為承力擋板，另一個(gè)板上加工螺紋并且安裝緊定螺釘，通過緊定螺釘擠壓形狀記憶合金螺旋實(shí)現(xiàn)固定。
[0009]其中，所述的電機(jī)基座與電機(jī)外罩通過螺栓連接，兩者之間形成軸承座用于安裝軸承，并且在一側(cè)開有導(dǎo)線引出孔；電機(jī)基座上加工機(jī)械接口，用于電機(jī)的安裝固定。
[0010]其中，所述的形狀記憶合金螺旋采用電流分段加熱，在形狀記憶合金螺旋中平均設(shè)置多個(gè)加熱段，每一段螺旋都布置加熱導(dǎo)線和控制開關(guān)，電機(jī)工作時(shí)，通過電路控制單元依次接通每一段螺旋的控制開關(guān)，每?jī)啥温菪目刂崎_關(guān)接通的時(shí)間間隔為每一段螺旋的作動(dòng)時(shí)間，據(jù)此實(shí)現(xiàn)順次加熱、順次作動(dòng)；此外，也可通過在形狀記憶合金螺旋外側(cè)纏繞加熱帶實(shí)現(xiàn)加熱。
[0011]其中，所述的形狀記憶合金與輸出軸和固定夾具連接處，均通過粘貼聚酰亞胺膠帶實(shí)現(xiàn)絕緣隔離。
[0012]其中，所述的形狀記憶合金螺旋，其輸出轉(zhuǎn)角可精確計(jì)算，高溫下中徑尺寸為D、圈數(shù)為N、高度為H、低溫下中徑尺寸為d、形狀記憶合金絲直徑為r的形狀記憶合金螺旋在從低溫加熱到高溫的過程中，輸出的轉(zhuǎn)角a為:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括:電機(jī)基座(1)，電機(jī)外罩(2)，軸承(3)，輸出軸(4)，形狀記憶合金螺旋(5)，螺旋固定夾具(6)，緊定螺釘(7)，連接螺栓(8)和電源導(dǎo)線(9);其中，形狀記憶合金螺旋(5)—端通過固定夾具(6)與電機(jī)基座(1)連接，另一端通過緊定螺釘(7 )與輸出軸(4)連接，輸出軸(4)通過軸承(3 )固定在電機(jī)基座(1)上，電機(jī)基座(1)和電機(jī)外罩(2 )通過連接螺栓(8 )連接，機(jī)構(gòu)作動(dòng)時(shí)，加熱形狀記憶合金螺旋(5)，帶動(dòng)輸出軸(4)輸出扭矩和轉(zhuǎn)角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述的形狀記憶合金螺旋(5)高溫下通過熱處理手段定形為中徑尺寸為D的螺旋，低溫下被加工為中徑尺寸為d的螺旋后安裝于電機(jī)中，高溫下螺旋與低溫下螺旋的中徑尺寸滿足D > d，且高溫下螺旋與低溫下螺旋具有相同的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述的形狀記憶合金螺旋(5)采用電流分段加熱，在形狀記憶合金螺旋中平均設(shè)置多個(gè)加熱段，每一段螺旋都布置加熱導(dǎo)線和控制開關(guān)，電機(jī)工作時(shí)，通過電路控制單元依次接通每一段螺旋的控制開關(guān)，每?jī)啥温菪目刂崎_關(guān)接通的時(shí)間間隔為每一段螺旋的作動(dòng)時(shí)間，據(jù)此實(shí)現(xiàn)順次加熱、順次作動(dòng)；此外，也可通過在形狀記憶合金螺旋外側(cè)纏繞加熱帶實(shí)現(xiàn)加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述的電源(9)接通后，形狀記憶合金螺旋(5)被加熱，由于形狀記憶效應(yīng)，回復(fù)到高溫下中徑尺寸較大的螺旋，在此過程中形狀記憶合金螺旋(5)的運(yùn)動(dòng)端帶動(dòng)輸出軸(4)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但不輸出軸向位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述的輸出軸(4)一側(cè)加工凸臺(tái)，凸臺(tái)上加工螺紋，供安裝緊定螺釘使用，凸臺(tái)開有微小細(xì)縫，供形狀記憶合金螺旋穿過；通過緊定螺釘擠壓穿過細(xì)縫的形狀記憶合金螺旋實(shí)現(xiàn)固定，提高形狀記憶合金螺旋與輸出軸連接的可靠性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述的螺旋固定夾具(6)通過螺釘固定在基座上，固定夾具(6)包括兩個(gè)L型板，一個(gè)作為承力擋板，另一個(gè)板上加工螺紋并且安裝緊定螺釘，通過緊定螺釘擠壓形狀記憶合金螺旋實(shí)現(xiàn)固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述的形狀記憶合金螺旋(5)與輸出軸(4)、固定夾具(6)的連接部位均采用絕緣措施隔離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變螺旋形狀記憶合金旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述的形狀記憶合金螺旋(5)輸出轉(zhuǎn)角可精確計(jì)算，高溫下中徑尺寸為D、圈數(shù)為N、高度為H、低溫下中徑尺寸為d、形狀記憶合金絲直徑為r的形狀記憶合金螺旋在從低溫加熱到高溫的過程中，輸出的轉(zhuǎn)角a為:
【文檔編號(hào)】F03G7/06GK103647369SQ201310722786
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】閆曉軍, 黃大偉, 張小勇, 葉偉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)