CN103016287B - 感应加热相变式微喷驱动器 - Google Patents

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Abstract

感应加热相变式微喷驱动器，属于微型驱动器领域。线圈（3）缠绕在驱动器壳体（1）的外周，绝缘漆（2）包裹在驱动器壳体（1）和线圈（3）的外周；加热芯（6）安装在驱动器壳体（1）的内腔（8）中；加热芯（6）的两端与线圈（3）的两端对齐；所述的电源模块一（10）给脉冲发生器（11）供电，脉冲发生器（11）产生的高频脉冲供给继电器（12）；电源模块二（16）给单片机系统（15），单片机系统（15）与继电器（12）的控制端相连通；所述的电路输出端子一（13）与线圈端子一（4）相连通；电路输出端子二（14）与线圈端子二（5）相连通。本发明以汽、液混合体爆破式喷射作为驱动力,使驱动器产生向前的运动。

Description

感应加热相变式微喷驱动器
技术领域
本发明是一种微型驱动器，具体为采用微加工技术制作的一种利用高频脉冲感应加热，使处于加热芯的液体迅速汽化，体积迅速膨胀近1000倍，体积膨胀的汽、液混合体从喷射口喷出，喷射反作用力作为驱动力的微驱动器。微型驱动器是微型水下机器人、机器鱼和微操控等智能设备的重要组成部分，属于微型驱动器和微型执行器领域。
背景技术
基于现代微加工技术的微型水下驱动器具有功耗低、成本低、体积小等优点，在微型水下机器人、微型机器鱼、微驱动、水下探测与传感检测等方面具有重要的应用。而目前微型水下驱动器中大都采用螺旋桨和新型复合材料的变形驱动，但是在微小驱动中，由于摩擦阻力占总能耗的比重较高，因此螺旋桨或其它功能材料的变形驱动摩擦耗能多、效率较低。此外，传统的热膨胀驱动，由于受膨胀系数的限制，其体积变化小于2倍，驱动效率低。在此背景下，本发明提出一种周期性感应、非接触加热的相变微型喷射驱动器。
发明内容
本发明的目的在于克服微型机械部件如螺旋桨、记忆合金、变形复合材料等的摩擦阻力大、效率低、故障率高等缺点，克服传统的热胀驱动器膨胀倍数低的缺点。本发明的微型驱动器利用高频交变电流产生高频交变磁场，进而由交变磁场在加热芯中产生电涡流，由该电涡流在加热芯中产生焦耳热，使加热芯附近的微量液体汽化，液体汽化时，体积迅速膨胀近1000倍，汽、液混合体爆破式喷射作为驱动力,使驱动器产生向前的运动。
本发明采用如下技术方案：
感应加热相变式微喷驱动器，其包括有驱动器壳体1、绝缘漆2、线圈3、线圈端子一4、线圈端子二5、加热芯6、加热芯固定胶7、驱动器内腔8、驱动器喷射口9、电源模块一10、脉冲发生器11、继电器12、电路输出端子一13、电路输出端子二14、单片机系统15、电源模块二16；
所述的驱动器壳体1内部有内腔8，内腔8一端封闭，封闭端的驱动器壳体外形呈半球形，封闭端是驱动器的前端，内腔8的另一端有与外界相通的驱动器喷射口9，加热芯6安装在驱动器壳体1的内腔8中的封闭端内，加热芯6的一个端面和封闭端的端面贴合，加热芯固定胶7将加热芯6的另一个端面和驱动器内腔8粘接在一起。所述的线圈3缠绕在驱动器壳体1的外周，加热芯6位于线圈3的中心，线圈3的两端与加热芯的两端对齐，绝缘漆2包裹在驱动器壳体1和线圈3的外周；驱动器壳体1的外部呈圆柱形，驱动器壳体1的外侧涂敷绝缘漆，驱动器壳体1的前端大后端小呈流线型；
所述的电源模块一10给脉冲发生器11供电，脉冲发生器11产生的高频脉冲供给继电器12；电源模块二16给单片机系统15供电，单片机系统15与继电器12的控制端相连通；
所述的电路输出端子一13与线圈端子一4相连通；电路输出端子二14与线圈端子二5相连通；
所述的继电器12通过电路端子一13和电路端子二14连接并供给线圈3高频脉冲。
所述的驱动器壳体1的外直径为0.2～1毫米，驱动器内腔8的直径为0.1～0.8毫米。
所述线圈3由铜漆包线精密绕制而成，铜漆包线的直径为20～110微米。
所述的继电器12供给的高频脉冲导通的时间是t1，间断的时间是t2，电压是U；高频脉冲的频率为100kHz～2MHz，t1为0.1ms～2ms,t2为2ms～20ms，电压U为5V～24V。
加热芯固定胶7将加热芯6和驱动器壳体1粘接在一起。
本发明可以取得如下有益效果:
本发明没有可动的机械部件，因此故障率低，无摩擦阻力，效率高，寿命长，此外热膨胀率大，驱动速度快。
附图说明
图1：本发明的结构示意图；
图2：本发明控制电路组成框图；
图3：本发明的工作过程示意图一；
图4：本发明的工作过程示意图二；
图5：本发明的工作过程示意图三；
图6：本发明的工作过程示意图四；
图7：本发明使用脉冲波形示意图；
图中：1.驱动器壳体,2.绝缘漆,3.线圈,4.线圈端子一，5.线圈端子二，6.加热芯，7.加热芯固定胶，8.驱动器内腔，9.驱动器喷射口，10.电源模块一，11.脉冲发生器,12.继电器，13.电路输出端子一，14.电路输出端子二，15.单片机系统，16.电源模块二，17.气泡。
具体实施方式：
结合附图1-2采用微加工、粘接、焊接和电路制作技术进行设计和加工。
感应加热相变式微喷驱动器，其包括有驱动器壳体1、绝缘漆2、线圈3、线圈端子一4、线圈端子二5、加热芯6、加热芯固定胶7、驱动器内腔8、驱动器喷射口9、电源模块一10、脉冲发生器11、继电器12、电路输出端子一13、电路输出端子二14、单片机系统15、电源模块二16；
所述的驱动器壳体1内部有内腔8，内腔8一端封闭，封闭端的驱动器壳体外形呈半球形，封闭端是驱动器的前端，内腔8的另一端有与外界相通的驱动器喷射口9，加热芯6安装在驱动器壳体1的内腔8中的封闭端内，加热芯6的一个端面和封闭端的端面贴合，加热芯固定胶7将加热芯6的另一个端面和驱动器内腔8粘接在一起。所述的线圈3缠绕在驱动器壳体1的外周，加热芯6位于线圈3的中心，线圈3的两端与加热芯的两端对齐，绝缘漆2包裹在驱动器壳体1和线圈3的外周；驱动器壳体1的外部呈圆柱形，驱动器壳体1的外侧涂敷绝缘漆，驱动器壳体1的前端大后端小呈流线型；
所述的电源模块一10给脉冲发生器11供电，脉冲发生器11产生的高频脉冲供给继电器12；电源模块二16给单片机系统15供电，单片机系统15与继电器12的控制端相连通；
所述的电路输出端子一13与线圈端子一4相连通；电路输出端子二14与线圈端子二5相连通；
所述的继电器12通过电路端子一13和电路端子二14连接并供给线圈3高频脉冲。
所述的驱动器壳体1的外直径为0.2～1毫米，驱动器内腔8的直径为0.1～0.8毫米。
所述线圈3由铜漆包线精密绕制而成，铜漆包线的直径为20～110微米。
所述的继电器12供给的高频脉冲导通的时间是t1，间断的时间是t2，电压是U；高频脉冲的频率为100kHz～2MHz，t1为0.1ms～2ms,t2为2ms～20ms，电压U为5V～24V。
加热芯固定胶7将加热芯6和驱动器壳体1粘接在一起。
本发明感应加热相变式微喷驱动器的工作过程如图3至图6所示：
（a）将感应加热相变式微喷驱动器悬浮于液体中，如图3所示：如水中。电路输出端子一13与线圈端子一4相连通；电路输出端子二14与线圈端子二5相连通。
（b）电源模块一10给脉冲发生器11供电，脉冲发生器11产生的高频脉冲供给继电器12；电源模块二16给单片机系统15供电，单片机系统15与继电器12的控制端相连通，单片机系统15控制继电器12的开关状态，从而控制高频脉冲供给线圈3的时间t1。
（c）继电器12将高频脉冲传导给线圈3，线圈3在其周围产生高频交变磁场，该磁场在加热芯6中产生感应电动势，在电动势的驱动下，加热芯6中出现电流，又称为电涡流，电涡流在加热芯6中产生焦耳热，该热量使加热芯温度迅速升高，在t1时间内达到300℃～500℃，该加热芯6的热量传导给附近的水，使水瞬间汽化，形成气泡17，其体积迅速膨胀，如图4所示，汽化后驱动器内腔8内的汽、液混合体从驱动器喷射口9爆炸式喷出，同时对驱动器器产生反作用力，从而推动整个微型驱动器前进。
（d）单片机系统15控制继电器12的断开时间t2，从而控制高频脉冲供给线圈3的间断时间t2。在t2这段时间，线圈3中没有电流，加热芯6不产生热量，如图5和6所示，在周围液体的冷却下，驱动器内腔8内的汽、液混合体和加热芯6的温度缓速下降，汽体又慢慢变为液体，汽泡17逐渐缩小，直至恢复到加热前的状态，驱动器也停止前进。
由以上步骤（a）（b）（c）（d）循环进行，从而实现微型驱动器的前进。以上为本发明的一个优选实施例，但是本发明的内容不仅仅局限于此。

Claims (5)

1.感应加热相变式微喷驱动器，其包括有驱动器壳体(1)、绝缘漆(2)、线圈(3)、线圈端子一(4)、线圈端子二(5)、加热芯(6)、加热芯固定胶(7)、驱动器内腔(8)、驱动器喷射口(9)、电源模块一(10)、脉冲发生器(11)、继电器(12)、电路输出端子一(13)、电路输出端子二(14)、单片机系统(15)、电源模块二(16)；其特征在于：
所述的驱动器壳体(1)内部有内腔(8)，内腔(8)一端封闭，封闭端的驱动器壳体外形呈半球形，封闭端是驱动器的前端，内腔(8)的另一端有与外界相通的驱动器喷射口(9)，加热芯(6)安装在驱动器壳体(1)的内腔(8)中的封闭端内，加热芯(6)的一个端面和封闭端的端面贴合，加热芯固定胶(7)将加热芯(6)的另一个端面和驱动器内腔(8)粘接在一起；所述的线圈(3)缠绕在驱动器壳体(1)的外周，加热芯(6)位于线圈(3)的中心，线圈(3)的两端与加热芯的两端对齐，绝缘漆(2)包裹在驱动器壳体(1)和线圈(3)的外周；驱动器壳体(1)的外部呈圆柱形，驱动器壳体(1)的外侧涂敷绝缘漆，驱动器壳体(1)的前端大后端小呈流线型；
所述的电源模块一(10)给脉冲发生器(11)供电，脉冲发生器(11)产生的高频脉冲供给继电器(12)；电源模块二(16)给单片机系统(15)供电，单片机系统(15)与继电器(12)的控制端相连通；
所述的电路输出端子一(13)与线圈端子一(4)相连通；电路输出端子二(14)与线圈端子二(5)相连通；
所述的继电器(12)通过电路端子一(13)和电路端子二(14)连接并供给线圈(3)高频脉冲。
2.根据权利要求1所述的感应加热相变式微喷驱动器，其特征在于：所述的驱动器壳体(1)的外直径为0.2～1毫米，驱动器内腔(8)的直径为0.1～0.8毫米。
3.根据权利要求1所述的感应加热相变式微喷驱动器，其特征在于：所述线圈(3)由铜漆包线精密绕制而成，铜漆包线的直径为20～110微米。
4.根据权利要求1所述的感应加热相变式微喷驱动器，其特征在于：所述的继电器(12)供给的高频脉冲导通的时间是t1，间断的时间是t2，电压是U；高频脉冲的频率为100kHz～2MHz，t1为0.1ms～2ms,t2为2ms～20ms，电压U为5V～24V。
5.根据权利要求1所述的感应加热相变式微喷驱动器，其特征在于：加热芯固定胶(7)将加热芯(6)和驱动器壳体(1)粘接在一起。
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