CN108087223A - 基于形状记忆合金的三维电机驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于形状记忆合金的三维电机驱动器，包括主体、第一永磁体、第一线圈骨架、第一线圈绕组、记忆合金棒、第二线圈骨架、第二线圈绕组、第二永磁体、第一记忆合金弹簧、电热阻丝、第二记忆合金弹簧、第三记忆合金弹簧、导出杆、纵向杆、第四记忆合金弹簧、第一位移传感器、第二位移传感器、纵向平台、仓体、控制单元和接线盒。本发明通过电机产生的交变磁场，提供记忆合金棒在水平方向的位移，记忆合金棒将位移依次通过第二连接件、牵引轴传输到纵向杆上，保证纵向杆水平方向的位移，同时给通过电热阻丝使得第二记忆合金弹簧达到应变温度，产生纵向位移，同时可以通过调节杆对纵向杆进行旋转调节，以此来实现本装置在三维角度的调节。

Description

基于形状记忆合金的三维电机驱动器
技术领域
本发明涉及一种机械驱动器领域,具体是基于形状记忆合金的三维电机驱动器。
背景技术
形状记忆合金是一种在低于其相变温度时形状被改变后，一旦温度升高超过其相变温度，可以恢复到形状改变之前原始状态的一种合金材料。利用形状记忆合金的形状记忆效应制作的驱动器在机器人关节驱动装置、水下仿生机器人的动力装置、以及微型医疗机器人转向装置中得到了广泛的应用。现有的利用形状记忆合金驱动的驱动器多采用金属丝和弹簧相结合或直接由形状记忆合金的材料制作的弹簧的方式实现线性或弯曲的驱动。
现有的驱动器通常结构比较简单，功能比较单一，目前市面上绝大部分的形状记忆合金的驱动器都是单向双向的直线运动，不能实现三维的技术应用，结构功能都比较单一，无法广泛应用于实际的工业制造及生产生活当中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供基于形状记忆合金的三维电机驱动器，为了解决上述背景技术中的现有技术存在的问题，本发明提供基于形状记忆合金的三维电机驱动器，原有的记忆合金驱动器一般都是自制交变磁性，于是本申请通过将电机的转向轴加入了形状记忆合金材料，利用电机现成的交变磁场，通过电机产生的交变磁场，提供记忆合金棒在水平方向的位移，记忆合金棒将位移依次通过第二连接件、牵引轴传输到纵向杆上，保证纵向杆水平方向的位移，同时给通过电热阻丝使得第二记忆合金弹簧达到应变温度，产生纵向位移，同时可以通过调节杆对纵向杆进行旋转调节，以此来实现本装置在三维角度的调节，一方面节省了制造成本，同时实现了驱动器的三维调节，大大提升了电机切割、雕刻、机械打磨等领域的广泛使用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，包括主体、第一永磁体、第一线圈骨架、第一线圈绕组、记忆合金棒、第二线圈骨架、第二线圈绕组、第二永磁体、第一记忆合金弹簧、电热阻丝、第二记忆合金弹簧、第三记忆合金弹簧、导出杆、纵向杆、第四记忆合金弹簧、第一位移传感器、第二位移传感器、纵向平台、仓体、控制单元和接线盒，所述主体上端设有控制单元和接线盒，所述接线盒上设有接线口和接线板，所述主体右端设有第一限位块和第二限位块，所述主体与纵向平台设有封闭仓体，所述仓体包括第一永磁体、第一线圈骨架、第一线圈绕组、第二线圈骨架、第二线圈绕组和第二永磁体，所述主体轴心位置设有记忆合金棒，所述记忆合金棒分别与第一连接件和第二连接件连接，所述第二连接件贯穿于纵向平台与牵引轴连接，所述第二连接件与牵引轴连接处固定设有第一位移传感器，所述牵引轴通过螺纹接口与纵向杆固定连接，所述螺纹接口上设有调节杆，所述纵向平台通过第一记忆合金弹簧和第四记忆合金弹簧与纵向杆相连接，所述纵向杆底端固定安装电热阻丝和第二记忆合金弹簧的一端，所述电热阻丝和第二记忆合金弹簧另一端与轮座连接，所述轮座上设有轮子，所述轮座上固定安装有导出杆，所述导出杆固定设有第二位移传感器，所述导出杆通过第三记忆合金弹簧与横杆连接，所述横杆固定安装在纵向杆上，所述纵向杆内部顶端设有第三限位块。
作为本发明进一步的方案：所述主体和纵向平台为非导磁材料。
作为本发明进一步的方案：所述控制单元集中控制第一位移传感器、第一记忆合金弹簧、第二记忆合金弹簧、第三记忆合金弹簧、第四记忆合金弹簧、第二位移传感器、第一线圈绕组和第二线圈绕组。
作为本发明进一步的方案：所述第一记忆合金弹簧、第二记忆合金弹簧、第三记忆合金弹簧和第四记忆合金弹簧为完全相同的记忆合金弹簧，选用镍钛合金作为记忆合金弹簧的材料，具有很好的形状记忆性能和弹性性能。
作为本发明进一步的方案：所述第一线圈绕组和第二线圈绕组为完全相同的线圈绕组,第一永磁体和第二永磁体为完全相同的永磁体。
作为本发明进一步的方案：所述记忆合金棒可选用锰镍合金材料，具有较高的电磁响应效率。
作为本发明进一步的方案：所述轮座上设有轮子，降低阻力。
作为本发明进一步的方案：所述第一位移传感器和第二位移传感器可以用来记录本装置的位移读数。
作为本发明进一步的方案：所述纵向杆上设有卡槽，导出杆与轮座固定连接嵌于纵向杆的卡槽内，在第二记忆合金弹簧的驱动下沿着卡槽运动，导出杆可通过锁杆锁死固定。
作为本发明进一步的方案：所述牵引轴通过螺纹接口与纵向杆固定连接，所述螺纹接口上设有调节杆，调节杆未锁死状态下，可以对纵向杆旋转调节，到达预定位置时，可操控调节杆进行锁死固定。
本发明的有益效果是：
本发明提供基于形状记忆合金的三维电机驱动器，原有的记忆合金驱动器一般都是自制交变磁性，于是本申请通过将电机的转向轴加入了形状记忆合金材料，利用电机现成的交变磁场，通过电机产生的交变磁场，提供记忆合金棒在水平方向的位移，记忆合金棒将位移依次通过第二连接件、牵引轴传输到纵向杆上，保证纵向杆水平方向的位移，同时给通过电热阻丝使得第二记忆合金弹簧达到应变温度，产生纵向位移，同时可以通过调节杆对纵向杆进行旋转调节，以此来实现本装置在三维角度的调节，一方面节省了制造成本，同时实现了驱动器的三维调节，大大提升了电机切割、雕刻、机械打磨等领域的广泛使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
1、主体，2、第一永磁体，3、第一线圈骨架，4、第一线圈绕组，5、第一连接件，6、第二线圈骨架，7、第二线圈绕组，8、第二永磁体，9、记忆合金棒，10、第二连接件，11、第一位移传感器，12、第一记忆合金弹簧，13、牵引轴，14、螺纹接口，15、电热阻丝，16、第二记忆合金弹簧，17、第一限位块，18、横杆，19、第三记忆合金弹簧，20、第二位移传感器，21、导出杆，22、锁杆，23、轮子，24、第二限位块，25、第三限位块，26、纵向杆，27、第四记忆合金弹簧，28、接线口，29、接线板，30、控制单元，31、接线盒，32、纵向平台，33、仓体，34、轮座，35、调节杆。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，包括主体1、第一永磁体2、第一线圈骨架3、第一线圈绕组4、记忆合金棒9、第二线圈骨架6、第二线圈绕组7、第二永磁体8、第一记忆合金弹簧12、电热阻丝15、第二记忆合金弹簧16、第三记忆合金弹簧19、导出杆21、纵向杆26、第四记忆合金弹簧27、第一位移传感器11、第二位移传感器20、纵向平台32、仓体33、控制单元30和接线盒31，所述主体1上端设有控制单元30和接线盒31，所述接线盒31上设有接线口28和接线板29，所述主体1右端设有第一限位块17和第二限位块24，所述主体1与纵向平台32设有封闭仓体33，所述仓体33包括第一永磁体2、第一线圈骨架3、第一线圈绕组4、第二线圈骨架6、第二线圈绕组7和第二永磁体8，所述主体1轴心位置设有记忆合金棒9，所述记忆合金棒9分别与第一连接件5和第二连接件10连接，所述第二连接件10贯穿于纵向平台32与牵引轴13连接，所述第二连接件10与牵引轴13连接处固定设有第一位移传感器11，所述牵引轴13通过螺纹接口14与纵向杆26固定连接，所述螺纹接口14上设有调节杆35，所述纵向平台32通过第一记忆合金弹簧12和第四记忆合金弹簧27与纵向杆26相连接，所述纵向杆26底端固定安装电热阻丝15和第二记忆合金弹簧16的一端，所述电热阻丝15和第二记忆合金弹簧16另一端与轮座34连接，所述轮座34上设有轮子23，所述轮座34上固定安装有导出杆21，所述导出杆21固定设有第二位移传感器20，所述导出杆21通过第三记忆合金弹簧19与横杆18连接，所述横杆18固定安装在纵向杆26上，所述纵向杆26内部顶端设有第三限位块25。
作为优选，主体1和纵向平台32为非导磁材料；作为优选，控制单元30集中控制第一位移传感器11、第一记忆合金弹簧12、第二记忆合金弹簧16、第三记忆合金弹簧19、第四记忆合金弹簧27、第二位移传感器20、第一线圈绕组4和第二线圈绕组7；作为优选，第一记忆合金弹簧12、第二记忆合金弹簧16、第三记忆合金弹簧19和第四记忆合金弹簧27为完全相同的记忆合金弹簧，选用镍钛合金作为记忆合金弹簧的材料，具有很好的形状记忆性能和弹性性能；作为优选，第一线圈绕组4和第二线圈绕组7为完全相同的线圈绕组,第一永磁体2和第二永磁体8为完全相同的永磁体；作为优选，所述记忆合金棒9可选用锰镍合金材料，具有较高的电磁响应效率；作为优选，轮座34上设有轮子23，降低阻力；作为优选，第一位移传感器11和第二位移传感器20可以用来记录本装置的位移读数；作为优选，纵向杆26上设有卡槽，导出杆21与轮座34固定连接嵌于纵向杆26的卡槽内，在第二记忆合金弹簧16的驱动下沿着卡槽运动，导出杆21可通过锁杆22锁死固定；作为优选，牵引轴13通过螺纹接口14与纵向杆26固定连接，所述螺纹接口14上设有调节杆35，调节杆35未锁死状态下，可以对纵向杆26旋转调节，到达预定位置时，可操控调节杆35进行锁死固定。
本发明的工作原理是：通过电机产生的交变磁场，提供记忆合金棒9在水平方向的位移，记忆合金棒9将位移依次通过第二连接件10、牵引轴13传输到纵向杆26上，保证纵向杆26水平方向的位移，调节杆35未锁死状态下，以牵引轴为轴心，对纵向杆26进行旋转调节，到达预定位置时，可操控调节杆35进行锁死固定，再对电热阻丝进行通电，使得加热温度达到第二记忆合金弹簧的转变温度，驱动轮座34使得导出杆21产生纵向位移，以此来实现导出杆在三维角度的调节，本装置工作过程中第一记忆合金弹簧12、第二记忆合金弹簧16、第三记忆合金弹簧19和第四记忆合金弹簧27均处于展开状态，此时关闭电机转动，记忆合金棒9保持形状不变，同时给第二记忆合金弹簧16和第三记忆合金弹簧19通电，使得加热温度达到记忆合金弹簧的转变温度，第二记忆合金弹簧16和第三记忆合金弹簧19在形状记忆效应下会慢慢恢复到记忆合金弹簧原始自然状态下，再对第一记忆合金弹簧12和第四记忆合金弹簧27通电，使得加热温度达到记忆合金弹簧的转变温度，直到第一记忆合金弹簧12和第四记忆合金弹簧27慢慢恢复到记忆合金弹簧原始自然状态下，记忆合金棒9在施加外力下，慢慢恢复原来形状。
以上结合本发明的基于形状记忆合金的三维电机驱动器具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围，还需要说明的是，按照本发明的基于形状记忆合金的三维电机驱动器技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。

Claims (10)

1.基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，包括主体(1)、第一永磁体(2)、第一线圈骨架(3)、第一线圈绕组(4)、记忆合金棒(9)、第二线圈骨架(6)、第二线圈绕组(7)、第二永磁体(8)、第一记忆合金弹簧(12)、电热阻丝(15)、第二记忆合金弹簧(16)、第三记忆合金弹簧(19)、导出杆(21)、纵向杆(26)、第四记忆合金弹簧(27)、第一位移传感器(11)、第二位移传感器(20)、纵向平台(32)、仓体(33)、控制单元(30)和接线盒(31)，所述主体(1)上端设有控制单元(30)和接线盒(31)，所述接线盒(31)上设有接线口(28)和接线板(29)，所述主体(1)右端设有第一限位块(17)和第二限位块(24)，所述主体(1)与纵向平台(32)设有封闭仓体(33)，所述仓体(33)包括第一永磁体(2)、第一线圈骨架(3)、第一线圈绕组(4)、第二线圈骨架(6)、第二线圈绕组(7)和第二永磁体(8)，所述主体(1)轴心位置设有记忆合金棒(9)，所述记忆合金棒(9)分别与第一连接件(5)和第二连接件(10)连接，所述第二连接件(10)贯穿于纵向平台(32)与牵引轴(13)连接，所述第二连接件(10)与牵引轴(13)连接处固定设有第一位移传感器(11)，所述牵引轴(13)通过螺纹接口(14)与纵向杆(26)固定连接，所述螺纹接口(14)上设有调节杆(35)，所述纵向平台(32)通过第一记忆合金弹簧(12)和第四记忆合金弹簧(27)与纵向杆(26)相连接，所述纵向杆(26)底端固定安装电热阻丝(15)和第二记忆合金弹簧(16)的一端，所述电热阻丝(15)和第二记忆合金弹簧(16)另一端与轮座(34)连接，所述轮座(34)上设有轮子(23)，所述轮座(34)上固定安装有导出杆(21)，所述导出杆(21)固定设有第二位移传感器(20)，所述导出杆(21)通过第三记忆合金弹簧(19)与横杆(18)连接，所述横杆(18)固定安装在纵向杆(26)上，所述纵向杆(26)内部顶端设有第三限位块(25)。
2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，所述主体(1)和纵向平台(32)为非导磁材料。
3.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，所述控制单元(30)集中控制第一位移传感器(11)、第一记忆合金弹簧(12)、第二记忆合金弹簧(16)、第三记忆合金弹簧(19)、第四记忆合金弹簧(27)、第二位移传感器(20)、第一线圈绕组(4)和第二线圈绕组(7)。
4.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，所述第一记忆合金弹簧(12)、第二记忆合金弹簧(16)、第三记忆合金弹簧(19)和第四记忆合金弹簧(27)为完全相同的记忆合金弹簧,可选用镍钛合金作为记忆合金弹簧的材料，具有很好的形状记忆性能和弹性性能。
5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，所述第一线圈绕组(4)和第二线圈绕组(7)为完全相同的线圈绕组,第一永磁体(2)和第二永磁体(8)为完全相同的永磁体。
6.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，所述记忆合金棒(9)可选用锰镍合金材料，具有较高的电磁响应效率。
7.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，所述轮座(34)上设有轮子(23)，降低阻力。
8.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，所述第一位移传感器(11)和第二位移传感器(20)可以用来记录本装置的位移读数。
9.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，所述纵向杆(26)上设有卡槽，导出杆(21)与轮座(34)固定连接嵌于纵向杆(26)的卡槽内，在第二记忆合金弹簧(16)的驱动下沿着卡槽运动，导出杆(21)可通过锁杆(22)锁死固定。
10.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的三维电机驱动器，其特征在于，所述牵引轴(13)通过螺纹接口(14)与纵向杆(26)固定连接，所述螺纹接口(14)上设有调节杆(35)，调节杆(35)未锁死状态下，可以对纵向杆(26)旋转调节，到达预定位置时，可操控调节杆(35)进行锁死固定。
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