CN216077448U - 一种适用于核电狭小空间的sma驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于驱动器相关领域，具体涉及一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，包括SMA弹簧，偏置弹簧，动作件，导热套筒和芯轴，所述SMA弹簧与偏置弹簧穿过芯轴，SMA弹簧、偏置弹簧和芯轴套装在导热套筒内，芯轴的两端分别穿过导热套筒的两个端面，SMA弹簧与偏置弹簧之间固定有动作件。本实用新型的有益效果在于：采用半导体热泵对SMA弹簧进行加热和冷却，相比普通的电加热方法和自然冷却方法，能有效提高SMA弹簧的加热速率和冷却速率，同时能有效提高能量利用率。同时由于半导体热泵的紧凑型设计，能有效减小SMA驱动器体积，此结构设计的SMA驱动器，其结构尺寸更小、更紧凑，提高了SMA驱动器对狭窄空间的适应性。
Description
技术领域
本实用新型属于驱动器相关领域，具体涉及一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器。
背景技术
在核电检修工作中，由于空间狭小且可能面临较大危险，不适合人或大型装备进入以开展工作，因此体积小运动灵活的特种检修设备成为近年来研究和应用的热点。而随着核电作业环境的复杂化以及其作业空间的狭窄化，特种检修设备对环境适应性以及环境限制的克服能力有着越来越高的要求，传统的电机、气动驱动器和液压驱动器，存在体积大、成本高、需要复杂的传感元件以及减速机构等问题，功重比受到较大限制，难以进一步小型化以及轻量化，越来越难以满足核电行业中狭窄空间检修工作对设备驱动特别是末端执行器驱动的要求。
形状记忆合金(SMA，Shape Memory Alloy)是一种新型的智能材料，具有独特的形状记忆效应和自传感特性。SMA驱动器是一种利用SMA的形状记忆效应和室温马氏体相时柔软(屈服应力低)，高温奥氏体相时强硬(屈服应力高)的机械特性对外作功的自动化装置。基于电阻反馈控制的SMA驱动器，利用电阻反馈监测SMA的电阻并判断其相变过程，省去了外部温度传感器，具有高功重比，集驱动与传感器于一体，无需传感元件及减速装置等优势，具有极大的应用潜力。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，替代核电检修设备末端驱动机构，并采用半导体加热冷却的自动化技术，使操控人员能够方便的远程控制设备在核电高辐照区完成检修作业。
本实用新型的技术方案如下：一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，包括SMA弹簧，偏置弹簧，动作件，导热套筒和芯轴，所述SMA弹簧与偏置弹簧穿过芯轴，SMA弹簧、偏置弹簧和芯轴套装在导热套筒内，芯轴的两端分别穿过导热套筒的两个端面，SMA弹簧与偏置弹簧之间固定有动作件。
所述的导热套筒横截面为外方内圆。
所述的导热套筒材料选择高导热率金属材料。
所述的导热套筒内部为圆柱状通孔。
所述的通孔套在弹簧外侧SMA弹簧和偏置弹簧的外侧。
所述的通孔与SMA弹簧之间的空隙内填充高导热率的导热硅脂。
本实用新型的有益效果在于：采用半导体热泵对SMA弹簧进行加热和冷却，相比普通的电加热方法和自然冷却方法，能有效提高SMA弹簧的加热速率和冷却速率，同时能有效提高能量利用率。同时由于半导体热泵的紧凑型设计，能有效减小SMA驱动器体积，此结构设计的SMA驱动器，其结构尺寸更小、更紧凑，提高了SMA驱动器对狭窄空间的适应性。
附图说明
图1为本实用新型所提供的一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器示意图；
图2为导热套筒横截面示意图；
图3为SMA电阻与温度特性图。
图中，1偏置弹簧，2动作件，3 SMA弹簧，4导热套筒，5芯轴，D目标值。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，包括SMA弹簧3，偏置弹簧1，动作件2，导热套筒4和芯轴5。所述的芯轴5为驱动器其他部件提供支撑与连接，SMA弹簧3与偏置弹簧1依次穿过芯轴5，SMA弹簧3、偏置弹簧1和芯轴5套装在导热套筒4内，芯轴5的两端分别穿过导热套筒4的两个端面，SMA弹簧3与偏置弹簧1之间固定有动作件2，SMA弹簧3与偏置弹簧1的电连接为并联连接，两弹簧中间为动作件2。当SMA弹簧3伸长时，偏置弹簧1相应缩短，当SMA弹簧3缩短时，偏置弹簧1相应伸长，两者配合动作带动执行件2进行直线运动。
如图2所示，导热套筒4横截面为外方内圆，材料选择高导热率金属材料。外部方形面便于与半导体热泵芯片紧密贴合，内部圆孔套在弹簧外侧，圆孔与SMA弹簧之间的空隙内填充高导热率的导热硅脂，导热套筒4整体用于快速传递SMA弹簧和半导体热泵之间的热能。特别地，半导体热泵芯片可在套筒上、下、左、右共4个平面贴合，具体贴合面数量可根据实际需求增减。
半导体热泵为长方体块状结构，一端伸出两根导线用于连接电源。半导体热泵根据珀耳帖效应工作，当半导体热泵上通有正向的直流电时，其正面散发热量制热，背面吸收热量制冷，当半导体热泵上通有反向直流电时，其正面吸收热量制冷，背面散发热量制热。通过改变半导体热泵的电流方向来实现制冷或制热，再经导热套筒传递，可使SMA弹簧伸长或收缩，从而实现执行机构的期望动作。
如图3所示的SMA电阻与温度的特性曲线。形状记忆效应(SME)即为SMA的低温马氏体态和高温奥氏体态的相互转化过程，其中有四个相变温度参数：Ms——马氏体相变起始温度；Mf——马氏体相变结束温度；As——奥氏体转变起始温度；Af——奥氏体转变结束温度。
Mf<Ms<As<Af，可由示差扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry，DSC)测量。在低温马氏体与高温奥氏体相变过程中，即在Mf～Af温度区间，随着温度改变发生相变，电阻值随之改变；当相变结束后，即温度低于Mf，或高于Af时，温度改变不再发生相变，电阻值也将保持不变。
根据实际工况设定目标值D(图1中所示)，获取SMA电阻值，根据SMA材料电阻随温度及输出位移的特性，计算输出位移与目标值D比对，并根据比对的差值计算出目标温度，进而驱动半导体热泵电流方向，进行加热还是冷却，以改变SMA弹簧的温度，输出位移，判断是否达到目标值D，如否，则按此逻辑循环，直至达到目标值D；如是，则结束。从而对SMA弹簧的变形量进行有效控制，最终使动作件实现准确动作。
Claims (10)
1.一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，其特征在于：包括SMA弹簧，偏置弹簧，动作件，导热套筒和芯轴，所述SMA弹簧与偏置弹簧穿过芯轴，SMA弹簧、偏置弹簧和芯轴套装在导热套筒内，芯轴的两端分别穿过导热套筒的两个端面，SMA弹簧与偏置弹簧之间固定有动作件。
2.如权利要求1所述的一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，其特征在于：所述的导热套筒横截面为外方内圆。
3.如权利要求1所述的一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，其特征在于：所述的导热套筒材料选择高导热率金属材料。
4.如权利要求1所述的一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，其特征在于：所述的导热套筒内部为圆柱状通孔。
5.如权利要求4所述的一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，其特征在于：所述的通孔套在弹簧外侧SMA弹簧和偏置弹簧的外侧。
6.如权利要求4所述的一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，其特征在于：所述的通孔与SMA弹簧之间的空隙内填充高导热率的导热硅脂。
7.如权利要求2所述的一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，其特征在于：所述的导热套筒材料选择高导热率金属材料。
8.如权利要求2所述的一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，其特征在于：所述的导热套筒内部为圆柱状通孔。
9.如权利要求2所述的一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，其特征在于：所述的导热套筒内部为圆柱状通孔。
10.如权利要求9所述的一种适用于核电狭小空间的SMA驱动器，其特征在于：所述的通孔套在弹簧外侧SMA弹簧和偏置弹簧的外侧。
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| CN202122131619.4U CN216077448U (zh) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | 一种适用于核电狭小空间的sma驱动器 |
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Publications (1)
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| CN216077448U true CN216077448U (zh) | 2022-03-18 |
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2021
- 2021-09-06 CN CN202122131619.4U patent/CN216077448U/zh active Active
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