[實用新型]基于形狀記憶合金的步進電機

有效

• 申請號: 201420516494.4
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN204119004U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 司紅康;劉淮祥;周岳
• 申請（專利權）人: 六安源創電機制造科技有限公司
• 主分類號: H02K37/00
• 分類號: H02K37/00;H02K37/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種精密機械驅動領域的步進電機，具體的說是一種基于形狀記憶合金的步進電機。?

背景技術

?形狀記憶合金是一種在低于其相變溫度時形狀被改變后，一旦溫度升高超過其相變溫度，可以恢復到形狀改變之前原始狀態的一種合金材料。利用形狀記憶合金的形狀記憶效應制作的電機在航空航天、微生物、機器人、生物醫學、微機械電子系統等領域得到了廣泛的應用。現有的利用形狀記憶合金驅動的電機一般采用類似中國專利“一種回轉關節的形狀記憶合金驅動裝置”（專利申請號：201120120071.7）中公開的方法，利用形狀記憶合金材料制作的彈簧作為驅動源驅動滑塊，利用曲柄連桿機構將曲柄的直線運動轉化為曲柄的有限轉角旋轉運動，或采用于東等2010年在《機械工程學報》上發表的文獻“形狀記憶合金步進電機結構設計方法”中描述的采用兩根絲狀形狀記憶合金差動拉動中心固定的轉輪兩側完成往返有限角度轉動，或采用直線驅動器側向摩擦中心轉輪兩側的方法實現有限角度的轉動；

現有技術存在如下不足：利用曲柄連桿機構將形狀記憶合金線性運動轉化為旋轉運動的電機其體積較大、結構不緊湊，且由兩根差動形狀記憶合金彈簧作為驅動器件其輸出轉動力矩小；采用兩根拉動中心固定的轉輪的兩側轉動的驅動器同樣體積很大、單根絲狀驅動器的驅動力很小，且其在產生旋轉扭矩的同時圓盤的轉軸會受到徑向力的作用，這就導致了轉輪和轉軸之間摩擦力的增大，影響了驅動器的機械效率和運動平穩性；采用直線驅動器側向摩擦中心轉輪兩側實現有限角度轉動的電機，其輸出力矩受直線驅動器和轉輪的摩擦力限制，很難實現大力矩輸出。最重要的是基于以上技術的電機目前都只能進行有限角度的轉動而不能實現像傳統電機一樣的任意角度旋轉。?

實用新型內容

本實用新型針對現有技術的不足提供了一種基于形狀記憶合金的步進電機，該步進電機具有結構緊湊、功重比大、輸出轉矩大、運行平穩、低噪音、響應速率快和能夠實現360°轉動的優點；

為實現上述目的，本實用新型提出如下的技術方案：一種基于形狀記憶合金的步進電機，包括轉軸，由轉子、形狀記憶合金彈簧、滾動體、滾動體保持架、定子和離合器組成的旋轉驅動裝置，軸承，殼體和端蓋。旋轉裝置中轉子和定子同軸且通過滾動體和滾動體保持架形成轉動副連接，形狀記憶合金彈簧一端連接轉子、另一端連接定子，形狀記憶合金彈簧和轉子連接點所對應的轉子半徑與形狀記憶合金彈簧的軸線之間的角度為鈍角，形狀記憶合金彈簧和定子連接點所對應的定子半徑與形狀記憶合金彈簧的軸線之間的角度為銳角，多個形狀記憶合金彈簧關于轉子中心對稱均勻分布，在增大其輸出轉矩的同時保證轉軸不受徑向力作用。旋轉驅動裝置的定子和殼體之間為固定連接，旋轉驅動裝置的轉子和轉軸為同軸關系，旋轉驅動裝置的轉子和離合器外圈為同軸固定連接，離合器在抱緊狀態下旋轉驅動裝置的轉子可通過離合器向轉軸傳遞扭矩，離合器在松開狀態下轉軸不受旋轉驅動裝置的作用。多個旋轉驅動裝置通過離合器的動作在時間上采用依次循環驅動轉軸旋轉的方法，即在一個旋轉驅動裝置的彈性記憶合金彈簧上施加電流且離合器抱緊以驅動轉軸的時候，其它旋轉驅動裝置不施加驅動電流且離合器松開，在旋轉驅動裝置的轉角輸出最大時，斷開其驅動電流并松開離合器，同時另一旋轉驅動裝置重復上述動作，依次循環實現電機的任意角度旋轉。轉軸通過兩個軸承和殼體之間形成轉動副連接，端蓋和殼體之間為可拆卸固定連接，以方便電機的裝配和封裝；

所述轉子為中心對稱的圓盤狀，同時為減小步進電機輸出力矩時轉子本身的轉動慣量，增大其負載能力，轉子結構可進行減重處理，將其設計為蜂窩狀或輪輻狀；

所述形狀記憶合金彈簧由大伸縮率的形狀記憶合金繞制而成，并進行低于其馬氏體相變溫度下的預拉伸，以保證其在通過電流的熱效應加熱超過其馬氏體相變溫度時產生收縮，從而拉動轉子旋轉，旋轉驅動裝置在完成最大轉角輸出斷電后，依靠變形后形狀記憶合金彈簧的彈性力恢復到原來的形狀；

所述多個旋轉驅動裝置可以以多種方式排列安裝在轉軸上，當以旋轉驅動裝置的輸出力矩方向相同的安裝方式安裝時，步進電機只能實現一個方向的轉動；當以相鄰旋轉驅動裝置的輸出力矩方向相反的安裝方式安裝時，步進電機可以實現兩個方向的轉動；

所述轉軸在軸向固定，只存在繞其中心軸線轉動的自由度；

所述殼體為上端開口的空心圓柱體形狀，端蓋和殼體上端開口通過螺紋連接固定，以將步進電機內部的旋轉驅動裝置封裝起來，增強其可靠性；