[发明专利]可变速变扭矩SMA电机

说明书

本发明提供了一种可变速变扭矩SMA电机，其包括：一控制系统；驱动单元阵列，所述驱动单元阵列通过SMA记忆合金线连接所述控制系统，其中，对所述SMA记忆合金线通电，SMA记忆合金线收缩，所述驱动单元阵列驱动动力输出装置运动；断电后，SMA记忆合金线伸长，动力输出装置反向转动，回到初始位置。控制系统可以任意控制驱动单元阵列的工作方式，控制系统可同时让多个驱动单元阵列工作，可以提高动力输出装置的输出扭矩；当驱动单元阵列串行顺序启动时，由于SMA记忆合金线冷却需要一定的时间，所以在上一个SMA记忆合金线冷却期间，使下一个驱动单元运作，如此便可使动力输出装置的转速大大提高，使用的灵活性大大提高。

技术领域

本发明涉及一种电能转换为机械能的设备，尤其涉及一种可变速变扭矩SMA电机。

背景技术

形状记忆合金(Shape Memory Alloy简称为SMA)电机输出位移较大，同时有较高的功率-重量比，具有广阔的应用前景。当前的SMA电机。由驱动元件和执行机构两部分组成，驱动元件即SMA材料，多为丝材、片材和管材，可根据需要做成不同形状、规格的驱动元件，常使用的有直线张力金属丝型、螺旋压缩弹簧型、螺旋拉伸弹簧型、悬臂弹簧型、盘状弹簧型、螺旋扭转弹簧型、扭转金属丝型和扭转金属管型等。传统的SMA电机执行机构比较简单有偏置式和推挽式两种。偏置式系统由SMA弹簧和偏动的普通拉伸弹簧组成，推挽式系统只是将偏置系统中的普通拉伸弹簧换为SMA弹簧。按电机的运动形式其基本结构可分为直线位移型和旋转位移型。直线位移型电机的基本结构如图5、6所示，转动关节型电机的基本结构如图7、8所示。

电机的运行原理是，对偏置式而言，加热SMA弹簧，相变发生，形状回复力克服弹簧拉力，产生动作。冷却时，SMA发生逆相变，此时SMA弹簧很软，在拉伸弹簧的作用下，驱动器恢复到原来的位置。如此反复，可使电机输出位移。对推挽式而言，加热一侧SMA的同时，冷却另一侧的SMA，电机具有双向做功的能力。

SMA电机有以下优势，1、高功率重量比，适于微型化，2、集传感、控制、换能、致动于一身，3、结构简单，易于控制，4、对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响，5、无振动噪声，无污染等。虽然SMA电机有很多优势，但受制于SMA加热收缩—冷却伸长都需要一定时间，是响应时间较长，电加热可以使温度迅速上升，但是冷却过程却难以控制，动作频率较低，特别是当电机有较大扭矩需求时，所需SMA线直径较粗，加热和散热时间更长，动作频率更慢，严重地制约了电机的适用性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种可变速变扭矩SMA电机，其具有可根据需要调节扭矩和转速的特性。

本发明是这样实现的：一种可变速变扭矩SMA电机，其包括：

一控制系统；

一个控制系统管理的以SMA线加热收缩为目标的多电流回路阵列；

驱动单元阵列；所述驱动单元阵列通过SMA记忆合金线连接所述控制系统，其中，所述控制系统向所述SMA记忆合金线加载电流，所述SMA记忆合金线收缩，所述驱动单元阵列驱动动力输出装置运动；断电后，所述SMA记忆合金线伸长，动力输出装置反向转动，回到初始位置。

进一步地，每一所述驱动单元均为一独立的模块，所述驱动单元包括一驱动轮、一绕线架、一SMA记忆合金线、一单向轴承、一迴转挂耳、一弹性导线，动力输出装置为一主轴，所述主轴装设于所述单向轴承内，所述单向轴承设于所述驱动轮内，所述驱动轮装设于所述绕线架内，所述SMA记忆合金线缠绕于绕线架上，其中，所述SMA记忆合金线通电时，所述SMA记忆合金线由于受热收缩带动所述驱动轮和单向轴承转动，单向轴承驱动主轴转动；SMA记忆合金线断电时，所述SMA记忆合金线冷却伸长，弹性导线带动驱动轮反向转动，驱动轮回到初始位置。