专利名称：采用形状记忆合金的微电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用形状记忆合金丝被施加电流后发生的温度形变特性进 而产生动作位移的方法和实现这一方法的形状记忆合金微电机。属于微电机及 其控制领域。
背景技术：
微电机在现代工业中的主要应用领域有与信息处理相关联的机器设备；环 境净化、节省能源、高功能化的家电产品；更加智能化、人性化的汽车相关产 品；更受人们关注的医疗、健身、服务相关产品以及高度集成的一体化智能机 器等领域。微电机的生产更加注重材料应用以利于环保、以及高效节能等。随 着科学技术的发展和电气控制系统的不断更新换代，对微电机的要求越来越高， 同时，新技术、新材料、新工艺的应用，推动了微电机的发展，出现了无刷化、 微型化等新的发展，但是目前市场上的微电机仍具有体积较大，非静音工作， 结构复杂，使用寿命短和制造成本高的缺点。形状记忆合金(SMA)的金相结构在常温下为马氏体状态，当加热到相变温度 之后成为奥氏体状态，当温度下降到相变温度以下时又回到马氏体状态。如果 在马氏体状态下将SMA加工成一定的形状，然后将其加热到相变温度以上，将 使SMA记住该形状。SMA在低于金属相转变温度时，可以被加工成另一种形状， 但是，当温度达到或超过转变温度时，SMA自动变化成原来记忆的形状。本发明 利用形状记忆合金丝独特的温度形变特性来制造可以产生动作位移和动力输出 的微电机
发明内容
利用SMA的形状记忆特性可以制作对环境温度敏感的SMA微电机。由于SMA 微电机动作不受温度以外的环境因素的影响，无常规电机或液压系统的可动密 封部分，因而可在普通元件不能适应的水或真空中^f吏用，甚至可在条件更加严 酷的场合(如在腐蚀环境)中使用。因此利用SMA这种能变形伸缩的特点而制作 的微电机代替电磁机构和传统微型电机等复杂装置，可大大简化结构、同时还 节约能源，具有高功率体积比的优点，因此十分适用于微机电系统中，尤其适 用于与温度传感器集成和驱动之间窄小的场合。本发明通过对形状记忆合金丝施加电流调控形状记忆合金丝的温度，使其产 生相应的收缩形变和复原，进而这种收缩形变和复原可以通过旋转机构转化为 微电机的旋转运动。为微电机的形状记忆合金丝设计了具有散热功能保护壳，保护壳可以有效防止形状记忆合金丝遭受物理损伤和提供高效的散热功能降低 形状记忆合金丝的温度，迅速完成复位动作提高微电机的响应速度。基于本方 法的采用形状记忆合金丝的微电机的实现方法有很多种，可以根据实际需要制 造成各种类型。
图1:采用记忆合金的微电机外部结构图 图2:采用记忆合金的微电机内部结构图 1.电机转轴2.形状记忆合金丝3.沟槽 4.压线金属端子 5.塑料保护壳 6.锚钩 7.旋转机构 8.复位 弹簧 9.电源电极簧片具体实施方式
一种类型的采用形状记忆合金的微电机的结构示意图参见图l所示。主要由1) 电机转轴2) 形状记忆合金丝3) 沟槽4) 压线金属端子5) 塑料保护壳6) 锚钩7) 旋转机构8) 复位弹簧9) 电源电极簧片如图1所示，本发明中采用形状记忆合金的微电机保护壳开有双沟槽，沟槽各 表面同合金丝的距离为合金丝直径的两倍。形状记忆合金丝对折放入沟槽中， 对折端与锚钩相连，合金丝的另外两端与压线金属端子相连固定于塑料保护壳 上。如图2所示，微电机的旋转机构将由形状记忆合金丝的伸缩运动来带动， 从而产生微电机转轴的旋转。而微电机转轴的反向旋转是由复位弹簧恢复弹性 形变而完成的。微电机是通过在电源电极两端施加脉宽调制电流来工作的，而 记忆合金丝由具有导电性的压线金属端子获得脉宽调制电流的。
权利要求
1.一种用于产生微小旋转运动的微电机制造方法，其特性在于通过对形状记忆合金元件施加脉冲调制电流，调控形状记忆合金元件的温度使得它产生收缩动作，然后通过图2中所示的旋转机构将这种收缩运动转变为电机轴的旋转。然后通过改变电流强度和使用紧邻在形状记忆合金元件的沟槽的散热表面来降低形状记忆合金元件的温度，进而使得形状记忆合金元件恢复原来的形状。同时，形状记忆合金元件的复原动作也由如图2所示的复位弹簧机构转变为反向复位的旋转运动。
2. —种实现如权利要求1所述的微电机的制造方法。其特征主要在于有一 根对折的形状记忆合金丝、锚钩、具有散热功能的保护壳、复位弹簧、电源 电极簧片和形状记忆合金元件的铆接固定端组成。本实现中使用了一根形状 记忆合金丝，但是可以根据应用需要使用任意数目的形状记忆合金丝。
3. 微电机的塑料保护壳上开有容纳形状记忆合金丝的沟槽，沟槽内部的三 个表面到合金丝的距离都为合金丝的直径的两倍，以求获得最佳的散热效果。
4. 微电机的旋转机构由电机转轴、滑轮、阻尼弹簧和连接于锚钩的尼龙丝 线组成。滑轮的连接端子分别与阻尼弹簧和复位弹簧相连接。
5. —根形状记忆合金丝对折后，对折端与锚钩连接，合金丝的两端与压线 金属端子相连接固定在微电机的塑料保护壳上。
6. 复位弹簧用作电机转轴的辅助位置复原机构，确保绑定了不再施加电流 的形状记忆合金丝的微电机的转轴能够逆向旋转恢复到初始位置。
7. 此微电机把含有电机转轴的旋转机构，形状记忆合金丝和具有散热功能 的保护壳集成在一起。本发明所公开的实现中采用的形状记忆合金丝的横截 面是圆形的，但是也可以是其他形状如正方形、椭圆形、矩形和其他任意形 状。
全文摘要
本发明涉及了一种采用了形状记忆合金的微电机。通过对用于制作本微电机的形状记忆合金丝施加脉冲调制电流和电机的旋转机构将形状记忆合金丝的收缩和复原动作转化为微电机的旋转运动。本发明结构简单，操作方便，生产成本低，精度好，实现静音工作。本发明可以代替电磁机构和传统微型电机等复杂装置，可大大简化结构、同时还节约能源，具有高功率体积比的优点，因此十分适用于微机电系统中。
文档编号H02N10/00GK101132155SQ20071010275
公开日2008年2月27日 申请日期2007年4月23日 优先权日2006年8月21日
发明者王哲龙 申请人:王哲龙