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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410591728.6(22)申请日 2014.10.28H02N 2/12(2006.01)(71)申请人 佛山市禾才科技服务有限公司地址 528000 广东省佛山市禅城区文华北路56 号七座 1603 房之二申请人 唐易平(72)发明人 唐建柳 周克芳 陈海云 骆雪华麦清艳(74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332代理人 张海英 韩国胜(54) 发明名称一种 SMA 驱动的步进电机(57) 摘要一种SMA驱动的步进电机，包括轮轴、齿轮盘、轨道圆盘、左驱动装置和右驱动装置 ；所述齿轮盘安装于所述轮轴，外沿设有所述轨。
2、道圆盘；所述左、右驱动装置均包括驱动臂、驱动 SMA 线、弹性连接件和复位 SMA 线 ；所述驱动臂的驱动端与所述齿轮盘的轮齿啮合，所述驱动 SMA 线的一端连接于所述驱动臂的另一端，所述驱动 SMA 线由正常状态转变为缩短状态时拉动所述驱动臂带动齿轮盘旋转 ；所述复位 SMA 线在缩短状态时将所述驱动臂的驱动端拉离所述齿轮盘 ；所述弹性连接件的一端连接于所述驱动臂。本发明用 SMA线带动电机齿轮的旋转运动，通过左右驱动装置的对称驱动和沿所述轨道圆盘伸缩，保证了电机在驱动时的稳定性和节省了空间，受力对称性好较为容易驱动，节省能源。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12。
3、)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图2页(10)申请公布号 CN 104467530 A(43)申请公布日 2015.03.25CN 104467530 A1/2 页21.一种 SMA 驱动的步进电机，其特征在于 ：包括轮轴、齿轮盘、轨道圆盘、左驱动装置和右驱动装置 ；所述轮轴输出电机动力，所述齿轮盘安装于所述轮轴 ；所述轨道圆盘位于所述齿轮盘的外沿 ；所述左驱动装置包括左驱动臂、左驱动 SMA 线、左弹性连接件和左复位 SMA 线 ；所述左驱动臂的驱动端与所述齿轮盘上的轮齿啮合，所述左驱动 SMA 线的一端连接于所述左驱动臂的另一端，所述驱动 SMA 线由正常状态转变为缩短状态时拉。
4、动所述左驱动臂带动齿轮盘旋转 ；所述左复位 SMA 线在缩短状态时将所述左驱动臂的驱动端拉离所述齿轮盘 ；所述左弹性连接件的一端连接于所述左驱动臂 ；所述右驱动装置包括右驱动臂、右驱动 SMA 线、右弹性连接件和右复位 SMA 线 ；所述右驱动臂的驱动端与所述齿轮盘上的轮齿啮合，所述右驱动 SMA 线的一端连接于所述右驱动臂的另一端，所述右驱动 SMA 线由正常状态转变为缩短状态时拉动所述右驱动臂带动齿轮盘旋转 ；所述右复位 SMA 线在缩短状态时将所述右驱动臂的驱动端拉离所述齿轮盘 ；所述右弹性连接件的一端连接于所述右驱动臂 ；所述左驱动SMA线、左弹性连接件、右驱动SMA线和右弹性连接件均。
5、沿着所述轨道圆盘伸缩 ；所述左驱动装置和右驱动装置同时顺时针驱动所述齿轮盘。2.根据权利要求 1 所述的 SMA 驱动的步进电机，其特征在于 ：还设置有上驱动装置和下驱动装置 ；所述上驱动装置包括上驱动臂、上驱动 SMA 线、上弹性连接件和上复位 SMA 线 ；所述上驱动臂的驱动端与所述齿轮盘上的轮齿啮合，所述上驱动 SMA 线的一端连接于所述上驱动臂的另一端，所述上驱动 SMA 线由正常状态转变为缩短状态时拉动所述上驱动臂带动齿轮盘旋转 ；所述上复位 SMA 线在缩短状态时将所述上驱动臂的驱动端拉离所述齿轮盘 ；所述上弹性连接件的一端连接于所述上驱动臂 ；所述下驱动装置包括下驱动臂、下驱动 。
6、SMA 线、下弹性连接件和下复位 SMA 线 ；所述下驱动臂的驱动端与所述齿轮盘上的轮齿啮合，所述下驱动 SMA 线的一端连接于所述下驱动臂的另一端，所述下驱动 SMA 线由正常状态转变为缩短状态时拉动所述下驱动臂带动齿轮盘旋转 ；所述下复位 SMA 线在缩短状态时将所述下驱动臂的驱动端拉离所述齿轮盘 ；所述下弹性连接件的一端连接于所述下驱动臂 ；所述上驱动SMA线、上弹性连接件、下驱动SMA线和下弹性连接件均沿着所述轨道圆盘伸缩 ；所述上驱动装置和下驱动装置同时逆时针驱动所述齿轮盘。3.根据权利要求 2 所述的 SMA 驱动的步进电机，其特征在于 ：所述右驱动 SMA 线的另一端与所述上驱动。
7、 SMA 线的另一端连接 ；所述右弹性连接件的另一端与所述下弹性连接件的另一端连接 ；所述左驱动 SMA 线的另一端与所述下驱动 SMA 线的另一端连接 ；所述左弹性连接件的另一端与所述上弹性连接件的另一端连接 ；所述右复位 SMA 线的一端垂直连接于所述右驱动臂的驱动端 ；所述左复位 SMA 线的一端垂直连接于所述左驱动臂的驱动端 ；所述上复位 SMA 线的一端垂直连接于所述上驱动臂的驱动端 ；所述下复位 SMA 线的一端垂直连接于所述下驱动臂的驱动端。4.根据权利要求 1 所述的 SMA 驱动的步进电机，其特征在于 ：所述左驱动臂、上驱动臂、右驱动臂和下驱动臂的驱动端均设置有凸钩，所述凸钩。
8、与所述齿轮盘上的轮齿啮合。5.根据权利要求 2 所述的 SMA 驱动的步进电机，其特征在于 ：所述左驱动 SMA 线、上驱权 利 要 求 书CN 104467530 A2/2 页3动 SMA 线、右驱动 SMA 线、下驱动 SMA 线、左复位 SMA 线、右复位 SMA 线、上复位 SMA 线和下复位 SMA 线均为镍钛合金线。6.根据权利要求 2 所述的 SMA 驱动的步进电机，其特征在于 ：包括用于控制所述左驱动 SMA 线、上驱动 SMA 线、右驱动 SMA 线、下驱动 SMA 线、左复位 SMA 线、右复位 SMA 线、上复位 SMA 线和下复位 SMA 线在正常状态和缩短状态之间变化。
9、的控制电板。7.根据权利要求 6 所述的 SMA 驱动的步进电机，其特征在于 ：所述控制电板设置有记录所述左驱动 SMA 线、上驱动 SMA 线、右驱动 SMA 线、下驱动 SMA 线、左复位 SMA 线、右复位SMA 线、上复位 SMA 线和下复位 SMA 线的变化次数的计数器。8.根据权利要求 1 所述的 SMA 驱动的步进电机，其特征在于 ：所述齿轮盘与步进电机的轮轴通过固定螺母固定。9.根据权利要求 1 所述的 SMA 驱动的步进电机，其特征在于 ：所述轮轴上设置有传动比装置。权 利 要 求 书CN 104467530 A1/5 页4一种 SMA 驱动的步进电机技术领域0001 本发明。
10、涉及步进电机的技术领域，尤其涉及一种 SMA 驱动的步进电机。背景技术0002 步进电机因具有过载性好，控制方便，整体结构简单而被广泛应用，在电子钟表、工业机器手、包装机械、矿井提升、汽车测试等都有应用。由步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器。以往的驱动器较复杂，成本高，整个电机的结构也较为复杂，制作工艺复杂成本高，重量不轻，所占空间大，限制了步进电机的使用范围。0003 SMA(shape memory alloys，形状记忆合金，简称 SMA) 是一种新型智能材料，这种材料具有形状记忆效应和较高的功重比，并且驱动简单、控制方便，已经作为驱动元件得到。
11、了广泛的应用。但是 SMA 作为驱动器还存在一些不足 ：在现有技术中 SMA 作为驱动器只是单向驱动，驱动的稳定性不强，而且节省能源效果不佳。发明内容0004 本发明的目的在于克服以上的不足和缺陷提出一种 SMA 驱动的步进电机0005 为达此目的，本发明采用以下技术方案 ：0006 一种 SMA 驱动的步进电机，包括轮轴、齿轮盘、轨道圆盘、左驱动装置和右驱动装置 ；所述轮轴输出电机动力，所述齿轮盘安装于所述轮轴 ；所述轨道圆盘位于所述齿轮盘的外沿 ；0007 所述左驱动装置包括左驱动臂、左驱动 SMA 线、左弹性连接件和左复位 SMA 线 ；所述左驱动臂的驱动端与所述齿轮盘上的轮齿啮合，所述。
12、左驱动 SMA 线的一端连接于所述左驱动臂的另一端，所述驱动 SMA 线由正常状态转变为缩短状态时拉动所述左驱动臂带动齿轮盘旋转 ；所述左复位 SMA 线在缩短状态时将所述左驱动臂的驱动端拉离所述齿轮盘 ；所述左弹性连接件的一端连接于所述左驱动臂 ；0008 所述右驱动装置包括右驱动臂、右驱动 SMA 线、右弹性连接件和右复位 SMA 线 ；所述右驱动臂的驱动端与所述齿轮盘上的轮齿啮合，所述右驱动 SMA 线的一端连接于所述右驱动臂的另一端，所述右驱动 SMA 线由正常状态转变为缩短状态时拉动所述右驱动臂带动齿轮盘旋转 ；所述右复位 SMA 线在缩短状态时将所述右驱动臂的驱动端拉离所述齿轮盘 。
13、；所述右弹性连接件的一端连接于所述右驱动臂 ；0009 所述左驱动SMA线、左弹性连接件、右驱动SMA线和右弹性连接件均沿着所述轨道圆盘伸缩 ；所述左驱动装置和右驱动装置同时顺时针驱动所述齿轮盘。0010 优选的，还设置有上驱动装置和下驱动装置 ；0011 所述上驱动装置包括上驱动臂、上驱动 SMA 线、上弹性连接件和上复位 SMA 线 ；所述上驱动臂的驱动端与所述齿轮盘上的轮齿啮合，所述上驱动 SMA 线的一端连接于所述上驱动臂的另一端，所述上驱动 SMA 线由正常状态转变为缩短状态时拉动所述上驱动臂带动说 明 书CN 104467530 A2/5 页5齿轮盘旋转 ；所述上复位 SMA 线在。
14、缩短状态时将所述上驱动臂的驱动端拉离所述齿轮盘 ；所述上弹性连接件的一端连接于所述上驱动臂 ；0012 所述下驱动装置包括下驱动臂、下驱动 SMA 线、下弹性连接件和下复位 SMA 线 ；所述下驱动臂的驱动端与所述齿轮盘上的轮齿啮合，所述下驱动 SMA 线的一端连接于所述下驱动臂的另一端，所述下驱动 SMA 线由正常状态转变为缩短状态时拉动所述下驱动臂带动齿轮盘旋转 ；所述下复位 SMA 线在缩短状态时将所述下驱动臂的驱动端拉离所述齿轮盘 ；所述下弹性连接件的一端连接于所述下驱动臂 ；0013 所述上驱动SMA线、上弹性连接件、下驱动SMA线和下弹性连接件均沿着所述轨道圆盘伸缩 ；所述左驱动装。
15、置和右驱动装置同时顺时针驱动所述齿轮盘。0014 优选的，所述右驱动SMA线的另一端与所述上驱动SMA线的另一端连接 ；所述右弹性连接件的另一端与所述下弹性连接件的另一端连接 ；所述左驱动 SMA 线的另一端与所述下驱动 SMA 线的另一端连接 ；所述左弹性连接件的另一端与所述上弹性连接件的另一端连接 ；所述右复位 SMA 线的一端垂直连接于所述右驱动臂的驱动端 ；所述左复位 SMA 线的一端垂直连接于所述左驱动臂的驱动端 ；所述上复位 SMA 线的一端垂直连接于所述上驱动臂的驱动端 ；所述下复位 SMA 线的一端垂直连接于所述下驱动臂的驱动端。0015 优选的，所述左驱动臂、上驱动臂、右驱动。
16、臂和下驱动臂的驱动端均设置有凸钩，所述凸钩与所述齿轮盘上的轮齿啮合。0016 优选的，所述左驱动 SMA 线、上驱动 SMA 线、右驱动 SMA 线、下驱动 SMA 线、下驱动SMA 线、左复位 SMA 线、右复位 SMA 线、上复位 SMA 线和下复位 SMA 线均为镍钛合金线。0017 优选的，包括用于控制所述左驱动 SMA 线、上驱动 SMA 线、右驱动 SMA 线、下驱动SMA线、左复位SMA线、右复位SMA线、上复位SMA线和下复位SMA线在正常状态和缩短状态之间变化的控制电板。0018 优选的，所述控制电板设置有记录所述左驱动 SMA 线、上驱动 SMA 线、右驱动 SMA线、下驱。
17、动 SMA 线、左复位 SMA 线、右复位 SMA 线、上复位 SMA 线和下复位 SMA 线的变化次数的计数器。0019 优选的，所述齿轮盘与步进电机的轮轴通过固定螺母固定。0020 优选的，所述轮轴上设置有传动比装置。0021 本发明将 SMA 的由脉冲电压驱动多次往复直线运动转变为电机齿轮的旋转运动，再通过左右驱动装置的对称驱动，受力对称性好从而保证了电机在驱动过程中具有较强的稳定性，而且对称驱动较为容易驱动，从而节省能源。附图说明0022 图 1 是本发明一个具体实施例的示意图。0023 图 2 是本发明一个具体实施例的示意图。0024 其中 ：1 为齿轮盘，2 为左弹性连接件，3 为。
18、左驱动臂，4 为左驱动 SMA 线，5 为右弹性连接件，6 为右驱动臂，7 为右驱动 SMA 线，8 为上弹性连接件，9 为上驱动臂，10 为上驱动SMA 线，11 为下弹性连接件，12 为下驱动臂，13 为下驱动 SMA 线，14 为轨道圆盘，15 为左复位 SMA 线，16 为右复位 SMA 线，17 为上复位 SMA 线，18 为下复位 SMA 线，101、102、103、104为凸钩。说 明 书CN 104467530 A3/5 页6具体实施方式0025 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。0026 本发明的一个实施例如图 1 所示，一种 SMA 驱动的步进电机。
19、，包括轮轴、齿轮盘 1、轨道圆盘 14、左驱动装置和右驱动装置 ；所述轮轴输出电机动力，所述齿轮盘 1 安装于所述轮轴 ；所述轨道圆盘 14 位于所述齿轮盘 1 的外沿 ；0027 所述左驱动装置包括左驱动臂 3、左驱动 SMA 线 4、左弹性连接件 2 和左复位 SMA线 15 ；所述左驱动臂 3 的驱动端与所述齿轮盘 1 上的轮齿啮合，所述左驱动 SMA 线 4 的一端连接于所述左驱动臂 3 的另一端，所述左驱动 SMA 线 4 由正常状态转变为缩短状态时拉动所述左驱动臂 3 带动齿轮盘 1 旋转 ；所述左复位 SMA 线 15 在缩短状态时将所述左驱动臂3 的驱动端拉离所述齿轮盘 1 ；。
20、所述左弹性连接件 2 的一端连接于所述左驱动臂 3 ；0028 所述右驱动装置包括右驱动臂 6、右驱动 SMA 线 7、右弹性连接件 5 和右复位 SMA线 16 ；所述右驱动臂 6 的驱动端与所述齿轮盘 1 上的轮齿啮合，所述右驱动 SMA 线 7 的一端连接于所述右驱动臂 6 的另一端，所述右驱动 SMA 线 7 由正常状态转变为缩短状态时拉动所述右驱动臂 6 带动齿轮盘 1 旋转 ；所述右复位 SMA 线 16 在缩短状态时将所述右驱动臂6 的驱动端拉离所述齿轮盘 1 ；所述右弹性连接件 5 的一端连接于所述右驱动臂 6 ；0029 所述左驱动 SMA 线 4、左弹性连接件 2、右驱动 。
21、SMA 线 7 和右弹性连接件 5 均沿着所述轨道圆盘 14 伸缩 ；所述左驱动装置和右驱动装置同时顺时针驱动所述齿轮盘 1。0030 本实施例的电机是这样驱动的。左驱动SMA线4和右驱动SMA线7加电压时缩短,拉动左驱动臂 3 和左驱动臂 6，从而使所述齿轮盘 1 转动一齿，所述轮轴转动输出动力。然后，左复位 SMA 线 15 和右复位 SMA 线 16 加压，将左驱动臂 3 和左驱动臂 6 拉离齿轮盘 1，左驱动 SMA 线 4 和右驱动 SMA 线 7 的电压消失，左驱动 SMA4 线和右驱动 SMA 线 7 伸长到正常状态 ；左复位 SMA 线 15 和右复位 SMA 线电压消失，在左。
22、弹性连接件 2 和右弹性连接件 5 的作用下，左驱动臂 3 和右驱动臂 6 恢复与齿轮盘 1 啮合的状态，从而可以对齿轮盘 1 做下一次的拉动。加在左驱动 SMA 线 4、右驱动 SMA 线 7、左复位 SMA 线 15 和右复位 SMA 线 16 上的电压均为脉冲电压，所以能够持续重复上述行为，虽然每个脉冲电压周期仅驱动齿轮盘 1的一个齿的距离，但使电机的整体表现为轮轴持续的转动。此种电机结构非常简单，而且体积非常小。本发明将 SMA 线由脉冲电压驱动多次往复直线运动转变为电机齿轮的旋转运动，再通过左右驱动装置的对称驱动和沿所述轨道圆盘 14 伸缩，保证了电机在驱动过程中的稳定性和节省了空间。
23、，受力对称性好较为容易驱动，从而节省能源。0031 可以采用控制电板对上述 SMA 线的脉冲电压进行控制，以调节电机转速。0032 如图 2 所示，本发明的另一个实施例，还设置有上驱动装置和下驱动装置 ；0033 所述上驱动装置包括上驱动臂 9、上驱动 SMA 线 10、上弹性连接件 8 和上复位 SMA线 17 ；所述上驱动臂 9 的驱动端与所述齿轮盘 1 上的轮齿啮合，所述上驱动 SMA 线 10 的一端连接于所述上驱动臂 9 的另一端，所述上驱动 SMA 线 10 由正常状态转变为缩短状态时拉动所述上驱动臂 9 带动齿轮盘 1 旋转 ；所述上复位 SMA 线 17 在缩短状态时将所述上驱。
24、动臂9 的驱动端拉离所述齿轮盘 1 ；所述上弹性连接件 8 的一端连接于所述上驱动臂 9 ；0034 所述下驱动装置包括下驱动臂 12、下驱动 SMA 线 13、下弹性连接件 11 和下复位SMA 线 18 ；所述下驱动臂 12 的驱动端与所述齿轮盘 1 上的轮齿啮合，所述下驱动 SMA 线 13说 明 书CN 104467530 A4/5 页7的一端连接于所述下驱动臂 12 的另一端，所述下驱动 SMA 线 13 由正常状态转变为缩短状态时拉动所述下驱动臂 12 带动齿轮盘 1 旋转 ；所述下复位 SMA 线 18 在缩短状态时将所述下驱动臂 12 的驱动端拉离所述齿轮盘 1 ；所述下弹性连。
25、接件 11 的一端连接于所述下驱动臂12；0035 所述上驱动 SMA 线 10、上弹性连接件 8、下驱动 SMA 线 13 和下弹性连接件 11 均沿着所述轨道圆盘 14 伸缩 ；所述上驱动装置和下驱动装置同时逆时针驱动所述齿轮盘 1。0036 在上驱动 SMA 线 10 和下驱动 SMA 线 13 也可以加脉冲电压，但是在给上驱动 SMA线 10 和下驱动 SMA 线 13 施加脉冲电压时，所述左驱动 SMA 线 4 和右驱动 SMA 线 7 不施加脉冲电压，使齿轮盘 1 既可以顺时针驱动，也可以逆时针转动，扩大了本发明的应用范围。0037 如图 2，所述右驱动 SMA 线 7 的另一端与。
26、所述上驱动 SMA 线 10 的另一端连接 ；所述右弹性连接件 5 的另一端与所述下弹性连接件 11 的另一端连接 ；所述左驱动 SMA 线 4 的另一端与所述下驱动SMA线13的另一端连接 ；所述左弹性连接件2的另一端与所述上弹性连接件 8 的另一端连接 ；所述右复位 SMA 线的一端垂直连接于所述右驱动臂的驱动端 ；所述左复位 SMA 线的一端垂直连接于所述左驱动臂的驱动端 ；所述上复位 SMA 线的一端垂直连接于所述上驱动臂的驱动端 ；所述下复位 SMA 线的一端垂直连接于所述下驱动臂的驱动端。0038 通过上述所述驱动 SMA 线之间的连接及所述弹性连接件之间的连接，将所述左驱动装置、。
27、上驱动装置、右驱动装置和下驱动装置连接形成一个类似圆状的结构，这样的结构设计使驱动效率最高 , 能够使 SMA 线用最少的尺寸变化完成驱动动作，从而达到节省空间的目的。0039 优选的，所述左驱动臂 3、上驱动臂 9、右驱动臂 6 和下驱动臂 12 的驱动端均设置有凸钩 101、103、102 和 104，所述凸钩 101、103、102 和 104 与所述齿轮盘 1 上的轮齿啮合。0040 当左驱动SMA线4、上驱动SMA线10、右驱动SMA线7和下驱动SMA线13接到控制电板送出的脉冲时，左驱动 SMA 线 4、上驱动 SMA 线 10、右驱动 SMA 线 7 和下驱动 SMA 线13 就。
28、顺时针和逆时针拉动所述左驱动臂 3、上驱动臂 9、右驱动臂 6 和下驱动臂 12，而所述凸钩 101、02、103 和 104 勾住轮齿，从而容易拉动所述齿轮盘 1 的旋转。这样的驱动臂动结构设计简单，制作工艺简单，从而节约成本。0041 优选的，所述左驱动SMA线4、上驱动SMA线10、右驱动SMA线7、下驱动SMA线13、左复位 SMA 线 15、右复位 SMA 线 16、上复位 SMA 线 17 和下复位 SMA 线 18 均为镍钛合金线。0042 镍钛合金具有独特的形状记忆功能外，还具有耐磨损、抗腐蚀、高阻尼和超弹性等优异特点。0043 本实施例还包括用于控制所述左驱动SMA线4、上驱。
29、动SMA线10、右驱动SMA线7、下驱动 SMA 线 13、左复位 SMA 线 15、右复位 SMA 线 16、上复位 SMA 线 17 和下复位 SMA 线 18在正常状态和缩短状态之间变化的控制电板。0044 控制电板对脉冲电压的周期和幅度进行综合控制，有利于根据各种实际情况调节电机转速等多种电机工况。0045 优选的，所述控制电板设置有记录所述左驱动 SMA 线 4、上驱动 SMA 线 10、右驱动SMA 线 7、下驱动 SMA 线 13、左复位 SMA 线 15、右复位 SMA 线 16、上复位 SMA 线 17 和下复位SMA 线 18 的变化次数的计数器。说 明 书CN 10446。
30、7530 A5/5 页80046 所述计数器可读出控制电板输出脉冲的数值，并可对应地转换成齿轮的转动角度。0047 优选的，所述齿轮盘 1 与步进电机的轮轴通过固定螺母固定。0048 利用固定螺母将所述齿轮盘 1 与步进电机的轮轴固定既简单快捷，拆卸也方便。0049 优选的，所述轮轴上设置有传动比装置。0050 通过齿轮轴 1 的输出转动，然后加上传动比装置即可将转动力放大或缩小。如采用降速比就可将力放大，以增大 SMA 线的驱动力，克服 SMA 线的驱动力小的弱点。0051 以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。说 明 书CN 104467530 A1/2 页9图1说 明 书 附 图CN 104467530 A2/2 页10图2说 明 书 附 图CN 104467530 A。