專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料以及機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用光直接驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)以及驅(qū) 動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的方法。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)械系統(tǒng)研究的不斷進(jìn)展，對(duì)馬達(dá)的要求越來(lái)越高直接驅(qū)動(dòng)、大驅(qū)動(dòng)力、大 位移、快速響應(yīng)等。在許多特殊領(lǐng)域，需要采用特種性能的電機(jī)(或稱(chēng)馬達(dá))作為動(dòng)力源和 運(yùn)動(dòng)源?，F(xiàn)有的馬達(dá)技術(shù)主要有電磁感應(yīng)電機(jī)、靜電馬達(dá)、超聲波電機(jī)、壓電陶瓷沖擊式驅(qū) 動(dòng)馬達(dá)或機(jī)構(gòu)等，均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。電磁感應(yīng)電機(jī)力矩大、速度快，但線圈損耗大、且無(wú)法 脫離有纜控制；靜電馬達(dá)直接利用靜電力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，缺點(diǎn)是力矩較小，定子與轉(zhuǎn)子間的摩擦 及噪音較大，往往需要將馬達(dá)浸泡在油液中運(yùn)轉(zhuǎn)。超聲波電機(jī)是近年發(fā)展起來(lái)的新型特種 馬達(dá)，之后國(guó)內(nèi)外又開(kāi)展了表面聲波馬達(dá)的研究。應(yīng)該指出，上述電機(jī)或馬達(dá)由于需要導(dǎo) 線、電磁轉(zhuǎn)換器件、加熱器件等輔助設(shè)備，不利于遠(yuǎn)程控制及搬運(yùn)。眾所周知，光具有快速、準(zhǔn)確、清潔環(huán)保，儲(chǔ)量豐富等一系列優(yōu)異的性能，它是MEMS 的最佳供能方式。將光能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)利用光直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，將極大地推動(dòng)MEMS 的快速發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)及其驅(qū)動(dòng)方法，使該馬達(dá)可應(yīng)用于空間狹 小、無(wú)法供電、強(qiáng)磁場(chǎng)等苛刻領(lǐng)域，并克服了某些環(huán)境下無(wú)法應(yīng)用裝置實(shí)施工作的缺陷。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其包括定子、轉(zhuǎn)子，其還包括偏心柱、軸承和光致彎曲變形單元， 偏心柱固定在定子上，轉(zhuǎn)子與定子通過(guò)軸承相聯(lián)，軸承內(nèi)圈固定在偏心柱上，光致彎曲變形 單元兩端分別與轉(zhuǎn)子和偏心柱上的軸承連接。通過(guò)紫外光照射自由狀態(tài)的光致彎曲變形單 元、可見(jiàn)光照射處于彎曲狀態(tài)的光致彎曲變形單元，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)扭矩驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。所述光致彎曲變形單元為四個(gè)，在圓周上呈均勻分布，與其連接的軸承也為四個(gè)， 光致彎曲變形單元與軸承對(duì)應(yīng)依次連接。光致彎曲變形單元與偏心柱的粘結(jié)優(yōu)選方式為與 偏心柱上安裝的軸承外圈連接。所述光致彎曲變形單元為光致彎曲薄膜，薄膜具有光致形變材料層。所述的定子、轉(zhuǎn)子及偏心柱采用材料為高分子材料或金屬或它們的復(fù)合材料中的 一種，優(yōu)選透光質(zhì)量輕高硬度的高分子材料，更優(yōu)選有機(jī)玻璃。所述光致彎曲薄膜為一層，采用的材料為光致形變材料；或者所述光致彎曲薄膜 為兩層，外層采用的材料為光致形變材料，內(nèi)層采用的材料為柔性高分子材料。所述光致形變材料為光致彎曲液晶高分子材料。所述柔性高分子材料為聚乙烯或聚丙烯或天然橡膠或由它們構(gòu)成的復(fù)合高分子 材料中的一種，優(yōu)選聚乙烯材料。
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所述光致彎曲變形單元與轉(zhuǎn)子及軸承通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)。所述光致彎曲薄膜的內(nèi)層與外層之間通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)。所述粘結(jié)劑為聚丙烯酸酯類(lèi)粘結(jié)劑或聚氨酯類(lèi)粘結(jié)劑或環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑或橡 膠類(lèi)粘結(jié)劑中的一種，優(yōu)選為環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑。一種上述光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方法，對(duì)自由狀態(tài)的光致彎曲變形單元施加紫外光照射，被照射的部分表面向入射方向 收縮，發(fā)生彎曲，使得馬達(dá)轉(zhuǎn)子有向該單元徑向長(zhǎng)度減小的方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)；例如，致使光 致彎曲變形單元對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩；對(duì)彎曲狀態(tài)的光致彎曲變形單元施加可見(jiàn)光照射，彎曲形變逐漸恢復(fù)，使得馬達(dá) 轉(zhuǎn)子有向該單元徑向長(zhǎng)度增長(zhǎng)的方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)；例如，致使光致彎曲變形單元對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn) 子產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。改變紫外光和可見(jiàn)光的照射方向，即可改變馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)子的逆 時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提出的驅(qū)動(dòng)上述馬達(dá)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方法，利用紫外光照射自由狀態(tài)的光致彎 曲變形薄膜，可見(jiàn)光照射彎曲狀態(tài)的光致彎曲變形薄膜，產(chǎn)生帶到馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的扭矩，驅(qū) 動(dòng)該馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。其中，所述的自由狀態(tài)的光致彎曲變形單元受紫外光照射，向紫外光入射方向收 縮，發(fā)生彎曲，使得馬達(dá)轉(zhuǎn)子有向該單元徑向長(zhǎng)度減小的方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。其中，所述的彎曲狀態(tài)的光致彎曲變形單元受可見(jiàn)光照射，彎曲的光致形變材料 會(huì)回復(fù)為原始平展?fàn)顟B(tài)，使得馬達(dá)轉(zhuǎn)子有向該單元徑向長(zhǎng)度增長(zhǎng)的方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。其中，合理的光照致使四條光致形變材料對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的力矩，實(shí) 現(xiàn)馬達(dá)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；改變紫外光和可見(jiàn)光的照射方向，可實(shí)現(xiàn)馬達(dá)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提供的光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及其驅(qū)動(dòng)的方法，對(duì)于現(xiàn)在的技術(shù)具有如下的 優(yōu)點(diǎn)及效果(1)本發(fā)明中的光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)不同于是傳統(tǒng)的馬達(dá)，可以直接通過(guò)光致形變材料的 變形將光能轉(zhuǎn)化為馬達(dá)旋轉(zhuǎn)所需的機(jī)械能；(2)與現(xiàn)有的其他驅(qū)動(dòng)方式相比較，光驅(qū)動(dòng)快速、環(huán)保、能耗小，并且具有可遠(yuǎn)程操 作等其他驅(qū)動(dòng)方式所不具備的特點(diǎn)；(3)光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)部件數(shù)量少，可以根據(jù)不同的需要對(duì)馬達(dá)尺寸進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng)不同 轉(zhuǎn)速和扭矩的需要，具有極高的靈活性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖及其驅(qū)動(dòng)方法示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例中光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1-2所示，為本發(fā)明光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)實(shí)施例的示意圖，本發(fā)明包括馬達(dá)定子1，光 致彎曲變形單元2，軸承3，轉(zhuǎn)子4、偏心柱5。光致彎曲變形單元2由4條光致彎曲變形薄膜組成，每條薄膜均為單層結(jié)構(gòu)，完全由光致形變材料構(gòu)成。同時(shí)，每條薄膜的兩端分別粘 結(jié)固定在偏心柱5和轉(zhuǎn)子4上。為了防止馬達(dá)在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中造成光致彎曲變形單元 2纏繞在偏心柱5上，彎曲變形單元2與偏心柱之間的粘結(jié)需要采用軸承3進(jìn)行過(guò)渡。即 軸承3的內(nèi)圈固定在偏心柱5上，彎曲變形單元2粘結(jié)在軸承3的外圈。偏心柱5固結(jié)在 馬達(dá)定子1上。另外，構(gòu)成本發(fā)明的光致彎曲變形單元2的四條光致彎曲變形薄膜也可以采取雙 層結(jié)構(gòu)，外層的材料由光致形變材料構(gòu)成，內(nèi)層的材料由柔性高分子材料構(gòu)成，外層的面積 可以小于等于內(nèi)層面積，外層與內(nèi)層之間通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)。其工作原理與單層結(jié)構(gòu)時(shí)相同。本發(fā)明采用的光源為紫外光，本實(shí)施例中具體彩的紫外光波長(zhǎng)為365nm，光強(qiáng)無(wú)具 體要求；馬達(dá)定子1、轉(zhuǎn)子4、偏心柱5選用高分子材料、金屬或它們的復(fù)合材料制成，優(yōu)先 選用透光質(zhì)量輕高硬度的高分子材料，本實(shí)施例中選用的是有機(jī)玻璃；光致彎曲變形單元 2由光致形變材料構(gòu)成，優(yōu)先選用光致彎曲液晶高分子材料，本實(shí)施例中選用光致彎曲液晶 高分子材料，厚度為40 60微米；粘結(jié)劑選用聚丙烯酸酯類(lèi)粘結(jié)劑、聚氨酯類(lèi)粘結(jié)劑、環(huán)氧 樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑、橡膠類(lèi)粘結(jié)劑中的一種，優(yōu)先選用環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑，本實(shí)施例中具體選用 的是環(huán)氧樹(shù)脂。光致形變材料在光的作用下可產(chǎn)生彎曲形變，這個(gè)過(guò)程將光能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械 能，本發(fā)明利用了光致形變材料這一特點(diǎn)，在光致彎曲變形單元采用光致形變材料來(lái)實(shí)現(xiàn) 馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)。下面為光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)被光驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程將四條光致形變材料薄膜的兩端分別粘結(jié)在馬達(dá)轉(zhuǎn)子和定子偏心柱軸承上；光致形變材料被紫外光照射的部分會(huì)向光線入射方向彎曲，故用紫外光沿著如圖 1所示的箭頭100方向照射自由狀態(tài)的光致形變材料薄膜，這部分光致形變材料發(fā)生彎曲， 致使光致形變材料薄膜對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩；光致形變材料被可見(jiàn)光照射的部分會(huì)由彎曲狀態(tài)恢復(fù)為自由平展?fàn)顟B(tài)，故用可見(jiàn) 光沿著如圖1所示的箭頭200方向?qū)澢鸂顟B(tài)的光致形變材料薄膜施加可見(jiàn)光照射，彎曲 形變逐漸恢復(fù)，致使光致形變材料薄膜對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩；致使光致形變材料薄膜對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)子的順時(shí) 針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)上述的過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)光致彎曲變形單元2驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的功能。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā) 明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的 一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施 例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其包括定子、轉(zhuǎn)子，其特征在于其還包括偏心柱、軸承和光致彎曲變形單元，偏心柱固定在定子上，轉(zhuǎn)子與定子通過(guò)軸承相聯(lián)，軸承內(nèi)圈固定在偏心柱上，光致彎曲變形單元兩端分別與轉(zhuǎn)子和偏心柱上的軸承連接。
2.如權(quán)利要求1所述的光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其特征在于所述光致彎曲變形單元為四個(gè)，在圓 周上呈均勻分布，與其連接的軸承也為四個(gè)，光致彎曲變形單元與軸承對(duì)應(yīng)依次連接；所述 光致彎曲變形單元與轉(zhuǎn)子及軸承通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其特征在于所述光致彎曲變形單元為光致 彎曲薄膜，薄膜具有光致形變材料層。
4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其特征在于所述的定子、轉(zhuǎn)子及偏心柱采用材料為 高分子材料或金屬或它們的復(fù)合材料中的一種，優(yōu)選透光質(zhì)量輕高硬度的高分子材料，更 優(yōu)選有機(jī)玻璃。
5.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其特征在于所述光致彎曲薄膜為一層，采用的材料 為光致形變材料；或者所述光致彎曲薄膜為兩層，外層采用的材料為光致形變材料，內(nèi)層采 用的材料為柔性高分子材料，內(nèi)層與外層之間通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)。
6.如權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其特征在于所述光致形變材料為光致彎曲液晶高 分子材料。
7.如權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其特征在于所述柔性高分子材料為聚乙烯或聚丙 烯或天然橡膠或由它們構(gòu)成的復(fù)合高分子材料中的一種，優(yōu)選聚乙烯材料。
8.如權(quán)利要求2或5所述的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其特征在于所述粘結(jié)劑為聚丙烯酸酯類(lèi)粘結(jié) 劑或聚氨酯類(lèi)粘結(jié)劑或環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑或橡膠類(lèi)粘結(jié)劑中的一種，優(yōu)選為環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑。
9.一種權(quán)利要求1所述的光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于對(duì)自由狀態(tài)的光致彎曲變形單元施加紫外光照射，被照射的部分表面向入射方向收 縮，發(fā)生彎曲，使得馬達(dá)轉(zhuǎn)子具有向該單元徑向長(zhǎng)度減小的方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)；對(duì)彎曲狀態(tài)的光致彎曲變形單元施加可見(jiàn)光照射，彎曲形變逐漸恢復(fù)，使得馬達(dá)轉(zhuǎn)子 具有向該單元徑向長(zhǎng)度增長(zhǎng)的方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。
10.如權(quán)利要求9所述的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于改變紫外光和可見(jiàn)光的照射方向，即 可改變馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向。
全文摘要
本發(fā)明一種光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)及其驅(qū)動(dòng)方法，該光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)包括轉(zhuǎn)子、定子，還包括偏心柱、軸承、光致彎曲變形單元，偏心柱固定在馬達(dá)的定子上，光致彎曲變形單元的兩端分別粘結(jié)到偏心柱和馬達(dá)轉(zhuǎn)子上。其驅(qū)動(dòng)方法處于自由狀態(tài)的光致彎曲變形單元受到紫外光的照射，被照射的部分發(fā)生彎曲，致使光致彎曲變形單元對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的扭矩；處于彎曲狀態(tài)的光致形變材料薄膜受到可見(jiàn)光照射，彎曲逐漸恢復(fù)，致使光致彎曲變形單元對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的扭矩；從而實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸不限，并且將光能直接應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不再需要額外的能量轉(zhuǎn)換和動(dòng)力傳遞裝置，具有快速、環(huán)保、能耗小的優(yōu)點(diǎn)，還可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。
文檔編號(hào)H02K7/00GK101964563SQ201010252339
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者俞燕蕾, 劉恒, 劉釗, 吳強(qiáng), 朱玉田, 程伏濤, 陳茂林 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)