CN101964563B - 一种光驱动马达及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种光驱动马达及其驱动方法，该光驱动马达包括转子、定子，还包括偏心柱、轴承、光致弯曲变形单元，偏心柱固定在马达的定子上，光致弯曲变形单元的两端分别粘结到偏心柱和马达转子上。其驱动方法：处于自由状态的光致弯曲变形单元受到紫外光的照射，被照射的部分发生弯曲，致使光致弯曲变形单元对马达转子产生顺时针旋转的扭矩；处于弯曲状态的光致形变材料薄膜受到可见光照射，弯曲逐渐恢复，致使光致弯曲变形单元对马达转子产生顺时针旋转的扭矩；从而实现马达的顺时针旋转运动。本发明结构简单，尺寸不限，并且将光能直接应用于旋转运动，不再需要额外的能量转换和动力传递装置，具有快速、环保、能耗小的优点，还可进行远程操作。

Description

一种光驱动马达及其驱动方法

技术领域

本发明属于材料以及机械技术领域，具体涉及一种利用光直接驱动的马达以及驱动马达旋转的方法。

背景技术

随着机械***研究的不断进展，对马达的要求越来越高：直接驱动、大驱动力、大位移、快速响应等。在许多特殊领域，需要采用特种性能的电机(或称马达)作为动力源和运动源。现有的马达技术主要有电磁感应电机、静电马达、超声波电机、压电陶瓷冲击式驱动马达或机构等，均有各自的优缺点。电磁感应电机力矩大、速度快，但线圈损耗大、且无法脱离有缆控制；静电马达直接利用静电力驱动转子，缺点是力矩较小，定子与转子间的摩擦及噪音较大，往往需要将马达浸泡在油液中运转。超声波电机是近年发展起来的新型特种马达，之后国内外又开展了表面声波马达的研究。应该指出，上述电机或马达由于需要导线、电磁转换器件、加热器件等辅助设备，不利于远程控制及搬运。

众所周知，光具有快速、准确、清洁环保，储量丰富等一系列优异的性能，它是MEMS的最佳供能方式。将光能直接转化为机械能，实现利用光直接驱动马达，将极大地推动MEMS的快速发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光驱动马达及其驱动方法，使该马达可应用于空间狭小、无法供电、强磁场等苛刻领域，并克服了某些环境下无法应用装置实施工作的缺陷。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种光驱动马达，其包括定子、转子，其还包括偏心柱、轴承和光致弯曲变形单元，偏心柱固定在定子上，转子与定子通过轴承相联，轴承内圈固定在偏心柱上，光致弯曲变形单元两端分别与转子和偏心柱上的轴承连接。通过紫外光照射自由状态的光致弯曲变形单元、可见光照射处于弯曲状态的光致弯曲变形单元，产生的旋转扭矩驱动马达旋转。

所述光致弯曲变形单元为四个，在圆周上呈均匀分布，与其连接的轴承也为四个，光致弯曲变形单元与轴承对应依次连接。光致弯曲变形单元与偏心柱的粘结优选方式为与偏心柱上安装的轴承外圈连接。

所述光致弯曲变形单元为光致弯曲薄膜，薄膜具有光致形变材料层。

所述的定子、转子及偏心柱采用材料为高分子材料或金属或它们的复合材料中的一种，优选透光质量轻高硬度的高分子材料，更优选有机玻璃。

所述光致弯曲薄膜为一层，采用的材料为光致形变材料；或者所述光致弯曲薄膜为两层，外层采用的材料为光致形变材料，内层采用的材料为柔性高分子材料。

所述光致形变材料为光致弯曲液晶高分子材料。

所述柔性高分子材料为聚乙烯或聚丙烯或天然橡胶或由它们构成的复合高分子材料中的一种，优选聚乙烯材料。

所述光致弯曲变形单元与转子及轴承通过粘结剂粘结。

所述光致弯曲薄膜的内层与外层之间通过粘结剂粘结。

所述粘结剂为聚丙烯酸酯类粘结剂或聚氨酯类粘结剂或环氧树脂类粘结剂或橡胶类粘结剂中的一种，优选为环氧树脂类粘结剂。

一种上述光驱动马达的驱动方法，

对自由状态的光致弯曲变形单元施加紫外光照射，被照射的部分表面向入射方向收缩，发生弯曲，使得马达转子有向该单元径向长度减小的方向旋转的趋势；例如，致使光致弯曲变形单元对马达转子产生顺时针旋转的转矩；

对弯曲状态的光致弯曲变形单元施加可见光照射，弯曲形变逐渐恢复，使得马达转子有向该单元径向长度增长的方向旋转的趋势；例如，致使光致弯曲变形单元对马达转子产生顺时针旋转的转矩。

改变紫外光和可见光的照射方向，即可改变马达的旋转方向，实现马达转子的逆时针旋转运动。

本发明提出的驱动上述马达旋转运动的方法，利用紫外光照射自由状态的光致弯曲变形薄膜，可见光照射弯曲状态的光致弯曲变形薄膜，产生带到马达转子旋转的扭矩，驱动该马达旋转。

其中，所述的自由状态的光致弯曲变形单元受紫外光照射，向紫外光入射方向收缩，发生弯曲，使得马达转子有向该单元径向长度减小的方向旋转的趋势。

其中，所述的弯曲状态的光致弯曲变形单元受可见光照射，弯曲的光致形变材料会回复为原始平展状态，使得马达转子有向该单元径向长度增长的方向旋转的趋势。

其中，合理的光照致使四条光致形变材料对马达转子产生顺时针旋转的力矩，实现马达顺时针旋转运动；改变紫外光和可见光的照射方向，可实现马达逆时针旋转运动。

本发明提供的光驱动马达旋转运动及其驱动的方法，对于现在的技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明中的光驱动马达不同于是传统的马达，可以直接通过光致形变材料的变形将光能转化为马达旋转所需的机械能；

(2)与现有的其他驱动方式相比较，光驱动快速、环保、能耗小，并且具有可远程操作等其他驱动方式所不具备的特点；

(3)光驱动马达部件数量少，可以根据不同的需要对马达尺寸进行调整，适应不同转速和扭矩的需要，具有极高的灵活性。

附图说明

图1是本发明实施例中光驱动马达的结构示意图及其驱动方法示意图。

图2是本发明实施例中光驱动马达立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-2所示，为本发明光驱动马达实施例的示意图，本发明包括马达定子1，光致弯曲变形单元2，轴承3，转子4、偏心柱5。光致弯曲变形单元2由4条光致弯曲变形薄膜组成，每条薄膜均为单层结构，完全由光致形变材料构成。同时，每条薄膜的两端分别粘结固定在偏心柱5和转子4上。为了防止马达在旋转运动的过程中造成光致弯曲变形单元2缠绕在偏心柱5上，弯曲变形单元2与偏心柱之间的粘结需要采用轴承3进行过渡。即：轴承3的内圈固定在偏心柱5上，弯曲变形单元2粘结在轴承3的外圈。偏心柱5固结在马达定子1上。

另外，构成本发明的光致弯曲变形单元2的四条光致弯曲变形薄膜也可以采取双层结构，外层的材料由光致形变材料构成，内层的材料由柔性高分子材料构成，外层的面积可以小于等于内层面积，外层与内层之间通过粘结剂粘结。其工作原理与单层结构时相同。

本发明采用的光源为紫外光，本实施例中具体彩的紫外光波长为365nm，光强无具体要求；马达定子1、转子4、偏心柱5选用高分子材料、金属或它们的复合材料制成，优先选用透光质量轻高硬度的高分子材料，本实施例中选用的是有机玻璃；光致弯曲变形单元2由光致形变材料构成，优先选用光致弯曲液晶高分子材料，本实施例中选用光致弯曲液晶高分子材料，厚度为40～60微米；粘结剂选用聚丙烯酸酯类粘结剂、聚氨酯类粘结剂、环氧树脂类粘结剂、橡胶类粘结剂中的一种，优先选用环氧树脂类粘结剂，本实施例中具体选用的是环氧树脂。

光致形变材料在光的作用下可产生弯曲形变，这个过程将光能直接转化为机械能，本发明利用了光致形变材料这一特点，在光致弯曲变形单元采用光致形变材料来实现马达的驱动。

下面为光驱动马达被光驱动实现转动的过程：

将四条光致形变材料薄膜的两端分别粘结在马达转子和定子偏心柱轴承上；

光致形变材料被紫外光照射的部分会向光线入射方向弯曲，故用紫外光沿着如图1所示的箭头100方向照射自由状态的光致形变材料薄膜，这部分光致形变材料发生弯曲，致使光致形变材料薄膜对马达转子产生顺时针旋转的转矩；

光致形变材料被可见光照射的部分会由弯曲状态恢复为自由平展状态，故用可见光沿着如图1所示的箭头200方向对弯曲状态的光致形变材料薄膜施加可见光照射，弯曲形变逐渐恢复，致使光致形变材料薄膜对马达转子产生顺时针旋转的转矩；

致使光致形变材料薄膜对马达转子产生顺时针旋转的转矩，实现马达转子的顺时针旋转运动。

通过上述的过程可以实现光致弯曲变形单元2驱动马达旋转的功能。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种光驱动马达，其包括定子、转子，其特征在于：其还包括偏心柱、轴承和光致弯曲变形单元，偏心柱固定在定子上，转子与定子通过轴承相联，轴承内圈固定在偏心柱上，光致弯曲变形单元两端分别与转子和偏心柱上的轴承连接，所述光致弯曲变形单元产生的旋转扭矩驱动马达旋转。

2.如权利要求1所述的光驱动马达，其特征在于：所述光致弯曲变形单元为四个，在圆周上呈均匀分布，与其连接的轴承也为四个，光致弯曲变形单元与轴承对应依次连接；所述光致弯曲变形单元与转子及轴承通过粘结剂粘结。

3.如权利要求1或2所述的光驱动马达，其特征在于：所述光致弯曲变形单元为光致弯曲薄膜，薄膜具有光致形变材料层。

4.如权利要求1所述的驱动马达，其特征在于：所述的定子、转子及偏心柱采用材料为高分子材料或金属或它们的复合材料中的一种。

5.如权利要求1所述的驱动马达，其特征在于：所述的定子、转子及偏心柱采用透光质量轻高硬度的高分子材料。

6.如权利要求1所述的驱动马达，其特征在于：所述的定子、转子及偏心柱采用有机玻璃。

7.如权利要求3所述的驱动马达，其特征在于：所述光致弯曲薄膜为一层，采用的材料为光致形变材料；或者所述光致弯曲薄膜为两层，外层采用的材料为光致形变材料，内层采用的材料为柔性高分子材料，内层与外层之间通过粘结剂粘结。

8.如权利要求7所述的驱动马达，其特征在于：所述光致形变材料为光致弯曲液晶高分子材料。

9.如权利要求7所述的驱动马达，其特征在于：所述柔性高分子材料为聚乙烯或聚丙烯或天然橡胶或由它们构成的复合高分子材料中的一种。

10.如权利要求7所述的驱动马达，其特征在于：所述柔性高分子材料采用聚乙烯材料。

11.如权利要求2或7所述的驱动马达，其特征在于：所述粘结剂为聚丙烯酸酯类粘结剂或聚氨酯类粘结剂或环氧树脂类粘结剂或橡胶类粘结剂中的一种。

12.如权利要求2或7所述的驱动马达，其特征在于：所述粘结剂采用环氧树脂类粘结剂。

13.一种权利要求1所述的光驱动马达的驱动方法，其特征在于：

对自由状态的光致弯曲变形单元施加紫外光照射，被照射的部分表面向入射方向收缩，发生弯曲，使得马达转子具有向该单元径向长度减小的方向旋转的趋势；

对弯曲状态的光致弯曲变形单元施加可见光照射，弯曲形变逐渐恢复，使得马达转子具有向该单元径向长度增长的方向旋转的趋势。

14.如权利要求13所述的驱动方法，其特征在于：改变紫外光和可见光的照射方向，即可改变马达的旋转方向。

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