專利名稱：基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線驅(qū)動(dòng)器，尤其涉及一種基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻具有恒溫作用，當(dāng)PTC發(fā)熱元件通電時(shí)，溫度較低，此時(shí)電阻小，功率很大，能迅速加熱。溫度逐漸上升到居里溫度時(shí)，電阻急劇增大，可達(dá)3 7 個(gè)數(shù)量級(jí)。此時(shí)在恒壓作用下通過元件的電流則減小，相應(yīng)元件溫度亦降低，于是電阻值減小。而這時(shí)，由于電阻的減小導(dǎo)致通過熱敏電阻元件的電流增大，元件溫度升高，電阻增大， 從而使電流又開始減小。這樣，通過重復(fù)上述過程，元件本身就起到了自動(dòng)凋節(jié)溫度的作用。PTC元件具有自然壽命長(zhǎng)、自動(dòng)恒溫、無明火、高可靠性、節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)。相變材料中融化膨脹系數(shù)較大的有聚乙二醇(PEG)和石蠟。其中PEG8000的膨脹率最高可達(dá)30%，熔點(diǎn)為60°C。對(duì)海水中驅(qū)動(dòng)器來說，要求驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)盡量簡(jiǎn)潔，尺寸小，重量輕。由于深海環(huán)境的特殊性，直接用于深海的直線驅(qū)動(dòng)器較少，目前最常用的是液壓缸驅(qū)動(dòng)方式，它具有輸出力大、行程長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但液壓缸不能獨(dú)立工作，必須依靠水下液壓源和控制閥等部件組成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)。也有使用形狀記憶合金的微型液壓泵，利用它可以組成一個(gè)簡(jiǎn)潔緊湊的微型液壓直線驅(qū)動(dòng)器，但由于它的輸出力很小，只適合應(yīng)用在微機(jī)電系統(tǒng)上。電磁鐵也是一種廣泛使用的直線驅(qū)動(dòng)器，目前已有經(jīng)過密封處理可直接用于水下和深海的電磁鐵，但電磁鐵的輸出力和位移都比較小，特別是在尺寸和重量受限制的情況下很難產(chǎn)生足夠大的推力以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于相變材料的直線驅(qū)動(dòng)器，它適合用于水下短距離大推力的直線驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器，它包括水密電纜接頭、端蓋、活塞腔、連接筒、彈簧、外腔體、活塞、相變材料、熱敏電阻加熱芯和四個(gè)0形圈。其中，外腔體通過螺釘固定在端蓋上，第三0形圈置于外腔體和端蓋之間，起靜密封作用；活塞腔置于外腔體內(nèi)，通過螺釘固定在端蓋上，第四0形圈置于活塞腔和端蓋之間，起靜密封作用；水密電纜接頭與端蓋螺紋旋接；連接筒位于活塞腔和外腔體之間，連接筒的底部具有一輸出軸，該輸出軸穿出外腔體的底部通孔，第一 0形圈置于該輸出軸和外腔體的底部通孔之間，起動(dòng)密封作用。活塞腔內(nèi)具有熱敏電阻加熱芯和活塞，熱敏電阻加熱芯通過導(dǎo)線與水密電纜接頭相連，熱敏電阻加熱芯周圍充滿相變材料，活塞的輸出軸穿出活塞腔的底部通孔，頂在連接筒的內(nèi)圓周底壁上，第二 0形圈置于活塞的外圓周和活塞腔的內(nèi)壁之間，起動(dòng)密封作用。彈簧的一端卡在連接筒上，另一端頂在外腔體的底部?jī)?nèi)壁上，彈簧通過連接筒輔助活塞復(fù)位。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明利用了相變材料加熱融化時(shí)產(chǎn)生體積膨脹的特性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，驅(qū)動(dòng)力大，可多次重復(fù)使用。熱敏電阻加熱芯采用恒溫點(diǎn)(居里溫度) 在100°C -150°C之間的正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻制成，既可以融化相變材料，又不會(huì)因過熱燒壞端蓋、密封圈和水密電纜接頭。使用彈簧輔助相變材料的凝固，可很大程度上減少冷卻不均勻產(chǎn)生的真空間隙。端蓋和連接筒均由聚醚醚酮塑料(PEEK)制成，保證活塞腔不直接與水接觸，減少了加熱時(shí)的耗電量，同時(shí)減少了冷卻不均勻造成的真空間隙。適用于水下短距離且要求較大推力的直線驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。


圖1是本發(fā)明基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖中，水密電纜接頭1、端蓋2、螺釘3、螺釘4、活塞腔5、連接筒6、彈簧7、外腔體8、第一 0形圈9、活塞10、第二 0形圈11、相變材料12、熱敏電阻加熱芯13、第三0形圈14、第四 0形圈15。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明的基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器，包括水密電纜接頭1、端蓋2、活塞腔5、連接筒6、彈簧7、外腔體8、活塞10、相變材料12、熱敏電阻加熱芯13和四個(gè) 0形圈。其中，外腔體8通過螺釘3固定在端蓋2上，第三0形圈14置于外腔體8和端蓋 2之間，起靜密封作用；活塞腔5置于外腔體8內(nèi)，通過螺釘4固定在端蓋2上，第四0形圈 15置于活塞腔5和端蓋2之間，起靜密封作用；水密電纜接頭1與端蓋2螺紋旋接；連接筒 6位于活塞腔5和外腔體8之間，連接筒6的底部具有一輸出軸，該輸出軸穿出外腔體8的底部通孔，第一 0形圈9置于該輸出軸和外腔體8的底部通孔之間，起動(dòng)密封作用?；钊?5內(nèi)具有熱敏電阻加熱芯13和活塞10，熱敏電阻加熱芯13通過導(dǎo)線與水密電纜接頭1相連，熱敏電阻加熱芯13周圍充滿相變材料12，活塞10的輸出軸穿出活塞腔5的底部通孔， 頂在連接筒6的內(nèi)圓周底壁上，第二 0形圈11置于活塞10的外圓周和活塞腔5的內(nèi)壁之間，起動(dòng)密封作用。彈簧7的一端卡在連接筒6上，另一端頂在外腔體8的底部?jī)?nèi)壁上，彈簧7通過連接筒6輔助活塞10復(fù)位。 外腔體8、活塞腔5和活塞10均可由不銹鋼制成，端蓋2和連接筒6均可由聚醚醚酮塑料(PEEK)制成，熱敏電阻加熱芯13可由恒溫點(diǎn)(居里溫度)在100°C -150°C之間的正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻制成，相變材料12可為常溫下處于固態(tài)的聚乙二醇8000 (PEG8000) 或石蠟，第一 0形圈9、第二 0形圈11、第三0形圈14和第四0形圈15均可由全氟橡膠制成。本發(fā)明的工作過程如下
1、使用前，相變材料12處于凝固狀態(tài)，活塞10和活塞腔5之間通過第二 0形圈11建立密封，活塞腔5和端蓋2之間通過第四0形圈15建立密封，外腔體8和端蓋2之間通過第三0形圈14建立密封，彈簧7處于壓緊狀態(tài)。2、使用過程中，通過水密電纜接頭1給熱敏電阻加熱芯13供電，熱敏電阻加熱芯 13將恒定在一個(gè)溫度，加熱相變材料12使其融化，推動(dòng)活塞10軸向移動(dòng)，活塞10推動(dòng)連接筒6軸向移動(dòng)。
3、使用后，水密電纜接頭1停止給熱敏電阻加熱芯13供電，相變材料12冷卻凝固，活塞10在彈簧7的回復(fù)力作用下回到初始狀態(tài)。另外，海水產(chǎn)生的壓強(qiáng)作用于連接筒 6的輸出軸上，也會(huì)有助于活塞10回到初始狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，它包括水密電纜接頭(1)、端蓋(2)、活塞腔(5)、連接筒(6)、彈簧(7)、外腔體(8)、活塞(10)、相變材料(12)、熱敏電阻加熱芯(13)和四個(gè)0形圈等；其中，外腔體(8)固定在端蓋(2)上，第三0形圈(14)置于外腔體(8)和端蓋(2)之間；活塞腔(5)置于外腔體(8)內(nèi)，并固定在端蓋(2)上，第四0形圈 (15)置于活塞腔(5)和端蓋(2)之間；水密電纜接頭(1)與端蓋(2)螺紋旋接；連接筒(6) 位于活塞腔(5)和外腔體(8)之間，連接筒(6)的底部具有一輸出軸，該輸出軸穿出外腔體 (8)的底部通孔，第一 0形圈(9)置于該輸出軸和外腔體(8)的底部通孔之間；活塞腔(5)內(nèi)具有熱敏電阻加熱芯(13)和活塞(10)，熱敏電阻加熱芯(13)通過導(dǎo)線與水密電纜接頭(1) 相連，熱敏電阻加熱芯(13)周圍充滿相變材料(12)，活塞(10)的輸出軸穿出活塞腔(5)的底部通孔，并頂在連接筒(6)的內(nèi)圓周底壁上，第二 0形圈(11)置于活塞(10)的外圓周和活塞腔(5)的內(nèi)壁之間；彈簧(7)的一端卡在連接筒(6)上，另一端頂在外腔體(8)的底部?jī)?nèi)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述外腔體(8)、活塞腔(5)和活塞(10)均可由不銹鋼制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述端蓋(2)和連接筒(6 )均可由聚醚醚酮塑料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述熱敏電阻加熱芯(13)可由恒溫點(diǎn)在100°C -150°C之間的正溫度系數(shù)熱敏電阻制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述相變材料 (12)可為常溫下處于固態(tài)的聚乙二醇8000或石蠟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述第一0形圈(9)、第二0形圈(11)、第三0形圈(14)和第四0形圈(15)均可由全氟橡膠制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于相變材料的水下直線驅(qū)動(dòng)器，包括端蓋、外腔體、連接筒、彈簧、活塞筒、活塞、相變材料和熱敏電阻加熱芯。本發(fā)明利用了相變材料加熱融化時(shí)產(chǎn)生體積膨脹的特性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，驅(qū)動(dòng)力大，可多次重復(fù)使用。熱敏電阻加熱芯采用恒溫點(diǎn)在100℃-150℃之間的正溫度系數(shù)熱敏電阻制成，既可以融化相變材料，又不會(huì)因過熱燒壞端蓋、密封圈和水密電纜接頭。使用彈簧輔助相變材料的凝固，可很大程度上減少冷卻不均勻產(chǎn)生的真空間隙。端蓋和連接筒均由聚醚醚酮塑料制成，保證活塞腔不直接與水接觸，減少了加熱時(shí)的耗電量，同時(shí)減少了冷卻不均勻造成的真空間隙。適用于水下短距離且要求較大推力的直線驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。
文檔編號(hào)F03G7/06GK102506018SQ20111043210
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者吳世軍, 孫輝, 楊燦軍, 黃鐸佳 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)