专利名称：基于相变材料的水下直线驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直线驱动器，尤其涉及一种基于相变材料的水下直线驱动器。
背景技术：
正温度系数(PTC)热敏电阻具有恒温作用，当PTC发热元件通电时，温度较低，此时电阻小，功率很大，能迅速加热。温度逐渐上升到居里温度时，电阻急剧增大，可达3 7 个数量级。此时在恒压作用下通过元件的电流则减小，相应元件温度亦降低，于是电阻值减小。而这时，由于电阻的减小导致通过热敏电阻元件的电流增大，元件温度升高，电阻增大， 从而使电流又开始减小。这样，通过重复上述过程，元件本身就起到了自动凋节温度的作用。PTC元件具有自然寿命长、自动恒温、无明火、高可靠性、节能效果显著等特点。相变材料中融化膨胀系数较大的有聚乙二醇(PEG)和石蜡。其中PEG8000的膨胀率最高可达30%，熔点为60°C。对海水中驱动器来说，要求驱动机构尽量简洁，尺寸小，重量轻。由于深海环境的特殊性，直接用于深海的直线驱动器较少，目前最常用的是液压缸驱动方式，它具有输出力大、行程长等优点，但液压缸不能独立工作，必须依靠水下液压源和控制阀等部件组成一个完整的液压系统。也有使用形状记忆合金的微型液压泵，利用它可以组成一个简洁紧凑的微型液压直线驱动器，但由于它的输出力很小，只适合应用在微机电系统上。电磁铁也是一种广泛使用的直线驱动器，目前已有经过密封处理可直接用于水下和深海的电磁铁，但电磁铁的输出力和位移都比较小，特别是在尺寸和重量受限制的情况下很难产生足够大的推力以满足要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于相变材料的直线驱动器，它适合用于水下短距离大推力的直线驱动。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种基于相变材料的水下直线驱动器，它包括水密电缆接头、端盖、活塞腔、连接筒、弹簧、外腔体、活塞、相变材料、热敏电阻加热芯和四个0形圈。其中，外腔体通过螺钉固定在端盖上，第三0形圈置于外腔体和端盖之间，起静密封作用；活塞腔置于外腔体内，通过螺钉固定在端盖上，第四0形圈置于活塞腔和端盖之间，起静密封作用；水密电缆接头与端盖螺纹旋接；连接筒位于活塞腔和外腔体之间，连接筒的底部具有一输出轴，该输出轴穿出外腔体的底部通孔，第一 0形圈置于该输出轴和外腔体的底部通孔之间，起动密封作用。活塞腔内具有热敏电阻加热芯和活塞，热敏电阻加热芯通过导线与水密电缆接头相连，热敏电阻加热芯周围充满相变材料，活塞的输出轴穿出活塞腔的底部通孔，顶在连接筒的内圆周底壁上，第二 0形圈置于活塞的外圆周和活塞腔的内壁之间，起动密封作用。弹簧的一端卡在连接筒上，另一端顶在外腔体的底部内壁上，弹簧通过连接筒辅助活塞复位。本发明的有益效果在于本发明利用了相变材料加热融化时产生体积膨胀的特性，结构简单，体积小，驱动力大，可多次重复使用。热敏电阻加热芯采用恒温点(居里温度) 在100°C -150°C之间的正温度系数(PTC)热敏电阻制成，既可以融化相变材料，又不会因过热烧坏端盖、密封圈和水密电缆接头。使用弹簧辅助相变材料的凝固，可很大程度上减少冷却不均勻产生的真空间隙。端盖和连接筒均由聚醚醚酮塑料(PEEK)制成，保证活塞腔不直接与水接触，减少了加热时的耗电量，同时减少了冷却不均勻造成的真空间隙。适用于水下短距离且要求较大推力的直线驱动场合。
图1是本发明基于相变材料的水下直线驱动器的结构示意图中，水密电缆接头1、端盖2、螺钉3、螺钉4、活塞腔5、连接筒6、弹簧7、外腔体8、第一 0形圈9、活塞10、第二 0形圈11、相变材料12、热敏电阻加热芯13、第三0形圈14、第四 0形圈15。
具体实施例方式以下结合附图进一步说明本发明。如图1所示，本发明的基于相变材料的水下直线驱动器，包括水密电缆接头1、端盖2、活塞腔5、连接筒6、弹簧7、外腔体8、活塞10、相变材料12、热敏电阻加热芯13和四个 0形圈。其中，外腔体8通过螺钉3固定在端盖2上，第三0形圈14置于外腔体8和端盖 2之间，起静密封作用；活塞腔5置于外腔体8内，通过螺钉4固定在端盖2上，第四0形圈 15置于活塞腔5和端盖2之间，起静密封作用；水密电缆接头1与端盖2螺纹旋接；连接筒 6位于活塞腔5和外腔体8之间，连接筒6的底部具有一输出轴，该输出轴穿出外腔体8的底部通孔，第一 0形圈9置于该输出轴和外腔体8的底部通孔之间，起动密封作用。活塞腔 5内具有热敏电阻加热芯13和活塞10，热敏电阻加热芯13通过导线与水密电缆接头1相连，热敏电阻加热芯13周围充满相变材料12，活塞10的输出轴穿出活塞腔5的底部通孔， 顶在连接筒6的内圆周底壁上，第二 0形圈11置于活塞10的外圆周和活塞腔5的内壁之间，起动密封作用。弹簧7的一端卡在连接筒6上，另一端顶在外腔体8的底部内壁上，弹簧7通过连接筒6辅助活塞10复位。 外腔体8、活塞腔5和活塞10均可由不锈钢制成，端盖2和连接筒6均可由聚醚醚酮塑料(PEEK)制成，热敏电阻加热芯13可由恒温点(居里温度)在100°C -150°C之间的正温度系数(PTC)热敏电阻制成，相变材料12可为常温下处于固态的聚乙二醇8000 (PEG8000) 或石蜡，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均可由全氟橡胶制成。本发明的工作过程如下
1、使用前，相变材料12处于凝固状态，活塞10和活塞腔5之间通过第二 0形圈11建立密封，活塞腔5和端盖2之间通过第四0形圈15建立密封，外腔体8和端盖2之间通过第三0形圈14建立密封，弹簧7处于压紧状态。2、使用过程中，通过水密电缆接头1给热敏电阻加热芯13供电，热敏电阻加热芯 13将恒定在一个温度，加热相变材料12使其融化，推动活塞10轴向移动，活塞10推动连接筒6轴向移动。
3、使用后，水密电缆接头1停止给热敏电阻加热芯13供电，相变材料12冷却凝固，活塞10在弹簧7的回复力作用下回到初始状态。另外，海水产生的压强作用于连接筒 6的输出轴上，也会有助于活塞10回到初始状态。
权利要求
1.一种基于相变材料的水下直线驱动器，其特征在于，它包括水密电缆接头(1)、端盖(2)、活塞腔(5)、连接筒(6)、弹簧(7)、外腔体(8)、活塞(10)、相变材料(12)、热敏电阻加热芯(13)和四个0形圈等；其中，外腔体(8)固定在端盖(2)上，第三0形圈(14)置于外腔体(8)和端盖(2)之间；活塞腔(5)置于外腔体(8)内，并固定在端盖(2)上，第四0形圈 (15)置于活塞腔(5)和端盖(2)之间；水密电缆接头(1)与端盖(2)螺纹旋接；连接筒(6) 位于活塞腔(5)和外腔体(8)之间，连接筒(6)的底部具有一输出轴，该输出轴穿出外腔体 (8)的底部通孔，第一 0形圈(9)置于该输出轴和外腔体(8)的底部通孔之间；活塞腔(5)内具有热敏电阻加热芯(13)和活塞(10)，热敏电阻加热芯(13)通过导线与水密电缆接头(1) 相连，热敏电阻加热芯(13)周围充满相变材料(12)，活塞(10)的输出轴穿出活塞腔(5)的底部通孔，并顶在连接筒(6)的内圆周底壁上，第二 0形圈(11)置于活塞(10)的外圆周和活塞腔(5)的内壁之间；弹簧(7)的一端卡在连接筒(6)上，另一端顶在外腔体(8)的底部内壁上。
2.根据权利要求1所述基于相变材料的水下直线驱动器，其特征在于，所述外腔体(8)、活塞腔(5)和活塞(10)均可由不锈钢制成。
3.根据权利要求1所述基于相变材料的水下直线驱动器，其特征在于，所述端盖(2)和连接筒(6 )均可由聚醚醚酮塑料制成。
4.根据权利要求1所述基于相变材料的水下直线驱动器，其特征在于，所述热敏电阻加热芯(13)可由恒温点在100°C -150°C之间的正温度系数热敏电阻制成。
5.根据权利要求1所述基于相变材料的水下直线驱动器，其特征在于，所述相变材料 (12)可为常温下处于固态的聚乙二醇8000或石蜡。
6.根据权利要求1所述基于相变材料的水下直线驱动器，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)均可由全氟橡胶制成。
全文摘要
本发明公开了一种基于相变材料的水下直线驱动器，包括端盖、外腔体、连接筒、弹簧、活塞筒、活塞、相变材料和热敏电阻加热芯。本发明利用了相变材料加热融化时产生体积膨胀的特性，结构简单，体积小，驱动力大，可多次重复使用。热敏电阻加热芯采用恒温点在100℃-150℃之间的正温度系数热敏电阻制成，既可以融化相变材料，又不会因过热烧坏端盖、密封圈和水密电缆接头。使用弹簧辅助相变材料的凝固，可很大程度上减少冷却不均匀产生的真空间隙。端盖和连接筒均由聚醚醚酮塑料制成，保证活塞腔不直接与水接触，减少了加热时的耗电量，同时减少了冷却不均匀造成的真空间隙。适用于水下短距离且要求较大推力的直线驱动场合。
文档编号F03G7/06GK102506018SQ20111043210
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者吴世军, 孙辉, 杨灿军, 黄铎佳 申请人:浙江大学