一种基于液体表面张力的动力驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术是一种基于液体表面张力的动力驱动装置，属于微动力机械领域，包括底座支架、驱动轴和管道，底座支架上安装驱动轴，所述驱动轴可在所述底座支架的支点上自由旋转；质心与驱动轴重合的至少一个管道，所述管道固定在驱动轴上随所述驱动轴转动；工作液体位于管道内，其与管壁之间形成液体表面张力；外部电路驱动所述工作液体在所述管道中沿内部管壁运动，所述信号检测与驱动电路与所述管道内分布的多个电极和位置检测电路连接，所述控制电路根据信号检测电路生成的位置信号，控制所述驱动电路调节管道内相应电极的电压；电源向所述控制电路和驱动与信号检测电路供电。

A Power Driving Device Based on Liquid Surface Tension

The invention relates to a power driving device based on liquid surface tension, belonging to the field of micro-power machinery, including a base bracket, a drive shaft and a pipeline. A drive shaft is installed on the base bracket, and the drive shaft can rotate freely at the support of the base bracket; at least one pipeline whose center of mass coincides with the drive shaft is fixed on the drive shaft and rotates with the drive shaft; The working liquid is located in the pipeline and forms a surface tension between the working liquid and the pipe wall; the external circuit drives the working liquid to move along the inner pipe wall in the pipeline, and the signal detection and driving circuit is connected with a plurality of electrodes and position detection circuits distributed in the pipeline. The control circuit controls the adjustment of the driving circuit according to the position signal generated by the signal detection circuit. The voltage of the corresponding electrode in the pipeline; the power supply supplies power to the control circuit and the drive and signal detection circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种基于液体表面张力的动力驱动装置
本专利技术涉是一种基于液体表面张力的动力驱动装置，属于微动力机械领域。
技术介绍
液体的表面张力与许多现象有关，例如，水分在土壤中的上升；毛巾吸水现象；介质表面的电润湿(EWOD，ElectroWetting-On-Dielectric，简称介电润湿)；液体在亲水或疏水表面的形状等。近年来，表面张力在微流体驱动、液体变焦透镜等方面也显示出良好的应用潜力。例如，中科院理化所刘静带领的团队，通过在镓基液态合金中添加铝片来驱动液态合金持续运动；飞利浦等公司基于介电润湿原理，设计出具备连续变焦能力的液体透镜，由于无机械运动装置，变焦响应速度极快，上述提到的介电润湿(EWOD)效应被广泛用于变焦液体透镜、芯片实验室(LabonChip)、柔性显示屏等方面。所谓介电润湿效应，是指通过改变液滴与绝缘基板之间电压，来改变液滴在基板上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变、位移的现象，所谓芯片实验室(LabonChip)，是在一片基板上通过控制电极阵列的电压分布，利用介电润湿(EWOD)效应对液滴进行运动控制，使液滴移动、合并、分裂，从而获得具备精确比例的混合液体，美国加利福尼亚大学P．Sen等①制作了一种介电润湿(EWOD)驱动的金属液滴开关，通过对金属液滴施加电压、改变润湿性后实现对液滴位置和运动方向的控制，从而改变开关的导通状态①SENP，KIMCJ．Afastliquid—metaldropletmicroswitchusingEWOD—drivencontact—linesliding[J]．JournalofMicroelectromechanicalSystems，2009，18：174～185，现有的动力机械，一般是指将其它形式的能量转换为机械能而作功的机械装置，主要有采用电流通过磁场产生的电磁感应力驱动的电动机，化学反应产生的热能驱动如内燃机和火力发电机，或者天然温差比如地热能驱动的蒸汽机，以及利用水力和风力发电机等方式推动机械运转对外做功或输出能量，现有的动力机械中，电动机需要使用大量稀土资源和金属如铜、铁等；利用地热、水力或风力驱动的动力机需要依赖特定的地理环境和自然条件，内燃机和火力发电机需要使用汽柴油或煤炭作为能源，会制造大量碳排放且排放的废气容易污染环境，需要增加额外的设备进行废气处理。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于液体表面张力的动力驱动装置，不需要大量的金属和稀土永磁材料，不消耗化学燃料，无任何气体排放，控制与构造简单且功耗低。为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于液体表面张力的动力驱动装置，包括底座支架、驱动轴和管道，底座支架上安装驱动轴，所述驱动轴可在所述底座支架的支点上自由旋转；质心与驱动轴重合的至少一个管道，所述管道固定在驱动轴上随所述驱动轴转动；工作液体位于管道内，其与管壁之间形成液体表面张力；外部电路驱动所述工作液体在所述管道中沿内部管壁运动，所述工作液体表面张力的合力在所述管道内部管壁上的分力形成所述工作液体相对运动的推动力，其反向作用力形成所述管道做反向运动的推动力，外部电路包括：信号检测与驱动电路，所述信号检测与驱动电路与所述管道内分布的多个电极和位置检测电路连接，用以调节每个电极上的电压，并检测所述管道内所述工作液体相对位置，生成位置信号；所述控制电路根据信号检测电路生成的位置信号，控制所述驱动电路调节管道内相应电极的电压，用于改变对应工作液体某个液面的润湿角，进而改变整个液面的液体与所述管道内壁之间的表面张力的合力方向与大小，从而推动所述工作液体与所述管道相对运动，同时还能调节电极充放电造成的能量波动；电源向所述控制电路和驱动与信号检测电路供电。所述管道的外形为开放式结构，管道的外形可以是各种形状，其包括但不限于圆形/椭形，三角形，四边形或多边形等形状，并且可以不是封闭图形，在试验中发现当管道为四边形效果最好。所述管道内部截面为开放式结构，管道内部截面可以是各种形状，其包括但不限于圆形/椭形，三角形，四边形或多边形等形状，并且可以不是封闭图形，也可以不是等截面结构，在试验中发现当管道为四边形且内部截面是截面结构效果最好。所述管道与所述工作液体接触面具有微结构，在试验中发现当工作液体接触面具有溅射薄膜也可以达到同样的效果。所述管道内包含的所述工作液体为至少两段，相互之间以气体或与所述工作液体不相溶的液体间隔。所述工作液体包括单一种液体或组合，但不限于水，有机溶液，无机溶液，离子液体，液态金属或液态合金，或上述任意多种液体的组合等。所述工作液体可通过重力方式固定其空间位置，在试验中发现当工作液体可通过磁力和电磁感应也可以达到同样的效果。所述驱动电极上的电压可根据需要为直流、交流或任意波形，在试验中发现当电压可根据交流或任意波形也可以达到同样的效果。在所述驱动装置的驱动轴上，通过齿轮组与皮带轮连接扭矩回收与补偿单元，所述扭矩回收与补偿单元包括电机，用来控制所述驱动轴对外输出的扭矩，所述电机根据需要可以工作在发电状态和电动状态，并通过调节电压达到调节所述驱动轴对外输出扭矩的目的；和储能模块可以存储所述电机工作在发电状态的电能，并在需要时向所述电机供电。通过本专利技术实施例提出的基于液体表面张力的动力驱动装置，利用液体表面张力差提供驱动力构成一种新型动力驱动装置，这种动力驱动装置具有不依赖特定地理环境和自然条件，不需要大量的金属和稀土永磁材料，不消耗化学燃料，无任何气体排放，控制与构造简单且功耗低，并且通过将本专利技术装置和扭矩回收与补偿单元并联，以制成输出扭矩可调的原动力机，另一方面，由于国内外非常少见此类型的应用方式，因此与液体表面张力变化相关的任何技术突破，比如材料、工艺、结构、驱动模式以及能量回收方面的新发展，都会大大提高本专利技术所涉及动力驱动装置的功率和效率，使其具有非常深远的发展前景与应用价值。附图说明图1是本专利技术实施例的动力驱动装置的结构图；图2是本专利技术实施例的利用扭矩回收与补偿单元与所述动力驱动装置并联，所实现的扭矩可调节的原动力机的结构原理图；图3（a）-3（b）是本专利技术实施例中构成动力驱动装置的管道的局部剖面图；图4（a）-4（b）是介电润湿实验的简易模型。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术的目的在于，利用介电润湿(EWOD)等原理，在工作液体的不同端面造成表面张力差，使工作液体受到的合力不为零，推动工作液体与所接触的管道内表面做相对运动，从而推动管道作反向运动，即以所连接的驱动轴为中心旋转，并通过大量此驱动单元的叠加，使产生的合力通过共同连接的驱动轴有效对外做功。如图1所示，为本专利技术实施例的基于介电润湿(EWOD)调节液体表面张力的动力驱动装置结构图，该动力驱动装置由底座支架[11]，位于底座支架上的驱动轴[12]，固定在驱动轴上的1个或多个管道[13]，以及外部控制电路组成，其中，外部控制电路在图中未示出。如图2所示，为本专利技术实施例的利用扭矩回收与补偿单元与所述动力驱动装置并联，所实现的扭矩可调节的原动力机的结构原理图，该动力机由外部控制电路，动力驱动装置和扭矩回收与补偿单元组成。其中外部电路控制包括电源，控制电路和信号检测与驱动电路。扭矩回收与补偿单元包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液体表面张力的动力驱动装置，包括底座支架、驱动轴和管道，其特征在于，底座支架上安装驱动轴，所述驱动轴可在所述底座支架的支点上自由旋转；质心与驱动轴重合的至少一个管道，所述管道固定在驱动轴上随所述驱动轴转动；工作液体位于管道内，其与管壁之间形成液体表面张力；外部电路驱动所述工作液体在所述管道中沿内部管壁运动，所述工作液体表面张力的合力在所述管道内部管壁上的分力形成所述工作液体相对运动的推动力，其反向作用力形成所述管道做反向运动的推动力， 外部电路包括：信号检测与驱动电路，所述信号检测与驱动电路与所述管道内分布的多个电极和位置检测电路连接，所述控制电路根据信号检测电路生成的位置信号，控制所述驱动电路调节管道内相应电极的电压；电源向所述控制电路和驱动与信号检测电路供电。

【技术特征摘要】
1.一种基于液体表面张力的动力驱动装置，包括底座支架、驱动轴和管道，其特征在于，底座支架上安装驱动轴，所述驱动轴可在所述底座支架的支点上自由旋转；质心与驱动轴重合的至少一个管道，所述管道固定在驱动轴上随所述驱动轴转动；工作液体位于管道内，其与管壁之间形成液体表面张力；外部电路驱动所述工作液体在所述管道中沿内部管壁运动，所述工作液体表面张力的合力在所述管道内部管壁上的分力形成所述工作液体相对运动的推动力，其反向作用力形成所述管道做反向运动的推动力，外部电路包括：信号检测与驱动电路，所述信号检测与驱动电路与所述管道内分布的多个电极和位置检测电路连接，所述控制电路根据信号检测电路生成的位置信号，控制所述驱动电路调节管道内相应电极的电压；电源向所述控制电路和驱动与信号检测电路供电。2.根据权利要求1所述的一种基于液体表面张力的动力驱动装置，其特征在于，所述管道的外形为开放式结构。3.根据权利要求1所述的一种基于液体表面张力的动力驱动装置，其特征在于，所述管道内部截面为开放式结构。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春，
申请(专利权)人：陈春，
类型：发明
国别省市：上海,31