27 May 2022

速度更快、更精准的形状记忆合金(SMA)技术

在拥有大推力与结构紧凑有点的同时,SMA马达也需具备提供更精准与快速反应的能力,一满足客户端最严苛的要求。在这篇文章中,我们解释了如何在实现无与伦比精度的同时,满足马达响应速度的要求。

形状记忆合金(SMA)材料的独特性能使其非常适合生产需要大推力的微型马达。智能手机采用大底的图像传感器的趋势,持续推动了SMA在高端手机中逐渐取代传统电磁马达。

SMA还有其他优点,包括运行时的低噪声、低功耗及轻量化封装。CML的SMA马达不会产生磁干扰,这使它们能够摆脱与天线和扬声器等磁性部件的距离限制。这也使得设计者更能够设计高封装密度的结构布局,从而最大限度地提高设计自由度。这些功能在穿戴设备领域都受到高度重视。预计SMA马达将在VR设备、AR眼镜、智能手表和耳机等产品中激增。

尽管有以上这些优点,但行业内对SMA有所误解,认为SMA仍然有其局限性,特别是响应速度方面。CML的研发总监Ben Brown博士已经着手消除这种观点:

“SMA马达的基本工作原理是将材料加热到相变转换温度以上,从而使材料收缩。当电流等热源被去除时,材料冷却并恢复到原来的长度。使用低热容量、低潜热的细金属线和精心设计的电子驱动器,通过相变加热金属线和由此产生的收缩几乎可以在瞬间完成。

冷却材料时,会使其朝着相反的方向运动,这需要更巧妙的解决方案。可以通过最大化SMA材料的表面积与体积的比率来提高冷却速度。这是使用SMA细金属线的另一个优点。此外,CML在金属线上使用了专利涂层,这进一步增强了金属线和周围空气之间的热传导,从而进一步提高了冷却速度。

在CML的专利马达设计中,通过拮抗机构排列的SMA线,使它们相互拉向相反的方向,额外增加了移动速度。这意味着可以在两个方向上实现非常高的加热速度,且不需要等待材料完全冷却来产生所需的移动。

然而,这种看似简单的方法使材料行为复杂化,并给系统增加了许多变量和未知因素。CML已经克服了这些额外的控制和性能挑战,并将固件算法集成在其SMA的控制芯片内。这些算法本身可以根据各客户和项目需求进行调整,以提供最引人注目的产品性能。"

CML的SMA马达甚至满足最严苛的自动对焦(AF)和光学防抖(OIS)应用的速度要求。随着其最新的技术发展,CML已经能够为超分辨率和深度相机等分辨率增强应用提供1毫秒的稳定时间。

CML为SMA马达的局限性提供了工程解决方案,目前正在开发马达,以应对智能手机摄像头和可穿戴设备以外的市场,包括精密流量控制、药物投送设备和微型机器人等领域。


关于CML:剑桥机电有限公司(CML)是一家世界领先的研发公司,利用其形状记忆合金(SMA)平台整合技术,提供从机械、光学、电气、半导体到软件设计方面的系统级解决方案。基于SMA(大小细如发丝)马达等解决方案,可以控制到光波长的精度。这些马达特别适用于生产快速和结构紧凑的轻便设计,并同时提供需要高精度和高强度的应用。

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