記憶電機的研究與應用

李振基

摘 要：記憶電機具有機械性能較高、輕便實用的特點，可以被應用在小尺寸的機械裝置之中，因此得到了機械行業的普遍重視。我國的機械化水平不斷提高，記憶電機也在朝著現代化的方向發展，但是在發展過程中還存在一些問題。本文將具體探討記憶電機的研究和應用，希望給相關人士提供一些參考。

關鍵詞：記憶電機；研究；應用

近年來，我國的科技水平不斷提高，工業化腳步不斷加快，微型機器人和計算機行業獲得了飛速發展。同時，人們對微觀領域的探索力度不斷加強，對小體積的記憶電機需求相應增加。傳統的電磁式電機體積很大，存在很多問題，難以滿足現代化的生產需求，在這種情況下記憶電機應運而生。記憶電機的功率較高，重量較輕，具有廣闊的應用前景，因此業界應該注重記憶電機的應用。

一、記憶電機的基本原理和結構

金屬材料在外力作用下會發生彈性形變，隨著形變到達一定程度，材料會發生塑形變形，在外力消失后，材料可能會留下永久性的形變。形狀記憶合金在發生變形之后，通過加熱可以恢復到形變之前的狀態，這種現象叫做記憶效應。

形狀記憶合金在常溫下的狀態被稱為馬氏體狀態，加熱之后的狀態被稱為奧氏體狀態，在溫度下降以后，奧氏體狀態的形狀記憶合金會恢復到馬氏體狀態。

由此可以看出，形狀記憶合金的恢復力很強，可以輸出一定的驅動力或位移，這就是形狀記憶效應的驅動機理，也就是說，記憶電機的基本原理就是利用了形狀記憶合金對溫度的高恢復力。

形狀記憶合金由驅動部分和執行部分組成，前者包括形狀記憶合金材料，經常被制成各種形狀。形狀記憶合金電機的結構比較簡單，分為單向型記憶電機和雙向型記憶電機，當溫度升高時，兩種記憶電機的形狀會自動恢復，當溫度降低時，兩種記憶電機的形狀沒有明顯變化。

二、目前記憶電機存在的問題和發展策略

（一）問題

首先，目前的記憶電機存在運行效率低的問題。一些記憶電機達到的能量效率僅僅在10%左右。在形狀記憶合金電機的驅動原理作用下，記憶電機的消耗能量等同于一個在低溫環境下工作的熱發動機，也就是說記憶電機的效率很低，如果一些場合對能源效率有需求，就不能使用這種記憶電機。

其次，目前的記憶電機存在壽命受形變范圍制約的問題。記憶電機的壽命和制成材料的屬性密切相關。如果制成材料的形變幅度較大，壽命會相應縮短，如果材料的形變幅度較小，則壽命會相應增加。然而當前我國大部分的記憶電機壽命都受到了形變范圍的制約，使用年限有一定的規定。

再次，目前的記憶電機存在響應速度慢的問題。電加熱使溫度在短時間內迅速上升，但是冷卻的過程無法得到有效控制，使形狀記憶合金的反應速度變慢。在一些場合中，需要應用高頻率的記憶電機，形狀記憶合金的遲滯現象會使記憶電機無法發揮其正常效益，阻礙記憶電機的連續控制。

（二）發展策略

首先，促進記憶電機的發展，應該研制一些新型材料。當前我國大部分的記憶電機都是由Ni-Ti合金材料制成的，這種材料的穩定性比較高，而且防腐性比較好，但是它的生產成本同樣很高，不利于進行批量生產。隨著我國社會的不斷發展，記憶電機的需求量越來越高，應用這種材料將阻礙記憶電機的長足發展，因此應該尋找記憶電機制作的可替代材料，解決記憶電機的成本問題，擴大其普及范圍。

其次，促進記憶電機的發展，應該對電機的建模和精確控制進行研究。形狀記憶合金電機的動態參數，如材料特性、工作溫度等等都有一定的規律性，可以依據這種規律性建立一個數學模型，對其進行精準控制。當前國內外的學者應用了熱力學的分析方法，可以為記憶電機的發展引領一條明路。

三、記憶電機的應用

（一）醫學領域

首先，記憶電機可以應用在醫學領域上。將記憶電機應用于醫學領域，外科醫生對病人進行手術之前的檢查時，可以不用施加外力，而是利用記憶電機進行人體內部進行診斷，從而減少病人的痛苦程度。

科學家們目前已經研制出一種主動式內窺鏡，這種主動式內窺鏡是應用記憶電機制成的，通過在內窺鏡的各個部門安置記憶電機，可以實現對病人的無疼痛檢查。

（二）海床和軍事

其次，記憶電機可以應用在海床檢測和軍事領域。以日本為例，日本應用了記憶電機研發出一種記憶合金電機機器人，可以實現對海床的動態檢測。記憶電機通過電流的作用可以實現在海底的平滑移動。

在軍事領域上，美國已經研制出了記憶合金電機機器人，這種機器人的“肌肉”能模仿出像螃蟹游走一樣的動作，從而起到液動控制舵的作用，同時也能承載一些魚類和炸藥，滿足國家軍事化的需求。

四、結論

隨著科學技術的不斷發展，記憶電機的應用越來越廣泛，目前記憶電機還存在著一些問題，科技人員應該尋找有效策略解決問題，探討記憶電機的應用方向，促進記憶電機的質量不斷提高，滿足現代工業化的需求。

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