[发明专利]包括活性材料的致动器系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年6月25日提交的美国临时申请No.61/220,558的权益，上述申请作为参考引入本文。

技术领域

本发明涉及控制活性材料的致动。

背景技术

该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。

活性材料(包括形状记忆合金(SMA)材料)是响应于致动信号展现材料属性(例如，刚度、形状和/或尺寸)的变化的成分。致动信号可包括电、磁、热和其它信号中的一种或多种，且可以被动地或主动地传送给活性材料以实现材料属性的变化。

形状记忆合金(SMA)材料指的是在由外部激励致动时经受特性属性的可逆变化的一组金属材料，包括在经受致动信号(例如，热致动信号)时恢复先前限定的形状或尺寸的能力。

SMA材料响应于温度而经受相变，从而导致屈服强度、刚度、尺寸和形状的变化。SMA材料可以多个不同的取决于温度的相存在，包括马氏体相和奥氏体相。马氏体相指的是在较低材料温度下发生的更易变形的和较小刚度的相。奥氏体相指的是在较高材料温度下发生的更刚硬和更硬的相。存在转变温度范围，包括起始温度和结束温度，在该转变温度范围中，形状记忆合金在马氏体相和奥氏体相之间转变。处于马氏体相的SMA材料在具有增加的材料温度的奥氏体转变温度范围内变为奥氏体相。处于奥氏体相的SMA材料在具有降低的温度的马氏体转变温度范围内变为马氏体相。形状记忆合金在马氏体相时具有较低的弹性模量且在奥氏体相时具有较高的弹性模量。

SMA材料可以包括包含铂族金属的金属合金。已知的SMA材料也包括某些铜合金(CuAlZn)和镍钛基合金，例如接近等原子的NiTi(称为Nitimol)和一些三元合金(例如，NiTiCu和NiTiNb)。包括NiTi的SMA材料可以承受大的应力且对于低循环使用可以恢复接近8％的应变或者对于高循环使用可以恢复高达约2.5％的应变。

SMA材料属性包括由于在马氏体相和奥氏体相之间的结晶转变引起的大的可恢复应变。因而，SMA材料可提供大的可逆形状变化或大的力生成。SMA材料行为是由于在高对称母相(即，奥氏体相)和低对称子相(即，马氏体相)之间的可逆热弹性结晶相变引起。在马氏体相和奥氏体相之间的相变由于应力和温度中的任一个的变化而发生。

用于控制SMA材料的致动的已知方法包括基于机械的装置，包括微型开关。已知的微型开关具有与基于致动器的结束位置的开/关控制方案有关的欠佳控制。通常采用过载保护机构以防止微型开关的欠佳可控性，从而增加成本、尺寸和复杂性。

发明内容

一种用于装置的致动器系统，包括具有可移动元件的装置，所述可移动元件配置成响应于可移动元件上的固定点相对于装置上的固定点的线性移动而改变位置。线性致动器包括线缆，所述线缆由活性材料制成，且具有被机械地联接到装置上的固定点的第一端和被机械地联接到可移动元件上的固定点的第二端。所述活性材料响应于致动信号而引起线性致动器中的应变，且线性致动器配置成响应于引起的应变而将可移动元件上的固定点相对于装置上的固定点线性移动。位置反馈传感器配置成产生表示可移动元件的当前位置的信号且被信号地连接到致动控制器。所述致动控制器被电连接到线性致动器且配置成产生致动信号以使可移动元件移动至优选位置。

方案1.一种用于装置的致动器系统，包括：

具有可移动元件的装置，所述可移动元件配置成响应于可移动元件上的固定点相对于装置上的固定点的线性移动而改变位置；

包括线缆的线性致动器，所述线缆由活性材料制成，且包括被机械地联接到装置上的固定点的第一端和被机械地联接到可移动元件上的固定点的第二端，所述活性材料响应于致动信号而引起线性致动器中的应变，且线性致动器配置成响应于引起的应变而将可移动元件上的固定点相对于装置上的固定点线性移动；

位置反馈传感器，所述位置反馈传感器配置成产生表示可移动元件的当前位置的信号且被信号地连接到致动控制器；以及

致动控制器，所述致动控制器被电连接到线性致动器且配置成产生致动信号以使可移动元件移动至优选位置。

方案2.根据方案1所述的致动器系统，其中，致动控制器还包括过载保护方案，所述过载保护方案配置成在不存在可移动元件的当前位置的可辨别变化且可移动元件不能实现优选位置时停用致动信号。

方案3.根据方案2所述的致动器系统，其中，可移动元件的当前位置的可辨别变化包括可移动元件的当前位置的基于时间的导数。