[发明专利]具有增强热传递特性的形状记忆合金

说明书

技术领域

本发明涉及形状记忆合金促动器，其具有提供增强的热传递特点的柔性外涂层或柔性外层。

背景技术

在机电系统中，可以使用不同种类的促动器(例如电动机、阀、活塞或杆)对输出载荷施加力。活性材料元件可以用于提高总的系统性能。例如，用形状记忆合金(SMA)形成的元件可用于在系统中施加期望的力。SMA元件呈现伪弹性、伪塑性和形状记忆特点。这样的性能可以用在某些应用中。

发明内容

本文公开一种形状记忆合金(SMA)促动器，具有相对于常规配置的SMA促动器的优化的循环时间。SMA促动器的功能性是基于其热激活的形状记忆和模量的变化。一些SMA促动器可在促动循环的激活阶段被快速加热。然而，难以在促动循环的回复/脱开阶段快速冷却同一SMA促动器。另外，在施加电阻加热过程中促动循环可以有时基本上不同于施加环境加热(例如将SMA促动器用于高温环境中)的情况。本发明的SMA促动器因此包括柔性外涂层或层，其增强促动器的热传递特性，由此改善循环时间，如上所述。

具体说，本文公开的SMA促动器包括SMA元件，例如线、条带、或具有期望横截面形状的任何其他SMA元件。SMA元件被包围在柔性外层中。柔性外层具有预定横截面几何形状(其可以或可以不匹配包含在其中的SMA元件的形状)和材料成分，所述材料成分与形状一起共同优化SMA促动器的热传递特性。这又增加促动循环的速度。SMA促动器在促动循环的激活阶段使用加热源激活，并在去激活/回复阶段被去激活。SMA促动器的性能可以选择为用于给定应用，以增加促动循环的任一或两个部分的速度，即激活和去激活阶段。

还公开一种机电系统，其包括加热源和如上所述配置的SMA促动器。

还公开一种方法，用于减少上述SMA促动器的循环时间。该方法包括提供如所示配置的SMA促动器，将SMA促动器连接到载荷，使用主动的或被动的加热源激活SMA促动器，和例如使用冷却源、自由空气或环境冷却方法去激活SMA元件。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是使用如本文公开的形状记忆合金(SMA)促动器的机电系统的示意图；

图2是具有带星形横截面的柔性外层的SMA促动器的示意性端视图；

图3是具有带另一星形横截面的柔性外层的SMA促动器的示意性端视图；

图4是具有带椭圆形横截面的柔性外层的SMA促动器的示意性端视图；

图5是具有带细长榄尖形(marquise-shaped)横截面的柔性外层的SMA促动器的示意性端视图；

图6是具有带泪滴形或锥形横截面的柔性外层的SMA促动器的示意性端视图；

图7是具有带嵌入在层中的离散元件的柔性外层的SMA促动器的示意性侧视图；

图8是具有带适用于接合增强柔性外套的径向特征的SMA元件的SMA促动器的示意图套；

图9是可选端部夹紧装置的透视图，其允许图8所示的柔性外套随SMA元件运动；和

图10是描述用于优化SMA促动器的循环时间的方法的流程图。

具体实施方式

参见附图，其中几幅图中相同的附图标记对应系统或相似的部件，且以图1开始，机电系统10包括形状记忆合金(SMA)促动器16。SMA促动器16包括柔性外涂层或柔性外层24，其如后文所述能减少用于促动SMA促动器16所需的循环时间。柔性外层24可以针对SMA元件15应用。尽管在各图中出于展示的一致性和简单性目的被显示为圆柱或丝状，但是SMA元件15可以具有专用于期望的应用的横截面形状。例如，参考图2-7在后文所述的任何几何横截面，以及在本文未示出的形状，例如花生形状、条带形状等都可以应用于其中包含的SMA元件15。

SMA促动器16配置为使载荷18运动或以其他方式作用在载荷18上，由此让载荷18大体如箭头20所示地运动。如本领域所理解的，运动的实际方向可以如所示地是直线的、非直线的，或旋转的，取决于SMA促动器16和任何联动机构的构造。载荷18可以实施为力可针对施加的任何物理物体或装置。

在一个实施例中，控制器12可以与加热源14通信，该加热源14例如为热风扇、线圈、对流装置等，适用于向SMA促动器16中提供加热信号(箭头17)作为热激活信号。加热信号(箭头17)可以同样来自周围环境，例如在SMA促动器16用在车辆的发动机舱中时。在该例子中，装置是发动机(未示出)或其他生热装置。