[发明专利]多段活性材料致动器

说明书

相关申请

本专利申请是2009年3月4日提交的题目为“SHAPE MEMORY ALLOY CABLES”的美国非临时专利申请12/397482的继续申请，其公开内容通过引用结合于本文中。

技术领域

本发明总体涉及一种形状记忆合金致动器，更具体而言涉及一种多段活性材料致动器，其能够提供分阶段的、调节的、或可变的行程输出。

背景技术

在各种机械领域中，传统的致动器（例如，马达、螺线管等）已经很长时间用于对于给定的输入信号在有限的行程上平移最大预期的负载。活性材料致动器（诸如形状记忆合金线）相对于电-机械的致动器提供各种优点，但取决于操作特性（诸如长度、直径和成分）其大部分受限于单一行程。当需要不同的行程、分阶段、和/或正时时，通常采用额外的致动器并且通过传动装置、触发器或开关来选择性地接合。当采用活性材料时，通常多个平行的致动器从动地连接到负载并且独立地被激励。令人感兴趣的是，已经广泛意识到，包括额外的致动器增加了复杂度、重量和系统的成本。例如，已经意识到，在传统上精心控制分阶段或可变的致动时，通常需要控制逻辑来实现合适的激励/供能序列。

发明内容

对应于上述问题，本发明提供一种串联连接的多段活性材料致动器，其可操作响应于激励信号而产生可变的、调节的或分阶段的行程。也就是说，通过使用本发明，被驱动的负载可以位移不同的距离，和/或随着时间增量式位移，以便产生不同速度的分阶段或阶梯式运动序列，不同行程力水平的分阶段或阶梯式运动序列，和/或时间阶梯式/连续位移步长。此外，当被无源地激励时，本发明可用于提供环境温度阶梯式/连续位移步长。通过活性材料致动的扩展使用，应该懂得，与传统的电-机械和电-液压式装置相比，本发明降低了重量、复杂性、包装需要、和噪音（声学上的和EMF方面的）。

总体而言，致动器包括多个段，每个段部分地由操作为当受到激励信号或与激励信号断开时经历基本性质的可逆变化的活性材料形成，每个段具有成分和几何构造，并且基于成分和构造而限定激励阈值、激励范围/时间段、以及段行程。段固定地互连、串联连接，并且由于具有不同的成分和/或构造而限定不同的阈值、范围和/或段行程。

通过参考下面的对本发明各种特征的详细描述和相关联的附图，可以理解本发明，包括具体采用形状记忆合金的示例性实施例以及各种互连方法。

此外，本发明还涉及以下技术方案。

1. 一种适于产生可变的、调节的、或分阶段的行程以便可变地或增量地驱动负载的致动器，所述致动器包括：

多个段，

每个段至少部分地由操作为当受到激励信号或与激励信号断开时经历基本性质的可逆变化的活性材料形成，每个段具有成分和几何构造，并且限定激励阈值和激励范围/时间段，

其中，基于所述成分和构造，所述变化产生驱动力和独立的段行程，

其中，所述段固定地互连并且物理串联连接，使得力作用在所述多个段上，

其中，所述段限定不同的阈值、不同的范围/时间段、和/或不同的单独行程。

2. 如技术方案1所述的致动器，其中，所述段的第一部分至少部分地由第一活性材料形成，并且所述段的第二部分至少部分地由第二活性材料形成，所述第二活性材料不同于所述第一活性材料。

3. 如技术方案1所述的致动器，其中，所述活性材料元件选自由形状记忆合金、铁磁形状记忆合金、电活性聚合物、磁流变弹性体、电流变弹性体、磁致伸缩物质、碳纳米纤维、和高输出石蜡致动器所组成的组。

4. 如技术方案1所述的致动器，其中，所述活性材料是形状记忆合金，所述激励阈值是形状记忆合金的马氏体转换开始温度和结束温度以及奥氏体转换开始温度和结束温度中的至少一个，所述激励范围/时间段基于形状记忆合金的马氏体结束温度和奥氏体结束温度之间的转换温度范围。

5. 如技术方案4所述的致动器，其中，所述段具有不同的成分，并且由于不同的成分而限定不同的转换开始温度和/或转换温度范围。

6. 如技术方案4所述的致动器，其中，所述段具有不同的几何构造，并且由于不同的几何构造而限定不同的转换开始温度和/或转换温度范围。

7. 如技术方案6所述的致动器，其中，所述不同的几何构造包括不同的直径。

8. 如技术方案1所述的致动器，其中，所述几何构造包括至少一个线。

9. 如技术方案1所述的致动器，其中，所述不同的几何构造包括不同的多个线，以便限定不同的露出表面积。