[发明专利]具有加固结构连接器的活性材料金属丝致动器

说明书

相关申请

       本专利申请要求2008年10月13日提交的、名称为“ACTIVE MATERIAL ELEMENTS HAVING REINFORCED STRUCTURAL CONNECTORS的美国非临时专利申请12/250148的优先权并且是该申请的部分继续申请。

发明背景

1. 技术领域

            本发明涉及结构连接器和加固结构构件和活性材料金属丝致动器之间的连接的方法，并且更具体地，涉及利用附接到该致动器或形成在该致动器内的扩大形成物的生成和接合的加固连接的组件和方法。

2. 背景技术

            活性材料元件传统上被用于在被激活或去激活时实现结构组件、致动器或智能设备内的重构和/或偏置变化。例如，形状记忆合金（SMA）金属丝经常被用于在激活时在结构构件之间传递载荷并引起结构构件的位移。也就是说，一旦被热激活，合金的晶体结构会重构并且进而引起金属丝收缩；该致动力或重构力仅通过与所联接的构件的连接点被传递到所联接的构件。在提高这种功能中，意识到联结（例如，连接）这些金属丝到结构构件的固定方法起关键作用。

在传统的联结方法中，不带绝缘保持器的O形环黄铜圈压接连接器（图1）被广泛使用。不过，这种方法在本领域产生各种顾虑。例如，在过载条件期间（例如，对从冷停止起动的惯性载荷，在没有过载保护系统时的机械过载等）金属丝的压接部分的打滑是通常经历的故障状况。这种故障进而可引起致动器或被驱动设备的故障。另一顾虑是不一致性和可变性，并且因此不能准确地预测给定致动器中的故障。也就是说，本领域技术人员意识到各个连接由于在寿命中经历正常磨损和撕扯（例如疲劳）而显示出不一致的载荷能力，同时不同的传统连接器由于结构构造而显示出不同的能力。

因此，由于这些和其它的原因，本领域中需要一种改进的联结活性材料元件例如形状记忆金属丝到结构构件的方法，其增加了结构能力并且减少了早期故障的可能性。

发明内容

本发明涉及一种联结活性材料致动器到结构的改进方法，其解决了前述的顾虑。本发明的组件可用于阻止连接点处的故障，同时提供了成本有效并且容易实施的解决方案。一般而言，本发明利用了联接到活性材料致动器的加固连接器和附接到或形成于活性材料致动器内的扩大形成物来增加结构能力、增加耐久性和可靠性并因此改善致动器性能。本发明还可用于减少压接所需要的力并因此可用于减少金属丝中的应力集中。在优选的实施例中，本发明可用于提供非压接连接方法，其减少了在压接过程中对金属丝的潜在损坏，增加了用于给定封装尺寸的活性金属丝长度，并产生了销接的而非固定的端部条件，这进一步减少了金属丝中的应力。

因此，本发明提供了改进的连接组件和/或方法，其提供了相对于传统金属丝致动器连接器的多个优点。在至少一个观察中，其中采用了具有5.782N的最大工作力的形状记忆合金金属丝，传统的压接连接展示了约15N的最大载荷能力，而本发明所推荐的接合工艺产生了约30N的最大载荷能力。最后，除了更高的静态故障载荷，本发明还可用于提供更加一致的故障（即，可预测的）连接，这种连接基于扩大形成物的机械结构，而不是连接器的构造或使用/寿命。

一般来说，本发明记载了受到驱动地附接到结构的活性材料致动器，该致动器可选择性地产生驱动力，并可操作以在预定的时间长度上维持增加的载荷。致动器包括至少一个活性材料金属丝，该金属丝具有最大侧向尺寸，并且可操作以在接触信号或被挡住而不接触该信号时经历基本性质的可逆变化。致动器还包括扩大形成物，其附接到金属丝或与金属丝形成一体并且具有大于金属丝的最大侧向尺寸的第二侧向尺寸。最后，至少一个连接器可固定地连接到该结构，并且联接到金属丝，从而被构造成在力被产生且连接器被连接到所述结构时接合扩大形成物。金属丝和连接器被协作地构造成由于接合扩大形成物而在所述时间长度上维持增加的载荷，其中接合扩大形成物是由第二侧向尺寸引起或增强。

照此，本发明的第二方面涉及加固由结构和活性材料致动器金属丝定义的连接点的方法，其中金属丝具有最大侧向尺寸并且产生了在所述连接点起反作用的驱动力。本发明包括将加固连接器附接到结构，使得该连接器能够将所述力传递到所述结构。金属丝被联接到连接器，从而定义所述连接点，并且产生了附接到金属丝的扩大形成物，使得该扩大形成物具有大于金属丝的最大尺寸的第二侧向尺寸。通过在产生所述力时用连接器接合扩大形成物，给出了可操作以将所述力传递到连接器的通过强度的保持或牵拉。