[发明专利]使用散热器加速活性材料致动器中的冷却

说明书

相关申请 

本专利申请要求2009年5月8日提交的题目为“CONTROLLING HEAT TRANSFER IN ACTIVE MATERIAL ACTUATORS USING HEAT SINKS”的第12/437,768号美国专利申请和2008年10月13日提交的题目为“ACTIVE MATERIAL ELEMENTS HAVING REINFORCED STRUCTURAL CONNECTORS”的第12/250,148号美国专利申请的优先权并且是上述美国专利申请的部分继续申请，上述美国专利申请所披露的内容通过参考结合到这里。

技术领域

本公开总体上涉及加速热激活的活性材料致动器中的冷却的组件和方法，并且更具体地涉及利用永久地和选择性地接合的散热器加速这种致动器中的冷却的组件和方法。 

背景技术

热激活的活性材料致动器，诸如处于马氏体状态的形状记忆合金（SMA）线，通过将材料加热到高于激活温度来激活。关于SMA线，这通常使材料经历到奥氏体的相变，并且以能用来做功的方式收缩。一旦被激活了，致动器必须经历相对长的冷却周期，其中在被重新激活之前，温度被降低到低于其转变温度。在这个周期期间，致动器不能用来做功，以致于冷却周期的持续时间基本上占据了致动器的整个带宽（bandwidth）。由此可见，减少占支配地位的冷却周期显著地减少带宽。 

然而，包括将材料简单地暴露到环境条件的常规冷却方法，通常是不足以满足这些目的的，和/或包括复杂的外围系统，诸如强制空气对流等。这些问题尤其出现在需要经历快速的连续激活和/或实现快速返回（例如，<1s）致动的活性材料致动器的执行中。因此，在本领域中存在对于通过减少冷却周期改进带宽的有效组件和方法的长期需求。 

发明内容

本发明通过提供一种利用散热器加速热激活循环上的冷却的新型活性材料致动器来解决前述问题。因此，本发明尤其有用于减少带宽、并且因此增强致动器的功输出，而不需要更多的冷却气体或液体源。本发明还有用于减少热激活循环期间的过热的可能性，其提供更有效的操作，并且保护SMA致动器和/或由其驱动的装置的完整性。 

在本发明的第一方面中，一种热激活的活性材料致动器适于增加带宽，并且包括活性材料致动器元件和散热器。所述元件是可操作的以在被暴露到热激活信号或者与热激活信号遮蔽以分别加热和激活所述元件或者使得能够冷却和去激活所述元件时经历基础性质的可逆变化。在被激活后与所述信号遮蔽时所述元件呈现冷却的环境速率，和基于所述环境速率的第一冷却周期。散热器呈现大于所述环境速率的热传导性速率，并且当所述元件被激活时自主地接合所述元件，以呈现比否则由所述第一周期将会提供的更短的第二冷却周期。 

通过参考下面对本公开的各种特征和其中所包含的例子的详细描述更易于理解本公开，其包括辅助活性材料元件的使用，还包括枢转臂、齿条和小齿轮传动装置、和/或柔性弓形结构以驱动散热器的驱动机构，和限定有凹槽、冷却剂开口、和/或沟槽、或者包括散热片以进一步加速冷却的散热器。 

本发明还提供如下方案： 

1. 一种适于增加带宽的热激活的活性材料致动器，所述致动器包括：

活性材料致动器元件，所述活性材料致动器元件能够操作以在被暴露到热激活信号或者与热激活信号遮蔽以分别加热和激活所述元件或者使得能够冷却和去激活所述元件时经历基础性质的可逆变化，

其中在被激活后与所述信号遮蔽时所述元件呈现环境冷却速率，和基于环境速率的第一冷却周期；和

散热器，所述散热器呈现比所述环境速率更大的热传导速率，并且当所述元件被激活时自主地接合所述元件以呈现比所述第一周期更短的第二冷却周期。

2.如方案1所述的致动器，其特征在于，所述致动器元件包括至少一个形状记忆合金线。 

3.如方案1所述的致动器，其特征在于，所述变化使得散热器自主地接合所述致动器元件或者增加与所述致动器元件的接合。 

4.如方案3所述的致动器，其特征在于，所述散热器包括至少一个柔性弓形结构，所述变化使得所述结构进一步朝着所述致动器元件弓形弯曲并接合所述致动器元件，并且所述散热器限定一暴露的表面面积。 

5.如方案4所述的致动器，其特征在于，所述散热器包括附接到所述结构并且被构造成由于所述变化而接合所述元件的冷却垫，并且所述垫增加所述暴露的表面面积。 

6.如方案1所述的致动器，其特征在于，其还包括：