使用散熱器加速活性材料致動器中的冷卻的制作方法

專利名稱：使用散熱器加速活性材料致動器中的冷卻的制作方法
技術領域：
本公開總體上涉及加速熱激活的活性材料致動器中的冷卻的組件和方法，并且更具體地涉及利用永久地和選擇性地接合的散熱器加速這種致動器中的冷卻的組件和方法。
背景技術：
熱激活的活性材料致動器，諸如處于馬氏體狀態的形狀記憶合金(SMA)線，通過將材料加熱到高于激活溫度來激活。關于SMA線，這通常使材料經歷到奧氏體的相變，并且以能用來做功的方式收縮。一旦被激活了，致動器必須經歷相對長的冷卻周期，其中在被重新激活之前，溫度被降低到低于其轉變溫度。在這個周期期間，致動器不能用來做功，以致于冷卻周期的持續時間基本上占據了致動器的整個帶寬(bandwidth)。由此可見，減少占支配地位的冷卻周期顯著地減少帶寬。然而，包括將材料簡單地暴露到環境條件的常規冷卻方法，通常是不足以滿足這些目的的，和/或包括復雜的外圍系統，諸如強制空氣對流等。這些問題尤其出現在需要經歷快速的連續激活和/或實現快速返回(例如，<ls)致動的活性材料致動器的執行中。因此，在本領域中存在對于通過減少冷卻周期改進帶寬的有效組件和方法的長期需求。

發明內容
本發明通過提供一種利用散熱器加速熱激活循環上的冷卻的新型活性材料致動器來解決前述問題。因此，本發明尤其有用于減少帶寬、并且因此增強致動器的功輸出，而不需要更多的冷卻氣體或液體源。本發明還有用于減少熱激活循環期間的過熱的可能性， 其提供更有效的操作，并且保護SMA致動器和/或由其驅動的裝置的完整性。在本發明的第一方面中，一種熱激活的活性材料致動器適于增加帶寬，并且包括活性材料致動器元件和散熱器。所述元件是可操作的以在被暴露到熱激活信號或者與熱激活信號遮蔽以分別加熱和激活所述元件或者使得能夠冷卻和去激活所述元件時經歷基礎性質的可逆變化。在被激活后與所述信號遮蔽時所述元件呈現冷卻的環境速率，和基于所述環境速率的第一冷卻周期。散熱器呈現大于所述環境速率的熱傳導性速率，并且當所述元件被激活時自主地接合所述元件，以呈現比否則由所述第一周期將會提供的更短的第二冷卻周期。通過參考下面對本公開的各種特征和其中所包含的例子的詳細描述更易于理解本公開，其包括輔助活性材料元件的使用，還包括樞轉臂、齒條和小齒輪傳動裝置、和/或柔性弓形結構以驅動散熱器的驅動機構，和限定有凹槽、冷卻劑開口、和/或溝槽、或者包括散熱片以進一步加速冷卻的散熱器。本發明還提供如下方案
1. 一種適于增加帶寬的熱激活的活性材料致動器，所述致動器包括 活性材料致動器元件，所述活性材料致動器元件能夠操作以在被暴露到熱激活信號或者與熱激活信號遮蔽以分別加熱和激活所述元件或者使得能夠冷卻和去激活所述元件時經歷基礎性質的可逆變化，
其中在被激活后與所述信號遮蔽時所述元件呈現環境冷卻速率，和基于環境速率的第一冷卻周期；和
散熱器，所述散熱器呈現比所述環境速率更大的熱傳導速率，并且當所述元件被激活時自主地接合所述元件以呈現比所述第一周期更短的第二冷卻周期。2.如方案1所述的致動器，其特征在于，所述致動器元件包括至少一個形狀記憶
合金線ο3.如方案1所述的致動器，其特征在于，所述變化使得散熱器自主地接合所述致動器元件或者增加與所述致動器元件的接合。4.如方案3所述的致動器，其特征在于，所述散熱器包括至少一個柔性弓形結構， 所述變化使得所述結構進一步朝著所述致動器元件弓形彎曲并接合所述致動器元件，并且所述散熱器限定一暴露的表面面積。5.如方案4所述的致動器，其特征在于，所述散熱器包括附接到所述結構并且被構造成由于所述變化而接合所述元件的冷卻墊，并且所述墊增加所述暴露的表面面積。6.如方案1所述的致動器，其特征在于，其還包括
分立的驅動元件，其連通地連接到并且專用于所述散熱器，并且被構造成使所述散熱器自主地接合所述致動器元件。7.如方案6所述的致動器，其特征在于，所述驅動元件包括活性材料輔助元件，其能夠操作以在被暴露到激活信號或者與熱激活信號被遮蔽以分別被激活或者被去激活時經歷基礎性質的第二可逆變化。8.如方案7所述的致動器，其特征在于，所述輔助元件是熱激活的，并且所述散熱器被構造成同時接合所述致動器和所述輔助元件，以加速從兩者的熱傳遞。9.如方案7所述的致動器，其特征在于，所述輔助元件是熱激活的，并且所述致動器和所述輔助元件協作地構造并相對地定位成使得所述致動器元件被動地激活所述輔助元件。10.如方案7所述的致動器，其特征在于，所述散熱器固定地附接到樞轉臂，并且所述第二變化能夠操作以使得所述臂朝著所述致動器元件樞轉。11.如方案7所述的致動器，其特征在于，所述輔助元件和致動器元件兩者包括至少一根形狀記憶合金線，并且所述線協作地構造成使得在激活所述輔助線之前完全激活所述致動器線。12.如方案11所述的致動器，其特征在于，所述致動器元件呈現第一總橫截面面積，并且所述輔助元件呈現比所述第一總橫截面面積更大的第二總橫截面面積。
13.如方案11所述的致動器，其特征在于，所述致動器元件呈現第一轉變溫度，并且所述輔助元件呈現比所述第一轉變溫度更高的第二轉變溫度。14.如方案11所述的致動器，其特征在于，所述至少一根致動器線和輔助線串聯地連接，以由共同的電流激活。15.如方案1所述的致動器，其特征在于，所述散熱器包括選自于主要由銅、銅合金、鋁和鋁合金組成的組的材料。16.如方案1所述的致動器，其特征在于，所述元件限定第一長度和第一寬度，并且所述散熱器呈現比所述第一寬度更大的第二寬度和不少于所述第一長度的25%的第二長度。17.如方案1所述的致動器，其特征在于，所述元件和散熱器限定一接合的接觸面積，所述元件包括至少一根形狀記憶線，并且所述散熱器限定被構造成增加所述接合的接觸面積的至少一個凹槽或溝槽。18.如方案17所述的致動器，其特征在于，所述元件包括多根線，所述散熱器限定多個凹槽或溝槽，并且所述凹槽或溝槽還被構造成間隔開所述線。19.如方案18所述的致動器，其特征在于，所述線被定向成限定復數排，所述散熱器包括復數組能夠堆疊的配合部件，并且每組被構造成支撐一排，以在堆疊時間隔開相鄰的排。20.如方案1所述的致動器，其特征在于，所述散熱器限定暴露到環境條件的表面面積，并且呈現被構造成增加所述表面面積的至少一個散熱片。21.如方案1所述的致動器，其特征在于，所述散熱器限定至少一個流體開口。22.如方案3所述的致動器，其特征在于，其還包括齒條和小齒輪傳動裝置，其連接在所述散熱器和所述所述元件之間，并且由所述變化驅動。


下面參考示例性比例的附圖詳細描述本發明的(多個)優選實施方式，其中
圖Ia是根據本發明的優選實施方式的活性材料致動器的剖面圖，該活性材料致動器包括復數根形狀記憶合金線和包括第一和第二配合部件并且限定多個供所述線布置在其內的凹槽和散熱片的散熱器；
圖Ib是根據本發明的優選實施方式的圖Ia中所示的倒置部件的剖面圖，其中省略了凹槽并且多根線被保持在由散熱片限定的溝槽內并在該溝槽內間隔開；
圖Ic是根據本發明的優選實施方式的形成排的多根線和包括復數組可堆疊配合部件的散熱器的剖面圖，其中每組支撐一排；
圖2是根據本發明優選實施方式的多根線和限定一水平散熱片的散熱器的剖面圖； 圖3a是根據本發明的優選實施方式的示出在去激活/脫離(虛線型)和激活/接合狀態中的線致動器和散熱器的正視圖，其包括由端帽互連的第一和第二向內弓形彎曲的、相對的和柔性的結構；
圖3b是根據本發明的優選實施方式的在圖3a中所示的致動器和散熱器的正視圖，還包括連接到所述結構并且被構造成增加散熱器的表面面積的第一和第二相對的傳熱塊/ 冷卻墊；圖4a是根據本發明的優選實施方式的、在正常構造中示出的包括驅動地連接到線和傳熱塊的彈簧偏壓的樞轉臂的散熱器和線的正視圖，其中致動線被去激活；
圖4b是圖4a中所示的致動線和散熱器的正視圖，其中線正在開始轉變和致動，已經使樞轉臂樞轉，并且已經使散熱器接合線；
圖4c是圖4a、b中所示的線和散熱器的正視圖，其中線已經完成了轉變和致動； 圖4d是圖4a_c中所示的樞轉臂和線的部分剖面圖，進一步示出了連接在臂和線中間的套環；
圖5是根據本發明的優選實施方式的致動線、限定多個冷卻劑溝槽的散熱器、以及包括齒條和小齒輪傳動裝置和配重的驅動機構的正視圖6是根據本發明的優選實施方式的驅動地連接到輔助線和彈簧偏壓的樞轉臂的散熱器和致動線的正視圖，其中致動器和輔助線串聯地連接；
圖7a是根據本發明的優選實施方式的驅動地連接到輔助線和彈簧偏壓的樞轉臂的散熱器和致動線的正視圖，其中致動器和輔助線并聯地連接；
圖7b是根據本發明的優選實施方式的在圖7a中所示的致動線和散熱器的正視圖，其中致動器和輔助線已經被相繼激活；和
圖8是根據本發明的優選實施方式的致動器和散熱器的正視圖，還包括相對的傳熱塊 /冷卻墊。
具體實施例方式大體上，本發明涉及新型致動器10，該致動器10包括熱激活的活性材料元件12， 諸如至少一個形狀記憶合金(SMA)線，和與所述元件12操作地相接觸的散熱器14 (圖 la-7b)。致動器10呈現由包括加熱、激活、冷卻和去激活周期的循環所限定出的帶寬。永久地和選擇性地接合的散熱器構造是本發明所構思的。散熱器14是可操作的以減少冷卻周期，并且，更具體地，呈現這樣的熱傳導率，即，當比較熱傳遞速率時，由于線12和周圍環境空間之間的對流，所述熱傳導率呈現加速的冷卻。更優選地，散熱器14是可操作的以加速冷卻速率至少25 %，并且最優選為至少100 %，與其它方式的環境速率或沒有散熱器接合的速率相比。盡管這里具體參考SMA描述，但是通過包括其它熱激活的活性材料諸如形狀記憶聚合物(SMP)的致動器使用本公開的益處在本發明的范圍之內。下面對優選實施方式的更詳細的描述在本質上僅僅是示例性的并且決不旨在限定本發明、其應用或使用。如這里所使用，術語“線”是非限制性的，并且應當包括在與本發明的幾何形狀限制相容的程度上的呈現拉伸載荷強度/應變性能的其它類似幾何形狀構造，諸如纜、束、編織物、繩、帶、鏈和其它元件。如同這里所使用的那樣，形狀記憶合金(SMA)通常指展示出在經受合適的熱刺激時返回到一些先前限定的形狀或大小的能力的一組金屬材料。形狀記憶合金能經歷相變， 在所述相變內它們的屈服強度、硬度、尺寸和/或形狀作為溫度的函數來改變。術語“屈服強度”指材料展示出距應力和應變的比例特定偏離時的應力。通常，在低溫時，或者馬氏體相時，形狀記憶合金能偽塑性變形并且當暴露到一些更高的溫度時將轉變成奧氏體相，或者母相，返回到它們的變形之前的形狀。
形狀記憶合金以幾種不同的溫度依賴的相存在。這些相中最常用的是上面所討論的所謂馬氏體相和奧氏體相。在下面的討論中，馬氏體相通常指更可變形的、更低溫度的相，而奧氏體相通常指更堅硬的、更高溫度的相。當形狀記憶合金處于馬氏體相并且被加熱時，它開始變成奧氏體相。這種現象開始時的溫度通常被稱作奧氏體開始溫度(As)。這個現象完成時的溫度被稱作奧氏體結束溫度(Af)。當形狀記憶合金處于奧氏體相并且被冷卻時，它開始變成馬氏體相，并且這種現象開始時的溫度被稱作馬氏體開始溫度(Ms)。奧氏體轉變成馬氏體結束時的溫度被稱作馬氏體結束溫度(Mf )。通常，形狀記憶合金在處于它們的馬氏體相時是更軟的和更易于變形的并且在處于它們的奧氏體相時是更硬的、更堅硬的和/或更剛性的。鑒于前面的描述，與形狀記憶合金一起使用的合適的激活信號是具有引起在馬氏體相和奧氏體相之間轉變的幅值的熱激活信號。取決于合金的成分和處理歷史，形狀記憶合金能展示出單向形狀記憶效應、固有雙向效應、或非固有雙向形狀記憶效應。退火的形狀記憶合金典型地僅僅展示出單向形狀記憶效應。形狀記憶材料的低溫變形之后的充分加熱將引起馬氏體到奧氏體類型的轉變， 并且材料將恢復到原始的、退火的形狀。因此，僅僅在加熱時能觀察到單向形狀記憶效應。 包括展示出單向記憶效應的形狀記憶合金成分的活性材料不自動地重新形成，并且將可能需要外部的機械力來重新形成所述形狀。固有和非固有雙向形狀記憶材料的特征在于當加熱時從馬氏體相到奧氏體相的形狀轉變以及當冷卻時從奧氏體相返回到馬氏體相的額外的形狀轉變。展示出固有形狀記憶效應的活性材料由由于上面所提及的相變而將使得活性材料自動地重新形成自身的形狀記憶合金成分制成。必須通過處理來引起形狀記憶材料中的固有雙向形狀記憶特性。這種方法包括當處于馬氏體相時材料的極端變形，約束或載荷下的加熱-冷卻，或者表面修改諸如激光退火、拋光、或者噴丸。一旦材料被訓練成展示出雙向形狀記憶效應，低溫和高溫狀態之間的形狀變化通常是可逆的并且持續多次熱循環。相反，展示出非固有雙向形狀記憶效應的活性材料是由展示出單向效應的形狀記憶合金成分與提供恢復力以重新形成原始形狀的另一種元素組合而成的復合物或者多成分材料。在受熱時形狀記憶合金獲得其高溫形式時的溫度可通過合金成分的輕微變化和通過熱處理來調節。在鎳-鈦形狀記憶合金中，例如，其可從高于大約100°c到低于大約-100°C變化。取決于所期望的應用和合金成分，形狀恢復過程在僅僅幾度的范圍內發生， 并且轉變的開始或結束能被控制到一度或兩度之內。形狀記憶合金的機械性能在橫跨其轉變的溫度范圍上非常大地變化，典型地提供具有形狀記憶效應、超彈性效應，和高阻尼能力的系統。合適的形狀記憶合金材料包括，沒有限制，鎳_鈦基合金、銦_鈦基合金、鎳_鋁基合金、鎳_鎵基合金、銅基合金(舉例來說，銅_鋅合金、銅_鋁合金，銅_金合金，和銅_錫合金)、金_鎘基合金，銀_鎘基合金、銦_鎘基合金、錳_銅基合金、鐵_鉬基合金、鐵_鈀基合金，以及類似材料。合金能是二元的、三元的、或者任何更高元的，只要合金成分展示出形狀記憶效應，舉例來說，形狀方位中的變化、阻尼能力以及類似效應。在典型的使用中，當受熱高于它們的馬氏體到奧氏體的相變溫度時SMA展示出 2. 5倍的模量增加以及直到8% (取決于預應變的量)的尺寸變化(在處于馬氏體相時引起的偽塑性變形的恢復)。返回到圖la_7b，由于線12的收縮，致動器10可操作以執行有用的機械功。例如， 如同在圖4a-7b中所示的那樣，致動器10可以驅動地連接到載荷16。致動線12典型地連接到可操作以將激活信號傳送到其的源18，但是也可以是被動地激活的。例如，在焦耳加熱用來通過線12的電阻產生熱信號的地方，源18可以是電源18 (圖6)，諸如車輛的充電系統。應當認識到，控制器(未示出)可以在中間地和連通地連接到電源18和線12并且被構造成控制線12的致動和/或在選擇地接合時在散熱器14和線12之間的接合時機。在圖la-2中，示出了優選的散熱器14的復數個橫截面構造。在圖Ia中，散熱器 14操作地接合多根線12，以限定接合的接觸面積。更優選地，在元件(舉例來說，(多根)線 12)限定長度和寬度的地方，散熱器14限定比元件寬度更大的接觸寬度和不少于元件長度的25%、更優選地不少于元件長度的50%并且最優選地不少于元件長度的75%的接觸長度，以限定接合的接觸面積。所示的散熱器14呈現實心長方形主本體20、源于本體20的多個六“散熱片”(或者如所示的薄的、大體上豎直的、長方形的部分)22，以及由本體20限定的與散熱片22相反的多個凹槽24 (圖la)。散熱器14由能夠抵擋到預期量的熱能的暴露并且提供熱傳遞速率的所意在增加的材料形成。也就是說，散熱器材料呈現比周圍空間的通常傳遞速率例如 0.024W/mK(空氣的傳導率)明顯更大的熱傳導率(也就是，熱傳遞系數)。例如，散熱器14可以由銅(舉例來說，銅合金)、或鋁(舉例來說，鋁合金)制成，其分別呈現大約400和250W/mK 的熱傳導率。散熱器14的表面的至少一部分可被拋光、劃痕或者以其它方式處理以促進熱傳遞。凹槽24呈現由比通過處于激活狀態的(多根)線12所限定的半徑或寬度稍微(舉例來說，優選為2到5%)更大的半徑或寬度所限定的凹結構，使得當布置在其內時，增加接合的接觸面積，并且更優選地，使得線12貫穿凹槽24的表面面積大體上接觸散熱器14。在優選實施方式中，進一步增加由凹槽24限定的半徑并且致動器10進一步包括介于散熱器 14和線12之間的熱脂或其它傳熱界面26。優選的界面26用作在大量循環期間不經歷無法承受的退化的情況下促進滑動和能夠傳熱。替換地，會認識到，圖Ia的散熱器14可以倒置，并且線12布置在由散熱片22限定的溝槽28內(圖lb)。這里，專用引導件可在各溝槽28中通過散熱器14限定，如在圖Ib 的第一溝槽28a中所示，以增加接合的接觸表面面積以及結構穩定性；也可以提供熱脂或界面26，如同在圖Ib的第二溝槽28b中所示的那樣；或者可以使得散熱器14直接擱置在線12上，如同在剩余溝槽28中所示的那樣。這樣，在本發明的第一方面中，散熱器14可以進一步呈現間隔開線12的間隔器與散熱片(spacer-cum-fin)以分離它們的熱點(plume) 并且加速單個線的冷卻。如同在圖la、c中所示的那樣，優選的散熱器14包括上配合部件14a和下配合部件14b，所述上配合部件14a和下配合部件14b協作地起作用以通過分別接觸(多根)線12 的上半部分和下半部分來增加接合的接觸面積。在圖la-c中，例如，散熱器14包括具有散熱片22等的第二相同本體20。在線12限定復數排(或其它構造)的地方，散熱器14可以由接合各排或者以其它方式適應所述構造的復數組配合部件14a、b構成。在圖Ic中，例如，散熱片22已經被從本體20去除，以有助于復數組和排的堆疊。如同在圖la、c中所示的那樣，緊固件(舉例來說，螺栓)30可以用來相連和固定地安裝鄰近線12的配合部件14a、 b，以實現散熱器14和線12之間的永久接合。在這種構造中，配合凹槽24限定供線12保持在其內的內溝槽或空間。在去激活條件時，優選的線12理想地沿著由每根線12和凹槽24的圓形橫截面所限定的切線最小地接觸散熱器14 (圖la、c)。在激活期間由散熱器14引起的任何熱損失都是可忽略不計的， 因為會認識到SMA致動是非常絕熱的。當被激活時，線12徑向地膨脹，以填充空間并且充分地增加線12和散熱器14之間的接合的接觸面積。這樣，由于接合的增加的接觸面積和散熱器14所提供的增加的熱傳遞速率，每根線12能以加速的速率傳遞熱能量。這樣，盡管永久地接合在一起，但會認識到，由于激活之前的最小的接觸，最小的傳熱將發生；但是，一旦激活了線12，增加的傳熱將發生。如圖2中所示，散熱器14可以呈現包裹線12的同一本體。例如，散熱器14可以圍繞線12來模制，或者，在包括箔等的情況下，圍繞線12纏繞至少一次。也如同在圖2中所示的那樣，單個散熱片22可被水平地定向以增加到流體流的暴露和由于對流所致的熱傳遞。在這點上，將會認識到，散熱器14可以被暴露到進一步增加冷卻速率的特定流體流 (未示出)。例如，可以使得(多個)散熱片22接合將熱吸離該(多個)散熱片22的表面并且繼而線12的冷卻劑或高壓空氣流；或者如圖5所示，多個冷卻劑開口 23可由主本體20限定并且流體地連接到冷卻劑源(未示出)。在本發明的另一方面中，將會認識到，散熱器14 可以用來加速加熱，例如，通過使受熱的流體運行通過開口 23并且在加熱或激活之前或期間引起選擇性的接合(來加速加熱)。更優選地，新型致動器10構造成使得散熱器14和線12自主地和選擇性地接合， 并且為此，進一步包括驅動機構32。驅動機構32驅動地連接到散熱器14并且是可操作的以引起它的到與線12相接觸的點的移位。機構32優選地構造成在不將過多的應力載荷施加到線12的情況下引起這種接觸。圖3a-7b示出了選擇性地接合散熱器14的示例性實施方式。在圖3a中，驅動機構32由致動線12本身驅動，并且包括由合適的材料形成的第一和第二弓形結構34。結構34和線12大體上并行地延伸并且通過端帽36互連。如所示， 結構34朝著線12向內弓形彎曲，是柔性的并且被構造成當線12被激活時從默認的正常構造彎曲到更弓形的構造(在圖3a中用連續線示出)，其中在默認的正常構造中，它們與去激活的線12脫離(在圖3a中用虛線示出)。結構34和線12協作地構造成使得在更弓形的構造中，結構34切向地接觸線12并且然后優選地繼續弓形彎曲以增加接合的接觸面積并且大體上吸收接觸之后所賦予的任何進一步的致動力。會認識到，當使它們進一步弓形彎曲時結構34產生朝向正常構造的增加的偏壓，當線12去激活時偏壓力起到將散熱器14 返回到正常構造的作用，和在去激活條件中偏壓力在線12內產生預應變，其改進致動器10 對后繼激活的反應。如在圖3b中所示，傳熱塊(也就是，冷卻墊)38可以沿著它們的縱向中線附加到結構34，并且被構造成接合在激活條件中的線12以進一步增加散熱器14的傳熱速率和表面面積。優選的墊38限定縱向凹槽(未示出)，如前所討論，其增加接合的接觸面積。而且，結構34優選地被構造成在接觸之后進一步弓形彎曲以吸收任何殘留的致動力。在圖4a_d中，示出了自致動的實施方式，其中驅動機構32包括樞轉臂40。樞轉臂40在一端附近樞轉地連接到固定結構，以限定樞轉軸線P，并且驅動地連接到致動線12。樞轉臂40限定主部分42和延伸部分44，如所示。延伸部分44相對于線長度和接合的所意在長度從主部分42的遠端或自由端延伸一預定距離。在延伸部分44的端部處，連接部分46 朝著散熱器14擴張。優選的連接部分46和散熱器14協作形成萬向接頭48以有助于散熱器14和線12之間的均勻接合，而不論臂40的角度。如所示，線12在樞轉軸線上的點處，并且更具體地在取決于線12中可得到的可恢復應變和臂40所需的擺動的點處，連接到臂40。更優選地，套環50 (圖4d)互連線12和臂40的主部分42。套環50呈現相對的球接頭52，所述相對的球接頭52接收在由臂40限定的狹槽54內。球接頭52和狹槽54使臂40能將線12的線性運動轉變成轉動運動。將會認識到，狹槽的長度與臂40所需要的擺動程度相關。在套環50固定地接合到線12的情況下，優選為在轉變和激活的結尾處進行散熱器14和線12之間的接觸，使得通過散熱器14 的不適當的應力不施加到線12。在圖4a_d中，機構32被構造成在激活開始時與線12形成接觸之前最小地擺動， 以使包裝最小化。因此，所示的狹槽54呈現最小的長度(圖4a，d)。在這種構造中，套環50 摩擦地接合線12，并且優選為包括內部地布置的固體潤滑劑56，以在散熱器14和線12之間的初始接觸之后使滑動能夠發生并且進一步起作用以由線12執行(圖4c)。因此，固體潤滑劑56和線12之間的必需的摩擦力小于致動力，但是大于朝著散熱器14樞轉臂40所需要的力。更優選地，潤滑劑56可以由額外的活性材料形成，從而可操作的以選擇性地修改它的施加在線12上的夾緊力和/或剪力。一旦完成了冷卻，可以在這種構造中使用雙向形狀記憶以將臂40朝著正常方位驅動返回。這里，將會認識到，摩擦力還大于在相反方向上樞轉臂40和抬升散熱器14所需的力。替換地，偏壓力可以例如通過與樞轉軸線同軸地對準的扭簧(未示出)或者驅動地連接到臂40并且被構造成將臂40朝向正常方位驅動返回的拉伸彈簧58 (圖4a-7b)來呈現。 會認識到，在后一種構造中，摩擦力大于所需要的力矩和偏壓的和。替換地，代替或額外于在套環50和線12之間的摩擦接合，會認識到，連接部分46 可以呈現抵抗坍陷的構造。例如，連接部分46可以呈現伸縮(圓)筒，其具有同軸地收納在其內的壓縮彈簧(未示出)。這里，部分46的硬度構造成使得在預定的不期望的應力載荷傳遞到線12之前部分46坍陷。在圖5中，呈現了另一自致動的實施方式，其中驅動機構32包括齒條和小齒輪構造，其可操作以將線12的水平線性動作轉變成散熱器14的垂直移動。更具體地，在所示的實施方式中，水平齒條60在它的自由遠端處或附近通過肘部62固定地連接到線12，以使移動最大化。第一垂直齒條64固定地連接到散熱器14 ；并且第二垂直齒條66固定地連接到配重68。各齒條60、64、66驅動地連接到小齒輪70，其中垂直齒條64、66相對地嚙合小齒輪70。齒條60、64、66和小齒輪70協作地構造成使得當線12被激活時，使水平齒條60 平移，使小齒輪70順時針轉動，使第一垂直齒條64向下，使散熱器14接合線12，并且同時使配重68上升。以在被去激活時使線12經歷的應力載荷最小化，配重68和散熱器14協作地構造成呈現可忽略不計的正差異，其中差異等于配重68減去散熱器14的重量的載荷。 將會認識到，該可忽略不計的正差異導致在被去激活時線12中的預應變和散熱器14的正常的向上(也就是，脫離)位置；并且線12產生的致動力必需僅僅克服可忽略不計的差異， 因此能使更多的力用來做功。相反，在散熱器14起作用地布置在線12下面(額外于或代替所示的傳動裝置)的情況下，將會認識到，傳動裝置可被鏡像地布置(mirror)并且呈現可忽略不計的負差異，以在線12被去激活時導致散熱器14的正常的向下位置。在其它實施方式中，驅動機構32包括專用于散熱器移動的分立驅動元件72。在圖 6中，例如，驅動元件72包括至少一個輔助形狀記憶合金線，其驅動地連接到樞轉臂40，如前面相對于圖4a-d所述。因此，這里將不重復通過輔助線72引起的臂40的操縱的詳細描述。然而，將會認識到，對于臂40的改變，諸如加長延伸部分44，可能是必需的。最后，使用更常規的驅動元件72諸如馬達和螺線管或者其它類型的活性材料致動器諸如電活性聚合物腱來驅動散熱器14當然在本發明的范圍之內。輔助線72可以被包裹和構造成與致動線12串聯地(圖6)或并聯(圖7a，b)地或者以它們的組合來動作。在串聯連接的情況下，致動器線12和輔助線72可以是共同電路的部分，使得相同的電流和電源18用來激活它們兩者(圖6)。在任一構造中，優選為在已經激活了致動線12之后激活輔助線72，使得散熱器14不損害致動。例如，在串聯連接的情況下，輔助線72可以由呈現比致動線12的相變溫度更高的相變溫度的形狀記憶合金制成，呈現比致動線12的直徑更大的直徑，或者進一步并聯連接到額外的線或電阻器(未示出)。在圖7a、b中，輔助線72連接到樞轉臂40并且呈現相對于致動線12的并聯構造。 而且，在致動輔助線72以及接合線12和散熱器14之前完全激活致動線12是優選的。為此，將會認識到，傳感技術或致動電流的電阻分析可以用來探測全部致動，并且僅僅在探測之后觸發輔助線72的激活。替換地，致動線12和輔助線72可以協作地構造成使得輔助線 72由從致動線12所產生的熱被動地激活。最后，在任一實施方式中，將會認識到，散熱器 14可以被構造成接合致動線12和輔助線72兩者以加速從它們兩者的傳熱，以及用于后繼應用的整個致動器10的可用性。本書面描述使用例子來披露本發明，包括最好的模型，并且也使本領域技術人員能制造和使用本發明。本發明的可專利范圍由權利要求限定，并且可以包括本領域技術人員能想到的其它例子。如果這些其他例子具有不與權利要求的文字語言不同的結構元件， 或者如果它們包括與權利要求的文字語言無實質區別的等同結構元件，那么這些其它例子旨在在權利要求的范圍之內。而且，如這里所使用，術語“第一”、“第二”等不表示任何順序或重要性，而是用來區分一個元件與另一個元件，并且術語“一”等不表示數量的限制，而是表示存在至少一個所提及的物體。涉及相同數量的給定部件或度量的所有范圍都是包含端點的和可獨立地組合的。
權利要求
1.一種適于增加帶寬的熱激活的活性材料致動器，所述致動器包括活性材料致動器元件，所述活性材料致動器元件能夠操作以在被暴露到熱激活信號或者與熱激活信號遮蔽以分別加熱和激活所述元件或者使得能夠冷卻和去激活所述元件時經歷基礎性質的可逆變化，其中在被激活后與所述信號遮蔽時所述元件呈現環境冷卻速率，和基于環境速率的第一冷卻周期；和散熱器，所述散熱器呈現比所述環境速率更大的熱傳導速率，并且當所述元件被激活時自主地接合所述元件以呈現比所述第一周期更短的第二冷卻周期。
2.如權利要求1所述的致動器，其特征在于，所述致動器元件包括至少一個形狀記憶合金線ο
3.如權利要求1所述的致動器，其特征在于，所述變化使得散熱器自主地接合所述致動器元件或者增加與所述致動器元件的接合。
4.如權利要求3所述的致動器，其特征在于，所述散熱器包括至少一個柔性弓形結構， 所述變化使得所述結構進一步朝著所述致動器元件弓形彎曲并接合所述致動器元件，并且所述散熱器限定一暴露的表面面積。
5.如權利要求4所述的致動器，其特征在于，所述散熱器包括附接到所述結構并且被構造成由于所述變化而接合所述元件的冷卻墊，并且所述墊增加所述暴露的表面面積。
6.如權利要求1所述的致動器，其特征在于，其還包括分立的驅動元件，其連通地連接到并且專用于所述散熱器，并且被構造成使所述散熱器自主地接合所述致動器元件。
7.如權利要求6所述的致動器，其特征在于，所述驅動元件包括活性材料輔助元件，其能夠操作以在被暴露到激活信號或者與熱激活信號被遮蔽以分別被激活或者被去激活時經歷基礎性質的第二可逆變化。
8.如權利要求7所述的致動器，其特征在于，所述輔助元件是熱激活的，并且所述散熱器被構造成同時接合所述致動器和所述輔助元件，以加速從兩者的熱傳遞。
9.如權利要求7所述的致動器，其特征在于，所述輔助元件是熱激活的，并且所述致動器和所述輔助元件協作地構造并相對地定位成使得所述致動器元件被動地激活所述輔助元件。
10.如權利要求7所述的致動器，其特征在于，所述散熱器固定地附接到樞轉臂，并且所述第二變化能夠操作以使得所述臂朝著所述致動器元件樞轉。
全文摘要
本發明涉及使用散熱器加速活性材料致動器中的冷卻。具體地，一種致動器包括熱激活的活性材料元件諸如至少一根形狀記憶合金線，和散熱器，該散熱器被構造成操作地接合所述元件并且在激活之后加速冷卻，以改進帶寬。
文檔編號F03G7/06GK102269142SQ20111014733
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月2日 優先權日2010年6月2日
發明者A.L.布朗, N.D.曼凱姆, N.L.約翰森, P.B.烏索羅, R.J.斯庫爾基斯, X.高 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司