CN101836305A - 叠置型变形执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及叠置型弯曲执行器2，包括：具有弯曲或变形能力的至少两个片状件8；连接于所述片状件8，适于被激活时收缩的材料6；和电子控制器10；其中，所述片状件8和所述适于被激活时收缩的材料6按希望的排列叠置。这种排列使执行器具有用于放大线性或旋转运动的弯曲能力。
Description
技术领域
本发明涉及执行器。更具体地，本发明涉及具有用于放大线性或旋转运动的弯曲能力的弯曲执行器。
背景技术
最近几年利用智能材料的执行器已经得到普及。这种执行器有非常广泛的应用范围，该范围从存在于计算机部件和电子装置中的执行器到存在于航空器和汽车上的紧固件和安全附件。虽然在执行器中使用智能材料似乎是无限制的，但是仍有一些缺陷。智能材料往往具有有限的使用年限，可能容易损坏，并且始终只能收缩大约3％。因此，要求改善材料的寿命并放大通过收缩实现的运动。
本发明提供了这样的解决方案，其中，叠置型弯曲执行器放大了线性的和旋转的运动以及三维运动。
发明内容
相应地，本发明涉及叠置型弯曲执行器，包括：
具有弯曲或变形能力的至少两个片状件，
连接于所述片状件适于被激活时收缩的材料；以及
电子控制器
其中，所述片状件和所述适于被激活时收缩的材料按希望的排列叠置。
在大多数实施例中，这种叠置型弯曲执行器包括：超过两个的片状件以及线状或片状的适于被激活时收缩的材料。这种适于被激活时收缩的材料优选形状记忆合金(SMA)线或条。形状记忆合金是已知的并且常常大部分地或全部地用钛和镍制成。形状记忆合金还可以包括其他材料，例如铝、锌和铜。形状记忆合金能够在预先确定的转变温度下呈现一种形状，而一旦其温度超过转变温度就变为第二种形状。相反地，当形状记忆合金在转变温度之下冷却时，形状记忆合金可以再次呈第一形状。与本发明的各个方面相关，当在原地加热时，形状记忆合金收缩。目前能够获得的形状记忆合金线，例如售出的有商标的镍钛合金，在通过加热被激活时能收缩大约3％。
利用连接于装置的导线，适于被激活时收缩的材料的激活优选通过电阻加热获得。利用例如安全系统的布线系统，可以从中部位置开始激活形状记忆合金线。通过遥控设备(例如通过使用包括微波，电磁，声波，红外，射频等的任何适当形式的能量操作的手持工具)开始的激活也在本发明的范围内。
本发明的范围在各个方面都不必然限于使用形状记忆合金。也可以使用其他材料。而且，虽然可通过加热进行激活，但其他的激活方式也是适合的并且也在本发明的范围内。
本发明的片状件是叠置的，并能围绕支持件在中部被连接，支持件可以连接于电路板。本领域的技术人员应该认识到支持件可以沿着片状件设置在任何位置。然后SMA条叠置于片状件之间。在许多实施例中，优选片状件包围SMA条。这可以通过一个片状件围绕顶部和底部包围并在顶部和底部夹紧实现，或者通过片状件处于SMA条两侧上以及在顶部和底部相连接而实现。片状件可以包括多种材料，但是为了描述本发明，将讨论金属片状件。
电子控制器给弯曲执行器提供能量。一旦电流流过，产生的热激活SMA材料。这种激活导致SMA材料收缩，将片状件弯成椭圆形或长椭圆形。因为热通过弯曲执行器传导，片状件系统地弯曲，产生执行器的放大运动。这为本发明带来了通过用小的激活提供大的无声的运动的乘数效应。
例如，在一种设置中，这种弯曲执行器能够通过旋转运动获得星形。SMA条可以叠置于片状件之间并围绕在一端的支持件在中部被连接。一旦SMA条被激活，片状件将以旋转的方式围绕支持件弯曲，形成星形。只要SMA条被激活并收缩，这个形状就会保持。
一旦冷却，SMA条就不处于收缩的状态，并且放松。这个动作导致片状件连同SMA条变长并且恢复到最初的叠置位置。SMA条的收缩和放松可以发生许多次。
在某些情况下，例如上面讨论的星形，希望可以将LED连接于相连接的片状件和SMA条的顶部。当弯曲执行器被激活时LED就会发光。这增加了星形的美学效果，用于在圣诞树，门，办公桌，餐桌等上的装饰。
一旦本领域的技术人员意识到在许多情况下SMA材料和片状件可以如上所述进行叠置，而不是围绕支持件在中部被连接，那么每个片状件可以在不同的位置连接于支持件。这就产生不同的结构，例如，其中，当SMA激活时片状件弯曲成线性状态而不是在星形中讨论的旋转状态。这种情况可能适于例如灯笼或箱。
为了获得更大的运动，本领域的技术人员认识到较小的片状件和SMA条可以叠置于较大的片状件和SMA条之间，迫使弯曲执行器产生更大的、更加放大的运动。
本领域的技术人员认识到，由此存在相对于连续的SMA材料条或线的优选的设置。SMA材料条或线可以穿过片状件被系牢，使每个片状件弯曲成“S”形。然后每个片状件可以与其他的片状件连接，以便形成椭圆形或长椭圆形，因而获得放大的线性运动。本领域的技术人员意识到可能形成除椭圆形结构之外的其他形状。
应该认识到上面的讨论将这种弯曲执行器描述为以平面方式运动。但是，其也可能实现三维运动。
虽然上面将片状件和SMA条描述为叠置的平面，但是也可能使用已经弯曲的形式的片状件。使用弯曲的片状件可以帮助实现与放大运动的力比相同的位移。在平面片状件的情况下，随着位移增加，力减少。
用非常低的重量无声地启动并适于许多设置。由SMA条收缩产生的旋转或线性运动致使本发明用途非常广泛。
阅读下面的本发明的附图说明和具体实施方式的详细说明，本发明的其他优点和方用非常低的重量无声地启动并适于许多设置。由SMA条收缩产生的旋转或线性运动致使本发明用途非常广泛。
阅读下面的本发明的附图说明和具体实施方式的详细说明，本发明的其他优点和方面将变得明显。
附图说明
图1示出处于其未激活状态的具有两个片状件的叠置型弯曲执行器。
图2示出处于激活状态的叠置型弯曲制动装置。
图3示出处于其未激活的状态的具有多个片状件的叠置型弯曲执行器。
图4示出处于其激活状态的具有多个片状件的叠置型弯曲执行器，其获得放大的线性运动。
图5示出通过在一个端部的支持件相连接的，处于未激活状态的，具有多个片状件的叠置型弯曲执行器。
图6示出通过在一个端部的支持件相连接而形成星形的，处于激活状态的，具有多个片状件的叠置型弯曲执行器。
图7示出处于未激活的十字形状态的叠置型弯曲执行器。
图8示出处于激活的十字形状态的叠置型弯曲执行器。
图9示出处于未激活的十字形状态的具有多个叠置的片状件的叠置型弯曲执行器。
图10示出处于激活的十字形状态的具有多个叠置的片状件的叠置型弯曲执行器。
图11示出处于其未激活的线性形式的叠置型弯曲执行器。
图12示出处于其激活的线性形式的叠置型弯曲执行器。
图13示出穿过片状件系牢的连续的SMA元件，其中，执行器处于其未激活状态。
图14示出穿过片状件系牢的连续的SMA元件，其中，执行器处于其激活状态。
图15示出穿过片状件系牢的连续的SMA元件，其中，执行器处于其激活状态，具有不对称的线性形式。
具体实施方式
在优选实施例中，本发明涉及叠置型弯曲执行器2，其包括：具有弯曲或变形能力的至少两个片状件8；连接于片状件8适于被激活时收缩的材料6；以及电子控制器10。适于被激活时收缩的材料6优选条装或线状形式的记忆合金(SMA)材料。
片状件8如图1所示叠置。SMA条或线6放置在片状件8之间。片状件8在两端以将片状件8铰接的方式被连接。当电流(未示出)流过SMA线6时，SMA线6被激活并开始收缩。因为SMA线6收缩，片状件8弯曲并变形成椭圆形或长椭圆形。参见图2。很可能多个片状件8和多条SMA线6叠置在一起，如图3所示。因为SMA条6被激活，可注意到以线性方式的运动，如图4所示。本领域技术人员将认识到SMA线6能够被同时激活并且能够根据情况逐渐地激活。
本发明可以有另外的优选实施例，由此叠置型弯曲执行器2实现放大的旋转运动。在本实施例中，具有叠置在片状件8之间的SMA线6的片状件8在片状件8的一端连接于支持件18。因为电流流过并激活SMA线6，片状件8围绕支持件18弯曲成椭圆形，如图6所示。
图7至图10示出十字形状的叠置型弯曲执行器。该结构是用于获得放大的线性运动的另外的实施例。
图11至图12示出箱的情况，由此，叠置型弯曲执行器2围绕支持件18在中部被连接，并容纳在箱内用于控制放大线性运动。
图13至图15示出方案，由此，SMA材料的连续的线或条6a穿过片状件8系牢。这种情况导致每个片状件实现放大的“S”形的运动。
可以根据权利要求方面描述本发明，权利要求能够帮助本领域的技术人员了解本发明的各个方面和改进。本领域的技术人员应该理解，可以对在此描述的实施例作出许多修改和改变，而不背离本发明的精神和范围。
工业实用性
如各个领域的技术人员所理解的，在此披露的本发明不限于上面列出的实例，并且在许多领域有广泛的应用。本发明描述了在弯曲执行器领域的重大改进。
Claims (5)
1.一种叠置型弯曲执行器，其包括：
具有弯曲或变形能力的至少两个片状件，
适于被激活时收缩的材料，其连接于所述片状件，以及
电子控制器
其中，所述片状件和所述适于被激活时收缩的材料按希望的排列叠置。
2.如权利要求1所述的叠置型弯曲执行器，还包括电路板。
3.如权利要求1所述的叠置型弯曲执行器，其中，所述适于被激活时收缩的材料是SMA条或线，并且在所述片状件的顶部和底部与所述片状件连接或连续地穿过片状件被系牢。
4.如权利要求3所述的弯曲执行器，其中，所述适于被激活时收缩的材料被激活导致所述片状件以线性运动弯曲或以旋转运动弯曲。
5.如权利要求4所述的弯曲执行器，还包括LED、装饰性遮盖物或其他希望的装饰部件。
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