CN102016307A - 用于形状记忆合金致动器的过热保护 - Google Patents

Abstract

适合用于形状记忆合金致动器元件的过热保护系统，包括：至少一个形状记忆合金开关元件，所述至少一个形状记忆合金开关元件具有比所述致动器元件更慢的激活周期，且配置成在致动器元件实际上或者被预测经历过热时选择性地防止致动器元件的激活；以及包括所述系统的电路，其中，开关元件和/或电路设备用于改变致动器元件的激活。

Description

用于形状记忆合金致动器的过热保护

技术领域

本发明总体上涉及用于控制SMA致动器的方法和系统，且更具体地涉及用于给SMA致动器提供过热保护的方法和系统。

背景技术

形状记忆合金(SMA)致动器通过将SMA材料加热到高于预定值的温度来激活。这使得材料经受从马氏体到奥氏体状态的相变，其中，该材料收缩且在该过程中用于做功。通常，SMA金属丝借助于通过该金属丝施加电流而通过电阻加热来加热。该方法的问题在于过热(即，施加高于激活所述金属丝所需的过量热能)。过热引起较长的冷却时间，因而引起减少的系统响应带宽，在一些情况下可损坏所述金属丝。因而，期望具有防止金属丝过热的有效和稳固手段。通常，各种外部传感器和/或机械装置(如，温度传感器)已经用于消除关于过热的问题。然而，这些设置增加了常规致动器的复杂性、成本和包装要求。

发明内容

本发明解决了这些问题，且记载了使用SMA开关元件或电路设备来给SMA致动器提供过热保护的新式方法和系统。除了其它之外，本发明用于允许SMA致动器在不使所述金属丝过热的情况下在延长时间段内保持在接通状态。

在一个实施例中，本发明提供了用于SMA致动器的过热保护系统，所述过热保护系统使用形状记忆效应来将电功率供应源与SMA金属丝断开。所述致动器包括至少一个形状记忆合金元件，所述至少一个形状记忆合金元件具有第一转换温度范围，连通地联接到激活信号源，且驱动地联接到负载。该系统包括形状记忆合金开关元件，其热联接到致动器元件，从而由此激活。所述SMA开关元件具有大于第一转换温度范围的第二转换温度范围，且致动器、源和元件协作地配置成使得所述SMA开关元件能操作在超过第二范围时中断致动器和源之间的连通。

在本发明的第二方面，提出了导致SMA开关元件的较慢激活时间的各种配置，SMA开关元件否则会具有与致动器相等的转换温度范围。例如，实施例包括具有比致动器金属丝的面积更大的总截面面积的SMA开关金属丝，多个SMA开关金属丝协作以选择性地断开电触头或开关，将开关和致动器金属丝并联连接且将所述SMA开关金属丝与一个或多个电阻器等并联和/或串联连接。

最后，在本发明的第三方面，一种过热保护电路包括SMA致动器、可调节电路设备、和连通地联接到致动器的功率源。所述源能操作产生激活电流且将该元件暴露于电路内的激活电流。电路设备能操作选择性地改变电流。当需要控制器时，控制器连通地联接到所述源、致动器和设备，且配置成识别过热事件，且在识别到所述事件时使得所述设备改变电流。在一些情况下，过热事件可由控制器通过由SMA开关金属丝引起的信号来检测。

本发明通过参考本发明的各个特征的以下详细说明和本文包括的示例更容易理解。

附图说明

本发明的优选实施例在下文参考示例性比例的附图详细描述，在附图中：

图1是根据本发明优选实施例的过热保护系统的简图，所述过热保护系统形成电路且包括电功率源、驱动地联接到负载的形状记忆合金致动器金属丝、电气地和热联接到致动器的SMA开关金属丝、不导电体、和驱动地联接到不导电体的复位弹簧；

图1a是图1所示的系统的简图，其中，致动器而不是SMA开关金属丝被激活；

图1b是图1所示的系统的简图，其中，SMA开关金属丝也被激活，从而引起不导电体将金属丝和弹簧断开以存储能量；

图2是根据本发明优选实施例的图1所示的系统的简图，还包括将金属丝互连的多个电热导体，其中，所述导体中的一个连接到SMA开关金属丝和不导电体，且滑动地接合其余导体和致动器金属丝；

图3是根据本发明优选实施例的图1和2所示的系统的简图，其中，多个致动器金属丝并联地连接到负载，SMA开关金属丝定位在中间；

图4是根据本发明优选实施例的图1所示的系统的简图，其中，导热且不导电的横向构件还将致动器和SMA开关金属丝互连；

图5是根据本发明优选实施例的过热保护系统的简图，所述过热保护系统形成电路且包括电功率源、驱动地联接到负载的形状记忆合金致动器金属丝、电气地和热联接到致动器金属丝且驱动地联接到开关的SMA开关金属丝、和与开关金属丝相对地驱动地联接到所述开关的复位弹簧；

图5a是图5所示的系统的简图，其中，致动器金属丝已经被激活，从而移动负载；

图5b是图5a所示的系统的简图，其中，SMA开关金属丝也被激活，从而触发开关并断开电路；

图6是根据本发明优选实施例的过热保护系统的简图，所述过热保护系统形成电路且包括电功率源、驱动地联接到负载的形状记忆合金致动器金属丝、电气地和热联接到致动器金属丝且具有比致动器金属丝更大的截面面积的SMA开关金属丝、不导电体、和驱动地联接到所述不导电体的复位弹簧；

图6a是图6所示的系统的简图，其中，致动器金属丝已经被激活，从而移动负载；

图6b是图6a所示的系统的简图，其中，SMA开关金属丝也被激活，从而引起不导电体断开电路；

图7是根据本发明优选实施例的过热保护系统的简图，所述过热保护系统形成电路且包括电功率源、驱动地联接到负载的形状记忆合金致动器金属丝、电联接到致动器金属丝的SMA开关金属丝、并联连接到SMA开关金属丝的电阻器、联接到SMA开关金属丝的不导电体、和驱动地联接到所述不导电体的复位弹簧；

图8是根据本发明优选实施例的过热保护系统的简图，所述过热保护系统包括电功率源、驱动地联接到负载的形状记忆合金致动器金属丝、并联地电联接到致动器金属丝的SMA开关金属丝、串联连接到SMA开关金属丝的电阻器、机械地联接到SMA开关金属丝的电开关、和驱动地联接到所述电开关的复位弹簧；

图9是根据本发明优选实施例的过热保护系统的简图，所述过热保护系统形成电路且包括电功率源、驱动地联接到负载的形状记忆合金致动器金属丝、以及互连的第一和第二SMA开关金属丝，所述第一和第二SMA开关金属丝电气地且热联接到致动器金属丝，其中，SMA开关金属丝形成与电触头接合的可移动顶点，从而闭合电路；

图9a是图9所示的系统的简图，其中，致动器金属丝已经被激活，从而移动负载；

图9b是图9a所示的系统的简图，其中，SMA开关金属丝也被激活，从而使得顶点与触头分开且断开电路；

图10是根据本发明优选实施例的过热保护系统的简图，所述过热保护系统形成电路且包括电功率源、驱动地联接到负载的形状记忆合金致动器金属丝、以及互连的第一和第二开关金属丝，所述第一和第二开关金属丝通过电触发开关电气地且热联接到致动器金属丝，其中，开关金属丝形成与所述开关接合的可移动顶点，从而闭合电路；

图10a是图10所示的系统的简图，其中，致动器金属丝已经被激活，从而移动负载；

图10b是图10a所示的系统的简图，其中，开关金属丝也被激活，从而使得顶点触发开关且断开电路；

图11是根据本发明优选实施例的系统的部分简图，包括致动器金属丝和配置成改变传输给金属丝的电流的电路设备；

图12是根据本发明优选实施例的图11所示系统的部分简图，其中，所述设备是驱动地联接到控制器的输出引线的晶体管；

图13是根据本发明优选实施例的系统的简图，包括致动器金属丝、控制器和协作地配置成实现开关的机载检测的晶体管及电阻器设备；和

图14是根据本发明优选实施例的系统的简图，包括致动器金属丝、控制器和惠斯通电桥电路设备，其中，所述电桥包括热线。

具体实施方式

优选实施例的以下说明本质上仅仅是示例性的，且绝不旨在限制本发明、其应用或使用。如本文所述和所示，新式过热保护系统10适合用于形状记忆合金(SMA)致动器元件(例如，金属丝)12；然而，借助于易受过热的其它热或电激活活性材料或者在本领域普通技术人员可以想到的其它应用和配置中使用系统10的益处当然也在本发明的范围内。

在第一方面，系统10使用SMA开关元件(例如，金属丝)14的形状记忆效应来中断致动器元件12的激活信号。即，系统10包括未直接用于做有用机械功而是热连接到致动器(活性)金属丝12且能操作去激活致动器(活性)金属丝12的SMA开关金属丝14。如本文使用的，术语“金属丝”不以限制性涵义使用，而应当包括具有抗拉负载强度/应变能力的其它类似几何配置，例如缆线、束、编织物、绳索、条、链等。系统10的各个实施例在图1-10b中示出，在其中每个中，当致动器金属丝12过热或者被预测过热时，开关和致动器金属丝14、12的电连接选择性地中断。

在本发明的第二方面，系统10通常呈现电路16，电路16包括致动器元件12、能操作产生充分的激活信号的电功率源18、和能操作改变所述信号的至少一个电路设备20。如本文使用的那样，术语“电路设备”应当指的是在增加到电路16时自动地起作用以在达到预定致动器温度时改变电流因而改变由功率源18产生的激活信号的任何电气部件(开关金属丝14，在被焦耳加热时，呈现这样的电路设备20)。因而，应当理解的是，需要将设备20与合适的传感、控制和/或通信技术结合。例如，热熔珠(thermal bead)可用于提供现场金属丝温度。电路设备的示例在本文进一步描述且在图11-12示出，

如本文使用的，形状记忆合金(SMA)指的是一组金属材料，其在经受合适的热激励时能够恢复某些之前限定的形状或尺寸。形状记忆合金能经受相变，其中它们的屈服强度、硬度、尺寸和/或形状随温度而改变。术语“屈服强度”指的是材料展现距应力和应变比发生特定偏离时的应力。一般来说，在低温或在马氏体相时，形状记忆合金能够发生伪塑性变形，且在暴露给一定高温时将改变成奥氏体相或母相，从而回到它们变形前的形状。仅在加热时展现这种形状记忆效应的材料称为具有单向形状记忆。在再次冷却时也展现形状记忆的材料称为具有双向形状记忆性能。

形状记忆合金存在几个与温度相关的不同相。这些相中最常用到的就是前面提到的所谓马氏体相和奥氏体相。在以下的描述中，马氏体相一般指的是更易发生变形的低温相，而奥氏体相一般指的是更刚硬的高温相。当形状记忆合金处于马氏体相并被加热时，其开始改变成奥氏体相。这种现象开始发生时的温度通常称为奥氏体起始温度(A_S)，这种现象结束时的温度则称为奥氏体完成温度(A_f)。

当形状记忆合金处于奥氏体相并被冷却时，其开始改变成马氏体相，这种现象开始发生时的温度通常称为马氏体起始温度(M_S)。奥氏体完成转变成马氏体时的温度则称为马氏体完成温度(M_f)。一般来说，形状记忆合金在马氏体相较软、较容易发生变形，而在奥氏体相较硬、更刚性且更刚硬。由上可知，适合用于形状记忆合金的激活信号是具有在马氏体和奥氏体相之间引起转变的大小的热激活信号。

取决于合金成分和工艺过程，形状记忆合金可以具有单向形状记忆效应、内在的双向效应、或外在的双向形状记忆效应。退火处理的形状记忆合金一般只具有单向的形状记忆效应。对低温变形之后的形状记忆材料进行充分加热将导致马氏体向奥氏体的转变类型，而材料将恢复到初始的退火后的形状。然而，单向的形状记忆效应只能在加热时看到。包括具有单向记忆效应的形状记忆合金成分的活性材料无法自动重新成形，可能需要外部的机械力来使其重新形成形状。

内在的双向形状记忆材料和外在的双向形状记忆材料的特征在于，既可以在从马氏体相加热为奥氏体相时发生形状改变，同时也可以在从奥氏体相冷却回到马氏体相时发生附加形状改变。具有内在的形状记忆效应的活性材料是由会使活性材料由于上述提及的相变而自动重新成形的形状记忆合金成分制成。内在的双向形状记忆特性必须通过工艺过程引入形状记忆材料。这些工艺过程包括在马氏体相时的材料极限变形，在约束或载荷条件下的加热冷却处理，或者诸如激光退火、抛光或喷丸加工的表面改性。一旦材料被训练具有了双向形状记忆效应，那么这种高低温状态之间的形状变化通常是可逆的并且在经过很多个热循环后仍然能保持有效。相比而言，具有外在的双向形状记忆效应的活性材料是将具有单向效应的形状记忆合金成分与提供回复力以重新形成初始形状的另一种成分组合而成的复合物或多成分材料。

形状记忆合金被加热到某一温度时会记忆其高温形态，此温度可以通过合金成分的细微改变和通过热处理过程进行调整。例如，在镍钛形状记忆合金中，上述温度可以从高于约100℃变至低于约-100℃。形状恢复过程只在几度的范围内发生，而且根据期望应用以及合金的成分，可以将此转变过程的开始或结束控制在1或2度范围之内。在跨过形状记忆合金发生转变的温度范围内，其机械属性会发生巨大的变化，通常为系统10提供形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼容量。

合适的形状记忆合金材料包括，但并不限于，镍钛基合金、铟钛基合金、镍铝基合金、镍镓基合金、铜基合金(如铜锌合金、铜铝合金、铜金合金和铜锡合金)、金镉基合金、银镉基合金、铟镉基合金、锰铜基合金、铁铂基合金、铁钯基合金及类似物。这些合金可以是二元的、三元的或任何更高元的，只要合金成分在例如形状取向变化、阻尼容量等方面上具有形状记忆效应即可。

应当理解的是，当加热至高于SMA的马氏体-奥氏体相变温度时，SMA具有2.5倍的模量增加和高达8％(取决于预应变量)的尺寸变化(在处于马氏体相时引起的伪塑性变形的恢复)。应当理解的是，热诱导的SMA相变是单向的，这样就需要偏压力回复机构(如弹簧)来在一旦去除所施加的场时恢复SMA至初始配置。可以使用焦耳加热以使整个系统可电子控制。

回到本发明的结构配置，图1示出了过热保护系统10，所述过热保护系统10形成电路16且包括电功率源18、驱动地联接到负载22的形状记忆合金致动器金属丝12、电气地和热联接到致动器金属丝12的SMA开关金属丝14、不导电体24、和优选地设置且驱动地联接到不导电体24的复位弹簧(或其它偏压元件)26。应当理解的是，不导电体24表示可以本领域各种已知方式实施且目的在于响应于SMA开关金属丝14的动作而提供断开和闭合电路16的能力的电开关。本文所述的多个部件可以整体形成或者可变地组合，且相邻部件之间的互连使用合适的方法进行，例如粘合、焊接等。

在图1中，SMA开关金属丝14的转换温度范围优选比致动器金属丝12的转换温度范围稍微更高(例如，不大于50％，更优选25％，最优选10％)。当致动器金属丝12的温度高于其转换温度范围时，致动器金属丝12被致使收缩且移动负载22(图1a)。当开关金属丝14的温度高于其转换温度范围时，开关金属丝14收缩且引起金属丝12、14的电连接中断(图1b)；即，使得不导电体24滑动到金属丝12、14之间的位置。这终止了金属丝12、14两者的激活信号且在弹簧26中存储势能。

一旦金属丝12、14冷却低于开关金属丝14的转换温度，复位弹簧26(总体上显示为附连在开关金属丝14的端部)将它们拉回其正常(或，去激活)位置，从而重新建立电连接。替代地，应当理解的是，开关金属丝14可展现双向形状记忆效应，使得在去激活时自动恢复电连接。因而，在该配置中，电功率可以在不干扰负载22的情况下通过开关金属丝14接通且断开。

更具体地，在图1-1b中，致动器金属丝12一端连接到固定结构28且另一端连接到负载22。SMA开关金属丝14一端连接到固定结构28且另一端连接到不导电体24。复位弹簧26也锚定到固定结构28。不导电体24优选是良好的导热体。电/热导体30位于SMA金属丝12、14之间且配置成使得电和热可以在它们之间传输，且可以在电/热导体30和致动器金属丝12之间以及电/热导体30、开关金属丝14和附连到其上的不导电体24之间实现相对机械移动。

功率源18连接到金属丝12、14，配置成从电功率源18的一个端子将串联电路16馈给开关金属丝14，通过电/热导体30到致动器金属丝12，且最后通到源18的另一个端子。当金属丝12、14的温度低于其转换温度范围时，两者均处于马氏体状态，负载22不移动且复位弹簧26具有足够的力以使得开关金属丝14通过电/热导体30保持与致动器金属丝12的电连接。

当电功率供应给系统10时，金属丝12、14通过称为“焦耳加热”的过程电阻加热。当金属丝12、14的温度超过致动器金属丝12的转换温度范围时，致动器金属丝12经受从马氏体到奥氏体的相变，使之收缩并拉动负载22。在该阶段，如果开关金属丝14的转换温度高于致动器金属丝12的转换温度，那么开关金属丝14保持在马氏体状态，且电路保持接通，从而金属丝12、14继续被电阻加热。当金属丝12、14的温度超过它们的相应转换温度范围时，开关金属丝14经受从马氏体到奥氏体的相变，使之收缩并移动不导电体24以与电/热导体30接触，从而使得金属丝12、14之间的电连接中断。该动作确保金属丝12、14不会被加热到高于开关金属丝14的转换温度范围。一旦金属丝12、14冷却低于开关金属丝14的转换温度，该过程反转且恢复电连接。

应当理解的是，金属丝12、14的转换温度可以相同，但是优选的是，开关金属丝14的转换温度高于致动器金属丝12的转换温度，以确保稳固激活。在这种情况下，开关金属丝14可以将电功率源18接通和断开，而致动器金属丝12不从奥氏体状态变化，从而允许保持负载22的位置，直到功率源18永久地断开。

在图2，多个电热导体30a-c将金属丝12、14互连，从而减少借助于滑动力的SMA金属丝相互作用。更具体地，一个导体30a连接到开关金属丝14和不导电体24，第二导体30b连接到致动器金属丝12，第三导体30将第一和第二导体30a，b横向地互连。优选地，第一和第二导体30a，b在其远端连接到金属丝12、14。第一导体30a滑动地接合其余导体30b，c，且纵向配置成基于开关金属丝14的可用应变扫过横向导体30b。再次，该实施例适合于不希望金属丝12、14经受摩擦的应用。

如图3所示，应当理解的是，多个致动器金属丝12可以并联连接到负载22。例如，如图所示，每个致动器金属丝12可以连接到交叉链路32，进一步连接到负载22。在此，链路32优选限制为仅提供线性运动，从而可配置成接收在座圈或轨道(未示出)内。这减少了为所有金属丝12提供一致(即，大致同时且相等)激活的需要。当开关金属丝14热联接到每个金属丝12时，其优选定位在中间(图3)，从而获得金属丝12的总体或总温度的更真实读数。

如图4所示，还可设置至少一个导热且不导电的横向构件34，以将致动器和开关金属丝12、14互连。在此，电路16可以连接到SMA开关金属丝14的远端，且配置成旁通开关金属丝14。在该配置中，SMA开关金属丝14不被电加热；而是通过来自于致动器金属丝12的热传递加热。如先前示例，SMA开关金属丝14的激活使得电路被断开。应当理解的是，需要沿金属丝12、14纵向轮廓在金属丝12、14之间的良好热连接，以更好地提供温度一致性。

在另一个实施例中，系统10包括电气地和热联接到致动器金属丝12且驱动地联接到开关36的SMA开关金属丝14(图5-5b)。开关36包括电连接到致动器金属丝12的主构件38、以及电连接到开关金属丝14的触头40(或者，反之亦然)。复位弹簧26也驱动地联接到主构件38，但是与开关金属丝14相反地作用。如图5b示例性所示，当开关金属丝14被激活时，开关36可通过围绕轴线以第一方向枢转主构件38被致使断开。在此，弹簧26被致使存储能量。当被去激活时，弹簧26使得构件38围绕轴线以相反方向反向枢转，且再次接合触头40，从而闭合电路16。在该配置中，应当理解的是，需要较少的金属丝收缩来断开电路16。也应当理解的是，存在大量不同的开关类型且这些可以被合适地使用以实现所述效果。图5-5b所示配置是为了图示基本构思。

在本发明的另一方面，应当理解的是，金属丝12、14可以在物理属性、位置和/或配置方面不同，以便实现期望不等激活周期。例如，开关金属丝14可以与致动器金属丝12相同，但是位于较冷的环境中(例如，暴露于更大的空气流)，从而导致与致动器金属丝12相比，开关金属丝14经历更长的加热周期和更短的冷却周期。这进一步促进致动器金属丝12的稳定接通状态。

在图6-6b，开关金属丝14具有比致动器金属丝12更大的截面面积。单个开关金属丝14可具有比致动器金属丝12更大的面积；或者可以采用单个截面面积不大于但是总面积大于致动器金属丝面积的多个开关金属丝14。因而，使得开关金属丝14更慢地激活，甚至在金属丝12、14具有相同的组分和转换温度范围时也是如此。

在该配置中，开关金属丝14可热联接和电联接到致动器金属丝12，如前文所述；或者仅仅电联接到其上(图6-6b)。在后一情况下，开关金属丝14优选配置成在预测致动器金属丝12将开始过热时(包含本领域技术人员可容易确定的安全因数)激活。例如，截面面积比可以被选择以产生该结果。如前文所述，在激活时，开关金属丝14使得不导电体24断开电路16(图6b)。

在另一个实施例中，通过另外的电路设备(如，与开关金属丝14并联连接的电阻器42(图7))提供能量耗散。因而，开关金属丝14具有比致动器金属丝12更少的电流经过，因而比致动器金属丝12更慢地加热。开关金属丝14和能量耗散电阻器42协作地配置使得在预测致动器金属丝12将经历过热时(包含一定的安全因数)激活。

替代地，应当理解的是，致动器金属丝12和开关金属丝14也可以并联连接(图8)。在此，开关金属丝14必须再一次经历较慢加热速率，优选在预测致动器金属丝12将开始经历过热时完全激活。例如，为了实现较慢加热速率，开关金属丝14可以与电阻器42串联连接(图8)。该系统配置成使得在激活SMA开关金属丝14时断开电路16。

在其它实施例中，互连的第一和第二开关金属丝14a，b电联接到致动器金属丝12(图9-10b)且协作地配置成选择性地断开电路16。在图9中，金属丝14a，b被连接从而限定顶点44和远端。开关金属丝14a，b优选在远端电联接到致动器金属丝12，远端被可移动地固定从而形成两个独立支路。顶点44可移动且配置成在金属丝14a，b在处于完全去激活(或正常)状态时接合电触头46，从而进一步构成电路16。在该配置中，电路16被闭合，从而允许激活电流流经致动器金属丝12和开关金属丝14。

当开关金属丝14a，b被加热至经过其奥氏体完成温度的温度时，使得开关金属丝14a，b收缩，从而顶点44远离触头46移动(图9b)。在此，同样，开关金属丝14a，b配置成比致动器金属丝12被更晚激活，从而可具有大于致动器金属丝12所提供的转换温度或总截面面积。应当理解的是，每个开关金属丝14可具有小于致动器金属丝12的截面面积，因为仅一半电流将流经每个支路。还应当理解的是，顶点44根据由金属丝14a，b的几何形状提供的三角关系放大移动，从而比例地减少金属丝成本。虽然未示出，但是复位弹簧可以用于将顶点推回与触头46接触。

在图10-10b中，互连的第一和第二开关金属丝14a，b通过电触发开关48电联接到致动器金属丝12。更具体地，触发开关48包括可移动电柱50和卡扣式臂桥52。桥52电联接到功率源18且能操作选择性地接合常闭触头52a或常开触头52b。桥52具有双稳态机构，更具体地，在使之摆动经过中心时实现两个稳态位置之一。如所示实施例中示出，开关金属丝14a，b邻近开关48定位，使得顶点44能够在金属丝14a，b被激活时与柱50接合。接合使得柱50向内朝桥52浮动且撞击桥52，从而使得桥52摆动经过中心到断开的稳态位置(图10b)。设置复位弹簧或其它偏压机构(未示出)以在金属丝14a，b去激活时将桥52朝闭合稳态位置和柱50往回推动。

最后，在前述实施例内应当理解，开关金属丝14可用于起动致动器金属丝12。在此，功率源额定值降低，从而使得不能操作激活致动器金属丝12的较少电流在电路16中流动。开关金属丝14具有比致动器金属丝12显著更低(例如，大于25％)的转换温度范围，且金属丝12、14紧邻。更具体地，开关金属丝14具有等于目标起动温度的奥氏体完成温度。在操作中，当金属丝12、14处于冷状态时，开关金属丝14将被致使通过复位弹簧26(图1)闭合电路。当闭合时，金属丝12、14将由较少电流加热至起动温度。于是，驱动电路(未示出)能够更好地驱动致动器金属丝12。一旦被加热，开关金属丝14将激活，从而使得不导电体24中断到致动器金属丝12的电流。只要环境和/或金属丝温度保持在或高于起动温度，电路16将保持断开。

如图11-12示例性所示，应当理解的是，其它电路设备20可用于补充开关金属丝14。即，本发明还包括电路16，电路16包括形状记忆合金致动器金属丝12和用于控制(即，改变和/或接通/断开)通过致动器金属丝12馈给的电流的至少一个电路设备20。例如，使用用于本文的电路设备20包括热激活的电路设备20，例如，电激活或热激活以断开电路16的串联可重置熔丝(图11)。熔丝还可以包括构成电路的第二形状记忆合金元件，且具有比致动器金属丝范围更大的第二转换温度范围。

设备20也可以具有负载激活装置，例如与致动器金属丝12串联连接且能操作在加载时改变电阻的压阻元件或膜。压阻设备20用于在负载高时减少激活电流，继而减少SMA致动器12的温度并减少负载(图11)。

电路设备20的附加示例包括：电激活或热激活以改变包括致动器金属丝12的串联电路的电阻的可变电阻器或电位计(图11)；选择性引入的电阻器；能与致动器金属丝12串联连接且选择性地影响以停止激活电流的电感器；能与金属丝12串联连接且选择性地影响以停止激活电流的电容器；电路中的调节到元件的电流的晶体管(图12)。

更具体地，可变线性/旋转电位计可以与致动器金属丝12串联连接，其中，滑块或旋钮通过致动器的运动移动。电位计优选具有电阻曲线，使得在开始时(或正常状态)不具有任何电阻负载，但是在致动器金属丝12接近其转换温度范围终点时具有足以停止致动器12温度增加的电阻负载且保持在该电阻负载，直到电流切断。由此，防止过热。

在图12中，晶体管20插入到控制器54的模拟输出引线54a中，控制器54被程序配置成改变晶体管20的输入信号。晶体管可以用作放大器或开关。优选控制器54通信地联接到源18、致动器金属丝12和设备20，且配置成识别过热事件，并在识别该事件时使得设备20改变电流。

此外，如图13所示，应当理解的是，晶体管和电阻器设备20a，b可结合以实现对开关的机载检测和反应。在此，在控制器54命令晶体管20a将电流经过SMA致动器12之后，其开始监测通过监测引线54b的电压电平。每当晶体管20a被触发断开时，监测引线54b将检测到从低到高的电压滑移。控制器54使用该信息来降低命令引线54c且因而切断到致动器12的电流。

最后，在另一个结合设备20中，应当理解的是，惠斯通电桥20c可用于提供温度补偿，其中，一个臂基本上由热线(图14)56构成。即，加热且比SMA致动金属丝12更快地达到均衡的1mm长度传感器金属丝可用作惠斯通电桥20c的一个元件。热线(即，传感金属丝)56用作可变电阻器，针对具体温度设定其名义定时。偏离名义温度将导致致动器12经受转换所需热量变化。即，在名义温度下，传感金属丝56将在名义时间内从初始温度加热至传感温度；在达到传感温度时，传感金属丝56电阻将平衡惠斯通电桥20c。传感金属丝56优选由钨制成，从而其电阻随着温度增加而增加。

当致动器12要被激活时，控制器54将在具体时间内用恒定电压或电流给电桥20c施加脉冲，所述时间足以使热线56达到均衡。在脉冲结束时，控制器54将测量跨过电桥20c的偏差电压，且使用其来调节加热致动器12的功率。如果偏差电压为零，那么致动器12将使用正常电流/电压曲线来加热。如果检测到非空值，例如在环境温度低于名义温度或者由于风引起明显的热损失时的情况下，致动器12可以用较高的功率曲线加热。如果在相反方向产生电流的偏差，例如在环境温度高于名义温度时的情况下，那么较低的功率曲线可用于实现一致的激活。

在另一模式中，电桥偏差可以通过控制器54连续监测，直到达到均衡。从电桥偏差获得的最终偏差幅度和/或其它信息(例如，斜率)可以用于调节用于加热SMA金属丝12的功率，以用于一致的性能。在SMA金属丝12所处的环境条件快速变化的情况下，电桥偏差可以被连续监测且获得的信号可以用于实时调节致动器12的功率。在又一个实施例中，由控制器54控制的电压或电流斜变可用于加热电桥20c，直到其平衡。使用平衡花费的时间(和其它信息，如斜变的幅度和斜率)，可以辨别环境条件，从而SMA可以一致地驱动。应当理解的是，在热线56的冷却周期期间，可以获得环境条件且独立地或与其它信息(例如，在加热期间获得的信息)一起使用，以证实或确认所述条件。

该书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，且也使得本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求限定，且可以包括本领域技术人员可以想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的文字语言并无不同的结构元件或者如果它们包括与权利要求的文字语言并无实质差别的等价结构元件，那么它们旨在处于权利要求的范围内。

同样，如本文使用的，措词“第一”、“第二”等并不表示任何顺序或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件进行区分，措词“该”、“一”并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用项。涉及相同数量的给定部件或测量值的所有范围包括端点且可以独立地组合。

Claims (21)

1.一种适合用于致动器的过热保护系统，所述致动器包括至少一个形状记忆合金元件，所述至少一个形状记忆合金元件被联接到源从而从所述源选择性地接收激活信号，其中，所述致动器元件具有第一配置，从而在第一周期内由所述源激活，且驱动地联接到负载，所述系统包括：

至少一个形状记忆合金开关元件，所述至少一个形状记忆合金开关元件选择性地联接到所述源和/或致动器元件，且具有第二配置，从而在第二周期内由所述源和/或致动器元件激活，第二周期大于第一周期，

所述致动器元件、源和开关元件协作地配置成使得所述开关元件能操作在所述开关元件被激活时防止由致动器元件接收信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器元件具有第一转换温度范围，所述开关元件热联接到所述致动器元件，从而由所述致动器元件激活，且具有第二转换温度范围，第二转换温度范围大于第一转换温度范围。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述元件和源构成电路，所述源能操作使所述元件暴露于电流，从而电阻地产生热激活信号，所述开关元件能操作在被激活时断开所述电路。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述开关元件驱动地联接到电绝缘体，且配置成在所述开关元件被激活时使得绝缘体位于所述元件之间。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述元件通过多个电热导体互连，所述导体中的至少一个将所述绝缘体和开关元件互连。

6.根据权利要求3所述的系统，其中，复位弹簧驱动地联接到开关元件，且能操作在所述开关元件被去激活时闭合电路。

7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述致动器包括多个形状记忆合金元件，且开关元件相对于致动器元件定位在中间。

8.根据权利要求3所述的系统，其中，所述元件还由至少一个导热且不导电的横向构件连接。

9.根据权利要求3所述的系统，其中，开关元件连通地联接到组成电路的开关，且配置成在被激活时断开开关。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器元件具有第一截面面积，所述至少一个开关元件具有大于第一截面面积的总截面面积。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，多个开关元件协作地具有所述总面积。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，第一和第二开关元件在一端枢转地互连，且在相对端枢转地连接到固定结构，从而限定可移动顶点，所述顶点在所述开关元件被去激活时与电触头接合，且在所述开关元件被激活时与触头分开，从而断开电路。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述触头包括触发开关，所述顶点在被去激活时与开关分开，且在被激活时与开关接合，从而断开电路。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器元件具有第一预应力，所述至少一个开关元件具有大于第一预应力的第二预应力。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述元件和源构成电路，所述至少一个开关元件并联连接到电阻器。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述元件和源构成电路，所述元件并联连接，所述至少一个开关元件而不是致动器元件串联连接到电阻器。

17.一种适合用于致动器的过热保护电路，所述致动器包括构成电路的至少一个形状记忆合金元件，所述电路包括：

功率源，所述功率源连通地联接到所述元件且能操作在电路内产生激活电流且将该元件暴露于激活电流；

可调节电路设备，能操作选择性地改变电流；和

控制器，所述控制器连通地联接到所述源、致动器和设备，且配置成识别过热事件，且在识别到所述事件时使得所述设备改变电流。

18.根据权利要求17所述的电路，其中，所述设备选自主要由以下部件构成的组：形状记忆合金开关元件；串联可重置熔丝；可变电阻器；电位计；能与所述元件串联连接且选择性地引入以停止激活电流的电阻器；能与所述元件串联连接且选择性地影响以停止激活电流的电感器；与所述元件串联连接的压阻元件，所述压阻元件能操作在加载时改变电阻；能与所述元件串联连接且选择性地影响以停止激活电流的电容器；电路中的调节到元件的电流的晶体管；以及包括热线的惠斯通电桥。

19.根据权利要求18所述的电路，其中，所述致动器元件具有第一转换温度范围，所述熔丝还包括构成电路的第二形状记忆合金元件，所述第二形状记忆合金元件具有大于第一转换温度范围的第二转换温度范围，且热联接到所述至少一个致动器元件。

20.根据权利要求18所述的电路，其中，所述设备是电桥，且步骤b)还包括选自主要由以下步骤构成的组的至少一个步骤：

通过热线发送脉冲，测量跨过电桥的偏差，且基于偏差改变激活电流；

连续地监测电桥偏差，且基于偏差改变电流；以及

将受控电压或电流斜变应用于电桥，直到电桥平衡，从而确定平衡周期，基于平衡周期确定环境条件，且基于环境条件改变电流。

21.一种适合用于致动器的起动系统，所述致动器包括至少一个形状记忆合金元件，所述至少一个形状记忆合金元件被联接到源从而从所述源选择性地接收起动信号且通过所述源致使实现起动温度，所述系统包括：

至少一个形状记忆合金开关元件，所述至少一个形状记忆合金开关元件选择性地联接到所述源，且还能操作从所述源接收起动信号；

所述开关元件热联接到所述致动器元件，具有等于起动温度的奥氏体完成温度，从而由所述信号激活；

所述致动器元件、源和开关元件协作地配置成使得所述开关元件能操作在所述开关元件被激活时防止由致动器元件接收信号。

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