CN102269142B

CN102269142B - 活性材料致动器

Info

Publication number: CN102269142B
Application number: CN201110147334.8A
Authority: CN
Inventors: N.D.曼凯姆; P.B.乌索罗; A.L.布朗; R.J.斯库尔基斯; N.L.约翰森; X.高
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2031-06-02
Also published as: DE102011102597A1; US20100236236A1; CN102269142A; US8567188B2

Abstract

本发明涉及使用散热器加速活性材料致动器中的冷却。具体地，一种致动器包括热激活的活性材料元件诸如至少一根形状记忆合金线，和散热器，该散热器被构造成操作地接合所述元件并且在激活之后加速冷却，以改进带宽。

Description

活性材料致动器

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：

分立的驱动元件，其连通地连接到并且专用于所述散热器，并且被构造成使所述散热器自主地接合所述致动器元件。

7.如方案6所述的致动器，其特征在于，所述驱动元件包括活性材料辅助元件，其能够操作以在被暴露到激活信号或者与热激活信号被遮蔽以分别被激活或者被去激活时经历基础性质的第二可逆变化。

8.如方案7所述的致动器，其特征在于，所述辅助元件是热激活的，并且所述散热器被构造成同时接合所述致动器和所述辅助元件，以加速从两者的热传递。

9.如方案7所述的致动器，其特征在于，所述辅助元件是热激活的，并且所述致动器和所述辅助元件协作地构造并相对地定位成使得所述致动器元件被动地激活所述辅助元件。

10.如方案7所述的致动器，其特征在于，所述散热器固定地附接到枢转臂，并且所述第二变化能够操作以使得所述臂朝着所述致动器元件枢转。

11.如方案7所述的致动器，其特征在于，所述辅助元件和致动器元件两者包括至少一根形状记忆合金线，并且所述线协作地构造成使得在激活所述辅助线之前完全激活所述致动器线。

12.如方案11所述的致动器，其特征在于，所述致动器元件呈现第一总横截面面积，并且所述辅助元件呈现比所述第一总横截面面积更大的第二总横截面面积。

13.如方案11所述的致动器，其特征在于，所述致动器元件呈现第一转变温度，并且所述辅助元件呈现比所述第一转变温度更高的第二转变温度。

14.如方案11所述的致动器，其特征在于，所述至少一根致动器线和辅助线串联地连接，以由共同的电流激活。

15.如方案1所述的致动器，其特征在于，所述散热器包括选自于主要由铜、铜合金、铝和铝合金组成的组的材料。

16.如方案1所述的致动器，其特征在于，所述元件限定第一长度和第一宽度，并且所述散热器呈现比所述第一宽度更大的第二宽度和不少于所述第一长度的25％的第二长度。

17.如方案1所述的致动器，其特征在于，所述元件和散热器限定一接合的接触面积，所述元件包括至少一根形状记忆线，并且所述散热器限定被构造成增加所述接合的接触面积的至少一个凹槽或沟槽。

18.如方案17所述的致动器，其特征在于，所述元件包括多根线，所述散热器限定多个凹槽或沟槽，并且所述凹槽或沟槽还被构造成间隔开所述线。

19.如方案18所述的致动器，其特征在于，所述线被定向成限定复数排，所述散热器包括复数组能够堆叠的配合部件，并且每组被构造成支撑一排，以在堆叠时间隔开相邻的排。

20.如方案1所述的致动器，其特征在于，所述散热器限定暴露到环境条件的表面面积，并且呈现被构造成增加所述表面面积的至少一个散热片。

21.如方案1所述的致动器，其特征在于，所述散热器限定至少一个流体开口。

22.如方案3所述的致动器，其特征在于，其还包括齿条和小齿轮传动装置，其连接在所述散热器和所述所述元件之间，并且由所述变化驱动。

附图说明

下面参考示例性比例的附图详细描述本发明的（多个）优选实施方式，其中：

图1a是根据本发明的优选实施方式的活性材料致动器的剖面图，该活性材料致动器包括复数根形状记忆合金线和包括第一和第二配合部件并且限定多个供所述线布置在其内的凹槽和散热片的散热器；

图1b是根据本发明的优选实施方式的图1a中所示的倒置部件的剖面图，其中省略了凹槽并且多根线被保持在由散热片限定的沟槽内并在该沟槽内间隔开；

图1c是根据本发明的优选实施方式的形成排的多根线和包括复数组可堆叠配合部件的散热器的剖面图，其中每组支撑一排；

图2是根据本发明优选实施方式的多根线和限定一水平散热片的散热器的剖面图；

图3a是根据本发明的优选实施方式的示出在去激活/脱离（虚线型）和激活/接合状态中的线致动器和散热器的正视图，其包括由端帽互连的第一和第二向内弓形弯曲的、相对的和柔性的结构；

图3b是根据本发明的优选实施方式的在图3a中所示的致动器和散热器的正视图，还包括连接到所述结构并且被构造成增加散热器的表面面积的第一和第二相对的传热块/冷却垫；

图4a是根据本发明的优选实施方式的、在正常构造中示出的包括驱动地连接到线和传热块的弹簧偏压的枢转臂的散热器和线的正视图，其中致动线被去激活；

图4b是图4a中所示的致动线和散热器的正视图，其中线正在开始转变和致动，已经使枢转臂枢转，并且已经使散热器接合线；

图4c是图4a、b中所示的线和散热器的正视图，其中线已经完成了转变和致动；

图4d是图4a-c中所示的枢转臂和线的部分剖面图，进一步示出了连接在臂和线中间的套环；

图5是根据本发明的优选实施方式的致动线、限定多个冷却剂沟槽的散热器、以及包括齿条和小齿轮传动装置和配重的驱动机构的正视图；

图6是根据本发明的优选实施方式的驱动地连接到辅助线和弹簧偏压的枢转臂的散热器和致动线的正视图，其中致动器和辅助线串联地连接；

图7a是根据本发明的优选实施方式的驱动地连接到辅助线和弹簧偏压的枢转臂的散热器和致动线的正视图，其中致动器和辅助线并联地连接；

图7b是根据本发明的优选实施方式的在图7a中所示的致动线和散热器的正视图，其中致动器和辅助线已经被相继激活；和

图8是根据本发明的优选实施方式的致动器和散热器的正视图，还包括相对的传热块/冷却垫。

具体实施方式

大体上，本发明涉及新型致动器10，该致动器10包括热激活的活性材料元件12，诸如至少一个形状记忆合金（SMA）线，和与所述元件12操作地相接触的散热器14（图1a-7b）。致动器10呈现由包括加热、激活、冷却和去激活周期的循环所限定出的带宽。永久地和选择性地接合的散热器构造是本发明所构思的。散热器14是可操作的以减少冷却周期，并且，更具体地，呈现这样的热传导率，即，当比较热传递速率时，由于线12和周围环境空间之间的对流，所述热传导率呈现加速的冷却。更优选地，散热器14是可操作的以加速冷却速率至少25％，并且最优选为至少100％，与其它方式的环境速率或没有散热器接合的速率相比。

尽管这里具体参考SMA描述，但是通过包括其它热激活的活性材料诸如形状记忆聚合物（SMP）的致动器使用本公开的益处在本发明的范围之内。下面对优选实施方式的更详细的描述在本质上仅仅是示例性的并且决不旨在限定本发明、其应用或使用。如这里所使用，术语“线”是非限制性的，并且应当包括在与本发明的几何形状限制相容的程度上的呈现拉伸载荷强度/应变性能的其它类似几何形状构造，诸如缆、束、编织物、绳、带、链和其它元件。

如同这里所使用的那样，形状记忆合金（SMA）通常指展示出在经受合适的热刺激时返回到一些先前限定的形状或大小的能力的一组金属材料。形状记忆合金能经历相变，在所述相变内它们的屈服强度、硬度、尺寸和/或形状作为温度的函数来改变。术语“屈服强度”指材料展示出距应力和应变的比例特定偏离时的应力。通常，在低温时，或者马氏体相时，形状记忆合金能伪塑性变形并且当暴露到一些更高的温度时将转变成奥氏体相，或者母相，返回到它们的变形之前的形状。

形状记忆合金以几种不同的温度依赖的相存在。这些相中最常用的是上面所讨论的所谓马氏体相和奥氏体相。在下面的讨论中，马氏体相通常指更可变形的、更低温度的相，而奥氏体相通常指更坚硬的、更高温度的相。当形状记忆合金处于马氏体相并且被加热时，它开始变成奥氏体相。这种现象开始时的温度通常被称作奥氏体开始温度(A_s)。这个现象完成时的温度被称作奥氏体结束温度（A_f）。

当形状记忆合金处于奥氏体相并且被冷却时，它开始变成马氏体相，并且这种现象开始时的温度被称作马氏体开始温度（M_s）。奥氏体转变成马氏体结束时的温度被称作马氏体结束温度（M_f）。通常，形状记忆合金在处于它们的马氏体相时是更软的和更易于变形的并且在处于它们的奥氏体相时是更硬的、更坚硬的和/或更刚性的。鉴于前面的描述，与形状记忆合金一起使用的合适的激活信号是具有引起在马氏体相和奥氏体相之间转变的幅值的热激活信号。

取决于合金的成分和处理历史，形状记忆合金能展示出单向形状记忆效应、固有双向效应、或非固有双向形状记忆效应。退火的形状记忆合金典型地仅仅展示出单向形状记忆效应。形状记忆材料的低温变形之后的充分加热将引起马氏体到奥氏体类型的转变，并且材料将恢复到原始的、退火的形状。因此，仅仅在加热时能观察到单向形状记忆效应。包括展示出单向记忆效应的形状记忆合金成分的活性材料不自动地重新形成，并且将可能需要外部的机械力来重新形成所述形状。

固有和非固有双向形状记忆材料的特征在于当加热时从马氏体相到奥氏体相的形状转变以及当冷却时从奥氏体相返回到马氏体相的额外的形状转变。展示出固有形状记忆效应的活性材料由由于上面所提及的相变而将使得活性材料自动地重新形成自身的形状记忆合金成分制成。必须通过处理来引起形状记忆材料中的固有双向形状记忆特性。这种方法包括当处于马氏体相时材料的极端变形，约束或载荷下的加热-冷却，或者表面修改诸如激光退火、抛光、或者喷丸。一旦材料被训练成展示出双向形状记忆效应，低温和高温状态之间的形状变化通常是可逆的并且持续多次热循环。相反，展示出非固有双向形状记忆效应的活性材料是由展示出单向效应的形状记忆合金成分与提供恢复力以重新形成原始形状的另一种元素组合而成的复合物或者多成分材料。

在受热时形状记忆合金获得其高温形式时的温度可通过合金成分的轻微变化和通过热处理来调节。在镍-钛形状记忆合金中，例如，其可从高于大约100℃到低于大约-100℃变化。取决于所期望的应用和合金成分，形状恢复过程在仅仅几度的范围内发生，并且转变的开始或结束能被控制到一度或两度之内。形状记忆合金的机械性能在横跨其转变的温度范围上非常大地变化，典型地提供具有形状记忆效应、超弹性效应，和高阻尼能力的系统。

合适的形状记忆合金材料包括，没有限制，镍-钛基合金、铟-钛基合金、镍-铝基合金、镍-镓基合金、铜基合金（举例来说，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，以及类似材料。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状记忆效应，举例来说，形状方位中的变化、阻尼能力以及类似效应。

在典型的使用中，当受热高于它们的马氏体到奥氏体的相变温度时SMA展示出2.5倍的模量增加以及直到8％（取决于预应变的量）的尺寸变化（在处于马氏体相时引起的伪塑性变形的恢复）。

返回到图1a-7b，由于线12的收缩，致动器10可操作以执行有用的机械功。例如，如同在图4a-7b中所示的那样，致动器10可以驱动地连接到载荷16。致动线12典型地连接到可操作以将激活信号传送到其的源18，但是也可以是被动地激活的。例如，在焦耳加热用来通过线12的电阻产生热信号的地方，源18可以是电源18（图6），诸如车辆的充电系统。应当认识到，控制器（未示出）可以在中间地和连通地连接到电源18和线12并且被构造成控制线12的致动和/或在选择地接合时在散热器14和线12之间的接合时机。

在图1a-2中，示出了优选的散热器14的复数个横截面构造。在图1a中，散热器14操作地接合多根线12，以限定接合的接触面积。更优选地，在元件（举例来说，（多根）线12）限定长度和宽度的地方，散热器14限定比元件宽度更大的接触宽度和不少于元件长度的25％、更优选地不少于元件长度的50％并且最优选地不少于元件长度的75％的接触长度，以限定接合的接触面积。

所示的散热器14呈现实心长方形主本体20、源于本体20的多个六“散热片”（或者如所示的薄的、大体上竖直的、长方形的部分）22，以及由本体20限定的与散热片22相反的多个凹槽24（图1a）。散热器14由能够抵挡到预期量的热能的暴露并且提供热传递速率的所意在增加的材料形成。也就是说，散热器材料呈现比周围空间的通常传递速率例如0.024W/mK（空气的传导率）明显更大的热传导率（也就是，热传递系数）。例如，散热器14可以由铜（举例来说，铜合金）、或铝（举例来说，铝合金）制成，其分别呈现大约400和250W/mK的热传导率。散热器14的表面的至少一部分可被抛光、划痕或者以其它方式处理以促进热传递。

凹槽24呈现由比通过处于激活状态的（多根）线12所限定的半径或宽度稍微（举例来说，优选为2到5％）更大的半径或宽度所限定的凹结构，使得当布置在其内时，增加接合的接触面积，并且更优选地，使得线12贯穿凹槽24的表面面积大体上接触散热器14。在优选实施方式中，进一步增加由凹槽24限定的半径并且致动器10进一步包括介于散热器14和线12之间的热脂或其它传热界面26。优选的界面26用作在大量循环期间不经历无法承受的退化的情况下促进滑动和能够传热。

替换地，会认识到，图1a的散热器14可以倒置，并且线12布置在由散热片22限定的沟槽28内（图1b）。这里，专用引导件可在各沟槽28中通过散热器14限定，如在图1b的第一沟槽28a中所示，以增加接合的接触表面面积以及结构稳定性；也可以提供热脂或界面26，如同在图1b的第二沟槽28b中所示的那样；或者可以使得散热器14直接搁置在线12上，如同在剩余沟槽28中所示的那样。这样，在本发明的第一方面中，散热器14可以进一步呈现间隔开线12的间隔器与散热片（spacer-cum-fin）以分离它们的热点（plume）并且加速单个线的冷却。

如同在图1a、c中所示的那样，优选的散热器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协作地起作用以通过分别接触（多根）线12的上半部分和下半部分来增加接合的接触面积。在图1a-c中，例如，散热器14包括具有散热片22等的第二相同本体20。在线12限定复数排（或其它构造）的地方，散热器14可以由接合各排或者以其它方式适应所述构造的复数组配合部件14a、b构成。在图1c中，例如，散热片22已经被从本体20去除，以有助于复数组和排的堆叠。如同在图1a、c中所示的那样，紧固件（举例来说，螺栓）30可以用来相连和固定地安装邻近线12的配合部件14a、b，以实现散热器14和线12之间的永久接合。

在这种构造中，配合凹槽24限定供线12保持在其内的内沟槽或空间。在去激活条件时，优选的线12理想地沿着由每根线12和凹槽24的圆形横截面所限定的切线最小地接触散热器14（图1a、c）。在激活期间由散热器14引起的任何热损失都是可忽略不计的，因为会认识到SMA致动是非常绝热的。当被激活时，线12径向地膨胀，以填充空间并且充分地增加线12和散热器14之间的接合的接触面积。这样，由于接合的增加的接触面积和散热器14所提供的增加的热传递速率，每根线12能以加速的速率传递热能量。这样，尽管永久地接合在一起，但会认识到，由于激活之前的最小的接触，最小的传热将发生；但是，一旦激活了线12，增加的传热将发生。

如图2中所示，散热器14可以呈现包裹线12的同一本体。例如，散热器14可以围绕线12来模制，或者，在包括箔等的情况下，围绕线12缠绕至少一次。也如同在图2中所示的那样，单个散热片22可被水平地定向以增加到流体流的暴露和由于对流所致的热传递。在这点上，将会认识到，散热器14可以被暴露到进一步增加冷却速率的特定流体流（未示出）。例如，可以使得（多个）散热片22接合将热吸离该（多个）散热片22的表面并且继而线12的冷却剂或高压空气流；或者如图5所示，多个冷却剂开口23可由主本体20限定并且流体地连接到冷却剂源（未示出）。在本发明的另一方面中，将会认识到，散热器14可以用来加速加热，例如，通过使受热的流体运行通过开口23并且在加热或激活之前或期间引起选择性的接合（来加速加热）。

更优选地，新型致动器10构造成使得散热器14和线12自主地和选择性地接合，并且为此，进一步包括驱动机构32。驱动机构32驱动地连接到散热器14并且是可操作的以引起它的到与线12相接触的点的移位。机构32优选地构造成在不将过多的应力载荷施加到线12的情况下引起这种接触。图3a-7b示出了选择性地接合散热器14的示例性实施方式。

在图3a中，驱动机构32由致动线12本身驱动，并且包括由合适的材料形成的第一和第二弓形结构34。结构34和线12大体上并行地延伸并且通过端帽36互连。如所示，结构34朝着线12向内弓形弯曲，是柔性的并且被构造成：当线12被激活时从默认的正常构造弯曲到更弓形的构造（在图3a中用连续线示出），其中在默认的正常构造中，它们与去激活的线12脱离（在图3a中用虚线示出）。结构34和线12协作地构造成使得：在更弓形的构造中，结构34切向地接触线12并且然后优选地继续弓形弯曲以增加接合的接触面积并且大体上吸收接触之后所赋予的任何进一步的致动力。会认识到，当使它们进一步弓形弯曲时结构34产生朝向正常构造的增加的偏压，当线12去激活时偏压力起到将散热器14返回到正常构造的作用，和在去激活条件中偏压力在线12内产生预应变，其改进致动器10对后继激活的反应。

如在图3b中所示，传热块（也就是，冷却垫）38可以沿着它们的纵向中线附加到结构34，并且被构造成接合在激活条件中的线12以进一步增加散热器14的传热速率和表面面积。优选的垫38限定纵向凹槽（未示出），如前所讨论，其增加接合的接触面积。而且，结构34优选地被构造成在接触之后进一步弓形弯曲以吸收任何残留的致动力。

在图4a-d中，示出了自致动的实施方式，其中驱动机构32包括枢转臂40。枢转臂40在一端附近枢转地连接到固定结构，以限定枢转轴线p，并且驱动地连接到致动线12。枢转臂40限定主部分42和延伸部分44，如所示。延伸部分44相对于线长度和接合的所意在长度从主部分42的远端或自由端延伸一预定距离。在延伸部分44的端部处，连接部分46朝着散热器14扩张。优选的连接部分46和散热器14协作形成万向接头48以有助于散热器14和线12之间的均匀接合，而不论臂40的角度。

如所示，线12在枢转轴线上的点处，并且更具体地在取决于线12中可得到的可恢复应变和臂40所需的摆动的点处，连接到臂40。更优选地，套环50（图4d）互连线12和臂40的主部分42。套环50呈现相对的球接头52，所述相对的球接头52接收在由臂40限定的狭槽54内。球接头52和狭槽54使臂40能将线12的线性运动转变成转动运动。将会认识到，狭槽的长度与臂40所需要的摆动程度相关。在套环50固定地接合到线12的情况下，优选为在转变和激活的结尾处进行散热器14和线12之间的接触，使得通过散热器14的不适当的应力不施加到线12。

在图4a-d中，机构32被构造成在激活开始时与线12形成接触之前最小地摆动，以使包装最小化。因此，所示的狭槽54呈现最小的长度（图4a，d）。在这种构造中，套环50摩擦地接合线12，并且优选为包括内部地布置的固体润滑剂56，以在散热器14和线12之间的初始接触之后使滑动能够发生并且进一步起作用以由线12执行（图4c）。因此，固体润滑剂56和线12之间的必需的摩擦力小于致动力，但是大于朝着散热器14枢转臂40所需要的力。更优选地，润滑剂56可以由额外的活性材料形成，从而可操作的以选择性地修改它的施加在线12上的夹紧力和/或剪力。

一旦完成了冷却，可以在这种构造中使用双向形状记忆以将臂40朝着正常方位驱动返回。这里，将会认识到，摩擦力还大于在相反方向上枢转臂40和抬升散热器14所需的力。替换地，偏压力可以例如通过与枢转轴线同轴地对准的扭簧（未示出）或者驱动地连接到臂40并且被构造成将臂40朝向正常方位驱动返回的拉伸弹簧58（图4a-7b）来呈现。会认识到，在后一种构造中，摩擦力大于所需要的力矩和偏压的和。

替换地，代替或额外于在套环50和线12之间的摩擦接合，会认识到，连接部分46可以呈现抵抗坍陷的构造。例如，连接部分46可以呈现伸缩（圆）筒，其具有同轴地收纳在其内的压缩弹簧（未示出）。这里，部分46的硬度构造成使得在预定的不期望的应力载荷传递到线12之前部分46坍陷。

在图5中，呈现了另一自致动的实施方式，其中驱动机构32包括齿条和小齿轮构造，其可操作以将线12的水平线性动作转变成散热器14的垂直移动。更具体地，在所示的实施方式中，水平齿条60在它的自由远端处或附近通过肘部62固定地连接到线12，以使移动最大化。第一垂直齿条64固定地连接到散热器14；并且第二垂直齿条66固定地连接到配重68。各齿条60、64、66驱动地连接到小齿轮70，其中垂直齿条64、66相对地啮合小齿轮70。

齿条60、64、66和小齿轮70协作地构造成使得：当线12被激活时，使水平齿条60平移，使小齿轮70顺时针转动，使第一垂直齿条64向下，使散热器14接合线12，并且同时使配重68上升。以在被去激活时使线12经历的应力载荷最小化，配重68和散热器14协作地构造成呈现可忽略不计的正差异，其中差异等于配重68减去散热器14的重量的载荷。将会认识到，该可忽略不计的正差异导致在被去激活时线12中的预应变和散热器14的正常的向上（也就是，脱离）位置；并且线12产生的致动力必需仅仅克服可忽略不计的差异，因此能使更多的力用来做功。相反，在散热器14起作用地布置在线12下面（额外于或代替所示的传动装置）的情况下，将会认识到，传动装置可被镜像地布置（mirror）并且呈现可忽略不计的负差异，以在线12被去激活时导致散热器14的正常的向下位置。

在其它实施方式中，驱动机构32包括专用于散热器移动的分立驱动元件72。在图6中，例如，驱动元件72包括至少一个辅助形状记忆合金线，其驱动地连接到枢转臂40，如前面相对于图4a-d所述。因此，这里将不重复通过辅助线72引起的臂40的操纵的详细描述。然而，将会认识到，对于臂40的改变，诸如加长延伸部分44，可能是必需的。最后，使用更常规的驱动元件72诸如马达和螺线管或者其它类型的活性材料致动器诸如电活性聚合物腱来驱动散热器14当然在本发明的范围之内。

辅助线72可以被包裹和构造成与致动线12串联地（图6）或并联（图7a，b）地或者以它们的组合来动作。在串联连接的情况下，致动器线12和辅助线72可以是共同电路的部分，使得相同的电流和电源18用来激活它们两者（图6）。在任一构造中，优选为在已经激活了致动线12之后激活辅助线72，使得散热器14不损害致动。例如，在串联连接的情况下，辅助线72可以由呈现比致动线12的相变温度更高的相变温度的形状记忆合金制成，呈现比致动线12的直径更大的直径，或者进一步并联连接到额外的线或电阻器（未示出）。

在图7a、b中，辅助线72连接到枢转臂40并且呈现相对于致动线12的并联构造。而且，在致动辅助线72以及接合线12和散热器14之前完全激活致动线12是优选的。为此，将会认识到，传感技术或致动电流的电阻分析可以用来探测全部致动，并且仅仅在探测之后触发辅助线72的激活。替换地，致动线12和辅助线72可以协作地构造成使得辅助线72由从致动线12所产生的热被动地激活。最后，在任一实施方式中，将会认识到，散热器14可以被构造成接合致动线12和辅助线72两者以加速从它们两者的传热，以及用于后继应用的整个致动器10的可用性。

本书面描述使用例子来披露本发明，包括最好的模型，并且也使本领域技术人员能制造和使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员能想到的其它例子。如果这些其他例子具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质区别的等同结构元件，那么这些其它例子旨在在权利要求的范围之内。

而且，如这里所使用，术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序或重要性，而是用来区分一个元件与另一个元件，并且术语“一”等不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的物体。涉及相同数量的给定部件或度量的所有范围都是包含端点的和可独立地组合的。

Claims

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：

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，和基于环境冷却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冷却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冷却周期更短的第二冷却周期；

其中，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。

2.如权利要求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.如权利要求1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。

4.如权利要求3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。

5.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，其还包括：

6.如权利要求5所述的致动器，其特征在于，所述驱动元件包括活性材料辅助元件，其能够操作以在被暴露到激活信号或者与热激活信号被遮蔽以分别被激活或者被去激活时经历基础性质的第二可逆变化。

7.如权利要求6所述的致动器，其特征在于，所述辅助元件是热激活的，并且所述散热器被构造成同时接合所述致动器和所述辅助元件，以加速从两者的热传递。

8.如权利要求6所述的致动器，其特征在于，所述辅助元件是热激活的，并且所述致动器和所述辅助元件协作地构造并相对地定位成使得所述致动器元件被动地激活所述辅助元件。

9.如权利要求6所述的致动器，其特征在于，所述散热器固定地附接到枢转臂，并且所述第二可逆变化能够操作以使得所述臂朝着所述致动器元件枢转。

10.如权利要求6所述的致动器，其特征在于，所述辅助元件和致动器元件每个包括至少一根形状记忆合金线，并且所述辅助元件的所述至少一根形状记忆合金线和所述致动器元件的所述至少一根形状记忆合金线协作地构造成使得在激活所述辅助元件的所述至少一根形状记忆合金线之前完全激活所述致动器元件的所述至少一根形状记忆合金线。

11.如权利要求10所述的致动器，其特征在于，所述致动器元件呈现第一总横截面面积，并且所述辅助元件呈现比所述第一总横截面面积更大的第二总横截面面积。

12.如权利要求10所述的致动器，其特征在于，所述致动器元件呈现第一转变温度，并且所述辅助元件呈现比所述第一转变温度更高的第二转变温度。

13.如权利要求10所述的致动器，其特征在于，所述致动器元件的所述至少一根形状记忆合金线和所述辅助元件的所述至少一根形状记忆合金线串联地连接，以由共同的电流激活。

14.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述散热器包括选自于主要由铜、铜合金、铝和铝合金组成的组的材料。

15.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述元件限定第一长度和第一宽度，并且所述散热器呈现比所述第一宽度更大的第二宽度和不少于所述第一长度的25％的第二长度。

16.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述元件和散热器限定一接合的接触面积，所述元件包括至少一根形状记忆线，并且所述散热器限定被构造成增加所述接合的接触面积的至少一个凹槽或沟槽。

17.如权利要求16所述的致动器，其特征在于，所述元件包括多根线，所述散热器限定多个凹槽或沟槽，并且所述凹槽或沟槽还被构造成间隔开所述线。

18.如权利要求17所述的致动器，其特征在于，所述线被定向成限定复数排，所述散热器包括复数组能够堆叠的配合部件，并且每组被构造成支撑一排，以在堆叠时间隔开相邻的排。

19.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述散热器限定暴露到环境条件的表面面积，并且呈现被构造成增加所述表面面积的至少一个散热片。

20.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述散热器限定至少一个流体开口。

21.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，其还包括齿条和小齿轮传动装置，其连接在所述散热器和所述元件之间，并且由所述变化驱动。