CN102848885A - 具有双端力倍增的形状记忆合金促动器 - Google Patents

Abstract

一种组件包括第一构件和从第一构件间隔开的第二构件，第一构件和第二构件可相对于彼此运动。形状记忆合金促动器联接第二构件至第一构件。形状记忆合金促动器包括第一端部和第二端部，其都被附连至第一构件，形状记忆合金促动器绕引导装置包围以使形状记忆合金促动器的路径改向。使得第一端部和第二端部附连至第二构件将形状记忆合金促动器收缩时施加至第二构件的拉力加倍。

Description

具有双端力倍增的形状记忆合金促动器

技术领域

本发明一般涉及一种组件，其具有形状记忆合金促动器，用于相对于第一构件移动第二构件。

背景技术

形状记忆合金元件被并入各种组件中，以作为促动器以相对于第二构件移动第一构件。形状记忆合金促动器通常包括连接至第一构件和第二构件的线。形状记忆合金促动器响应促动信号而收缩，该信号例如为电信号，由此导致第一构件和/或第二构件朝向另一个移动。

发明内容

提供一种组件。该组件包括第一构件和第二构件。第二构件被从第一构件间隔开且被跨轴线与第一构件相对布置。第二构件可相对于第一构件移动。组件还包括形状记忆合金促动器。形状记忆合金促动器包括第一端部和第二端部。形状记忆合金促动器的第一端部和第二端部每一个都被联接至第二构件。形状记忆合金促动器在一位置被联接至第一构件，所述位置沿形状记忆合金促动器位于形状记忆合金促动器的第一端部和第二端部之间。形状记忆合金促动器响应促动信号从初始形状收缩，以将第二构件朝向第一构件移动，且在促动信号消除时返回至初始形状，以允许第二构件从第一构件移动离开。

还提供一种用于车辆的门组件。门组件包括框架。密封模块与框架间隔开且跨轴线与框件相对地布置。密封模块可相对于框架移动。门组件还包括形状记忆合金促动器。形状记忆合金促动器包括第一端部和第二端部。形状记忆合金促动器的第一端部和第二端部每一个都被联接至框架。形状记忆合金促动器被在一位置被联接至密封模块，所述位置沿形状记忆合金促动器位于形状记忆合金促动器的第一端部和第二端部之间。形状记忆合金促动器至少部分地绕引导装置包围，从而引导装置使形状记忆合金促动器的路径改向，以限定包括形状记忆合金促动器的第一端部的第一段和包括形状记忆合金促动器的第二端部的第二段。第一联动件将形状记忆合金促动器的第一端部和框件互连，第二联动件将形状记忆合金促动器的第二端部和框架互连。形状记忆合金促动器响应促动信号从初始形状收缩以将密封模块朝向框架移动，且在促动信号消除时返回至初始形状以允许密封模块从框架移动离开。复位装置将框架和密封模块互连，且被构造为将密封模块从框架偏压离开。

因此，忽略摩擦力，施加至第二构件（例如密封模块）的力被加倍，这是因为形状记忆合金元件的第一端部和第二端部都被附连至第二构件，形状记忆合金促动器绕引导装置包围。因此，当形状记忆合金促动器收缩时，由此导致形状记忆合金装置内的拉力，该拉力通过形状记忆合金促动器的第一端部和第二端部而被施加至第二构件，由此使得施加的力加倍。

当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。

附图说明

图1是组件的示意图，示出了可移动地相对于第二构件连接第一构件的形状记忆合金促动器；

图2是组件的替换实施例的示意图。

具体实施方式

本领域技术人员将认识到，术语例如“上”、“下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等是就附图的描述，且不在由所附权利要求限定的本发明的范围上具有限制性。

参考图1，其中相同的标号指示相同的部件，组件一般以20示出。组件20包括第一构件22和第二构件24。组件20可包括但不限于用于车辆的门组件。如果组件20包括门组件，则第一构件22可包括门组件20的框架或基体，且第二构件24可包括可缩回密封模块，用于在门组件的框架和车辆的车身之间密封。

第二构件24包括引导装置26、28。优选地，引导装置26、28包括可旋转地附连至第二构件24的圆柱形滚子。但是，引导装置26、28可替换地包括任意形状和/或构造，其能使形状记忆合金促动器36改向（如下更详细所述），且可固定地附连至第二构件24。如所示，引导装置26、28包括布置在第二构件24上的第一位置30处的第一引导装置26，和布置在第二构件24上的第二位置32处的第二引导装置28。但是，引导装置26、28可包括任意数量的装置。如所示，第一位置30和第二位置32被沿轴线34彼此间隔开，且被从轴线34等距地横向间隔开。但是应认识到，第一位置30和第二位置32和由此第一引导装置26和第二引导装置28可被相对于轴线34以这里未示出或未描述的其他取向定位。

第二构件24被从第一构件22横向间隔开且跨轴线34与第一构件22相对布置。如所示和所述，第二构件24可相对于第一构件22移动。但是，应认识到，第一构件22和第二构件24之间的相对运动可被颠倒，从而第一构件22相对于第二构件24可移动。

如上所述，组件20包括形状记忆合金促动器36。形状记忆合金促动器36可包括但不限于柔性线或带，其能提供高拉力，但是不能提供太大的拉力。形状记忆合金促动器36被连接至第一构件22和第二构件22，其方式是，该促动器被配置为将形状记忆合金促动器36在其收缩过程中产生的拉力加倍。

形状记忆合金促动器36包括且由形状记忆合金制造。适当的形状记忆合金可具有单向形状记忆效应、固有双向效应、或非固有双向形状记忆效应，这依赖于合金成分和处理历史。发生在形状记忆合金中的两个相通常被称为马氏体和奥氏体相。马氏体相是形状记忆合金的较软且易于变形的相，其通常存在于低温下。奥氏体相——形状记忆合金的较强相——发生在更高的温度下。由具有单向形状记忆效应的形状记忆合金成分形成的形状记忆合金材料不自动重新成形（reform），且依赖于形状记忆材料设计，其可能需要外部机械力来重新成形先前呈现的形状方位。呈现固有形状记忆效应的形状记忆材料由自身自动重新成形的形状记忆合金成分制造。

形状记忆合金记起其被加热时的高温形态的温度可通过稍微改变合金的成分和通过热处理而被调整。在镍-钛形状记忆合金中，例如，其可被从高于约100℃至低于约-100℃改变。形状回复过程发生在仅几度的温度范围内，且转变的开始或结束可被控制至一度或两度内，这依赖于期望的应用和合金成分。形状记忆合金的机械性能在跨它们的转变的温度范围内非常大地变化，通常给形状记忆材料提供形状记忆效应以及高阻尼能力。形状记忆合金的固有高阻尼能力可被用于进一步增加能量吸收性能。

合适的形状记忆合金材料包括但不限于镍-钛合金、铟-钛基合金、镍-铝基合金、镍-镓基合金、铜基合金（例如铜-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-铂基合金、铁-钯基合金等。形状记忆合金材料可为二元、三元、或任意更高阶，只要合金成分呈现形状记忆效应，例如改变形状取向、阻尼能力等。例如，镍-钛基合金是从Shape Memory Applications,Inc可商业获得，其商标为NITINOL。

形状记忆合金促动器36包括第一端部38和第二端部40。形状记忆合金促动器36的第一端部38和第二端部40每一个被联接至第一构件22，即形状记忆合金促动器36的第一端部38被联接至第一构件22且形状记忆合金促动器36的第二端部40也被联接至第一构件22。

形状记忆合金促动器36在沿形状记忆合金促动器36的、位于形状记忆合金促动器36的第一端部38和第二端部40之间的一位置处被联接至第二构件24。形状记忆合金促动器36被联接，其方式是不固定至第二构件24，在缆线壳体54内自由移动，如下详述。如所述，形状记忆合金促动器36被连接至第二构件24的位置包括第一位置30和第二位置32，如上所述。更具体地，第一引导装置26和第二引导装置28将形状记忆合金促动器36联接至第二构件24。形状记忆合金促动器36至少部分地绕引导装置26、28包围。更具体地，形状记忆合金促动器36至少部分地绕第一引导装置26和第二引导装置28包围。

引导装置26、28被配置为使柔性形状记忆合金促动器36的路径改向。引导装置26、28使形状记忆合金促动器36改向，以限定相对于轴线34横向地延伸的第一段42和第二段44。第一段42包括形状记忆合金促动器36的第一端部38，第二段44包括形状记忆合金促动器36的第二端部40。因此，应认识到，引导装置26、28使形状记忆合金促动器36的路径改向，以允许形状记忆合金促动器36的第一端部38和第二端部40被联接至第一构件22。如所示，第一引导装置26和第二引导装置28被间隔开，以限定形状记忆合金促动器36的布置在第一引导装置26和第二引导装置28之间的第三段46。虽然引导装置26、28被示出为包括第一引导装置26和第二引导装置28，由此允许第一段42和第二段44沿轴线34彼此间隔开，且同时地将形状记忆合金促动器36的第一段42和第二段44垂直地跨轴线34引向第一构件22，但是应认识到，引导装置26、28仅需要单个引导装置26、29以使形状记忆合金促动器36的路径改向。

如上所述，引导装置26、28优选地包括可旋转地附连至第二构件24的圆柱形滚子。引导装置26、28限定一半径48，其具有足够的大小来防止形状记忆合金促动器36中出现打结和/或尖锐弯折。半径48的大小依赖于形状记忆合金促动器36的直径和/或厚度。但是，应认识到，引导装置26、28可不提供旋转轴线且可替换地由低摩擦材料构造，所述低摩擦材料通过允许形状记忆合金促动器在低摩擦材料上跨该材料滑动而使形状记忆合金促动器36中的拉力改向。

形状记忆合金促动器36的第一端部38与第一位置30间隔开第一距离50。形状记忆合金促动器36的第二端部40与第二位置30间隔开第二距离52。优选地，第一距离50等于第二距离52。但是，应认识到，第一距离50可不同于第二距离52。

组件20还可包括缆线壳体54。缆线壳体54被固定至第二构件24，位于第一引导装置26和第二引导装置28之间。缆线壳体54限定穿过其的纵向通道56。形状记忆合金促动器36被至少部分地布置在缆线壳体54的纵向通道56内且相对于其可移动，缆线壳体54沿形状记忆合金促动器36的第三段46对形状记忆合金促动器36提供保护。应认识到，如果形状记忆合金促动器36被定位的方式是第一引导装置26和第二引导装置28之间的路径是直线的话，则缆线壳体54可以不是必须的。而且，应认识到，缆线壳体54提供引导装置26、28的配置，其可不沿线性轴线定位。缆线壳体54的端部可以或可以不固定至第二构件24。

形状记忆合金促动器36响应促动信号而从初始形状收缩。形状记忆合金促动器36收缩以将第二构件24朝向第一构件22移动，如箭头70所指。当促动信号消除后，形状记忆合金促动器36返回至初始形状，由此运动第二构件24移动离开第一构件22。

组件20还包括第一联动件58和第二联动件60。第一联动件58将形状记忆合金促动器36的第一端部38和第一构件22互连。第二联动件60将形状记忆合金促动器36的第二端部40和第一构件22互连。由形状记忆合金促动器36的收缩导致的线性运动使第一联动件58和第二联动件60运动，以使第二构件24朝向第一构件22运动。第一联动件58和第二联动件60可每个都包括但不限于四杆联动件（图1中示出）、钟形曲柄联动件（图2中示出）或凸轮和随动件联动件中的一种。应认识到，如果第一端部38和第二端部40被直接连接至第一构件22，则不需要联动件。

第一联动件58和第二联动件60可被构造为放大或增加形状记忆合金促动器36的线性运动。例如，如果形状记忆合金促动器36收缩时形状记忆合金促动器36的第一端部38和/或第二端部40移动距离X，则联动件可被构造为将第二构件24移动4X（所述距离的四倍）。替换地，形状记忆合金促动器36的第一端部38和第二端部40可被直接附连至第一构件22。应认识到，第一联动件58和第二联动件60可被构造为放大或增加由形状记忆合金促动器36施加的力。第一联动件58和第二联动件60的几何结构可被不同地构造，以实现和/或位移放大的组合。

促动信号可包括任意适当类型的信号，且依赖于形状记忆合金促动器36。例如，促动信号可包括但不限于热信号、磁信号、电信号、气压信号、机械信号和包括至少一个前述信号的组合，具体促动信号依赖于促动材料的材料和/或构造。例如，热信号或电信号可被施加以改变形状记忆合金促动器36的性质。如所示，形状记忆合金促动器36通过控制线64而被电联接至控制开关62。闭合控制开关62将通过控制线64发送电流或信号至形状记忆合金促动器36，导致形状记忆合金促动器36从形状记忆合金促动器36的初始形状收缩。打开控制开关62将停止电流或信号，由此允许形状记忆合金促动器36返回至初始形状。

组件20还包括复位装置66、68。复位装置66、68互连第一构件22与第二构件24。复位装置66、68被构造为将第二构件24偏压离开第一构件22，如箭头72所指。复位装置66、68可包括但不限于布置在第一构件22和第二构件24之间的膨胀弹簧或其他类似装置。如所示，复位装置66、68包括布置在形状记忆合金促动器36的第一端部38附近的第一复位装置66，和布置在形状记忆合金促动器36的第二端部40附近的第二复位装置68。应认识到，由第一复位装置66和第二复位装置68施加的复位力可通过不同的方式完成且可被施加在单一点处，或可以是沿第一构件22和第二构件24之间的界面的长度分布的力，其用于分开组件20。尽管在图中示出为弹簧，该了可由任意装置施加，例如但不限于气动装置、重力、变形聚合物装置等。

在操作中，为了将第二构件24朝向第一构件22移动，控制开关62被闭合以给形状记忆合金促动器36提供促动信号，即电流，由此导致形状记忆合金促动器36收缩。在形状记忆合金促动器36收缩时，形状记忆合金促动器36的第一端部38和第二端部40被朝向第二构件24拉动。由于形状记忆合金促动器36的第一端部38和第二端部40都被连接至第一构件22，形状记忆合金促动器36的第一端部38和第二端部40都拉动或施加拉力至第一构件22。当与第一端部38和第二端部40中的一个被附连至第一构件22且第一端部39和第二端部40中的另一个被附连至第二构件24的结构相比，这提供了双倍的拉力或拉动力。由于形状记忆合金促动器36的第一端部38和第二端部40都被联接至第一构件22，形状记忆合金促动器的第一端部38和第二端部40移动的线性距离分别与形状记忆合金促动器36的第一段42的长度、第二段44的长度和第三段46的长度成比例。第一段42、第二段44和第三段46的更长长度将提供形状记忆合金促动器36的第一端部38和第二端部40的更大线性运动。而且，第一段42、第二段44和第三段46之间的不同长度将提供形状记忆合金促动器36的第一端部38和第二端部40之间的不同线性运动。为了向回移动第二构件24，控制开关62被打开，由此允许形状记忆合金促动器36返回至其初始形状，由此复位装置66、68偏压第二构件24离开第一构件22。

虽然用于执行本发明的最佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种组件，包括

第一构件；

第二构件，其与第一构件间隔开且跨轴线与第一构件相对布置，其中第二构件能相对于第一构件移动；和

形状记忆合金促动器，其具有第一端部和第二端部，其中形状记忆合金促动器的第一端部和第二端部的每个都被联接至第一构件，且在形状记忆合金促动器的第一端部和第二端部之间沿形状记忆合金促动器布置的一位置处形状记忆合金促动器被连接至第二构件；

其中形状记忆合金促动器响应促动信号从初始形状收缩，以将第二构件朝向第一构件移动，且在促动信号消除时返回至初始形状，以允许第二构件从第一构件移动离开。

2.如权利要求1所述的组件，其中第二构件包括引导装置，该引导装置被构造为使形状记忆合金促动器的路径改向。

3.如权利要求2所述的组件，其中引导装置使形状记忆合金促动器改向，以限定相对于所述轴线横向延伸的第一段和第二段。

4.如权利要求3所述的组件，其中形状记忆合金促动器至少部分地绕引导装置包围，其中引导装置限定一半径，该半径具有足以防止形状记忆合金打结的大小。

5.如权利要求4所述的组件，其中形状记忆合金促动器被连接至第二构件的位置包括第一位置和沿所述轴线与第一位置间隔开的第二位置。

6.如权利要求5所述的组件，其中引导装置包括布置在第一位置处的第一引导装置和布置在第二位置处的第二引导装置，其中第一引导装置和第二引导装置被间隔开，以限定布置在第一引导装置和第二引导装置之间的形状记忆合金促动器的第三段。

7.如权利要求5所述的组件，其中形状记忆合金促动器的第一端部与第一位置间隔开第一距离，且其中形状记忆合金促动器的第二端部与第二位置间隔开第二距离。

8.如权利要求1所述的组件，还包括第一联动件和第二联动件，第一联动件将形状记忆合金促动器的第一端部和第一构件互连，第二联动件将形状记忆合金促动器的第二端部和第一构件互连。

9.如权利要求8所述的组件，其中形状记忆合金促动器的线性运动使第一联动件和第二联动件运动，以使第二构件朝向第一构件运动，其中第一联动件和第二联动件放大形状记忆合金促动器的线性运动。

10.如权利要求1所述的组件，还包括复位装置，其将第一构件和第二构件互连且被构造为将第二构件偏压离开第一构件。

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