CN103874872B - 记忆合金致动的设备以及其制作及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有由记忆合金致动元件致动的多稳态元件的致动器设备。在一个实施例中，多稳态致动器包括双稳态(双态)隔膜元件，所述隔膜元件经调适以经由一个以上记忆合金细丝响应于热激活而对所述隔膜施加的力在两种稳定配置之间交替。所述双稳态隔膜元件耦合到驻留于阀配件的干部分上的磁性致动器元件，而由所述磁性致动器元件致动的柱塞驻留于阀配件的湿部分上。本发明还揭示用于制作及使用所述双稳态致动器设备的方法。

Description

记忆合金致动的设备以及其制作及使用方法
优先权及相关申请案
本申请案主张2010年12月15日提出申请的标题相同的第12/969,143号美国专利申请案的优先权，所述专利申请案以全文引用的方式并入本文中。
本申请案还与2009年8月11日提出申请且标题为“多稳态致动设备以及其制作及使用方法(Multi-Stable Actuation Apparatus and Methods for Making and Usingthe Same)”的第12/539,521号共同拥有的美国专利申请案相关，所述专利申请案主张2008年8月14日提出申请的标题相同的第61/189,148号美国临时专利申请案的优先权，所述专利申请案中的每一者均以全文引用的方式并入本文中。本申请案还与2009年2月4日提出申请且标题为“记忆合金致动的设备以及其制作及使用方法(Memory Alloy-ActuatedApparatus and Methods for Making and Using the Same)”的第61/206,883号共同拥有的美国临时专利申请案相关，所述专利申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。
版权
本专利文件的揭示内容的一部分含有经受版权保护的材料。就像专利与商标局专利文件或记录中显现的那样，版权所有者不反对任何人对本专利文件或专利揭示内容进行拓制，但另外无论如何将保留所有版权。
技术领域
本发明大体来说涉及传感器、致动器及开关的领域，且更具体来说，在一个示范性方面中涉及一种用于由形状记忆合金(SMA)材料致动的致动器或传感器设备的经改进设计或其制造及使用方法。
背景技术
致动器组合件在包含例如废水处理厂、发电厂、制造厂及精炼厂、灌溉系统的此些常见应用的多种工业中以及在例如常见家用电器(如洗碗机或洗衣机)的某些消费型装置及应用中是众所周知的。一种用于致动器诱发的移动的常见现有技术设备是螺线管。螺线管是将能量(例如，电流、流体压力等)转换成线性致动的装置。机电螺线管通常包括缠绕在磁芯上的导电绕组。所述绕组在使电流通过其时产生磁场，借此诱发所述磁芯移动。导阀杆或其它此种母设备耦合到磁体，借此致动母装置。还存在其它类型的“螺线管”，例如气动或甚至液压螺线管。螺线管的一个示范性应用是经由螺线管的集成使用来致动阀。这些应用包含从大型高压系统到较小家庭或车辆系统(例如，包含自动抽水马桶)的任何应用。
现有技术中存在螺线管致动器的众多实例。举例来说，伯杰(Berger)等人的于2008年3月25日提出申请且标题为“螺线管阀(SOLENOID VALVE)”的第7,347,221号美国专利揭示一种包括两个阀及具有控制两个阀的仅一个磁化芯的单个螺线管致动器的阀组合件。对应磁性电路包括具有仅两个极片的轭。所述阀彼此同心地布置。外阀的阀关闭元件借助于套筒连接到电枢。如此形成的杯状物接纳连接到内阀的阀关闭元件的电枢。所述极片与电枢形成传输气隙，所述套筒延伸穿过所述传输气隙。在所述电枢之间形成耦合气隙。所述电枢与极片形成工作气隙。所述阀被共同地打开且能够在使线圈变为无电流时彼此独立地关闭。
关于机电螺线管(特别是在例如前述自动抽水马桶的小型或便携式消费型应用中使用的那些机电螺线管)的常见限制是通常经由一系列蓄电池产生致动电流的事实。此些蓄电池通常布置成串联配置，借此在维持穿过每一电池的共用电流的同时增加每一者的电压。这些螺线管致动器通常具有相当大的功率要求且通常尤其由于与跨越螺线管线圈的电流的施加相关联的内电阻而为低效的。
此外，现有技术螺线管致动器的可靠性取决于前述“串联”电源中的蓄电池中的每一者递送恒定电力；如果所述蓄电池中的任一者失效，那么螺线管致动器无法发挥作用，因为电流路径断裂(即，“无效”电池将不传导)。
除螺线管以外，致动器还可耦合到所谓的多稳性机构以便辅助例如阀的致动器组合件应用。多稳性指代物体以多种(例如，两种或两种以上)稳定状态存在的能力。使物体维持于双稳态物体的两种稳定状态中的任一者中需要甚少或不需要能量。然而，使物体在两种给定稳定状态之间切换需要激活能量。
已针对现有技术中的各种功能(包含阀)利用双稳态机构。贝拉多(Beraldo)的2005年11月1日颁布且标题为“特别用于控制水到洗衣机的供应的双稳态类型的螺线管阀装置(Solenoid valve device of the bistable type，particularly for controllingthe supply of water to a washing machine)”的第6,959,904号美国专利揭示包括以下各项的装置：双稳态类型的螺线管阀，其是借助于操作绕组控制的；控制电路，其经耦合以用于对电力供应源的操作且能够向所述螺线管阀的操作绕组供应第一及第二电流脉冲以分别打开及关闭所述螺线管阀；及检测与操作装置，其与所述螺线管阀相关联，能够检测所述螺线管阀的预定危险操作条件且在此情况中致使所述阀自动重新关闭以切断流体的流动。
毕尔(Biehl)等人的2008年2月19日颁发且标题为“具有紧凑致动机构的阀(Valvewith compact actuating mechanism)”的第7,331,563号美国专利揭示具有以下各项的阀：底座主体，其具有通路开口；可移动阀部件，其用于关闭及打开所述通路开口；及致动机构，其用于使所述阀部件移动以便打开所述通路开口。所述致动机构具有由形状记忆合金制成的至少两个元件，所述至少两个元件紧固到底座主体或连接到所述底座主体的承载主体且可在温度上升到高于阈值温度的情况下交替地缩短且以如下方式连接到阀部件：当一个元件在一侧上缩短时阀部件可从通路开口上的位置移动到在通路开口旁边的位置中且当另一元件在一侧上缩短时可移动回到通路开口上的位置中。
形状记忆合金
类似地，将形状记忆合金(SMA)用于包含装置致动的各种目的也是众所周知的。SMA通常包括能够“记住”或大致再呈现先前几何形状或物理状态的金属。举例来说，在其变形之后，其可独自地在例如加热期间大致恢复其原始几何形状(即，“单向效应”)或在较高周围温度下、简单地说在卸载期间大致恢复其原始几何形状(所谓的“伪弹性”)。形状记忆合金的一些实例包含镍-钛(“NiTi”或“Nitinol”)合金及铜-锌-铝合金。
SMA通常特别适用于多种机械系统中。举例来说，达里奥(Dario)等人的2005年1月11日颁布且标题为“具有形状记忆合金致动器的比例阀(Proportional valve with shapememory alloy actuator)”的第6,840,257号美国专利揭示用于控制从中流动的流体的出口压力的比例阀。所述阀包括具有用于流体的入口及出口的阀体。所述阀还具有内室，在所述内室内形成有阀座，所述阀座可通过可从所述阀座移动及朝向所述阀座移动的闸板而可变地打开及关闭。闸板的移动由反作用于弹性部件而操作的形状记忆合金(SMA)致动部件控制，流体的温度低于形状记忆合金的转变温度。致动部件及弹性部件相对于阀座在相对侧处连接到主体阀。还提供电力控制电路，其用于使电流循环穿过致动部件以便通过焦耳效应将所述致动部件从低于转变温度的温度加热到高于转变温度的温度。在阀体中形成有至少一个排放孔，其用于将所述室的在阀座上游的一部分置成与外部或收集网络流体连通。所述致动部件装纳于对应于流体的入口的所述室部分中，借此确保围绕致动部件的连续流体流动以加速冷却过程。用于电力控制电路的闭环控制电路依据由流体压力感测构件产生的压力信号且以使得抵消在致动部件的加热期间由流体产生的迟滞效应的方式控制循环的电流。
斯科特(Scott)的2005年1月18日颁布且标题为“记忆丝致动的控制阀(Memorywire actuated control valve)”的第6,843,465号美国专利揭示记忆丝致动的控制阀，其包括操作地耦合到流体控制阀的记忆丝致动器。所述记忆丝致动器包含具有内部腔的壳体，所述内部腔包封电平台组合件、激活丝及转移机构。所述激活丝由形状记忆合金形成。所述激活丝电连接到所述电平台且机械耦合到所述转移机构。通过以下操作来激活致动器：使电流传导穿过激活丝，从而致使所述丝收缩，借此致动转移机构。所述转移机构可操作以耦合到流体控制阀使得致动及去致动转移机构打开及关闭阀。
毕尔等人的2006年6月6日颁布且标题为“具有紧凑致动机构的阀(Valve withcompact actuating mechanism)”的第7,055,793号美国专利揭示具有底座主体的阀，所述底座主体具有通路开口、用于关闭及打开所述通路开口的可移动阀部件及用于使所述阀部件移动以便打开所述通路开口的致动机构。所述致动机构具有由形状记忆合金制成的至少两个元件，所述至少两个元件紧固到底座主体或连接到所述底座主体的承载主体且可在温度上升到高于阈值温度的情况下交替地缩短且以如下方式连接到阀部件：当一个元件在一侧上缩短时阀部件可从通路开口上的位置移动到在通路开口旁边的位置中且当另一元件在一侧上缩短时可移动回到通路开口上的位置中。
艾贝哈特(Eberhardt)等人的2005年1月13日颁布且标题为“多向阀(Multiwayvalve)”的第20050005980号美国专利公开案揭示含有壳体的多向阀，所述壳体具有数个入口及出口以及一室。提供数个座，且每一座分别与一个入口或一个出口相关联。提供可在所述座之间移动的关闭元件，且以由形态记忆合金制成的元件的形式提供至少一个致动器，当发生加热时，所述形态记忆合金能够使所述关闭元件从所述座中的一者位移。弹簧元件将所述关闭元件压靠在其啮合的每一相应座上。
尽管现有技术中存在前述多种多样的致动方法及配置，但仍存在对如下经改进致动器设备的未满足的需要：(i)利用比典型的“串联”蓄电池布置更可靠的电源，(ii)减少操作的总体功率要求，(iii)减少由致动器起始的线性移动所必需的功率，及(iv)减少内电阻及欧姆功率损耗。理想地，此些经改进致动器设备还将解决对所谓的“绿色”技术的未满足的推动，所述技术使得能够利用其它绿色技术(例如太阳能电力)且通过最小化或消除含有例如铅、汞及镉等有毒金属的蓄电池的处置而减少沉放在垃圾堆中的危险废料的量。
在另一方面中，需要一种经改进热传感器装置，其减少操作(及传感器的线性移动)的总体功率要求且提供其致动的视觉或其它指示。
发明内容
本发明通过提供经改进双稳态致动器设备以及用于制作及使用双稳态致动器的方法来满足前述需要。
在本发明的第一方面中，揭示示范性致动器设备。在一个实施例中，所述致动器包括：隔膜元件，其包括多种稳定配置；隔膜偏置元件，其耦合到所述隔膜元件的至少一部分；及至少一个合金细丝，其耦合到所述隔膜偏置元件且包括第一及第二状态。所述设备进一步经调适以在向至少一个合金施加能量之后即刻致使细丝采取改变形状(例如，收缩)，借此致使隔膜元件从稳定配置中的第一配置切换为稳定配置中的第二配置。
在第二实施例中，所述致动器包括：多稳态元件，其包括至少两种大致稳定配置；轴组合件，其经配置以在所述多稳态元件将状态从所述至少两种配置中的第一配置改变为第二配置时位移；记忆合金细丝，其经调适以在被致动时对所述多稳态元件施加力，所述力致使所述多稳态元件将状态从所述第一配置改变为所述第二配置；及分隔元件，其将所述轴组合件与柱塞物理分离，所述柱塞经调适以致动可移动元件。
在一个变化形式中，所述分隔元件将所述致动器的干侧与所述致动器的湿侧分离，所述柱塞安置于所述湿侧上，且所述可移动元件包括隔膜。
在另一变化形式中，所述轴组合件包括磁性元件，当使所述磁性元件移动时，所述磁性元件诱发关于所述柱塞的移动。所述柱塞包括柱塞组合件，所述柱塞组合件进一步包括大致顺应性元件及铁磁元件。
在另一变化形式中，所述磁性元件包括环形磁体，且所述轴组合件进一步包括保持所述环形磁体的环形保持器元件。
在另一变化形式中，所述致动器进一步包括壳体组合件，所述壳体组合件包括彼此配合的两个大致相同壳体元件。所述大致相同壳体元件中的每一者以面对面定向且相对于彼此成偏移角度地安置。
在另一变化形式中，所述偏移角度至少大致近似一百八十度(180°)的偏移。所述大致相同壳体元件进一步经由多个端子销固持在一起。
在又一变化形式中，所述致动器进一步包括多个端子销，所述销的至少一部分与所述记忆合金细丝机械耦合。所述记忆合金细丝包括通过装配于所述端子销中的至少一者上来促进组装的环形元件，且所述轴组合件包括准许在不需要使所述记忆合金细丝穿过孔口的情况下接纳所述细丝的狭槽。
在另一变化形式中，所述记忆合金细丝经配置以通过向其施加电流来致动。
在致动器的另一实施例中，所述设备包括：湿侧部分，所述湿侧部分包括柱塞元件；及干侧部分，所述干侧部分包括：双稳态元件，其包括两种大致稳定配置；轴组合件，其在所述双稳态元件将状态从第一配置改变为第二配置时位移；及记忆合金细丝，其耦合到所述双稳态元件，当致动所述细丝时，所述细丝致使所述双稳态元件改变状态。
在一个变化形式中，所述轴组合件在不与所述柱塞元件物理接触的情况下致动所述柱塞元件。所述轴组合件包括磁性元件，当使所述磁性元件移动时，所述磁性元件诱发关于所述柱塞的移动。
在另一变化形式中，所述磁性元件包括环形磁体，且所述轴组合件进一步包括保持所述环形磁体的保持器元件。所述保持器元件耦合到轴元件，所述轴元件又耦合到所述双稳态元件。所述双稳态元件安置于壳体组合件内，所述壳体组合件经调适以便对所述双稳态元件施加箍应力。
在致动器的另一实施例中，所述设备包括：致动器轴组合件，其耦合到记忆合金细丝；阀配件，其经调适以调节从中流过的流体；及柱塞，其与流过所述阀配件的所述流体连通。所述致动器轴组合件经由对所述记忆合金细丝的至少一部分进行加热而致动所述柱塞，所述致动器轴组合件不与流过所述阀配件的所述流体连通。
在本发明的第二方面中，揭示制造前述致动器设备的方法。
在本发明的第三方面中，揭示使用前述致动器设备的方法。在一个示范性实施例中，此包含使用前述致动器设备作为导阀(即，用以控制较大阀或母阀)的方法。
在本发明的第四方面中，揭示一种双稳态组合件。在一个实施例中，所述双稳态组合件包括机械双稳态件，所述机械双稳态件具有一中心轴及两个相对SMA细丝，所述SMA细丝在轴的相对侧上起作用以便将双稳态件从一种稳定状态改变为另一稳定状态。所述细丝经调适以利用电流来激活；当激励一个(经拉伸)细丝时，将双稳态件拉动成第二稳定状态，此接着拉伸另一细丝，借此对其进行准备以用于激励及双稳态件回到其原始状态的状态改变。
在本发明的第五方面中，揭示与前述致动器设备相关联的商业方法。在一个示范性实施例中，所述商业方法包括将双稳态SMA致动器设备作为替换部件来出售，借此减少现存的阀设施中的能量使用。
在本发明的第六方面中，揭示一种更节能的致动器。在一个实施例中，所述致动器包括由并联布置的蓄电池电源操作的SMA细丝。结合SMA细丝使用此并联布置提供高度节能的致动器，其使用比对应现有技术螺线管布置少数倍的功率。此布置也比现有技术串联电池布置更可靠，因为一个(或一个以上)电池故障将不会阻止致动器操作。
在第七方面中，揭示一种更具成本效益且生态友好的(“绿色”)蓄电池供电式致动器。在一个实施例中，所述致动器利用甚至在一个或一个以上出故障的蓄电池的情况下也将操作的并联蓄电池布置。尤其在结合上文所提及的节能致动器使用时，此并联布置在相同的时间周期期间需要较少的蓄电池替换，借此减少操作成本且产生较少的破坏生态的废料。
在本发明的第八方面中，揭示一种记忆合金致动的装置。在一个实施例中，所述装置包括：隔膜元件，其包括两种大致稳定配置；轴，其经调适以在所述隔膜元件将状态从第一配置改变为第二配置时位移；及记忆合金细丝，其经调适以对所述隔膜施加力，所述力致使所述隔膜元件将状态从所述第一配置改变为所述第二配置。致使隔膜将状态从所述第二配置改变为所述第一配置需要所述轴的机械重新加负荷。在一个变化形式中，所述细丝经调适以在所述隔膜将状态从所述第一配置改变为所述第二配置时被置于拉伸或松弛状态。
在本发明的第九方面中，揭示一种热传感器/指示器。在一个实施例中，所述热传感器/指示器包括机械双稳态元件，所述机械双稳态元件具有中心轴及温度敏感细丝，所述温度敏感细丝在所述轴上起作用以便将双稳态件从第一稳定状态改变为第二稳定状态。当热传感器/指示器的环境达到预定温度时，激活所述温度敏感细丝。在一个变化形式中，所述预定温度的确定至少部分地基于细丝的一个或一个以上性质，尤其包含细丝的厚度、构成细丝的股数、细丝的长度及与对环境(例如，温度)改变做出响应相关联的等待时间。
附图说明
依据结合图式进行的下文所阐述的详细描述，本发明的特征、目标及优点将变得更显而易见，图式中：
图1图解说明根据本发明的原理制造的示范性致动器组合件的透视图。
图1A是图1的致动器组合件的沿着线A-A截取的横截面图。
图1B是图1的致动器组合件的俯视图。
图1C图解说明图1的致动器组合件的沿着图1B的线B-B截取的横截面图。
图2图解说明根据本发明的原理制造的第二示范性致动器组合件的正视图。
图3在移除顶部盖的情况下图解说明图1的示范性致动器组合件的透视图。
图3A到3J图解说明根据本发明的原理制造的各种示范性双稳态隔膜形状的俯视立面图。
图4图解说明根据本发明的原理制造的第三示范性致动器组合件的侧视透视图。
图4A图解说明图4的示范性致动器组合件的沿着线4A-4A截取的横截面图。
图4B图解说明图4A的示范性致动器组合件的沿着线4B-4B截取的横截面图。
图5A图解说明具有串联放置以操作螺线管的四(4)个蓄电池的现有技术蓄电池电力设备。
图5B图解说明根据本发明的原理制造的包括并联放置的四个蓄电池的蓄电池电力设备。
图6图解说明根据本发明的原理制造的结合切换阀使用的示范性双稳态致动器。
图7图解说明根据本发明的原理的制造双稳态致动器的示范性方法的工艺流程。
图8图解说明根据本发明的原理的操作双稳态致动器的示范性方法的工艺流程。
图9图解说明根据本发明的原理制造的示范性双稳态闩锁组合件的透视图。
图9A图解说明图9的示范性双稳态闩锁组合件的俯视立面图。
图9B在移除外部壳体的情况下图解说明图9的示范性双稳态闩锁组合件的透视图。
图9C图解说明图9的示范性双稳态闩锁组合件的沿着线9C-9C截取的横截面图。
图9D图解说明图9的示范性双稳态闩锁组合件的沿着线9D-9D截取的横截面图。
图10图解说明以预加负荷状态展示的根据本发明的原理的双稳态隔膜的一个示范性实施例的透视图。
图10A图解说明以未加负荷(平坦)状态展示的图10的双稳态隔膜的侧视立面图。
图10B图解说明图10A的双稳态隔膜的俯视立面图。
图10C图解说明以预加负荷状态展示的图10的示范性双稳态隔膜的侧视立面图。
图10D是对图10的示范性双稳态隔膜施加的力与所述隔膜的中心部分的对应位移之间的关系的图表表示。
图11图解说明利用环形组合件连接器的示范性双稳态闩锁组合件的透视图。
图11A图解说明供与本发明的双稳态闩锁一起使用的另一示范性环形组合件的透视图。
图12图解说明根据本发明的磁性耦合双稳态致动器组合件的一个实施例的透视图。
图12A在移除阀配件借此暴露阀隔膜的情况下图解说明图12的磁性耦合双稳态致动器组合件的底侧的透视图。
图12B图解说明从图12的双稳态致动器组合件移除的图12A中所图解说明的阀隔膜的透视图。
图12C图解说明图12的双稳态致动器组合件的俯视立面图。
图12D图解说明图12C的示范性双稳态致动器组合件的沿着线12D-12D截取的横截面图。
图12E图解说明供与图12的示范性双稳态致动器组合件一起使用的适配器托架的透视图。
图12F图解说明图12E的适配器托架的沿着线12F-12F截取的横截面图。
图12G在移除阀配件、隔膜、适配器托架及致动器盖的情况下图解说明图12的示范性双稳态致动器组合件的底侧的透视图。
图12H在从视图进一步移除轴子组合件的情况下图解说明如图12G中所展示的示范性双稳态致动器组合件的透视图。
图12I在从视图进一步移除磁体套筒的情况下图解说明如图12H中所展示的示范性双稳态致动器组合件的透视图。
图12J图解说明图12的示范性双稳态致动器组合件的致动器部分的透视图。
图12K图解说明图12的示范性双稳态致动器组合件的双稳态弹簧、致动器轴、致动器端子及SMA丝组合件的透视图。
图12L在从视图移除双稳态弹簧的情况下图解说明图12K的组合件的透视图。
图12M图解说明图12的示范性双稳态致动器组合件的弹簧组合件的透视图。
图12N图解说明图12M的示范性弹簧组合件的沿着线12N-12N截取的横截面图。
图12O在从视图移除弹簧组合件壳体的顶半部的情况下图解说明图12M的弹簧组合件的透视图。
图12P在从视图移除双稳态弹簧的情况下图解说明图12O的部分弹簧组合件的透视图。
图12Q图解说明图12的阀配件的透视图。
具体实施方式
现在参考图式，其中在所有图式中相似编号指代相似部件。
如本文中所使用，术语“电组件”及“电子组件”可互换使用且指代经调适以提供某一电功能或电子功能的组件，包含而不限于：熔丝、变压器、滤波器、电感器、电容器、电阻器、运算放大器、晶体管及二极管(无论是离散组件还是集成组件，无论是单独的还是以组合形式)。另外，将本质上可视为无源的其它辅助电子装置(举例来说，所谓的EMI屏蔽等)视为作为可能性涵盖于此术语的含义内。
如本文中所使用，术语“细丝”指代前述物项的任何大致细长主体、形式、线股或集合，包含而不限于拉制、挤制或股绞丝或纤维(无论是金属的还是其它的)。
如本文中所使用，术语“形状记忆合金”或“SMA”应理解为包含但不限于能够“记住”或大致再呈现先前几何形状的任何金属。举例来说，在其变形之后，其可独自地在例如加热期间大致恢复其原始几何形状(即，“单向效应”)或在较高周围温度下、简单地说在卸载期间大致恢复其原始几何形状(所谓的“伪弹性”)。形状记忆合金的一些实例包含镍-钛(“NiTi”或“Nitinol”)合金及铜-锌-铝合金。
概述
在本发明的一个方面中，揭示一种经改进致动器设备。在一个示范性实施例中，致动器组合件包括多稳态(例如，双稳态)隔膜元件、至少一个合金细丝及偏置元件。所述偏置元件用于对具有至少两种稳定配置的双稳态隔膜施加力。相应合金细丝施加力致使所述隔膜在两种稳定配置之间交替。所述偏置元件经由其到响应于热激活而改变形状的合金细丝的连接对所述隔膜施加力。隔膜的移动导致磁性元件的移动，此又经由磁场的使用而驱动轴的致动。利用磁场来致动轴准许轴与其它机械驱动的致动器组件之间的物理分离，例如针对其中期望流体(例如，气体、液体、浆液等)或压力边界或经密封界面的应用。
举例来说，所述致动器组合件可用于控制其中维持经调节流体(包含液体及气体)与机械驱动的致动器组合件之间的物理分离为重要的切换阀、导阀、氧气阀及/或温度诱发式截流阀。由于所述物理分离，避免了关于流体与致动器组合件或其它流体或材料接触的问题。此在其中不期望流体与施加到合金细丝的电流的接触的应用中(举例来说，在其中流体易燃或可燃的情况中)特别有用。另外，所述物理分离进一步防止致动器组合件的机械驱动的组件与可能随时间损坏或磨损所述组件的原本腐蚀性流体接触。
示范性实施例
现在关于图1到9D详细地描述本发明的设备及方法的示范性实施例。将了解，尽管主要在结合流体(例如，气体、液体、蒸汽等)阀使用的致动器或导阀的背景中进行描述，但本发明决不限于阀且可应用于需要一个或一个以上组件的致动器诱发的移动的简直任何应用。
此外，将了解，尽管本文中关于某些方向或量值(例如，向上、向下、左右、较高、较低等)来展示及描述各种实施例，但这些方向及量值本质上仅为示范性且相对的，且决非实践本发明中的要求。举例来说，可简单地倒置在一个实施例中利用“向上”力的装置，借此仅仅如此容易地利用“向下”力。
双稳态致动器-
现在参考图1，展示并详细地描述双稳态致动器组合件100的示范性实施例。如所图解说明，双稳态致动器100包括壳体102，其中壳体102封闭双稳态致动器组合件100的各种元件，如本文中随后所描述。致动器组合件100本身还可包括整体阀150，如所展示。
现在参考图1A，展示并详细地描述图1的致动器组合件100的沿着线A-A截取的横截面图。致动器组合件100包括至少一个合金细丝104、双稳态隔膜108、中心杆106及偏置元件112。所述偏置元件连接到双稳态隔膜108及中心杆106两者。在一个示范性实施例中，细丝104a、104b经调适以在热激活之后即刻改变物理形状。此经由将形状记忆合金(SMA)材料用于所述细丝来实现。如所图解说明，细丝104以使得其所得形状改变(即，在热激活期间)致使向偏置元件112施加力的方式放置于组合件内。此力又致使隔膜108从第一稳定配置改变为第二稳定配置(下文中统称为“双稳态配置”)。这些交替双稳态配置在阀内致动杆106的受控制部分116，从而导致所述阀的至少两种不同状态(即，“打开”及“关闭”)。在此实施例中，双稳态隔膜108仅在两种端状态中为稳定的，但将了解，可依照本发明使用具有两种以上稳定状态的装置(例如，具有对应于“打开”、“部分地打开”及“截断”的三种状态的三稳态)。
如图1A中最佳地图解说明，致动器100优选地包括两个形状记忆合金(SMA)细丝104a、104b。SMA细丝104a、104b为能够“记住”或大致再呈现先前几何形状的金属细丝。也就是说，SMA细丝可在向细丝施加热能时大致改变其几何形状，且随后在移除热能时，所述细丝将冷却，从而大致返回到其先前形状。举例来说，这些SMA合金可包括镍-钛(“NiTi”或“Nitinol”)合金或铜-锌-铝合金等。
在本发明中，SMA细丝在被去激励时具有两种状态：预加负荷或拉伸状态及松弛或未加负荷状态。在所图解说明的实施例中，SMA细丝的原始预加负荷状态为大致笔直的(如图1A中的细丝104b所描绘)，且细丝的松弛状态本质上为大体弯曲的(如细丝104a所描绘)。当施加热能时，SMA细丝本身减小长度或收缩。在一个实施例中，可通过施加穿过细丝的相对小的电流借此加热所述细丝并更改其形状(长度)来实现热能的施加。隔膜108在细丝加热期间行进的距离称为“冲程”或“冲程距离”，且与移动或冲程相关联的力称作“冲程力”。
取决于所使用的材料类型，在所图解说明的实施例中所使用的SMA细丝可具有变化的“记忆”程度。举例来说，在一个变化形式中，对细丝的加热将致使其长度收缩规定的量(例如，总原始长度的4％)，但冷却回到其原始温度不会致使细丝恢复其全部原始长度，这是因为材料内在分子/原子层级上的不完全重新对准所致。而是，必须施加拉伸应力以允许材料恢复其全部原始长度。此些合金对于所属领域的技术人员是众所周知的且因此本文中不进一步加以描述。然而，应了解，可在设计本文中所描述的致动器时考虑到此行为。
所述SMA细丝安置于隔膜108上方及下方。上部细丝104a及下部细丝104b各自在其端处牢固地附接到从隔膜保持元件110的壁延伸的紧固机构114。上部及下部细丝104两者经布线穿过前述偏置元件112，例如经由形成于其中的相应横向孔口。如图1A中所图解说明，偏置元件112突出穿过隔膜108且大体垂直于隔膜108。然而，应了解，在替代实施例(未展示)中，偏置元件112可仅与其接触(即，在隔膜108的一侧或另一侧上)，或替代地，所述细丝可与隔膜108直接接触(借此避免偏置元件112的至少一个侧)。上部细丝经布线穿过偏置元件112的在隔膜108上方延伸的部分，且下部细丝经布线穿过偏置元件112的在隔膜108下方延伸的部分。
上部细丝的紧固机构相对于隔膜108位于相对侧上(即，以方位角测量时，彼此成180度)。下部细丝的紧固机构同样如此。在如所展示的双细丝配置中，此配置在上部及下部部分两者上提供细丝104之间的均一间隔。
所图解说明的细丝大体形成V型形状或“弓形”，这是有利的，因为此形状提高施加到偏置元件112的冲程距离，借此与平行形状配置相比，导致隔膜108的更大拉动及/或推动距离(冲程)，如下文将关于图2更全面地论述。
关于图1C中所图解说明的横截面图或许更佳地理解细丝的配置(参见图1B的关于所图解说明视图的相对几何形状的透视图)。如图1C中可见，顶部细丝104a、底部细丝104b彼此驻留于共同平面111中，但此决非要求。在一些实施例中，可期望使顶部细丝及底部细丝驻留于不同于例如图1C中所图解说明的透视图的平面中。
在细丝104改变形状(即，在去激励状态与激励状态之间)时导致的细丝104a、104b的冲程力用于拉动及/或推动偏置元件112。当细丝104b被激励时经拉伸或预加负荷细丝104b紧固到紧固元件114的点与细丝104b紧固到偏置元件112的点之间的距离比在细丝104处于其去激励状态中时的距离小。由于细丝104b在电流的施加之前被预加负荷或受拉伸，因此细丝104b在被激励时收缩且拉动偏置元件112。如先前所述，偏置元件112耦合到隔膜108。因此，细丝104b的冲程对偏置元件112施加的任何力导致隔膜108的位移。
施加到隔膜108的力能够将所述隔膜从第一稳定状态切换到第二稳定状态(即，双稳态致动)。隔膜108的独特双稳态性质有利地使得细丝104能够在不施加额外能量/电流的情况下维持于去激励状态中，因为一旦隔膜在前述状态转变期间通过一个或一个以上“中性”或亚稳状态，驻留于所述隔膜内的机械(势)能便将导致隔膜中心到新(稳定)状态的全部进一步转变，且不需要来自SMA细丝的进一步力(及因此电流)。因此，当细丝104b冷却时(即，当不施加电流时)，隔膜108大致维持由最后电流施加引起的状态。此强调所图解说明实施例的显著属性；即，一旦达到隔膜的前述“亚稳”状态(其可为或可不为行程的中心点)，便可关断到拉动或经预加负荷的细丝(图1A的图解说明中的细丝104b)的电流，借此允许细丝104b松弛。此节省能量，因为：(i)可较早地(即，在亚稳状态下)关断电流，及(ii)使隔膜(及因此阀)保持于其稳定状态中不需要施加电流。
还应注意，在所图解说明的设备100中，有利地使用双稳态件在其处于亚稳状态中时的所存储(势)能量。具体来说，将由SMA在被拉伸及激励时提供的功(能量)转换为在处于亚稳状态中时在双稳态隔膜108内所存储的势能。此势能接着用于使隔膜(及偏置元件112及附接到其的任何事物)移动到另一稳定状态。因此，由SMA细丝104b在收缩期间完成的机械功或能量在很大程度上被保存且转换为有用功。
此外，当双稳态隔膜108改变状态时，图1A的细丝布置(即，两个大致相对的细丝104a、104b)有利地使用存储于所述隔膜内的前述势能来拉伸另一(经去激励)细丝104a。具体来说，双稳态隔膜108从一种稳定状态到另一稳定状态的投距或冲程确定细丝104a、104b的长度，使得当隔膜处于一种状态中时，一个细丝被拉伸且另一细丝松缓，且当处于另一稳定状态中时反之亦然。因此，一个细丝始终被预加负荷且准备用于致动(例如经由施加前述电流或经由来自另一外部源的热)。
因为所图解说明实施例的SMA细丝104a、104b在激励与非激励状态之间仅具有某一百分比长度变化(例如，4％到5％)，所以前述拉伸特征对于确保细丝104a、104b在“进行完冲程”之后才达到(恰好超过)亚稳状态来说也是重要的。
虽然图1A的实施例在上文所描述的配置中图解说明总共两(2)个SMA细丝104，但应了解，可依照本发明的原理利用任何数目及配置的SMA细丝104a、104b。举例来说，在另一实施例(未展示)中，本发明可每侧包括两(2)个SMA细丝。这些SMA细丝可围绕隔膜均匀地分布(以便提供冲程力的均一施加)；然而，此决非要求。在图1A的“弓形”配置中利用更多或更少的SMA细丝将大体对应于对组合件100的增加或减小的冲程力要求。
在另一替代实施例中，两个细丝104a、104b用四(4)个较短细丝(未展示)来替换，每一细丝在一端上附接到保持元件110且在另一端上附接到偏置元件112。
在图2中所图解说明的又一实施例中，以平行配置(而非以V形状)来放置细丝。接着将所述细丝中的每一者附接到偏置元件112的一部分。换句话说，如图2中所展示，上部的一个或一个以上细丝104n将附接到偏置元件112的上部部分，且下部的一个或一个以上细丝104m将附接到偏置元件112的下部部分。或者，可将所述细丝附接到隔膜108a、108b的表面。如上文所描述，细丝104n、104m具有两种状态：一种为去激励状态且另一种为激励状态。此外，利用上文关于图1A所描述的替代细丝拉伸系统，如图2的细丝104n及104m分别所示范。向经拉伸细丝104m施加能量将致使偏置元件112远离细丝104n拉动杆，细丝104n在隔膜向另一双稳态平移时接收拉伸力。具有多个平行(即，相对于偏置元件112的冲程为纵向的)细丝104n、104m的配置(例如此配置)产生比先前所描述的V形细丝104配置大的冲程力(在细丝104从一种形状改变为另一形状时产生的力)；然而，在此平行细丝定向中将存在与细丝104n、104m的移动相关联的较小冲程距离。
应注意，如上文所论述，平行细丝104n、104m的利用使得致动器100的总体外观能够构成较高、较细的形状，例如包含圆柱形、正方形、矩形等。在例如其中需要较高、较细的(横向)轮廓(连同偏置元件112上的较小冲程距离/较大力)的某些应用中，此形状可为有益的。
还应了解，SMA细丝可具有变化或均一的厚度。SMA细丝的厚度确定与细丝的长度改变及导致细丝的长度改变所必需的时间长度(等待时间)及能量的量相关联的力。
因此，应了解，可依照本发明利用具有不同数目及直径的细丝104的多种配置以提供各种所要的效应。举例来说，在一个变化形式中，使用大致平行安置的多个小细丝来提供低等待时间及高拉力两者，因为(i)每一个别细丝的力基本上为加性的，且(ii)关于每一个别细丝的等待时间由于其较小直径而为低的。此有利地提供与较大细丝将提供的相同水平的力，但不具有与其相关联的较大等待时间。然而，此布置比起单个细丝的电流来需要电流的增加，因为必须致动每一个别细丝。
在另一变化形式中，平行地使用具有不同厚度的若干个不同细丝，借此给出一力分布及等待时间。相比于先前所描述的其中所有细丝具有相同厚度的变化形式，此后一变化形式导致随时间分布由细丝施加的力，因为每一细丝将在不同时间周期内且以不同的力水平收缩(假定电流施加的开始时间相同)。还可调整所施加电流的时间及/或电平以便形成所要的力/时间分布曲线。
双稳态隔膜-
图3中最佳地图解说明图1的装置100的双稳态隔膜108的示范性实施例。如所展示，此所图解说明实施例中的双稳态隔膜108大体包括圆盘形实体。如先前所述，双稳态隔膜108经调适以包括两种稳定状态及至少一种亚稳状态。双稳态隔膜108的第一稳定状态为凸形状(向上)且如图3中的致动器100内所展示在所述圆盘沿向上方向凸起或突出时发生。双稳态隔膜108的第二稳定状态为凸形状(向下)且如图3中的致动器100内所展示在所述圆盘沿向下方向凸起时发生。这些构型本质上被视为稳定的，因为使隔膜108维持于这两种状态中的任一者中均不需要能量。然而，致使所述隔膜在两种状态之间改变需要能量，如先前所描述。当在状态之间横移时，达到亚稳状态，其包括在不稳定时实际上为隔膜进入一种稳定状态或另一稳定状态之间的转变点的状态。换句话说，当隔膜108处于一种稳定状态中时，需要使其仅移动到恰好超过亚稳状态以使其自身改变到另一稳定状态(由于所存储势能)。将了解，取决于设计，所述隔膜可具有一种亚稳状态(例如，大概在行程的中心点处)或多种亚稳状态(例如，针对每一行程方向的不位于相同点处的状态)。
双稳态隔膜元件108的独特形状使得激活能量(使隔膜108的状态从一种稳定状态改变为另一稳定状态所需要的能量)为极微小的。这是因为隔膜108的形状使得在将初始力(例如，与SMA细丝104a、104b中的一者相关联的冲程力)施加到处于第一稳定状态中的隔膜且达到亚稳状态之后，隔膜108将在不施加额外力的情况下转变成第二稳定状态。
举例来说，如果图1A的隔膜108呈其中下部细丝104b具有拉伸状态的上凸配置，那么当向细丝104b施加能量时，所述细丝将收缩且致使隔膜108的最高点(例如，中心)朝向下部细丝104b位移。如上文所述，示范性隔膜108仅具有两种稳定状态：当中心处于最高(向上)点时及当中心处于最低(向下)点时。隔膜108的中心远离最高(或最低)位置的位移将隔膜108置于不稳定配置中，亚稳状态即为所述不稳定配置，其中导致状态转变不需要进一步的力。
应了解，在一个实施例中，改变隔膜108的状态所需的力的量可小于SMA细丝104的峰值或最大冲程力，因此使总体系统变得高度节能。换句话说，隔膜108及细丝104a、104b可经调适使得当处于第一稳定状态中时，将隔膜108置于不稳定的“亚稳”状态中需要小于在热激活SMA细丝104时由其施加的力的全部量，因此触发如上文所描述隔膜到第二稳定状态的重新配置，即，导致隔膜108的状态改变需要SMA细丝104可施加的力的仅一部分。
举例来说，假定在其最上点与最下点之间具有0.12英寸的总距离的双稳态隔膜108及经调适以在施加足够能量之后即刻致使隔膜108移动全部0.12英寸的SMA细丝104a、104b，小于0.12英寸的全冲程距离的冲程距离足以致使隔膜108在此后遵从稳定状态。致使隔膜108从一种稳定状态改变为另一稳定状态不需要细丝104的全冲程。而是，施加致使隔膜108移动到至少超过第一与第二稳定状态之间的亚稳点(取决于设计，其可为或可不为物理中点)的力将足以致使隔膜108自动移动到下一稳定状态。
虽然图3的实施例给出圆形“货车轮”形状的双稳态隔膜元件108，但应了解，本发明的双稳态隔膜元件108可包括任何数目种替代形状。在图3A到3I中给出各种其它示范性双稳态件108的形状。举例来说，双稳态件108可包括4个边的“星星”(图3A)、矩形(图3B、图3J)、正方形(图3C)或平行四边形(图3D)。图3E及3F分别图解说明双稳态件108还可包括等边三角形或直角三角形。同样，双稳态件108可类似于三角肌(图3G)。应进一步了解，双稳态件108可包括具有一个或一个以上笔直边缘的任何形状，以上仅为对更广形状范围的示范。或者，双稳态件108本质上可为大体圆形，例如椭圆(图3H)或圆(图3I)或类似于风扇、苜蓿叶或具有“臂”的其它形状。还应了解，前述形状的双稳态隔膜108中的任一者本质上可为实心的或可包含一个或一个以上间隙或开口。下文将关于图10到10D来论述其它示范性双稳态配置。
图4中图解说明双稳态致动器组合件400的另一替代实施例。所图解说明的实施例经设计以利用伸长的矩形双稳态隔膜108，例如上文所论述的图3J中所给出的隔膜。利用此特定形状的隔膜108(伸长矩形)在赋予双稳态致动器组合件400相对浅的深度d方面为有用的，此产生纤细轮廓的组合件400。
图4A是“纤细”组合件400的沿着线4A截取的横截面。如所展示，双稳态致动器组合件400大体包括矩形双稳态隔膜108j、矩形偏置元件112j及两个上部SMA细丝104x及下部SMA细丝104y。以如上文所论述的几乎相同的方式，SMA细丝104x、104y的松弛及收缩致使双稳态隔膜108在两种稳定配置之间改变。配置的改变致使杆元件106位移，因此打开及关闭与致动器400相关联的阀。图4A中还图解说明，壳体元件110进一步包括偏置元件112j经调适以紧贴地装配于其内的通道402。本实施例的通道402及/或偏置元件112j可配备摩擦减小元件以便使得偏置元件112j能够在致使双稳态隔膜108j改变配置时在所述通道内上下移动(由箭头A及B给出)。
图4B是“纤细”组合件的沿着线4B截取的横截面。如所图解说明，壳体110中的通道402充当键固定特征，其紧贴而可滑动地接受偏置元件112j，借此维持隔膜与细丝的强制对准。如从图4B还清楚，偏置元件112j在通道402处比矩形隔膜108j大；因此，偏置元件112j大致防止伸长的矩形隔膜108j的扭曲及其它变形。
应了解，虽然图解说明为矩形偏置元件112j及矩形键固定通道402，但可依照本发明利用其它形状。
电封装-
如上文所述，本发明需要向细丝104施加能量以便致使所述细丝改变形状(例如，长度)。
在现有技术中，借助于串联的若干个低电压蓄电池或电池502向螺线管致动器500施加能量，如图5A中所图解说明。如图5A的实例中所展示，螺线管致动器500需要6.0V的电力来发挥作用。因此，四(4)个+1.5V蓄电池502串联放置且与螺线管致动器500的螺旋形导线电连接。现有技术螺线管致动器500的每循环的总功率要求Pprior art给出为：
P＝I×V
方程式1
Pprion art＝2.0A×6.0V＝12.0W
方程式2
为了给螺线管致动器500提供充足电力，蓄电池502中的每一者必须产生足够电压。如果所述串联的蓄电池502中的任一者不施加恰当电位(在此实例中，即1.5V)，那么螺线管致动器500将不发挥作用。
现在参考图5B，展示供在本发明中使用的示范性电封装520。如所图解说明，封装520包括并联放置的蓄电池502(而非呈现有技术的串联布置)；虽然展示为四(4)个电池502，但电封装520可包括任何数目个蓄电池。如所展示并联放置的+1.5V蓄电池502将施加1.5V的总体电压，其产生足以致使以上实施例的SMA细丝104a、104b从松弛或去激励状态改变为其收缩状态的电流(在此配置中为加性的)。供在本发明中使用的电封装520的每循环的总功率要求PSMA给出为：
PSMA＝0.5A×1.5V＝0.75W
方程式3
因此，与现有技术基于螺线管的方法相比，使用本发明的基于SMA的方法来实现显著的功率(P)减小。此允许在现有技术螺线管装置中使用的相同的四个电池在本发明的基于平行SMA的装置中持续明显更长时间，借此：(i)减少每单位时间的操作成本(即，每单位时间更少蓄电池)；(ii)减少每单位时间的劳力成本(即，在给定时间周期中用于替换蓄电池的更少的工时)；及(iii)使此些装置的操作更“绿色”，因为将需要以有利于生态的方式处置更少的蓄电池。
还将了解，关于以上各项(i)到(iii)，还产生暗含的益处；即，在诊断串联布置的致动器故障时，维护或修理人员可确定一个或一个以上电池出故障并将其一同替换，而非仅替换有缺陷或出故障的电池。类似地，在计划表预防性维护的背景中，示范性维护计划表可规定每六个月或当发生一个电池的故障时替换电池。此方法导致尚未出故障的电池被替换(表面上看以便避免第二及后续维护呼叫)，此为浪费的且非常不利于生态，因为具有显著剩余寿命的电池(即，未出故障的那些电池)被提早地处置。
相比之下，通过使用如同本实施例中的并联配置，一个或一个以上电池可能出故障，同时允许致动器继续操作，且所有电池将仅在致动器不再发挥作用(借此对应于所有电池的较大耗尽状态)时被替换。
将蓄电池502放置成并联配置还确保可靠性。具体来说，假若多达三个蓄电池502损失电荷等(假定剩余电池的良好电荷状态)，则致动器将继续发挥作用。并联蓄电池502配置进一步使得蓄电池能够具有延长的寿命，因为并联的蓄电池中的每一者共享跨越其端子施加的负载(即，电流是在电池当中划分的)。根据本发明人的初步评估，前述并联配置中的蓄电池的放置将相对于一单个蓄电池将内部蓄电池电阻降低大约三(3)倍(即，降低到四分之一)且相对于利用四个此种串联蓄电池的现有技术连接降低十五(15)倍(即，降低到十六分之一)。
如先前所述，本发明的SMA细丝104a、104b需要能量来导致长度的改变。换句话说，能量的施加将致使细丝104a、104b缩短。在移除能量时，细丝104a、104b冷却且返回到伸长状态。导致隔膜108的状态的改变仅需要向细丝施加能量，如先前所描述。在隔膜108已改变状态之后，细丝的位置及/或相对拉动或推动将不影响隔膜108。以下给出现有技术电封装的功率消耗Cprior art及本发明的电封装520的功率消耗CSMA：
C＝P×T
方程式4
Cprior art＝12.0W×0.03sec＝0.36w-sec
方程式5
CSMA＝0.75W×0.10sec＝0.075w-sec
方程式6
所施加的能量可采取蓄电池供应的电力(如上文所论述)或替代地来自固定电力供应源(例如，AC/DC转换器、UPS等)或甚至太阳能电池布置的形式。还应了解，在另一实施例(未展示)中，可从替代源(例如经由传导、对流或辐射热转移)施加热能(借此避免经由电流对细丝的电阻性加热的需要)。
替代实施例-
切换阀-
在一个实施例中，本发明的以上实施例中的任一者的双稳态致动器100可结合切换阀使用。图6中图解说明结合切换阀600使用的示范性双稳态致动器100。
如所图解说明，双稳态致动器100的杆106经调适以连接到流动控制元件608。所述流动控制元件经由至少一个流动开口606控制切换阀的多个接收口602中的任何两者之间的流动。图6的实施例图解说明具有仅两(2)个接收口602及一个递送口604的切换阀；然而，所述切换阀可包括任何数目个递送口及接收口。因此，流动控制元件608相对于递送口604及接收口602的位置将确定将允许到接收口602中的哪一者的流动。在一个实施例中，流动控制元件608(及其开口606)将经配置使得在任何一个时间将限制到一个接收口602同时准许到另一接收口602的流动。或者，这些元件可经配置以同时限制或允许到接收口602a及602b两者的流动。在又一实施例中，流动控制元件508(及其开口606)可经配置以准许回流，即，仅在两个接收口602之间的流动。
导阀-
在又一实施例(未展示)中，双稳态致动器100可用作较大阀的导阀或控制阀。所述较大阀或母阀将通常包括不同于本文中所描述的SMA实施例的阀类型，例如螺线管致动器。如众所周知，导阀是结合控制高压流动的单独阀控制受限流动馈送的小阀。所述导阀有助于减小较大阀上的压力差(例如，通过跨越阀碟的两个侧进行均衡或允许阀的一侧上的高压力(通过将其排到低压侧)辅助打开所述阀)，因此使得高压阀能够以减小的力(及/或能量)要求来操作。
此外，如果期望，那么可将导阀定位于距主阀或母阀显著的距离处，以便提供增强的可接近性及/或人员安全性(例如，屏蔽或减少到热、化学品、辐射等的暴露)或减少的噪音。
气体阀-
在又一实施例(未展示)中，可(举例来说)经由氧气阀的使用结合气体的调节来利用双稳态致动器100。具体来说，双稳态致动器100可在例如包含钢及甲醇(例如用于氧乙炔焊接装备及气割炬)的制造的工业工艺中控制氧气的流动。其它示范性用途包含用于以下的阀：调节火箭发动机中的液体火箭推进剂的流动；在经调适以用于医疗设施及家庭两者的医疗呼吸气体设备中；用于航空中高空处呼吸，无论是在减压紧急情况中还是针对持续使用(例如在非增压航空器的情况中)；及在用于形成潜水呼吸混合物(例如氮氧混合气、氦氧氮混合气及氦氧混合气)的气体掺和。应进一步了解，也可在用于控制其它气体的流动的阀中使用双稳态致动器。
有利地，使用由低电压电源(例如，并联布置的1.5V蓄电池，而非例如串联的6V蓄电池)操作的SMA致动的阀还减小在载运潜在地爆炸性气体(例如氧气或氢气)时爆炸的可能性。
温度诱发式截流阀-
在又一实施例(未展示)中，本发明的双稳态致动器100可用作温度诱发式截流阀。换句话说，双稳态致动器100可适于或用于其中某些周围或内部温度指示失灵或故障的情形中。在一个实例中，如果燃料的温度变得过高，那么双稳态致动器100可用于截断燃料或气体阀。根据此实施例，致动器100可不包括如上文所论述的电封装，而是SMA细丝104将对来自其它源的温度改变做出响应。具体来说，所述细丝将经布置及热耦合使得流体中的给定温度将直接或间接传递到SMA细丝，借此诱发其收缩。举例来说，用于流体的小旁路通道可延续穿过致动器使得经加热流体可加热所述致动器(包含SMA细丝)；此系统可经校准使得当流体达到目标温度时，到SMA致动器中的热传导/对流/辐射将足以致动阀(或导阀)，借此视需要截断或起始流动。
利用前述双稳态致动器组合件100作为较大阀的导阀、作为气体阀及/或作为温度诱发式截流阀提供对在现有技术中给出的螺线管致动器的需要及/或消耗低功率的替代方案。此外，如在关键应用(例如，直接影响人类健康的那些应用)中为重要的，本发明的双稳态致动器组合件100及并联布置的电源具有更可靠的电力递送且可在电封装520的仅一个蓄电池发挥作用时恰当地发挥作用，借此提供增强的可靠性。
制造方法-
现在参考图7，给出制造双稳态致动器100的示范性方法700。
在步骤702处，将偏置元件112附接到双稳态隔膜108。此可经由任何数目种已知机械附接技术(包含粘合剂、压接、螺纹、摩擦配合、焊接或锡焊等)来实现。
根据步骤604，将双稳态隔膜108安置于隔膜保持壳体元件110内。此包含将隔膜108的边缘的至少部分紧固或固定到所述壳体元件使得偏置元件112在SMA细丝力下可使隔膜的中心区偏转，借此致使其改变状态。在一个实施例中，所述偏置元件耦合到杆106，借此将经组装的双稳态隔膜支撑于保持壳体元件110内。
在步骤706处，将SMA细丝104的一端耦合到前述壳体元件110。在一个实施例中，此可通过经由锡焊、焊接、压接、粘合剂等将SMA细丝紧固到紧固机构114来实现。将了解，基于致动器及其SMA细丝的设计及大小，SMA细丝到壳体(或其它组件)的牢固耦合对于致动器的操作可为关键的，因为如果SMA细丝的端“滑动”，那么隔膜108的行程或投距可能不足以导致状态改变。因此，在一个实施例中，使用强劲且不易弯曲的压接件(例如2006年6月22日提出申请且标题为“用于细丝压接及制造的设备及方法(Apparatus and Methods forFilament Crimping and Manufacturing)”的共同拥有且共同待决的第11/473,567号美国专利申请案、现在为第7,650,914号美国专利中所描述的那些压接件，所述专利以全文引用的方式并入本文中)，但也可依照本发明使用其它压接及非压接技术。应注意，前文参考的压接技术提供能够牢固地压接(即，无任何显著蠕变或弯曲)极细(小直径)细丝的显著优点，借此允许致动器内具有比使用常规扣接技术原本将可实现的细丝小的细丝。在本发明上下文中，较小细丝的使用具有明显优点；即，使用较少电力来加热细丝的能力及/或针对相同电力更快速的反应时间，借此提供胜过现有技术致动器的显著改进。
在步骤708处，将SMA细丝的第二端布线穿过偏置元件(例如，孔口)且接着附接到与第一紧固机构相对的第二紧固机构114。在步骤710处，针对底部SMA细丝重复所述过程。如先前所描述，这些细丝的长度经仔细设定以便始终将一个细丝置于受拉伸状态(取决于双稳态隔膜的位置)。
在步骤712处，围绕设备安置外壳体元件102，借此提供保护及/或环境覆盖。
现在参考图8，给出操作双稳态致动器100的示范性方法800。如所图解说明，方法800包括，首先，在步骤802处，提供具有耦合到偏置元件112及至少一个SMA细丝104的双稳态隔膜108的双稳态致动器100。所述双稳态隔膜经调适以经由杆106确定至少一个受控制部分116的位置，如图1A中所展示。举例来说，此受控制部分116可为导阀的隔膜或阀杆。
在步骤804处，将双稳态致动器100耦合到待控制的阀或其它装置(例如，前述导阀)。
根据步骤806，对双稳态致动器100的SMA细丝104进行热激活。对SMA细丝104a、104b中的一者的热激活致使偏置元件112对双稳态隔膜108施加力，借此致使双稳态隔膜108从第一稳定状态改变为第二稳定状态。所述热激活可为以蓄电池电力(电阻性或欧姆加热)、太阳能电力、来自附近热源的传导/对流/辐射等的形式施加热能的结果。隔膜108从第一稳定状态到第二稳定状态的形态改变致使受控制部分116从第一位置改变为第二位置。举例来说，受控制部分116的一个位置为“打开”阀位置，且另一位置为“关闭”或截断位置。因此，对SMA细丝104a、104b中的一者的激活致使与受控制部分相关联的阀打开或关闭。
双稳态闩锁组合件-
现在参考图9，展示并详细地描述双稳态闩锁组合件900的一个实施例。如所图解说明，双稳态闩锁组合件900包括壳体904，其中壳体904封闭双稳态闩锁组合件900的各种元件，如本文中随后所描述。壳体904进一步包括双稳态闩锁组合件900的柱塞头902经调适以在其内滑动(下文更详细地论述)的中心孔口903。
壳体904还可包括一个或一个以上附接特征905。在一个变化形式中，附接特征905经调适以将组合件900紧固到其它装置及/或组合件(未展示)上。尽管将所图解说明的特征905展示为包括具有中心开口的销，但将了解，也可利用其它类型或形状的附接特征905。举例来说，可依照本发明采用扣件、钩、螺纹螺丝或螺纹孔口、开口销、C形夹、干涉或摩擦装置、粘合剂等。或者，可借助于例如接纳或夹持到壳体904上的外部结构(未展示)而避免所述附接特征，例如其中形成有接纳装置壳体904的凹部的组件。所属领域的技术人员鉴于本发明将认识到用以紧固装置900的无数其它方法。
图9A是图9的双稳态闩锁组合件900的俯视立面图。如所图解说明，组合件900沿着一个轴(由线9C-9C表示)为大体伸长的，而围绕第二轴(由线9D-9D表示)为大致圆形的。此形状大体由装置的内部构造决定或为所述内部构造的赝象(下文更详细地描述)，且因此将了解，可依照本发明使用许多其它外部形状及/或内部配置。
现在参考图9B，图解说明双稳态闩锁组合件900的内部组件。在图9到9D的实施例中，组合件900包括单合金细丝908、由隔膜保持特征911固持的双稳态隔膜912、柱塞909及两个细丝紧固机构906。如果期望，那么可代替图9B中所图解说明的单一细丝而使用两个(或两个以上)细丝，但此单一方法提供数个益处，包含简单性、紧固机构906的数目减少及高可靠性。
细丝紧固机构906将单一细丝908的两个端紧固到隔膜保持特征911，使得细丝908大体与双稳态隔膜912的长度交叉。此可经由锡焊、焊接、压接(例如经由先前并入本文中的共同拥有且共同待决的第11/473,567号美国专利申请案、现在为第7,650,914号美国专利中所描述的方法)、粘合剂等来实现。前述压接技术具有关于细丝具有极低弯曲或“蠕变”的明显优点，此允许所述细丝比在利用具有较大蠕变的技术的情况下原本将需要的细丝短。
此外，这些压接技术还有利地允许对极细直径细丝的压接，借此节约细丝材料且允许装置比其借助较粗细丝将实现的情况更快地做出反应。具体来说，较细直径的细丝比较大直径的细丝更快地加热(无论是借助于电流、周围环境还是其它)，借此导致其长度更快速地改变。
在所图解说明的实施例中，双稳态隔膜912为大体圆形的；因此，细丝紧固机构906彼此跨越隔膜912的直径放置，借此致使细丝908横移双稳态件912的长度。本实施例的双稳态件912大体类似于上文关于图1到8所论述的双稳态隔膜108。下文将更详细地论述替代双稳态件912的形状及细丝紧固机构912的放置。
柱塞909大体由头902及主体910构成。在细丝908与双稳态件912的长度交叉时，将其馈送穿过柱塞主体910中的腔914。在一个示范性实施例中，合金细丝908包括SMA且经调适以在激活之后即刻改变物理形状。对SMA细丝的激活可为热激活(例如经由环境温度的改变)或传导、对流或辐射(例如，IR)热源及/或电流的施加。在一个示范性实施例中，可从3Vt电力供应器施加0.4A电流达0.075秒的脉冲持续时间以提供对细丝的足够激活(加热)以致使其将其物理形状改变足够量，但将了解，这些值仅为对一个实施例的说明。
在脉冲期间，SMA丝紧缩，且使柱塞909向上移动。换句话说，细丝908的物理形状的改变致使将向上力施加到柱塞主体910。柱塞909附接到双稳态隔膜912(例如经由焊接、铜焊、螺纹扣件、粘合剂或任何数目种其它众所周知的附接技术)并依据由“紧缩的”SMA丝908赋予的力向上移动冲程的大约一半。此在双稳态件912上产生致使其(类似于上文所论述的隔膜)从第一稳定配置改变为第二稳定配置的力。经由双稳态元件912所积累的势能将柱塞909载运剩余的一半冲程。在冲程完成之后，柱塞909将即刻位移使得头902将被接纳到组合件壳体904的中心孔口903中且突出到壳体904的平面上方，如图9中所示范。
如先前所述，双稳态隔膜912经调适以包括两种稳定状态及至少一种亚稳状态；所述两种稳定状态分别与隔膜的大致凹布局(disposition)及大致凸布局相一致。
隔膜912由隔膜保持特征911固持于组合件900内。隔膜保持特征911在柱塞909位移时维持隔膜912相对于组合件900的大体位置，同时仍准许其在两种稳定状态之间转变。在所图解说明的实施例中，隔膜保持特征911包括经调适以至少部分地环绕隔膜912的上部部分911a及下部部分911b。应进一步了解，双稳态隔膜912可包括任何数目的各种形状及/或大小，包含上文关于图3A到3I所论述的那些形状及/或大小、具有一个或一个以上间隙或本质上为大致实心的那些形状及/或大小。举例来说，在一个实施例中，隔膜912本质上可为大致矩形(例如上文关于图4所论述的矩形)，借此赋予组合件900“纤细”的外观。应进一步注意，对双稳态隔膜912的大小及/或形状的更改将需要对细丝紧固机构906及隔膜保持特征911的位置的更改。举例来说，如果将双稳态件912的形状修改为矩形，那么紧固机构906可接近两个相对侧(长侧或短侧)的中心点放置或替代地可放置于隔膜912的相对拐角处。在此实施例中，隔膜保持特征911还经修改以大体匹配隔膜912的形状(即，制成为大致矩形)。
细丝908大致安置于隔膜912上方。在图9C中所图解说明的横截面图中更清楚地图解说明细丝908的配置。如所图解说明，细丝908大体形成V型形状或“弓形”以便在细丝908改变形状时对隔膜912产生强拉力。如先前所述，细丝908经拉伸或至少部分地预加负荷使得在热激活之后细丝908将即刻收缩，因此拉动柱塞909且迫使双稳态件912改变状态。在细丝的拉伸中过多的“放松”可能致使细丝在柱塞上的力/投距肯定不足，借此不能致使双稳态件达到亚稳状态(且因此随后不能转变到另一或经致动稳定状态)。
如上文所述，隔膜912经调适以在第一与第二稳定状态之间切换。细丝908仅需要拉动隔膜912通过亚稳状态，且驻留于隔膜912内的机械(势)能将致使隔膜912转变到新的(稳定)状态。
图9D的横截面图图解说明柱塞909在“向上闩锁”位置中的定位。当双稳态件912已由于经加热细丝908的拉动而呈现第二配置时，发生向上闩锁位置。如上文所述，所述第二配置致使柱塞909的头902在壳体904的中心孔口903内滑动且向上延伸以便可从外部看到或致动开关或其它设备(如果期望)。
隔膜912将保持“向上闩锁”直到组合件900被重新加负荷。换句话说，柱塞909将保持突出到壳体904的平面上方直到对柱塞头902施加外力。当朝向隔膜912向内(由箭头D给出的方向)对柱塞头902施加机械力(例如通过操作者用其手指或外部机构向下按压所述头)时，发生重新加负荷。所施加的向下或复位力致使隔膜912呈现亚稳状态。如上文所论述，将隔膜912置成亚稳状态仅需要全冲程的大约一半；接着隔膜912的势能将致使其转变回到第一稳定状态(即，重新加负荷状态)。力的施加对双稳态隔膜912及细丝908进行重新加负荷且“向下闩锁”组合件900。换句话说，柱塞头902在组合件内缩回(即，不再突出)，且双稳态隔膜912固持于第一稳定配置中。
如同在上文所描述的实施例中，图9到9D的双稳态闩锁组合件900有利地经调适以节省能量。具体来说，(i)使隔膜完全位移不需要能量(即，隔膜仅需要功率来从稳定状态到达亚稳状态)，及(ii)使组合件900维持于“向上闩锁”或“向下闩锁”位置中不需要功率。
如先前所述，双稳态闩锁组合件900的双稳态隔膜912可经修改以包括任何数目种形状及大小，此修改产生对组合件900的总体外观的修改。举例来说，使用矩形或正方形双稳态件912产生大体矩形或正方形组合件900。应进一步注意，组合件900的其它组件可经修改以给出较高较细的形状(例如对柱塞909的修改等)。
还将了解，也可制成本文中先前所描述的闩锁或传感器装置的“纤细”或经减小轮廓实施例；例如，类似于本文中先前所描述的图4到4b的实施例。在某些应用中，此经减小轮廓装置具有胜过其它所描述实施例的某些优点，包含最明显地较小的形状因子及因此空间的节省。
激活-
如上文所指示，对双稳态闩锁组合件900的激活需要能量的输入。在一个实施例中，可使用上文关于图5B所论述的电封装来激活(加热)细丝908，借此致使其改变物理形状。或者，可使用其它电封装(例如图5A中所描述的封装)。在另一实施例中，组合件900可包括热传感器，其中当环境温度达到特定热点时，激活细丝908。将激活细丝908的特定热点可被设计到细丝中，包含对例如其厚度、单股还是多股、长度、环境改变的等待时间(即，组合件900周围的环境的温度改变与此改变到细丝的传递之间多久足以致使其致动等)的参数的考虑。
特定实施方案-
在本发明的一个实施例中，可结合以电子方式或以电方式打开的任何装置(例如汽车行李箱、车门、车罩、燃料口盖、需要进入代码或具有其它安全构件的门等)利用以上配置的双稳态闩锁组合件900。此外，组合件900可用于任何数目及类型的锁定及/或开锁应用、安全装置等。如上文所述，在前述应用中，组合件900将在激活之前保持于“向下闩锁”配置中。当组合件900“向下闩锁”时，一个或一个以上控制特征可辅助使门、罩或行李箱保持关闭及/或锁定。在激活(经由环境的热特性或经由电流到细丝908的施加)组合件900之后，所述控制特征将即刻释放门、罩或行李箱，因此致使所述门、行李箱或罩打开。在一个实施例中，通过用户的按钮、遥控器、开关、传感器等来调节对组合件900的激活(即，用户按压按钮等以致使激活组合件900且打开门、行李箱或罩)。当用户关闭门、行李箱或罩时，组合件900将被重新加负荷到其初始状态。
在另一实施例中，双稳态闩锁组合件900可耦合到用于捕获及/或利用能量的机构。举例来说，柱塞头902可耦合到弹簧。当组合件900“向下闩锁”且柱塞头902位于组合件900内(即，不从壳体904的平面突出)时，耦合到其的弹簧(未展示)能够维持延伸位置。在组合件900激活且双稳态隔膜912改变状态时，柱塞头902将经位移使得其从组合件900突出。柱塞头902的位移又将致使所述弹簧收缩，借此捕获由柱塞头902的移动形成的能量。取决于特定应用，如果期望，那么相反情况也可成立；即，当门等关闭时前述弹簧可被“加负荷”，且柱塞类似地被重新加负荷，如先前所描述。
在又一实施例中，双稳态闩锁组合件900可耦合到电开关。当未激活组合件900时，开关可处于第一状态中，且在激活柱塞头902及使其位移之后，可即刻迫使开关进入第二状态。举例来说，组合件900可利用对环境温度做出响应的热激活的细丝908。在某一温度下，将激活组合件900，且柱塞902的位移可致使电路断开，借此停用加热器。由于组合件900由环境温度激活，因此用户将直到周围温度不再激活组合件时才能够手动地对所述组合件进行复位。换句话说，当温度保持过高时，用户将不能够重新连接由位移的柱塞头902断开的电路且操作所述加热器。
在另一实施例中，双稳态闩锁组合件900可用作电磁开关或LVDT(线性可变差分变压器)。根据此实施例，柱塞头902由含铁材料构成。当柱塞头902位移时，其相对于经激励的初级及次级绕组滑动，借此形成差分磁场耦合(及跨越所述绕组中的每一者的电压)。所述差分电压可用于所属领域的技术人员将可认识到的任何数目种功能，例如用于位置指示、用以使高温指示器或警报器跳闸等。在又一实施例中，组合件900可用于激活限位开关。如在机电技术中众所周知，限位开关用于进行及断开电接触及因此电路。限位开关可检测柱塞头902何时已移动到某一位置。当与组合件900相关联的限位开关跳闸时，可触发某一操作。
制造方法-
可通过将柱塞909附接到双稳态隔膜912来制造以上实施例的双稳态闩锁组合件900。此可经由任何数目种已知机械附接技术(包含粘合剂、压接、螺纹、摩擦配合、铆接、焊接、锡焊等)来实现。
接下来，将双稳态隔膜912安置于隔膜保持特征911内使得隔膜912维持于适当位置中同时仍能够从一种稳定状态改变为另一稳定状态。
接着，经由连接到保持特征911的细丝紧固机构906将细丝908的第一端紧固到保持特征911。接着将细丝908的第二端馈送穿过柱塞909上的腔或导管且紧固到也连接到保持特征911的第二紧固机构906。最后，视需要围绕设备安置壳体元件904；所述壳体提供保护及/或环境覆盖且经定位以将柱塞909的头902接纳于其中心孔口中。在其中外部或环境温度对于装置900的致动来说重要的实施例中，可给所述壳体制成一个或一个以上孔口(或甚至避免所述壳体)以便允许自由的空气流动(及/或入射电磁/IP辐射)。
示范性双稳态隔膜-
图10到10D中图解说明供与例如图1到8的致动器组合件一起使用以及供在图9的双稳态闩锁组合件中使用的双稳态隔膜的示范性实施例。
如图10中所展示，双稳态隔膜108、912大体包括具有扭曲(即，当处于压缩或预加负荷状态中时为非平面的)“圆盘”形状且由稍微柔性金属材料制成的单一组件。在一个实施例中，双稳态隔膜108、912由弹簧钢形成，然而，应了解，可使用各种各样的材料来制造双稳态件，尤其包含碳钢、不锈钢、磷青铜、铍铜等。所述组件(圆盘)由在其中心具有开口或孔口1002的中心环1004构成。在图1到6的实施例中，将中心杆106馈送穿过开口1002，且将偏置元件112附接到中心杆106。在图9到9D的实施例中，使柱塞909的主体910通过开口1002。也可使用又一些配置，前述配置仅为说明性。
多个径向安置的横梁1006从中心环1004延伸。横梁1006围绕环1004彼此间隔开相等的距离。在所图解说明的实施例中，使用六个横梁1006；然而，将了解，可依照本发明的此实施例利用简直任何数目的横梁1006(即，两个或两个以上)。
应进一步注意，还可利用：(i)横梁1006围绕环1004的非等距间隔；及/或(ii)不均一横梁结构。作为一个实例，可将所述横梁一起“分组”成两者或两者以上的群组，一群组的横梁之间的间隔不同于群组之间的间隔。或者，所述横梁在大小、形状或几何形状上可依据其径向或角度(方位角)位置而变化(例如其中其宽度(w)或厚度变得更厚或更薄(例如，参见图10A上的尺寸“d”))或依据方位角而交替。所属领域的技术人员鉴于本发明还将认识到采用非等距间隔及/或横梁几何形状的其它配置。
如先前所述，每一横梁1006的第一端从中心环1004延伸。在其另一端处，每一横梁1006终止于对应弧段1008处且附接到对应弧段1008。横梁1006大体经形成以便与弧段1008的中心相交。当总的来看时，弧段1008形成与中心环1004同心的经间断圆形外围。
弧段108彼此间断或分离，因此产生形成于隔膜108、912的外圆中的间隙1012。此外，个别横梁1006与弧段1008对彼此分离以便在其之间形成孔口或通道1010。此特征允许每一横梁/段组合相对于其它组合(及中心环1004)个别地铰接。
现在参考图10A，以平坦或未压缩(静止)状态展示图10的双稳态设备108、912的侧视立面图。然而，将认识到，如本文中随后更详细地描述，本发明的双稳态隔膜未必需要在其松弛或未压缩状态中包括平面或平坦形状。
图10B是展示为未加负荷(静止)的图10的隔膜108、912的俯视立面图。在所图解说明的实施例中，双稳态隔膜108、912具有六(6)个横梁1006，每一横梁具有宽度(w)。在一个实施例中，横梁1006的宽度为0.055英寸，但可容易地使用其它值。如先前所述，在每一弧段108之间形成具有尺寸u的间隙1012。在一个实施例中，相邻弧1008之间的间隙1012为0.034英寸，但可用其它值来替代。
每一横梁1006与弧1008对围绕中心环1004以预定方位角安置；可通过(例如)相对于参考的极坐标(例如，θ，未展示)或在第一与第二横梁1006的中心之间形成的角度(v)来测量所述方位角。在一个实施例中，六个横梁1006围绕中心环1004每60°(在中心线处)地安置，借此构成整圆(360°)。然而，应了解，所利用的横梁1006的数目的增加或减小(及其它改变，例如不均一间隔、横梁配置等的使用)将分别需要更小或更大的分离角度。举例来说，在横梁1006围绕中心环1004不均一地安置的情况下，横梁1006之间的安置角度可为不恒定的及/或大于或小于上文所论述的示范性测量值。
如图10B中还图解说明，弧段1008的外边缘(A)形成较大周长的圆，且弧段1008的内边缘(B)形成较小的同心圆。在一个实施例中，如从孔口1002的中心所测量，较大外边缘(A)的半径为0.3805英寸，而内边缘(B)的半径为0.320英寸。针对由中心环1004的内边缘(C)及外边缘(D)形成的圆也同样如此。在一个示范性实施例中，内圆(即，形成中心开口1002的圆)的直径为0.175英寸(半径＝0.0875英寸)，而由中心环1004的外边缘(D)形成的圆的半径为0.1255英寸。
如图10C中所图解说明，示范性双稳态隔膜108、912在其弹动或预加负荷状态中大体构成具有圆形基底及圆形顶点的截头锥(或平截头体)(参见图10B)。因此，基底(即，由弧段1008的外边缘(A)形成的圆)的直径显著大于顶点(即，由中心环1004的外边缘(D)形成的圆)的直径。基底的直径(x)表示由弧段1008的外边缘(A)形成的圆的直径。
在一个实施例中，通过将弧段的外周长(A)约束在具有稍微小于隔膜在未弹动状态中的直径的直径(例如，小0.010英寸，借此实现图10C中所展示的大约0.75英寸的预加负荷总体直径(x))的大致圆形通道或框架内来实现隔膜的前述“预加负荷”。此实际上致使隔膜在其中心(顶点)处相对于中心线平面沿分别对应于两种稳定状态的一个方向或另一方向向外“凸起”。
具体来说，当装置如刚刚所描述而被预加负荷时，双稳态隔膜108、912的所图解说明实施例包括两种稳定状态及一种亚稳状态。在一种稳定状态中，隔膜108、912为上凸的或向上突出(在所图解说明的实施例中展示)。在另一稳定状态中，隔膜108、912为下凹的或向下突出(未展示)。在所图解说明的实施例中，顶点在基底的平面(此处定义为含有弧段1008的最低或外边缘的平面)上方向上突出距离(y)；例如，在此基底的平面上方0.056英寸。
隔膜108、912的所图解说明实施例的形状使得在当处于第一稳定且预加负荷状态时向隔膜施加力(例如，在其顶点处，例如经由安置于孔口1002内且耦合到中心环的杆或结构)且达到且恰好超过亚稳状态之后，隔膜108、912将在不施加额外力的情况下转变成第二稳定状态。如先前所论述，此性质在能量或功率节省方面具有显著优点。图10D给出力到隔膜108、912上的施加与顶点(朝向及远离基底的平面)的位移(即，顶点在两种稳定状态之间的位移)之间的关系的图表表示。
如图10D中所图解说明，当向处于第一稳定状态中的双稳态隔膜108、912施加力时，隔膜成比例地偏转直到偏转量达到约0.025英寸(亚稳状态)为止。在隔膜108、912已偏转0.025英寸之后，继续偏转所需的力保持实际上恒定直到隔膜108、912接近“搭扣”位置，即，其中隔膜108、912从亚稳状态改变为第二稳定状态(在大约0.065英寸的行程处)的位置，在此期间不需要施加进一步的力。所述隔膜顶点接着稳定到第二稳定状态中(在大约0.115英寸的位移处)。前述搭扣尤其由在施加力时在圆盘材料内形成的机械力导致(即，所施加力的功能在处于亚稳状态中时被转换为存储于圆盘的材料结构内的势能，且接着当隔膜以亚稳状态存在时被重新转换为功)。
应注意，理论上，所图解说明实施例的隔膜108、912应在隔膜108、912已偏转大于0.056英寸时从亚稳状态改变为第二稳定状态。然而，实际上，发现实现所述转变需要大约0.009英寸的额外偏转。隔膜108、912能够形成图10D中所展示的力分布曲线(在此特定情况中，高达.750千克力(kgf))。双稳态隔膜108、912在两个稳定位置之间表现出滞后行为(曲线“向下移动”及“向上移动”)。
如图10D中所给出的“倒置”数据迹线所指示，使隔膜108、912从第二稳定状态转变回到第一稳定状态(例如，初始位置)需要相反力。此实际上与第一(“正常”)分布曲线对称，但沿相反方向。应注意，在替代实施例中，双稳态隔膜108、912可不展现从第一状态转变到第二状态的第一分布曲线及从第二状态转变回到第一状态的第二(即，不对称)分布曲线。举例来说，当“向上移动”及/或“向下移动”时，此非对称行为可导致不同的力及/或偏转量值。非对称分布曲线可由形状不对称的双稳态隔膜的使用产生或在其中双稳态件约束在基底内部或由对称辐条1006约束的情况中产生。应进一步注意，图10D的图表仅表示隔膜的所图解说明实施例的位移/力特性，且横梁的替代设计配置将形成不同的力/位移分布曲线。举例来说，较厚材料的使用可产生沿正位移方向及负位移方向两者具有较大力“峰值”的分布曲线。
如先前所提及，将双稳态隔膜的所图解说明实施例制造为单个平坦结构(所述结构在其松弛或不受约束状态中保持平坦)。接着将所述平坦结构插入到大致圆形围封设备中。举例来说，所述围封设备可包括壳体102、904或隔膜保持元件110、911。如图10C中所指示，当隔膜108、912安置于局限形状内时，所述隔膜的直径位移一距离(z；参见图10C)；此位移产生隔膜108、912的总体凸形状或凹形状。
应了解，在替代实施例中，隔膜108、912可在制造时(即，在未预加负荷时)形成为平截头体形状，且围封设备的大小可大致等于隔膜108、912的直径(即，所述围封设备可并不如上文所论述将隔膜局限或限制为较小直径)。
此些形状还可包括“单稳态”装置；即，其中仅存在单个稳定形状且必须通过继续施加力来维持亚稳状态的装置。举例来说，可在加热前述细丝或SMA丝的同时使用所述细丝在隔膜上维持给定力(例如，经由中心杆或柱塞)，但随着加热减弱，所述力将松弛且隔膜将自动地返回(经由在亚稳状态中存储于隔膜材料中的势能)到所述单个稳定状态。此方法避免使用外力对柱塞/指示器进行机械复位的需要，如本文中先前所描述。
如上文关于图1到6及9的实施例所图解说明，杆106或柱塞902插入到隔膜的中心孔口1002中。通过SMA丝大体垂直于隔膜108、912的平面基底来致动杆106或柱塞902，从而致使隔膜108、912的顶点(中心环1004)朝向局限周界(即，围封设备的壁)外推。换句话说，经由杆106或柱塞902向隔膜108、912施加推力或拉力。所述力致使顶点(中心环1004)位移。所图解说明实施例的隔膜108、912的圆形形状有利地使杆106或柱塞902保持与中心开口1002及针对杆106或柱塞902提供的任何其它通道对准。如先前在图10D中所展示，所述圆形形状还在隔膜108、912的偏转的大部分中为其提供特定力分布曲线。隔膜108、912的外环(由弧段1008形成的尺寸A)在直径上分离以允许隔膜108、912推靠围封设备以控制所实现的力。单横梁隔膜(例如，矩形隔膜，未展示)也可提供上文所论述的推力；然而，此矩形隔膜不提供杆106或柱塞902的稳定及对准(例如，居中)。
细丝紧固机构-
在又一实施例中，如图11中所图解说明，用于将合金细丝104、908紧固到设备的紧固机构114、906可包括其中形成有孔口的元件1100。在所图解说明的实施例中，此元件1100包括大致环形部分1102。环1102大体由其中形成有孔口1103的框架形成。如所展示的框架为大致弯曲的，例如，圆形的；然而，应了解，元件1100可包括任何闭合形状。举例来说，在某些实施例中，元件1100的形状为大体三角形、圆形、椭圆形或正方形等，此取决于特定应用的需要。
在所图解说明的实施例中，环1102的大体形状及其中形成的孔口的大小与其上插入所述环的导电柱1108a、1108b的形状及大小相关。举例来说，在所图解说明的实施例中，柱1108a、1108b具有大体矩形横截面剖面(未展示)，因此环形组合件1100的孔口具有对应的大体矩形形状。然而，应了解，柱1108a、1108b(及环形组合件1100的孔口)可包括简直任何横截面形状。图11的导电柱1108a、1108b可经调适以插入到电力供应器中或如果期望那么以其它方式传导电流。由于所图解说明的柱1108a、1108b由导电材料(例如，尤其为例如铜或铝的金属、金属合金等)形成，因此其特别经调适以传递电流，如下文中将论述。
环形端子组合件1100进一步包括细丝保持部分1104。细丝保持部分1104经配置以远离环1102孔口延伸。细丝保持部分1104利用一个或一个以上机构来容纳至少一个细丝104、908(例如，由SMA形成)。在所图解说明的实施例中，保持部分1104通过形成细丝104、908接纳腔1106来容纳细丝104、908。通过将保持部分1104的一部分折叠回到其自身上来形成腔1106。接着将细丝104、908接纳于腔1106内。在所图解说明的实施例中，细丝保持部分1104为大体柔韧的使得腔1106的大小可经调整以容易地装配细丝104、908。一旦细丝104、908被接纳于腔1106内，便可牢固地按压保持部分1104的折叠，借此将细丝104、908紧固于其中。将了解，尽管图11展示一般化的细丝保持结构，但如果期望，那么此部分1104可包括本文中先前所描述的类型的压接件；例如，经调适以形成大致蛇形通道(腔1106)及/或经特别调适以供与SMA细丝一起使用的压接件。
如果需要，那么腔1106可经调适以包括带凹槽或以其它方式纹理化的表面，从而确保环形组合件1100与细丝104、908的足够电接触(以及足够机械强度及细丝在腔1106内的任何“蠕变”的有利减轻)。环形端子的腔1106与细丝104、908之间的牢固接触使得通过导电柱1108a、1108b的任何电流能够进一步通过细丝104、908。因此，如果在两个柱1108a、1108b之间施加电压差，那么细丝104、908的内电阻致使细丝104、908加热且改变其长度，如本文中先前所描述。
在一个实施例中，通过向仅一个柱1108a施加电位而另一柱1108b提供接地来采用所述电压差。在替代实施例中，柱1108a、1108b两者可经调适以具有施加到其的电位且偏置元件112(或柱塞主体910)充当接地。由于细丝104、908始终受拉伸，因此细丝104、908与柱1108a、1108b之间始终存在提供电流的物理连接(接触)。环形端子组合件1100消除对弹簧接触或永久附接的需要。
如先前所论述，当向细丝104、908施加热能时，其大致改变其几何形状，此随后致使向偏置元件112(或柱塞主体910)施加力。所述力接着致使隔膜108从第一稳定状态切换到第二稳定状态。因此，其中存在环形组合件1100的又一显著优点，即，其允许所述环形组合件枢转使得在偏置元件112(或柱塞主体910)移动时细丝整体可在方向上保持指向腔(例如，914，图9B)，借此使在致动期间施加到细丝的应力最小化。此在其中细丝的大小相对较小或借助于已知机械故障模式(例如疲劳或超越细丝的抗屈强度)以其它方式易于断裂的情形中为合意的。
应了解，在其中利用一个以上细丝104、908的实施例中，可经由前述环形端子组合件1100及相应导电柱1108a、1108b来附接每一细丝104、908(即，图11中的上部及下部细丝)。因此，在任何一个时间均可向下部或上部细丝104、908中的一者施加电流。举例来说，当向与上部细丝104、908相关联的柱1108a、1108b施加电流时，将不向与下部细丝相关联的柱施加电流。
前述实施例通过消除对永久或其它细丝保持特征的需要以及提供用于任选地向细丝施加热能的高效机构而有利地减小设备的复杂性及成本。
现在参考图11A，展示示范性环形端子组合件1100A的另一实施例。此实施例的环形组合件1100包括用于接纳及/或压接细丝104、901的腔1106。环形部分1102安置于(且因此电接触)导电柱1108c上。虽然仅图解说明单个导电柱1108c，但将了解，示范性组合件100可利用一个以上此种柱。
在所图解说明的实施例中，导电柱1108c的弯曲形状使得环形组合件1100能够在各种形状的组合件100中使用，例如，包含上文所论述的图2中所图解说明的组合件。图11A中还图解说明，环形组合件1100利用旋入端子1110来接纳电力供应筒形导线1112。
磁性耦合的双稳态致动器组合件-
现在参考图12，展示并详细地描述根据本发明的原理的磁性耦合的双稳态致动器组合件1200的示范性实施例。图12中所图解说明的双稳态致动器组合件经调适以与此项技术中广泛已知的类型的双室阀配件1296一起使用。然而，应认识到，图12的致动器组合件可容易地针对多种不同的致动器应用及/或阀类型加以调适，例如本文中先前所阐述的那些。
图12中所图解说明的双稳态致动器组合件经由适配器托架1210及若干个扣接螺栓1288耦合到所述阀配件。所图解说明的适配器托架经定大小以容纳所要的阀配件，但可容易地经调适以装配任何数目的不同大小及形状。一个显著优点(如下文中将更全面地论述)为，双稳态致动器组合件的绝大部分可用于多种多样的应用，其中大部分的调适仅由需要改变适配器托架的大小及尺寸而产生。因此，在一个示范性实施例中，所述双稳态致动器组合件可利用定制适配器托架1210，其准许单个或有限数目的SMA致动器组合件与几乎无限数目的阀或其它经致动装置一起利用，借此有利地使得SMA致动器组合件能够与原本未针对此应用具体设计的阀或其它装置一起利用。举例来说，假若用户想要用图12中所图解说明的SMA致动器组合件替换现有电螺线管供电式双室阀，那么将仅需要针对现有技术电螺线管双室阀具体调适所述适配器托架。
SMA双稳态致动器组合件1200的内部组件由致动器盖1220覆盖，在所图解说明的实施例中，致动器盖1220包含从所述盖突出的四(4)个SMA丝端子1254。在所图解说明的实施例中，一对销将负责双室阀1296的致动，而相对的一对销将负责所述双室阀的去致动。在示范性实施例中，每一组的相应销对由于内部组件的几何形状而彼此成一百八十(180)度地安置(例如，参见图12O)。然而，应认识到，本发明不受如此限制且举例来说，可使用任何数目的外部端子1254配置、放置等。另外，应认识到，可将所述销的数目减小到三(3)个或甚至两(2)个端子，其中电流到致动器组合件1200的相应SMA丝的路由受电子技术中众所周知的类型的解码器电路控制。另外，假若特定应用的设计决定在致动器组合件的致动中使用SMA丝，则可增加销的数目。
现在参考图12A到12B，在从阀配件移除图12的致动器组合件(使得可详细地看见隔膜1298)之后图解说明所述组合件的底侧。具体来说，在阀配件中利用隔膜1298来控制流体的移动。隔膜1298(图12B)包括安放于适配器托架1210的相应腔内的密封表面1273。所述隔膜还包含：流体接收腔1271，其包括准许流体到/从阀配件的外部室(1299，图12Q)的传递的多个孔1293；及驻留于腔1271内的浅凹特征1295，其包括用于流体到/从阀配件的内部室(1297，图12Q)的相应孔口1291。因此，在图12的所图解说明的实施例中，双稳态致动器组合件以与广泛已知的隔膜阀类似的方式起作用。
现在参考图12C到12D，图解说明双稳态致动器组合件的内部组件。具体来说，图12D图解说明致动器组合件的沿着如图12C中所展示的线12D-12D截取的横截面图。图12D图解说明供与双稳态致动器组合件的示范性实施例一起使用的所有主要组件，本文中关于图12E到12Q更全面地详细描述所述组件。如图12D中可见，致动器组合件1200的致动机构包含弹簧组合件壳体1252、端子销1254、双稳态弹簧1256及致动器轴1258。所述致动机构驱动包含环形磁体1242及起作用以使所述环形磁体上下移动的环形保持器1244的轴子组合件。在环形磁体1242移动时，其驱动包含钢杆1234、柱塞尖端1236及磁体套筒1232的柱塞子组合件。柱塞尖端1236啮合隔膜1298，隔膜1298允许流体选择性地通过或不通过阀配件1296。
现在参考图12E到12F，图解说明供与双稳态致动器组合件1210一起使用的适配器托架1210。适配器托架1210拥有胜过其它现有技术方法的优点，尤其因为所述适配器托架允许驻留于适配器托架的干侧1214上的致动机构与其中接触流动穿过阀配件的流体的湿侧1212的分离。然而，将了解，可行地，所述致动机构可经翻转使得其有意地处于“湿侧”内(此对于例如温度/冷却目的、润滑等可为合意的)。图12E到12F的适配器托架在所述适配器托架的湿侧1212上包括两个主腔。第一腔1218经定形以容纳及装纳隔膜1298，而第二腔1216用于装纳最终与隔膜相互作用以控制流体在阀配件内的传递的柱塞组合件(1230，图12G)。
通过分离适配器托架1210的干侧1214上的致动机构，改进了致动器组合件的可靠性。举例来说，可通过将致动器机构分离成干侧及湿侧而完全避免关于典型的现有技术方法中存在的金属部件的许多常见问题(例如腐蚀、化学诱发或热诱发的降解)。另外，由于不必使用较昂贵的耐腐蚀或耐环境的组件(因为不存在这些组件变得暴露于行进穿过阀配件的潜在地腐蚀性流体的危险)，因此还可减少组合件的成本。另外，还可通过将这些组件放置于适配器托架的干侧上来进一步减少电短路的风险及其它潜在可靠性问题或危险问题(例如触电)。
现在参考图12G，详细地图解说明双稳态致动器组合件的致动机构。如先前所论述，示范性实施例中的所有这些组件(柱塞组合件1230除外)均装纳于适配器托架的干侧上。因此，在从视图移除适配器托架使得可较容易地看见内部组件的情况下图解说明图12G中所展示的组合件。所述致动机构包括三(3)个主组合件：(1)柱塞组合件1230，其在适配器托架的湿侧上操作；(2)轴子组合件1240，其经由磁场驱动柱塞组合件1230；及(3)弹簧组合件1250，其驱动轴子组合件1240。
在所图解说明的实施例中，柱塞组合件1230包括三(3)个主组件，在图12G中仅可看到其中的套筒1232及柱塞尖端1236。在示范性实施例中，套筒1232包括铁磁材料，而柱塞尖端1236包括经调适以将管嘴孔口1291密封于隔膜1298(图12B)上的牢固但顺应性材料(例如，弹性化合物)。轴子组合件1240包括环形磁体1242，其移动诱发致动柱塞组合件1230及环形保持器1244的磁场改变。关于弹簧组合件1250，在图12G中仅可清楚地看到对称壳体1252及端子1254。本文中随后将关于对图12H到12P的论述进一步论述弹簧组合件1250的其余部分。
现在参考图12H，展示并详细地描述弹簧组合件1250的相对侧。尽管已为清楚起见移除了环形保持器，但可看见致动器轴1258的顶部部分。另外，还图解说明负责在使电流从中通过时沿向上方向拉动致动器轴1258(以及轴子组合件1240)的上部SMA丝组合件1290。因此，当向相应SMA丝组合件施加电流借此加热相应SMA丝时，由致动器轴致动的环形保持器(未展示)使环形磁体1242的位置沿向上或向下方向移位，借此致动安置于适配器托架的湿侧上的柱塞组合件1230。
图12I在从视图移除磁体套筒的情况下图解说明柱塞组合件的各种组件。具体来说，可看见磁体套筒封闭钢杆1234，钢杆1234对由环形磁体1242以及柱塞尖端1236诱发的磁场做出反应。柱塞尖端1236为实际上经调适以与隔膜(即，管嘴部分1295)物理介接的部分。在替代实施例中，可用更改所使用材料的磁化率的替代材料来替换钢杆1234，借此准许柱塞组合件1230较强地对所施加的磁场(对着环形磁体1242)做出反应(或替代地，较弱地)。举例来说，可用由例如钕或磁钢等磁性材料构成的杆来替换所述钢杆以提供更大力。或者，所述杆可包括将提供相对较小力的填充有铁粒子的塑料。
现在参考图12J到12K，更清楚地图解说明包括弹簧组合件、轴子组合件1240及柱塞组合件1230的致动机构。具体来说，现在可看见两(2)个SMA丝组合件1290a、1290b。另外，可将所图解说明的四(4)个端子1254视为用于SMA丝组合件1290a、1290b中的每一者的端子对(即，第一对端子1254起作用以施加穿过SMA丝组合件中的第一组合件(例如，1290a)的电流，而第二对端子1254起作用以施加穿过SMA丝组合件中的第二组合件(例如，1290b)的电流)。取决于哪一端子对具有施加到其的电流，致动器轴1258将被拉动成两个方向中的一者，借此将双稳态弹簧1256置成其两种不同的双稳态中的任一者。尽管所图解说明的实施例展示分别沿相反方向拉动轴的一对SMA丝组合件，但本发明并不受如此限制。举例来说，在一实施例中，所述致动器组合件仅包含仅沿单个方向拉动轴的单个SMA丝组合件(或一组SMA丝组合件)，其中回位弹簧使双稳态弹簧回位到相对状态。
所图解说明实施例的SMA丝组合件1290包括SMA丝1292及存在于所述SMA丝的任一端处的压接端子1294，但将了解，可使用其它方法。在示范性实施例中，所述SMA丝包括0.005英寸直径的Dynalloy丝。此外，在示范性实施例中，压接端子1294包括具有将SMA丝1292固持于适当位置中而不损坏所述丝的蛇形通道的环状结构。对于本发明有用的示范性压接结构描述于2006年6月22日提出申请且标题为“用于细丝压接及制造的设备及方法(Apparatus and Methods for Filament Crimping and Manufacturing)”的共同拥有且共同待决的第11/473,567号美国专利申请案、现在为第7,650,914号美国专利中，所述专利先前以全文引用的方式并入本文中。前述环状结构的显著优点为，此结构促进弹簧组合件的制造；即，可单独地制造SMA丝组合件1290且简单地将其插入于端子1254的相应端上，借此简化组装。另外，特别是在与相对细的SMA丝一起使用时，所述环状结构还具有一优点，因为其允许压接端子1294随着致动器轴1258移动而枢转。此枢转运动缓解SMA丝1292与压接端子1294的界面处的应力，因为在致动器轴的整个行程中压接端子保持与SMA丝对准。尽管将环状结构图解说明为与压接端子1294相关联，但应了解，可容易地用其它结构形状来替代，同时仍提供：(1)组装简易性；及/或(2)枢转的能力，例如部分地包围压接端子的C形端子结构或接纳于位于压接端子上的孔口内的销状结构。
此外，前述压接元件本质上为高度精确的且允许在无显著蠕变的情况下对极细线规SMA细丝的压接，借此尤其允许减少的功率消耗及较短的细丝(即，较少百分比的蠕变允许针对相同的有效冲程使用较短的细丝，且较短/较细的细丝需要施加较少的电力或热来致动致动器)。
现在参考图12L，更容易明了致动器轴1258的构造及设计。所述致动器轴具有经调适以接纳SMA丝1292的上部狭槽1262及下部狭槽1264两者。在所图解说明的实施例中，致动器轴的狭槽1262、1264经定形以便准许在不需要将SMA丝布线穿过通孔的情况下将所述丝布线穿过轴的中心。此通过在已组装SMA丝组合件之后允许将SMA丝1292布线到致动器轴上而简化组装。致动器轴的顶部部分经定形以便接纳于致动器盖(1220，图20)上的对应容座内，使得可在致动器轴的致动期间由致动器盖部分地导引所述轴。此外，在一实施例中，位于致动器轴的底部部分附近的保持特征1259经调适以接纳并紧固环形保持器(未展示)。
现在参考图12M到12N，更清楚地图解说明对称壳体1252的示范性实施例的构造。具体来说，如图12N中可见，弹簧组合件1250的壳体结构由两(2)个相同的弹簧组合件壳体1252构成，所述两个壳体基本上经倒置使得其可面对面地安置且经附接使得其相对于彼此旋转180度(即，使得悬臂搭扣件1270相对于彼此安置于相对侧处)。在所图解说明的实施例中，来自弹簧组合件壳体中的相应者的悬臂搭扣件1270啮合相对壳体且有助于将两个壳体一起固持于适当位置中。另外，在示范性实施例中，弹簧组合件端子1254经调适以接纳在经组装壳体1252的外径向部分上的相应狭槽内。这些狭槽含有经调适以接纳弹簧组合件端子上的相应特征且因此一起装配(例如)成压入配合型组合件的特征。此压入配合特征有助于在组装之后将两个壳体围封在一起。
现在参考图12O，在从视图移除顶部壳体的情况下图解说明弹簧组合件1250的透视图。如图12O中可见，双稳态弹簧1256接纳在位于相应壳体1252中的每一者内的相应凹槽1259内。此凹槽1259为重要的，因为其经定大小以便将预定箍应力施加到双稳态弹簧的外围上，借此实现其在状态之间的致动。尽管以“货车轮”型的配置图解说明双稳态弹簧1256，但应认识到，可容易地用其它双稳态弹簧几何形状(例如本文中先前所描述的那些几何形状)来替代所图解说明的配置。在替代配置中，双稳态弹簧经设计使得不需要由壳体施加箍应力。具体来说，双稳态弹簧经冲压使得其在其冲压状态中向一侧伸出且随后可经由力的施加(例如，经由经致动合金细丝)而切换到替代状态。
可了解，已就方法的特定步骤顺序描述了本发明的某些方面，但这些描述仅为对本发明的更广泛方法的说明且可根据特定应用的需要进行修改。可在某些情形下使某些步骤变得非必需或任选的。另外，可向所揭示的实施例添加某些步骤或功能性，或可变更两个或两个以上步骤的执行次序。所有此些变化均视为涵盖在所揭示的发明及所主张的权利要求书内。
尽管以上详细描述已展示、描述并指出应用于各种实施例的本发明新颖特征，但将理解，所属领域的技术人员可在所图解说明的装置或过程的形式及细节上做出各种省略、替代及改变，此并不背离本发明。前文描述为实施本发明的目前所预期的最佳模式。此描述决非意在为限制性，而是应视为对本发明的一般原理的说明。应参考权利要求书来确定本发明的范围。

Claims (22)

1.一种致动器，其包括：
多稳态元件，其包括至少两种大致稳定配置；
轴组合件，其经配置以在所述多稳态元件将状态从所述至少两种大致稳定配置中的第一配置改变为第二配置时位移；
壳体组合件，所述壳体组合件包括彼此配合的两个大致相同的壳体元件；
记忆合金细丝，其经调适以在被致动时对所述多稳态元件施加力，所述力致使所述多稳态元件将状态从所述第一配置改变为所述第二配置。
2.根据权利要求1所述的致动器，其进一步包括将所述轴组合件与柱塞物理分离的分隔元件，所述柱塞经调适以致动可移动元件。
3.根据权利要求2所述的致动器，其中所述分隔元件将所述致动器的干侧与所述致动器的湿侧分离，所述柱塞安置于所述湿侧上。
4.根据权利要求3所述的致动器，其中所述可移动元件包括隔膜。
5.根据权利要求2所述的致动器，其中所述轴组合件包括磁性元件，当使所述磁性元件移动时，所述磁性元件诱发关于所述柱塞的移动。
6.根据权利要求5所述的致动器，其中所述柱塞包括柱塞组合件，所述柱塞组合件进一步包括大致顺应性元件及铁磁元件。
7.根据权利要求5所述的致动器，其中所述磁性元件包括环形磁体，且所述轴组合件进一步包括保持所述环形磁体的环形保持器元件。
8.根据权利要求1所述的致动器，其中所述大致相同的壳体元件中的每一者以面对面定向且相对于彼此成偏移角度地安置。
9.根据权利要求8所述的致动器，其中所述偏移角度至少为一百八十度(180°)。
10.根据权利要求9所述的致动器，其中所述大致相同的壳体元件进一步经由多个端子销固持在一起。
11.根据权利要求1所述的致动器，进一步包括多个端子销，所述多个端子销的至少一部分与所述记忆合金细丝机械耦合。
12.根据权利要求11所述的致动器，其中所述记忆合金细丝包括通过装配于所述端子销中的至少一者上来促进组装的环形元件。
13.根据权利要求11所述的致动器，其中所述轴组合件包括准许在不需要使所述记忆合金细丝穿过孔口的情况下接纳所述细丝的狭槽。
14.根据权利要求1所述的致动器，其中所述记忆合金细丝经配置以通过向其施加电流来致动。
15.一种致动器，其包括：
湿侧部分，所述湿侧部分包括柱塞元件；以及
干侧部分，所述干侧部分包括：
双稳态元件，其包括两种大致稳定配置；
轴组合件，其在所述双稳态元件将状态从第一配置改变为第二配置时位移；
壳体组合件，所述壳体组合件包括彼此配合的两个大致相同的壳体元件，所述两个大致相同的壳体元件中的每一者以面对面定向且相对于彼此成偏移角度地安置，所述偏移角度至少为一百八十度(180°)；以及
记忆合金细丝，其耦合到所述双稳态元件，当致动所述细丝时，所述记忆合金细丝致使所述双稳态元件改变状态；
其中所述双稳态元件安置于所述两个大致相同的壳体元件之间。
16.根据权利要求15所述的致动器，其中所述轴组合件在不与所述柱塞元件物理接触的情况下致动所述柱塞元件。
17.根据权利要求16所述的致动器，其中所述轴组合件包括磁性元件，当使所述磁性元件移动时，所述磁性元件诱发关于所述柱塞元件的移动。
18.根据权利要求17所述的致动器，其中所述磁性元件包括环形磁体，且所述轴组合件进一步包括保持所述环形磁体的保持器元件。
19.根据权利要求18所述的致动器，其中所述保持器元件耦合到轴元件，所述轴元件又耦合到所述双稳态元件。
20.根据权利要求19所述的致动器，其中所述双稳态元件安置于壳体组合件内，所述壳体组合件经调适以便对所述双稳态元件施加箍应力。
21.根据权利要求19所述的致动器，其中所述双稳态元件安置于壳体组合件内，所述壳体组合件经调适以便不对所述双稳态元件施加箍应力。
22.根据权利要求15所述的致动器，其进一步包括经调适以调节流过所述湿侧部分的流体的阀配件；
其中所述轴组合件经由对所述记忆合金细丝的至少一部分进行加热而致动所述柱塞元件，其中所述轴组合件不与流过所述阀配件的所述流体连通。
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