CN106601547B - 一种单程形状记忆合金驱动的热开关及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单程形状记忆合金驱动的热开关及控制方法，其中热开关包括框架、设置在框架内一侧的移动板以及与该移动板配合的开关轴，在开关轴上设置有对角锥，在移动板上设置有与开关轴配合的槽，该槽包括导向槽和嵌入槽，开关轴从导向槽进入并可将对角锥置于嵌入槽内，在移动板与移动板相对的框架一侧之间设置有复位弹簧和形状记忆合金弹簧，移动板具有在复位弹簧作用下与开关轴配合的第一位置和在形状记忆合金弹簧作用下与开关轴脱离配合的第二位置。本发明单程形状记忆合金驱动热开关，利用形状记忆合金的记忆效应，实现高效的开关的闭合开启控制，可代替传统的温控装置在特殊场合的使用，具有设计制作简单，可靠度高的优点。

Description

一种单程形状记忆合金驱动的热开关及控制方法

技术领域

本发明涉及一种温度控制设备,尤其是一种由单程形状记忆合金驱动的热开关。

背景技术

热开关是一种通过对结构导热途径的热阻进行控制而实现主动控制的传热构件。至今，基于各种原理的热开关技术已经得到很大发展并且获得了实际应用，包含微热膨胀型热开关、双金属片驱动热开关、石蜡驱动热开关等。但是这些传统的热开关存在许多固有缺点，如微热膨胀性热开关若在闭合的场合长期使用，可能会发生冷焊，以至于需要断开时无法打开；双金属驱动热开关的结构设计较为复杂，双金属的驱动力有限而导致接触热阻较大等。

本发明在分析传统热开关优缺点的基础上，设计一种单程形状记忆合金驱动的热开关，单程形状记忆合金是一种智能材料，低温下经过一定的塑性变形后，加热到一定温度时，又可以完全恢复到变形前原来形状，这种特性可以用于开关的闭合和打开两个控制状态的实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，设计一种基于单程形状记忆合金驱动的热开关装置，利用形状记忆合金在高温态时具有恢复到变形前形状的全新原理，而且设计的结构具有控制可靠度高，设计简单等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种单程形状记忆合金驱动的热开关，其特征在于：包括框架、设置在框架内一侧的移动板以及与该移动板配合的开关轴，在所述开关轴上设置有对角锥，在所述移动板上设置有与所述开关轴配合的槽，该槽包括导向槽和嵌入槽，所述开关轴从所述导向槽进入并可将所述对角锥置于所述嵌入槽内，在所述移动板与移动板相对的框架一侧之间设置有复位弹簧和形状记忆合金弹簧，所述移动板具有在所述复位弹簧作用下与所述开关轴配合的第一位置和在所述形状记忆合金弹簧作用下与所述开关轴脱离配合的第二位置。

在所述框架内还设置有一定位板，所述移动板设置在该定位板上，在所述定位板上设置有与所述开关轴配合的所述导向定位槽。

在所述的框架和移动板上均设置有导杆，所述复位弹簧和形状记忆合金弹簧均套在所述导杆上。

在所述框架上还设置有一将所述移动板约束在所述框架内的顶板。

所述开关轴为半圆轴，所述对角锥为设置在半圆轴上的半圆锥。

一种热开关的控制方法，其特征在于：对角锥和开关轴组成连接轴杆，与外部被控制的结构设备进行连接，初始状态时，在外力的作用下，开关轴沿着移动板上的导向槽深入移动板，驱动移动板沿开关轴的径向方向滑动，当与开关轴相连的对角锥与移动板中嵌入槽相容后，移动板在复位弹簧的作用下又与框架的侧板紧密接触，此时，移动板处于对开关轴的约束状态；形状记忆合金弹簧在通电升温后，开始收缩，在克服复位弹簧压力作用后，驱动移动板进行沿着开关轴的径向方向滑动，不断远离框架的侧板，移动板对对角锥的约束作用解除，移动板处于对开关轴的解约束状态，开关轴在被开关控制的外部结构设备的作用下弹出，完成整个控制过程。

本发明的相比于现有技术具有以下有益效果：通过移动板上的嵌入槽和对角锥的相容自锁，完成开关闭合，简单实用；通过形状记忆合金弹簧和复位弹簧作用力的相对大小可以实现开关的开合状态转换，高效而且可靠度高。

附图说明

图1是形状记忆合金开关整体结构示意图；

图2是连接轴杆结构示意图；

图3是开关闭合状态连接轴杆装配结构示意图；

图4是开关开启状态连接轴杆装配结构示意图；

图5是开关结构闭合状态整体结构示意图；

图6是开关结构开启状态整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明：

如图1所示，形状记忆合金驱动开关包括框架1，顶板2，形状记忆合金弹簧3，复位弹簧4，移动板5，导杆6，半圆轴7，以及图3中所示的对角锥8和定位板9。其中，有两个形状记忆合金弹簧3和一个复位弹簧4均包在导杆6外侧，可以沿导杆6伸长或者压缩。导杆6分为两段，一段与框架1相连，另外一段与移动板5相连，并且两段之间存在间隙。移动板5通过开洞和半圆轴7完成相容匹配。如图2所示，由半圆轴7和对角锥8组成连接轴杆，用于和被开关控制的结构相连，传递开关开启闭合控制转换。定位板9和框架1相连进行固定约束，移动板5位于定位板9的上部，与两侧框架1和上侧顶板2均存在微小间隙，可以沿着导杆6方向滑动。图1中顶板2为对开关的封闭，图中为了详述开关内部结构，做了简省。

开关闭合状态时，形状记忆合金弹簧3处于低温受拉状态，复位弹簧4处于受压状态，复位弹簧4在克服形状记忆合金弹簧3拉力后促使与导杆6相连的移动板5与框架1紧密接触，此时导杆6两段之间有间隙。当在外力作用下，半圆轴7与对角锥8从移动板5上方的洞口进入，促使移动板5沿导杆6方向滑动并与与框架1分开，当对角锥8与移动板5的洞口完全相容匹配后，移动板5在复位弹簧4的作用下与框架1又紧密接触。撤出外力后，半圆轴7由于相连的对角锥8被移动板5锁住，不能沿轴方向发生移动。

通电温度升高后，形状记忆合金弹簧3的温度达到奥氏体相变温度后，对应的拉力增大，在克服复位弹簧4压力后驱动移动板5沿导杆6方向滑动，移动板5开始和定位板9分离，而半圆轴7由于定位板9的作用不能沿导杆6方向发生移动，对角锥8受到的移动板5的约束消失，此时半圆轴7和对角锥8可以从洞口中弹离。

由于导杆6之间的间隙是有限，形状记忆合金弹簧3的收缩量被限制，保证了结构构件的安全。当断电温度自然下降后，形状记忆合金弹簧3中的拉应力减小，复位弹簧4中的压力占据主导作用，驱动移动板5沿导杆6方向滑动，最终与框架1接触，完成开关控制的完整循环过程。

Claims (5)

1.一种单程形状记忆合金驱动的热开关，其特征在于：包括框架、设置在框架内一侧的移动板以及与该移动板配合的开关轴，在所述开关轴上设置有对角锥，在所述移动板上设置有与所述开关轴配合的槽，该槽包括导向槽和嵌入槽，所述开关轴从所述导向槽进入并可将所述对角锥置于所述嵌入槽内，在所述移动板与移动板相对的框架一侧之间设置有复位弹簧和形状记忆合金弹簧，所述移动板具有在所述复位弹簧作用下与所述开关轴配合的第一位置和在所述形状记忆合金弹簧作用下与所述开关轴脱离配合的第二位置；在所述框架内还设置有一定位板，所述移动板设置在该定位板上，在所述定位板上设置有与所述开关轴配合的所述导向槽。

2.根据权利要求1所述的热开关，其特征在于：在所述的框架和移动板上均设置有导杆，所述复位弹簧和形状记忆合金弹簧均套在所述导杆上。

3.根据权利要求1所述的热开关，其特征在于：在所述框架上还设置有一将所述移动板约束在所述框架内的顶板。

4.根据权利要求1所述的热开关，其特征在于：所述开关轴为半圆轴，所述对角锥为设置在半圆轴上的半圆锥。

5.如权利要求1-4任一所述热开关的控制方法，其特征在于：对角锥和开关轴组成连接轴杆，与外部被控制的结构设备进行连接，初始状态时，在外力的作用下，开关轴沿着移动板上的导向槽深入移动板，驱动移动板沿开关轴的径向方向滑动，当与开关轴相连的对角锥与移动板中嵌入槽相容后，移动板在复位弹簧的作用下又与框架的侧板紧密接触，此时，移动板处于对开关轴的约束状态；形状记忆合金弹簧在通电升温后，开始收缩，在克服复位弹簧压力作用后，驱动移动板进行沿着开关轴的径向方向滑动，不断远离框架的侧板，移动板对对角锥的约束作用解除，移动板处于对开关轴的解约束状态，开关轴在外部被控制的结构设备的作用下弹出，完成整个控制过程。