CN106687687A

CN106687687A - 热敏致动器设备

Info

Publication number: CN106687687A
Application number: CN201580049760.4A
Authority: CN
Inventors: K.J.A.范登亚克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-09-08
Also published as: US10563639B2; CN106687687B; EP3194768A1; RU2704930C2; JP6849585B2; JP2017534790A; WO2016041807A1; RU2017112385A; US20170276122A1; RU2017112385A3

Abstract

一种热敏致动器使用形状记忆材料层，其响应于温度的上升而被热刺激以改变形状，从在第一温度下的第一形状改变为在第二温度下的第二形状。层堆叠与形状记忆材料层相关联，并且它可以在第一温度下采用第一形状。以此方式，层堆叠被用来在冷却之后使形状记忆材料返回到其原始形状。

Description

热敏致动器设备

技术领域

本发明涉及一种致动器设备，用于提供取决于温度的致动器响应。本发明进一步涉及该致动器设备的制造和使用。

背景技术

存在许多可以受益于减小尺寸的致动器但可以引起显著的冲程并且施加显著的力的应用。

马达最常用作用于生成大冲程和力的致动器。对于许多小型化应用，即使小马达也是太大、太重、太嘈杂和太昂贵的。

成形记忆材料（SMM），特别是形状记忆合金（SMA），在被加热至超出其特定相变温度时能够提供显著的力和冲程。即使材料的尺度是小的，所递送的力和冲程在很长的时间段上且在许多切换操作之后相对于这些尺度是非常高的且精确的。

因而已经研究了SMM取决于温度而提供致动信号的用途。例如，US6 764 166公开了一种SMA形成用于喷墨印刷设备的喷嘴的部分的用途。在温度上升和由于相变而形变之后，在致动可以重新开始之前必须使材料回到原始形状。在US6 764 166中，喷嘴被预加应力而成卷曲状态，并且喷嘴的加热致使喷嘴板变直。在冷却之后，预应力使该板返回到卷曲状态。

对预加应力的需要是一个缺点，该缺点由下述事实产生：当存在温度降低时，相变回到原始相，但是形状没有。因而，在致动器可以再次使用之前，在温度降低之后，必须发起外部致动以逆转SMM的形变。

发明内容

本发明寻求提供一种改进的致动器设备，其中致动取决于致动设备的热敏性或温度敏感性并且其中形状激活是可逆的。

本发明由独立权利要求限定。从属权利要求提供有利实施例。

根据本发明，提供了一种致动器设备、该设备的使用和部分地由该设备控制的装置以及一种致动方法。

本发明将具有热膨胀系数不同的至少两个（彼此附接以用于在加热时像双金属条一样操作的）层的层堆叠与具有形状记忆材料的层组合，其中具有形状记忆材料的层可以是层堆叠的层之一或者是单独层。致动器设备的热敏性一部分来自致动器的（多种）形状记忆材料的形变响应。对于另一部分，热敏性来自起双金属条配置作用的层结构。

在本发明的上下文内，层堆叠是能够将温度变化转换成机械位移的结构。双金属条是这样的结构的一个示例。双金属条由不同金属的两个条构成，这两个条在它们被加热时以不同的速率膨胀。尽管在实践中这样的条通常包括诸如钢和铜（或在某些情况下，钢和黄铜）之类的金属或由其构成，但是本发明的层堆叠不限于这些材料，而是可以还包括诸如聚合物之类的有机材料。如果形状记忆材料是有机材料（聚合物），那么层堆叠材料优选地也是有机材料（聚合物）。如果形状记忆材料是金属和/或金属合金，那么层堆叠材料优选地也是金属/或金属合金。

这些层优选地通过铆接、铜焊、焊接或胶合贯穿它们的长度或在沿着它们的长度的局部点处结合在一起。然而，这样的结合也可以在更长的距离上延伸，使得所述条在它们之间具有其他层或机械连接。以此方式，层堆叠遵循形状记忆材料的形状并且形变可以以最佳效果返回到原始情形。这样的在中间的层可以是隔热层以便能够例如通过电气感应的焦耳（Joule）加热而仅加热堆叠中的特定层。如果被加热，不同的膨胀迫使平整的条单向弯曲，并且如果冷却至低于其初始温度的话，在相反方向上弯曲。具有更高热膨胀系统的金属在所述条被加热时处在曲线的外侧上，并且在被冷却时处在内侧上。

优选地，层堆叠的层和形状记忆材料层贯穿它们的长度和宽度完全结合在一起，以给出用于致动器设备的紧凑且鲁棒的致动器构件。于是，层堆叠的形状遵循特性是最佳可达到的。

由形状记忆材料层在经历高于到第二形状的转变温度的转变时施加的力超过由层堆叠施加的任何抵抗力。然而，当冷却回到低于转变温度的温度时，层堆叠能够施加足以使形状记忆材料层返回到第一形状的力。

此配置提供集成的传感器和致动器，其部分地或完全避免了对用于逆转形变的外部致动器的需要。这为形变材料作为具有递送功的能力的小致动器的使用打开了众多应用。

本发明的此布置还避免了层堆叠中的大应力，因为该结构当处于第一形状时具有低内部应力。

形状记忆材料层可以具有一种或多种形状记忆材料，但是优选地具有一种形状记忆材料。该层可以具有嵌入其他材料或与其他材料并存的这样的材料。优选地，该层由一种或多种形状记忆材料构成。在后者的情况下，形状可以完全由形状记忆材料确定。优选地，形状记忆材料是金属或金属合金。优选地，层堆叠材料是金属或金属合金。在本发明的详细描述中将描述其他或更特定的材料。

第一温度优选地低于形状记忆材料的相变温度，并且第二温度高于形状记忆材料的相变温度。这样，可以从形状记忆材料的相变获得充足的优点。

层堆叠可以包括作为其两层之一的形状记忆材料层。因而，形状记忆材料层的热膨胀系数不同于层堆叠的第一层的热膨胀系数。于是，总体的致动器可以具有少至两层。

在优选布置中，致动器设备可以包括夹在分别具有第一和第二热膨胀系数的第一和第二层之间的形状记忆材料层。因而，在此情况下，致动器具有至少三层。在一个实施例中，形状记忆层的热膨胀系数与第一层和第二层的各自热膨胀系数相等或在它们之间。

这提供在两侧上具有金属层的形状记忆材料，其形成在具有明显不同的热膨胀系数（CTE）的材料之间的夹层结构。在一侧处，存在具有相对高的CTE的材料，并且在另一侧处存在具有相对低的CTE的材料（“相对”意指相对于彼此）。于是，当要形成相同的力时，在与双层堆叠致动器设备比较时，这些层可以保持相对薄。这对设备中致动器构件的疲劳减少以及因而对其寿命（致动循环的数量）是有利的。

在上面的示例中，具有高和低CTE的材料的材料类型和尺度连同合适的形状记忆材料的正确组合能够通过使用双金属条配置提供形状返回以在冷却至低于相变温度之后逆转形状记忆材料的形状。材料的热系数可以方便地取自文献数据库并且与设计约束结合地用来提供切实可行的实施例。

在可替换方案中，形状记忆材料层是不同于第一层和第二层的层并且仅直接附接到第二层而不直接附接到第一层。在此实施例中，实际上在形状记忆材料层的一侧上存在双金属条层堆叠。

存在可以使用的各种可能的形变。一种有用类型的形变是基于在形状记忆材料层中引入或减少弯曲的形变。因而，在这样的可替换方案中，第一形状和/或第二形状在层堆叠的堆叠方向上是弯曲的形状，并且要么第一形状是与第二形状相比不那么弯曲的形状，第一层在第二形状的外侧并且第一层具有比第二层更高的热膨胀系数，要么第一形状是比第二形状更弯曲的形状，第一层在第一形状记忆材料层的内侧并且第一层具有比第二层更高的热膨胀系数。

换言之，双金属条配置在冷却时使形状变直并且形状记忆材料在加热时引入弯曲，且相反的布置（在冷却时采用弯曲形状）也是可能的。

在两种情况下，材料已经基于它们的热膨胀系数而定位，使得双金属条作用力添加到由在从第一温度转变到第二温度时引起形变的形状记忆材料创建的力，并且还对返回温度变化提供最大帮助。

在另一个示例中，第一和第二形状包括具有不同的弹簧膨胀程度的弹簧形状。

致动器设备可以包括用于加热至少形状记忆材料层的加热器设备和/或用于冷却至少形状记忆材料层的冷却设备。这可能是在使用环境不提供温度的改变时提供加热控制所需要的。再者，加热和冷却可以被辅助以提供更快的致动器状态改变。加热可以是焦耳加热元件或设备。冷却可以通过液体流动或其他常见的冷却设备或原理完成。

致动器可以用在各种应用中并且可以是各种装置的部分，特别是当该设备被用来部分地控制装置或应用时。

因而，一种装置可以包括包含致动器设备的电路，其中致动器设备作为开关操作。这可以是电气电路和电气开关，但是也可以是具有作为开关的阀的管道线路。

该装置可以是使用本发明的致动器的安全切断电路，其在形状记忆材料具有第二形状时操作电气切断开关。这可以用在照明单元中以在出现过热的情况下提供安全切断。

该装置可以是具有基于致动设备致动状态采用不同的物理配置的配置控制器的装置。这可以用于取决于温度而提供设备的外观的美学改变。这样的应用/装置包括例如照明设备或其他装饰性家庭或办公室设备。

在另一个方面中，用于使多个设备的操作或配置循环的循环电路使用一组本发明的致动器。这使得设备能够轮流操作，直到它们达到限制温度，或者设备可以轮流采用不同的物理配置。

因而，该装置可以是包括多个照明元件和如上面所述的设备循环电路的照明单元，其中每个照明元件包括设备循环电路的多个设备之一。这可以用来延长设备的寿命，或者用来随时间提供设备的不同的物理配置。这还可以用在具有多个照明元件的照明单元中。

该装置可以是马达的一部分或者可以是马达，其中致动器设备是在操作时与马达一起使用的用于流体控制的阀的部分。该马达可以例如是内燃机（活塞或涡轮或喷嘴）和电动马达中任何一种。作为用于流体控制的阀的部分的致动器设备可以用于控制用于润滑的油流控制，并且/或者可以用于燃料控制，并且/或者可以用于冷却液控制。该流体控制可以是从储存库到马达内的使用点，其中相关的使用点例如是：燃烧室、润滑点或区或蒸发点。

这提供了对马达的自动加油、加燃料或冷却，以减少操作和/或维护和/或维修的需要。

在另一个方面中，本发明还提供了一种热敏致动方法。

在该方法中，第一温度优选地低于形状记忆材料的相变温度并且第二温度优选地高于形状记忆材料的相变温度。

优选地，层堆叠一直保持在低于第二温度的温度处。当形状记忆材料层被加热时，该层堆叠可以遵循该形状记忆材料层的形变，并且如果该层的冷却开始，则完全返回力被层堆叠施加。再者，层堆叠不需要冷却以使得整个致动器可以更快。

在该方法中，改变相变材料层的温度包括改变层堆叠的温度。该层堆叠现在可以帮助基于形变材料层的形变向形变步骤提供力。

附图说明

现在将参照随附的示意图详细描述本发明的示例，在随附的示意图中：

图1示出形状记忆材料的温度-相关系；

图2示出形状记忆材料的温度-应力-应变关系；

图3示出依照本发明的致动器的第一示例；

图4示出依照本发明的致动器的第二示例；

图5示出依照本发明的致动器的第三示例；以及

图6和7各自示出使用依照本发明的致动器的装置。

具体实施方式

本发明提供一种致动器设备，其可以是热敏感的并且其可以具有至少第一致动步骤或状态和第二致动步骤或状态。该致动器设备利用形状记忆材料（SMM），其在被热刺激时可以响应于温度的上升改变形状，从在第一温度下的第一形状改变为在第二温度下的第二形状。于是，使得致动器执行第一致动步骤以达到第二致动状态。致动器设备利用可以与双金属条配置类似地操作的层结构；即，它可以在加热时弯曲并且在冷却时向回弯曲。因而，该层结构具有热膨胀系数（CTE）不同的至少两个层。该层结构可以包括具有形状记忆材料的层，或者可以耦合到具有SMM材料的层，使得在从第二温度冷却至第一温度时，该层结构通过层堆叠的排除任何形状记忆层的层的热收缩促使具有SMM的层遵循层结构向第一形状的形变返回（至少在部分程度上）。以此方式，层结构被用来在冷却之后使致动器形状记忆材料层返回至其原始形状。致动器于是可以执行第二致动步骤以回到第一致动状态，并且准备好再次执行第一致动步骤。

形状记忆材料（SMM）是众所周知的，特别是形状记忆合金（SMA）。两种主要类型的形状记忆合金是铜-铝-镍和镍-钛（NiTi），其被称为镍钛诺。镍钛诺例如以线缆、杆和棒形式可用或者可用作薄膜。然而，SMA还通过合金化锌、铜、金和铁来创建。

SMM可以在两个不同的相中存在，具有三个不同的晶体结构（即孪晶马氏体、去孪晶马氏体和奥氏体）。

尽管基于铁和基于铜的SMA，比如Fe-Mn-Si、Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni，是市场上可买到的并且比镍钛诺更廉价，但是基于镍钛诺的SMA由于其稳定性、实用性和优良的热力学性能的缘故对于大多数应用而言是更优选的。

镍钛诺具有非常良好的电气和机械属性、长疲劳寿命和高耐腐蚀性。作为致动器，它能够在马氏体相中大约6-7%应变恢复并且在奥氏体相中大约14-15%应变恢复，并且能够以许多循环加高复原应力。在这两个相中的弹性模量方面，它具有巨大差异，这使得材料能够在变换相的同时递送大量的功。

镍钛诺还形成氧化钛表面层，其将镍与外界屏蔽，从而使得生物相容设备能够形成，比如医疗支架或其他植入物。

直径为0.5mm的镍钛诺线缆可以提起6kg那么多。镍钛诺还具有阻力属性，其使得它能够通过焦耳加热被电气地致动。当电流直接通过线缆时，它可以生成足够的热量以促成相变换。

在大多数情况下，SMA的转变温度被选择成使得房间温度远低于材料的变换点。只有在有意添加热量的情况下，SMA才能展示出致动。基本上，镍钛诺可以在一种材料中被用作全部致动器、传感器和加热器。

然而，形状记忆合金并不适合用于所有应用。特定致动器所要求的力、位移、温度条件和循环速率需要被考虑。随着应用的尺寸的减小，镍钛诺的优点变得更加明显。大型机构可以发现螺线管、马达和电磁体更适合。然而，在这样的致动器无法使用的应用中，形状记忆合金提供优秀的可替换方案。

镍钛诺合金在被加热时从马氏体状态改变为奥氏体状态，并且在被冷却时返回。

图1示出在加热和冷却期间随加热而变化的马氏体份额。在加热期间，As和Af是从马氏体到奥氏体的变换开始和完成的温度。温度As是相转变温度。在冷却期间，Ms和Mf是到马氏体的转变开始和结束的温度。

加热转变与冷却转变之间的差异引起迟滞，其中一些机械能在该过程中丢失。曲线的形状取决于形状记忆合金的材料属性，比如合金化处理和加工硬化。

从马氏体相到奥氏体相的转变仅仅取决于温度和应力，而非时间。当形状记忆合金处于其冷态（低于As）时，金属可以弯曲或拉伸并且将保持那些形状直到加热至高于转变温度。在加热时，形状改变成其原始形状。当金属再次冷却时，它将改变相而不改变形状，并且因而停留在热形状（这是原始形状）中，直到再次变形。

在此单向效应的情况下，从高温冷却不促成宏观的形变。变形是重新创建低温形状所必需的。用于镍钛诺的转变温度As由合金类型和成分确定并且可以在-150℃和200℃之间变化。一般地，使用在20℃至120℃的范围中的转变温度。因而，转变温度可以针对特定应用而调整。

还存在具有双向形状记忆效应的材料，其基于冷加工或硬化而在马氏体相中具有高应力。然而，该效应不允许反复的温度循环，因为应力随时间被释放。本发明特别地涉及单向形状记忆材料。

如上文所提及，相转变取决于应力以及温度。图2是示出用于形状记忆效应的应力-应变-温度函数的示意图。应力被示出为σ并且应变被示出为ε。

该材料被退火以记住特定形状。通过向该材料施加应力而使该材料沿着路径10变形成其低温形状。这是去孪晶区域。在应力-应变曲线中存在斜率的急剧增加，在此之后材料变得更加难以进一步变形。一旦应力如路径12所示减轻，大应变仍然停留在材料中，直到加热至高于转变温度。这是将材料带到奥氏体相的加热路径14。然后，它可以沿着路径16冷却回到孪晶马氏体相中，此时材料中的应变已松弛（但是形状并未改变回来）。

SMM的高温相的弹性模量（E-模量）明显高于低温相的E-模量。

在加热期间伴随此相变的形变能够递送第一力F1。在温度减小至低于相变温度之后，并且因而在相变至低温相之后，更低的力F2是将SMM重塑成其原始形式（图2中的路径10）所必需的。

所要求的重塑力可以手动提供，例如使用弹簧或另一种SMM材料。

本发明基于具有热膨胀系数不同的至少两个层的层结构的使用，该层结构与形状记忆材料相关联或与其耦合。这基本上起双金属条配置的作用，并且它使得层在更低温度下采用第一形状。

然后，致动器包括形状记忆材料部分和至少一个附加层。此附加层可以例如包括金属或金属合金层或者由其构成。层堆叠可以由铜和钢制成。

举例来说，下述合金可以被选择作为形状记忆合金：Cu-Al-Ni、Ni-Ti。然而，其他合金也可以使用。这些包括：Ag-Cd 44/49%原子百分比的Cd、Au-Cd 46.5/50%原子百分比的Cd、Cu-Al-Ni 14/14.5%重量百分比的Al和3/4.5%重量百分比的Ni、Cu-Sn 大约15%原子百分比的Sn、Cu-Zn 38.5/41.5%重量百分比的Zn、Cu-Zn-X (X=Si、Al、Sn)、Fe-Pt 大约25%原子百分比的Pt、Mn-Cu 5/35%原子百分比的Cu、Zn-Cu-Au-Fe、Fe-Mn-Si、Pt合金、Co-Ni-Al[21]、Co-Ni-Ga、Ni-Fe-Ga、各种浓度中的Ti-Pd、Ni-Ti-Nb和Ni-Mn-Ga. 如本身所知，合金中金属的比率可以用来调整属性，比如相转变温度。本领域技术人员将知晓，如何且在哪里修改合金以获得所需的相变温度。NiTi（镍钛诺）由于其稳定性、实用性和优良的热力学性能的缘故对于大多数应用而言是优选的。

因而，一个铜层、钢层或镍层可以与包括一种或多种形状记忆材料或由一种或多种材料构成的层组合。组合的选择可以在一部分上基于热膨胀系数的差异的增加，并且在另一部分上基于各层彼此粘附的改进。

在只有一个附加层的情况下，形状记忆材料和该层一起实现双金属条的功能。然而，可以提供两个附加层。

致动器的不同部分之间的力是非常不同的，并且因而在它们之间的分界面之上将存在大力。因而，各个组件以强连接而连接在一起，优选地在没有气隙的总表面之上，但是使得不同部分保留它们的特定材料属性。所述连接可能类似于常规双金属条中的两种金属之间的连接。

在最简单的情况下，存在具有高CTE的单个层，比如金属层。该金属层和形状记忆材料层表现得如同双金属条配置。

在另一个示例中，形状记忆材料层夹在分别具有第一和第二热膨胀系数的第一和第二层之间。这些可以是金属层，它们一起形成双金属条配置。

图3中示出使用与形状记忆材料层结合的金属层的最简单的结构的示例。

第一马氏体形状是平整的，并且第二奥氏体形状包括弯曲。

SMM层30的高温形状因而包括弯曲。具有比SMM层30更高CTE的金属层32被应用在该弯曲的外侧上。

在高温下，金属层将尝试膨胀，但是在达到相变温度之前受到SMM阻碍。然而，源自有差别的CTE的弯曲力在某方向上将辅助SMM层的弯曲，而非与其对立。

随着SMM改变形状，由于其高力（高E-模量给出力F1）的缘故，高CTE材料遵循此形变。

稍后，当温度下降至低于相变温度时，SMM已经改变为较低温度相，并且由于其低得多的E-模量的缘故，将其带回到原始形状的力（力F2）已经急剧减小。

由于较低温度，具有高CTE的金属层收缩。由于改变低温SMM相的形状所必需的力低得多，因此具有高CTE的金属层32递送合适的力以重塑该双层结构。

金属层具有高CTE，使得它在两个相之间膨胀方面具有显著改变，足以将致动器驱动至第一形状。

由于SMM的超弹性属性，多个弯曲操作将不会导致疲劳。然而，这对双金属是不同的。为此原因，有必要使双金属的厚度保持尽可能薄。

为此原因，优选地使用两个双金属层。这些层需要在CTE方面具有显著差异。所得的结构在图4中示出。

再次，第一马氏体形状是平整的，并且第二奥氏体形状包括弯曲。

具有较高CTE的金属层34被固定在SMM的外部弯曲处，并且具有较低CTE的金属层36被固定在内部弯曲处。

举例来说，金属层可以包括具有28.9x10^-6[K^-1]的CTE的铅和具有5.7x10^-6[K^-1]的CTE的锆。金属层可以具有在0.2至1mm的范围中的厚度，例如0.5mm，并且形状记忆材料层可以更厚，例如2至10mm，例如4mm。镍钛诺形状记忆材料层具有介于这两者之间的CTE值，例如马氏体相中的6.6x10^-6[K^-1]与奥氏体相中的11x10^-6[K^-1]。这些值将取决于所选的成分而变化。

致动器可以采取棒的形状，例如长度为5至15cm。

在相变温度以下，所述层采用笔直形状。在相变温度以上，由于SMM 30的缘故，所述弯曲形成。在冷却至低于相变温度之后，双金属层34和36中的力足够高以将这组层改造为笔直形状。

这两个双金属层再次辅助由SMM层造成的弯曲，而非与其对立。

在两个示例中，金属层和SMM被选择成使得在房间温度下，有差别的CTE易于将致动器带到平坦配置。这有助于使得大移动冲程能够实现。

低温状态却可以包括弯曲状态，并且高温记忆形状于是可以包括平坦状态，或者事实上甚至更弯曲的状态。

另一个示例在图5中示出，其中SMM和因而连接的一个或多个金属层被成形为螺旋弹簧。该弹簧随着温度增加膨胀（或紧缩），并且在温度降低之后，使用该螺旋的双金属条设计改造回到原始情形。

示出了该三层结构。螺旋弹簧具有细长轴50。上面解释的三层结构具有沿着轴方向堆叠的层36、30、34，使得在相对侧上的有差别的膨胀可以引起弹簧膨胀或收缩。

相同的方案可以应用于其他弹簧设计。

如上文所提及，转变温度可以以已知方式通过选择材料属性而在某范围内选择。该温度将取决于要检测的期望温度来选择。可以存在要被检测的临界温度T1。然而，致动器在此温度下做出响应并非是必要的。它可以对更低温度T2做出响应，并且组件与致动器之间的媒介物的热属性然后可以被选择以建立合适的热梯度，使得致动器在组件已经达到期望切换温度时做出响应。这可以是合适尺度的气隙或另一个隔热媒介物。

本发明一般地可以应用于对温度做出响应的小型化致动器。一些示例在下面讨论。

第一组示例使用致动器提供安全切断电路，当形状记忆材料具有第二形状时该致动器操作电气切断开关。

这可以用来取决于内部的（多个）灯的温度而控制照明器。灯的温度加热形状记忆材料（SMM）至高于相变温度并且因而SMM改变形式。（多个）灯然后被控制以接通和关断，并且灯操作在处于两种可能的状态中每一种时是稳定的。与例如独自的双金属条相比，本发明的致动器的优势在于双金属条不能递送显著的力。能够递送更大力的大双金属条变得非常沉重并且疲劳变成严重问题。

开关控制可以被认为实现了二元安全切断。然而，类似的安全切断也是可能的，其取决于致动器位置使输出信号变化。因而，不同致动器位置可以引起不同的控制指令。

例如，SMM可以被定位成使得它在使用期间偏离热源。当灯接通时，SMM变热并且由于相变的缘故它远离灯弯曲。由于此移动，到灯的距离变得足够大以再次向下冷却到低于相变温度并且它因而向回弯曲。由于灯仍然产生相同量的热量，因此SMM再次变热并且再次远离地弯曲，等等。

因此在照明期间，致动器振荡。这可以用于提供灯的形状的物理改变，以创建已经称为“生活照明器”设计效果。为此目的，照明器主体的不同部分可以是相对于其他部分可移动的，或者光源位置可以关于处理光输出的光学组件是可移动的。此相对物理移动可以由致动器控制，该致动器能够递送足够的力以控制组件的移动。

可能存在与光源相关联的单个致动器，例如从而创建波状照明效果。然而，多个致动器可以在一个照明器中彼此组合地提供，例如拉和推照明器组件。这可以创建例如类似于海葵的移动的更动态的效果。

第二组示例利用用于使多个设备的操作循环的一组致动器。这还可以用在包括多个照明元件的照明单元中。

例如，灯A被接通并且使致动器变热。致动器移动和控制接通另一个灯B（或多个其他灯）的开关。灯B具有在灯B接通时变热的另一个致动器。此致动器也控制开关，该开关可以接通其他灯，但是该开关也可以关断灯A。然后，靠近灯A的致动器冷却下来并返回到原始位置。在循环中稍后，灯A再次被接通并且该例程可以再次开始。

此方案可以用于通过使各个灯的操作循环来避免它们的过热。可能存在在任何特定时间接通的一个或多个灯。可替换地，此方案可以提供用于提供照明效果的简单机构，比如无需复杂控制电路的一组闪烁灯。

在自净室外照明器中还存在可能的应用。LED具有高达30年的寿命，因此对具有对室外照明器（高挂在道路上方）表面的自动清洁的兴趣正在增加。这可能例如通过使用抵制污垢/藻类等的自净表面实现，但是此技术尚未商业可用。清洁过程却可以响应于灯的温度而发起。此感测可以例如与检测雨的传感器结合触发，使得擦拭动作仅在存在水（和肥皂）的情况下进行。

对雨的检测可以基于在照明器的顶部上的水收集，使得在擦拭动作开始的时刻，还存在足够的雨水。

另一个示例用于对消耗油的马达的自动维护。然后，马达电路包括油润滑马达、储油器和用于从储油器向马达供应油的阀。致动器可以用于取决于马达温度控制对马达的油的供应。

存在在马达运行的同时加油的机构，以避免诸如熄火之类的问题。因而，可以响应于升高至致动器打开进油阀的温度而进行加油。当足够的油被添加时，温度降低并且致动器再次关闭阀。以此方式，致动器是（检测何时温度变得太高的）检测器，并且它还是用于解决问题（当检测到温度太高时，它打开进油阀）的致动器。该致动器还是安全检测器（它检测温度再次足够低）并且相同的致动器被用来在添加了足够的油时关闭进油阀。这利用在无需电力的情况下操作的一个设备实现了所有功能。

另一个示例是致动器还可以用于响应于安全关键组件的温度而操作汽车、火车、过山车等上的紧急刹车。这可以在无需额外组件的情况下实现。

图6以示意形式示出使用致动器的系统。

该系统包括要求保护或在它（或其一部分）超过临界温度时要采取的其他动作的组件60。可替换地，响应于温度的动作可以出于美学的或其他控制原因。

在此示例中，在致动器62的控制下，组件的部分61是可机械移动的。

组件60可以是上述示例中的油润滑马达或照明器。然而，它可以是基于温度控制的任何组件。组件的部分61可以是用于上述油润滑马达示例的控油阀，或者它可以是光束处理组件或光源或用于上述照明器示例的外壳组件。例如，光学输出效果可以通过调节光源与射束处理组件之间的相对位置而改变。

致动器还可以包括加热元件，使得它被控制以变热，而非对正被感测的组件的独立温度做出响应。

图1的布置中所使用的移动可以是全机械的，并且致动器可以递送足够的力来相应地控制移动。当机械操作基于致动器的物理形状而被实施时，形变材料递送显著的力的能力使得致动器特别受关注。因此，双金属设备独自用于这样的控制可能是不可能的。

然而，致动器可以可替换地或此外提供电气控制。

例如，致动器62可以用于控制电气电路内的电气开关。例如，控制器64可以可选地用于基于更多个开关65之一的设置采取适当行动。在上述照明器示例中，这可以通过关断灯进行，或者通过调低灯输出减低功耗来进行。

在所有示例中，致动器62在稍后的时间返回其较低温度设置，因为所采取的动作导致致动器处存在温度的改变。例如，致动器可以进一步来自热源，或者组件60可能正在生成较少热量（因为它已被关断或者设置为较低输出功率，或者其他校正动作已被采取以防止过热）。

如上文所提及，一种系统可以包括许多组件60和关联的致动器62，以实现多个组件的操作的自动化循环。

图6示出闭环系统，其中组件的温度被感测并被用来控制组件。然而，如上文所解释，该系统可以是开环系统，其被简单地驱动（通过使电流通过镍钛诺层）以变热并提供对设备的控制，其独立于正被控制的组件的温度。因而，温度感测功能的使用是可选的，并且致动器可以仅起控制设备的作用。

图7示出在闭合的配置中的包括本发明的致动器设备76的阀70，并且示出作为71的在闭合配置中的具有致动器设备77的相同阀。在配置70中，活塞74阻挡管道72中的流，而在配置71中，当活塞75不阻挡管道72时它允许流动。

在上述示例中，金属被用来形成双金属条布置，并且使用金属或金属合金（比如镍钛诺）形状记忆层。

有机和塑料形状记忆材料也是可用的。一般地，它们可能递送的力较低，但是可能存在要求较低力的应用，这样的材料可以在其中使用。当然，未来可能存在可以递送较大力的有机形状记忆材料。

具有膨胀系数不同的至少两个层的层结构典型地可以使用金属层实现。然而，所述功能仅基于CTE的差异，并且非金属层也可以用于提供合适的相对CTE值。而且，存在电活性聚合物（EAP），其在被电气激活时伸展。如果EAP附接到可弯曲但不可伸缩材料，则所述配置在被刺激时弯曲（如双金属配置）并且在电力被移除时再次伸缩。通过取决于温度对EAP进行控制，EAP的CTE被有效实现，这不同于不可伸缩材料（其具有接近零的CTE）的CTE。因而，在此情况下，该层结构可以是有源受控设备，而非简单地对温度做出响应的无源设备。然后，温度相关控制电路被用来控制EAP的驱动。

EAP的激活只能持续足以在低温下使形状记忆材料返回到其期望的形状的持续时间。

在实践要求保护的本发明时通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员能够理解并实现所公开的实施例的其他变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的起码事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

总之，一种热敏致动器使用形状记忆材料层，其响应于温度的上升被热刺激以改变形状，从在第一温度下的第一形状改变成在第二温度下的第二形状。一种层堆叠与形状记忆材料层相关联，并且它可以在第一温度下采用第一形状。以此方式，该层堆叠被用来使形状记忆材料在冷却后返回到其原始形状。

Claims

1.一种具有致动器构件的致动器设备，该致动器构件被配置成至少限定致动器设备的第一致动状态和致动设备的第二状态，第二状态不同于第一状态，该致动器构件包括：

层堆叠，其包括彼此附接以用于在加热和冷却时像双金属条那样操作的第一层和第二层，第一和第二层具有不同的热膨胀系数，以及

- 形状记忆材料层，其包括所述层堆叠的层之一或单独层，并且包括一种或多种形状记忆材料或由一种或多种形状记忆材料构成，该形状记忆材料层被配置成将形状从在第一温度下的第一形状改变为在比第一温度更高的第二温度下的第二形状，第一形状与第一致动状态相关联并且第二形状与第二致动状态相关联，

- 其中所述层堆叠被配置成通过排除任何形状记忆材料层的层堆叠的层的热收缩而在温度从第二温度向第一温度改变时至少部分地使形状记忆材料层从第二形状返回到第一形状。

2.如权利要求1所述的致动器设备，其中第一温度低于所述至少一种形状记忆材料中至少一种的相变温度，并且第二温度高于所述至少一种形状记忆材料中至少一种的相变温度。

3.如权利要求1或2所述的致动器设备，其中第二层包括形状记忆材料层或由形状记忆材料层构成。

4.如权利要求1或2所述的致动器设备，其中形状记忆材料层是不同于第一层和第二层的层。

5.如权利要求4所述的致动器设备，其中形状记忆材料层仅直接附接到第二层，而未直接附接到第一层。

6.如权利要求4所述的致动器设备，其中形状记忆材料层夹在第一层与第二层之间。

7.如权利要求4至6中任一项所述的致动器，其中第一形状和/或第二形状在所述层堆叠的堆叠方向上是弯曲的形状，并且

- 第一形状与第二形状相比是不那么弯曲的形状，第一层在第二形状的外侧并且第一层（34）具有比第二层（36）更高的热膨胀系数，或者

- 第一形状与第二形状相比是更弯曲的形状，第一层在第一形状记忆材料层的内侧并且第一层（34）具有比第二层（36）更高的热膨胀系数。

8.如权利要求1至7中任一项所述的致动器，进一步包括用于加热至少形状记忆材料层的加热器设备和/或用于冷却至少形状记忆材料层的冷却设备。

9.如权利要求1至6和8中任一项所述的致动器，其中第一形状和第二形状各自包括具有不同的弹簧膨胀程度的螺旋弹簧形状。

10.一种包括如权利要求1至9中任一项所述的致动器设备的装置，其中该装置的至少部分由所述致动器设备控制。

11.如权利要求10所述的装置，其中该装置包括包含致动器设备的电路，其中致动器设备作为开关操作。

12.如权利要求10或11所述的装置，其中该装置是照明设备。

13.如权利要求10所述的装置，其中该装置是马达的一部分或者是马达，其中致动器设备是用于在操作时控制与马达一起使用的流体的阀的部分。

14.如权利要求1至9中任一项所述的致动设备基于温度或热量变化而控制电力、液体或气体的流动的用途。

15.一种致动方法，包括：

- 提供包括至少一种形状记忆材料或由至少一种形状记忆材料构成的形状记忆材料层；

- 提供包括相互附接以用于在加热和冷却时像双金属条那样操作的第一层和第二层的层堆叠，第一和第二层具有不同的热膨胀系数；

- 将至少形状记忆材料层的温度从第一温度改变为高于第一温度的第二温度，以便由此将形状记忆材料层的形状从第一形状改变为第二形状，第一形状与致动设备的第一致动状态相关联并且第二形状与致动设备的第二致动状态相关联；

- 将至少所述层堆叠的温度从第二温度改变为第一温度，以通过排除任何形状记忆材料层的所述层堆叠的层的热收缩而促使所述层堆叠至少部分地使形状记忆材料层从第二形状返回到第一形状。