CN109075251B - 致动器装置和用于操作致动器装置的方法 - Google Patents

致动器装置和用于操作致动器装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种致动器装置，其具有：至少一个静态单元(10a；10b)，可相对于所述静态单元(10a；10b)移动的至少一个电磁致动器元件(12a‑d；13d)，以及至少一个形状记忆元件(14a‑d；15d)，所述形状记忆元件(14a‑d；15d)至少部分地由形状可变的形状记忆材料构成。提出的是，所述形状记忆元件(14a‑d；15d)设置成，在至少一个操作状态下至少借助机械变形至少部分地抑制所述致动器元件(12a‑d；13d)在第一移动方向(16a)上和在不同于所述第一移动方向(16a)的第二移动方向(18a)上的移动。

Description

致动器装置和用于操作致动器装置的方法
技术领域
本发明涉及致动器装置和用于操作致动器装置的方法。
背景技术
从现有技术中已知借助形状记忆材料来移动的具有致动器元件的致动器装置。
另外，从WO2015/007416A2中已知一种致动器装置，其具有构成为电枢元件的致动器元件和由磁形状记忆合金材料(也称为MSM材料＝磁形状记忆(Magnetic ShapeMemory))构成的形状记忆元件。
发明内容
本发明的目的尤其在于提供一种在效率方面具有改善特性的同种类型的致动器装置。
本发明涉及一种致动器装置，其具有：至少一个静态单元；可相对于所述静态单元移动的至少一个电磁致动器元件；以及至少一个形状记忆元件，所述形状记忆元件至少部分地，优选至少大部分地并且特别优选完全地由形状可变的形状记忆材料构成。
提出的是，所述形状记忆元件设置成，在至少一个操作状态下，至少借助有利地是纯机械变形至少部分地并且有利地完全抑制所述致动器元件在第一移动方向、有利地是所述形状记忆元件的膨胀方向上和在不同于所述第一移动方向的第二移动方向上的移动。“设置”应尤其理解为特别设计和/或配备。将对象设置成特定功能尤其应理解为，该对象在至少一个应用状态和/或操作状态下执行和/或实施该特定功能。在这里，术语“至少大部分地”应理解为至少55％，有利地至少65％，优选至少75％，特别优选至少85％，并且特别有利地至少95％。
在本文中，“致动器装置”应尤其理解为致动器的至少一个部分，尤其是子组件。有利地，致动器装置至少设置成用于阀，尤其是座阀和/或滑阀，和/或定位系统，尤其是光学定位系统，尤其是用于定位光学结构件，例如镜，透镜和/或其他光学器件。静态单元有利地构成为收纳单元和/或保持单元并且尤其设置成至少部分地收纳，保持和/或支承至少致动器元件和/或形状记忆元件。在这里，静态单元可以例如至少部分地对应于外壳、壳体、定子和/或磁通传导装置，尤其是铁氧体磁芯和/或铁芯。
此外，“电磁致动器元件”应尤其理解为有利地构成为调节元件和/或电枢元件的致动器元件，其可借助磁信号，尤其是磁场来影响并且尤其是设置成将磁信号转换成移动，尤其是旋转移动，枢转移动和/或优选线性移动。在这里，尤其地，致动器元件至少部分地由磁活性材料，尤其是磁性和/或可磁化材料构成，并且有利地由与形状记忆元件不同的材料构成。优选地，致动器元件以单件式构成。此外，致动器元件优选地可在至少两个不同的，有利地至少暂时稳定的位置和/或调节位置处移动。特别优选地，致动器元件可在至少三个，有利地至少四个并且特别优选地任何多个不同的，有利地至少暂时稳定的位置和/或调节位置处移动。在本文中，物体“影响”另外物体应尤其理解为，所述另外物体在所述物体不存在时具有和/或采用与在所述对象存在时不同的状态和/或不同的位置。此外，“单件式”应尤其理解为至少材料配合地连接和/或相互构成。材料配合可以例如通过粘合工艺、喷溅工艺、焊接工艺、钎焊工艺和/或其他工艺来实现。然而，有利地，单件式应理解为由一个部件形成和/或形成为一个部件。
此外，“形状记忆元件”应尤其理解为尤其至少部分地形状可变的元件，其具有至少一个暂时稳定的形状并且有利地设置成，依赖于至少一个外部刺激，例如电信号、热信号、磁信号和/或有利地至少一个机械信号来改变形状，有利地是至少一个纵向延伸长度。在这里，优选地，形状记忆元件的体积是恒定的。特别优选地，形状记忆元件在外部刺激去激活之后保持处于其当前形状和/或位置，尤其是至少暂时地，和/或处于这样的状态，在该状态下，没有与纯重力和/或环境压力不同的外力和/或仅低于极限值的外力作用在形状记忆元件上。优选地，形状记忆元件以单件式构成。另外，形状记忆元件有利地布置在致动器元件的邻近区域中。在本文中，物体，尤其是细长物体的“纵向延伸长度”应尤其理解为物体的最大延伸长度。此外，“邻近区域”应尤其理解为由点形成的空间区域，这些点远离参考点和/或参考构件，尤其是致动器元件小于三分之一、优选小于四分之一、更优选小于六分之一并且特别优选小于十分之一的形状记忆元件的最小纵向延伸距离，和/或这些点各自具有距参考点和/或参考构件，尤其是致动器元件至多20mm、优选至多10mm并且特别优选至多5mm的间隔。“形状记忆元件设置成抑制致动器元件的移动”应尤其理解为，形状记忆元件设置成抵消致动器元件的移动和/或阻尼致动器元件的移动。通过该设计方案可以提供一种在效率方面，尤其是在能量效率、构件效率、结构空间效率和/或成本效率方面具有改善特性的致动器装置。另外，可以有利地实现一种尤其是与传统电磁致动器、尤其是磁阻致动器相比刚度增加的致动器装置。此外，可以有利地减少和/或有利地完全避免例如在使用电磁体时的热量产生。另外，可以有利地提供一种特别紧凑的致动器装置和/或改善调节功能，其中，尤其是可以在至少一个操作状态下实现无能量的多稳定性。
优选地，所述形状记忆元件可尤其至少在操作状态下借助机械变形从至少暂时稳定的第一形状转换成至少暂时稳定的至少一个第二形状并且有利地设置成将所述致动器元件以所述第一形状保持在至少一个第一位置和/或调节位置处并且以所述第二形状保持在至少一个第二位置和/或调节位置处，尤其是至少暂时地保持。由此可以尤其实现有利的调节功能。
如果形状记忆元件可转换成至少暂时稳定的至少一个第三形状并且尤其设置成将致动器元件以第三形状保持在至少一个第三位置和/或调节位置处，尤其是至少暂时地保持，则可以尤其实现有利的多稳定性。
此外提出的是，所述形状记忆元件与所述致动器元件和/或所述静态单元尤其是不可松开地连接。优选地，在这里，形状记忆元件直接接触致动器元件和/或静态单元。由此可以尤其实现在静态单元、形状记忆元件和致动器元件之间的有利的力传递。
在本发明的一个优选设计方案中提出的是，所述形状记忆元件借助夹紧连接，尤其是压接连接和/或卷边连接、粘合连接、插座连接和/或焊接连接，尤其是激光焊接连接与所述致动器元件和/或所述静态单元连接。由此可以尤其实现安全和/或稳定的连接。另外，可以有利地确保的是，形状记忆元件至多局部损坏和/或机械锁定，由此尤其可以保持形状记忆元件的功能性。
优选地，所述第二移动方向与所述第一移动方向是相反的。在这里，致动器元件可以至少部分地可旋转地移动，例如根据折叠电枢原理。然而，有利地，致动器元件可线性移动地构成。由此，可以尤其实现致动器元件的有利地简单的移动性，尤其是调节移动和/或提升移动。
另外提出的是，所述致动器元件沿着至少一个方向，尤其是沿着所述第一移动方向和/或所述第二移动方向的最大移动距离对应于所述形状记忆元件沿着所述方向，有利地是所述形状记忆元件的纵向延伸方向的最小延伸长度的至少1％，有利地至少2.5％并且特别有利地至少5％和/或至多20％并且有利地至多15％。由此可以尤其实现有利的调节移动。另外，可以尤其改善致动器装置的功能性。
有利地，所述致动器装置还包括至少一个有利地可主动控制的磁调节单元，所述磁调节单元设置成，尤其是在所述第一移动方向和/或所述第二移动方向上，尤其是借助调节磁场引起所述致动器元件的移动。尤其地，磁调节单元设置成提供和/或有利地产生调节磁场。有利地，在这里，磁调节单元具有与至少一个供电电子器件的有效连接。尤其地，在这里，致动器装置可以包括供电电子器件。在这里，磁调节单元可以尤其构成为永磁体并且例如可相对于致动器元件和/或形状记忆元件移动地被支承。然而，有利地，磁调节单元构成为线圈系统，该线圈系统有利地具有至少一个线圈和/或至少一个电磁体。由此可以尤其实现致动器元件的有利地简单的移动。另外，可以尤其有利地优化结构空间效率、构件效率、能量效率和/或成本效率。
另外提出的是，所述形状记忆材料至少部分地，优选至少大部分地并且特别优选完全地由镍钛合金、含镍钛的合金、镍锰镓合金、含镍锰镓的合金、铜锌铝合金和/或铜铝镍合金构成。由此可以尤其最小化成本和/或改善效果。
优选地，所述形状记忆材料构成为复合材料，所述复合材料尤其具有由镍、钛、锰、镓、铜、锌和/或铝构成的组分，这些组分嵌入到基质、例如金属基质、聚合物基质和/或陶瓷基质中。由此可以尤其实现特别高的刚度和/或移动阻尼作用。
所述形状记忆材料可以例如是热活性材料。然而，优选地，所述形状记忆材料是磁活性材料，尤其是磁形状记忆材料，由此可以尤其实现形状记忆材料并且尤其是形状记忆元件的有利地简单的影响。特别有利地，在这里，形状记忆材料是磁形状记忆合金(也称为MSM材料＝磁形状记忆(Magnetic Shape Memory))。
此外提出的是，所述致动器装置具有至少一个有利地可主动控制的磁单元，所述磁单元设置成在至少一个另外的操作状态下，尤其是借助磁场影响所述形状记忆元件的形状。尤其地，磁单元设置成提供和/或有利地产生磁场。有利地，在这里，磁单元具有与至少一个另外的供电电子器件的有效连接。尤其地，致动器装置可以包括另外的供应电子器件。优选地，另外的供电电子设备与供电电子器件相同。在这里，磁单元可以尤其构成为永磁体，并且例如可相对于形状记忆元件和/或致动器元件移动地被支承。然而，有利地，磁单元构成为线圈系统，所述线圈系统有利地具有至少一个线圈和/或至少一个电磁体。特别优选地，磁单元和磁调节单元至少部分地彼此相同。尤其地，另外的操作状态原则上也可以对应于操作状态。由此可以尤其设定形状记忆元件的刚度并且因此尤其是设定形状记忆元件的机械保持力和/或阻尼力。另外，可以有利地实现形状记忆元件的设定和/或定向。
另外提出的是，所述磁单元设置成，在所述另外的操作状态下借助形状变化磁场实现所述形状记忆元件的变形，并且所述形状记忆元件设置成，借助磁性变形至少部分地抑制所述致动器元件在所述第一移动方向和/或所述第二移动方向上的移动，其中，磁性变形有利地与所述形状记忆元件的机械变形配合。另外，有利地提出的是，所述磁单元设置成，在所述另外的操作状态下借助另外的形状变化磁场引起所述形状记忆元件的变形，并且所述形状记忆元件设置成，借助磁性变形引起所述致动器元件在所述第一移动方向和/或所述第二移动方向上的移动。由此可以实现致动器装置的有利的控制和/或设定。
在本发明的一个优选设计方案中还提出的是，所述致动器装置具有至少一个安全单元，所述安全单元设置成，在至少一个误操作状态下，例如在超过一定温度时，在所述致动器装置的构件例如供电电子器件和/或致动器元件发生缺陷或故障时，和/或在电流中断时，引起所述致动器元件和/或所述形状记忆元件朝限定的形状和/或位置的移动。尤其地，在这里，安全单元可以具有至少一个能量储存元件，例如蓄电池、电池和/或电容器，尤其是为了引起致动器元件和/或形状记忆元件在误操作状态下的移动。由此，可以尤其改善操作安全性。另外，可以实现有利的故障安全功能和/或紧急断开。
另外，提出了一种用于操作致动器装置的方法，其中，在至少一个操作状态下，至少借助形状可变的形状记忆材料的有利地是纯机械变形至少部分地并且有利地完全抑制尤其是电磁致动器元件在第一移动方向，有利地是所述形状记忆元件的膨胀方向上，和在不同于所述第一移动方向的第二移动方向，有利地是所述形状记忆元件的压缩方向上的移动。由此可以尤其改善效率，尤其是能量效率、构件效率、结构空间效率和/或成本效率。另外，可以有利地实现一种尤其是与传统电磁致动器、尤其是磁阻致动器相比刚度增加的致动器装置。此外，可以有利地减少和/或有利地完全避免例如在使用电磁体时的热量产生。另外，可以有利地提供一种特别紧凑的致动器装置和/或改善调节功能，其中，尤其是可以在至少一个操作状态下实现无能量的多稳定性。
此处，所述致动器装置和所述用于操作致动器装置的方法不应限于上述的应用和实施方式。尤其地，所述致动器装置和所述用于操作致动器装置的方法可以具有与本文提及数量的单独元件、构件和单元不同的数量以执行本文所述的功能方式。
附图说明
通过以下附图说明得到另外的优点。在附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书和权利要求包含许多组合的特征。本领域技术人员还可以根据目的地单独考虑这些特征并将它们组合成有意义的另外的组合。在附图中：
图1以示意性侧视图示出了具有致动器装置的致动器；
图2a-e示出了处于不同操作状态的具有致动器装置的致动器；
图3以示意性侧视图示出了具有另外的致动器装置的另外的致动器；
图4以示意性侧视图示出了具有另外的致动器装置的阀；以及
图5以示意性侧视图示出了具有至少一个另外的致动器装置的定位系统。
具体实施方式
图1以示意图示出了具有致动器装置的示例性致动器26a。
致动器装置包括静态单元10a。静态单元10a构成为收纳单元。静态单元10a设置成收纳和/或支承为操作致动器装置所需的构件的至少大部分。在当前情况下，静态单元10a还至少以两件式构成。在这里，静态单元10a包括两个静态元件34a，36a。静态元件34a，36a至少大致彼此相同。静态元件34a，36a至少大致呈W形和/或呈E形构成。静态元件34a，36a彼此间隔开地布置，使得尤其是在静态元件34a，36a之间存在自由空间。另外，静态元件34a，36a相对于彼此镜像对称地布置。静态元件34a，36a如此布置，使得它们界定公共收纳区域。
此外，静态单元10a至少部分地构成为磁通传导装置并且尤其形成至少一个磁路的至少一部分。在这里，静态单元10a设置成至少部分地引导和/或放大磁场。在当前情况下，静态元件34a，36a各自构成为铁氧体磁芯。替代地，可以设想的是，将静态单元构成为保持单元、界定单元和/或壳体，尤其是内壳体和/或外壳体。另外，静态单元也可以以单件式构成。此外，静态单元原则上也可以不同于磁通传导装置来构成。
此外，致动器装置包括至少一个致动器元件12a。在当前情况下，致动器装置包括恰好一个致动器元件12a。致动器元件12a以单件式构成。致动器元件12a构成为调节元件。另外，致动器元件12a构成为电枢元件。此外，致动器元件12a具有T形横截面。致动器元件12a至少大部分地布置在静态单元10a内，尤其是在收纳区域内。在这里，致动器元件12a可相对于静态单元10a移动地被支承。在当前情况下，致动器元件12a可在第一移动方向16a和与第一移动方向16a相反的第二移动方向18a上移动(也参见图2a-2e)。
致动器元件12a还构成为电磁致动器元件。致动器元件12a至少部分地由磁活性材料，尤其是磁性和/或可磁化材料构成。因此，致动器元件12a可借助磁场移动。
致动器元件12a的调节部段38a，尤其是T形横截面的横梁布置在静态元件34a，36a之间，该调节部段38a尤其具有两个自由端部。在这里，调节部段38a布置在自由空间中。在当前情况下，调节部段38a完全布置在静态单元10a内。调节部段38a用于致动器元件12a的移动。在这里，调节部段38a构成为磁通传导装置并且尤其是设置成在至少一个操作状态下与静态单元10a的磁路配合。此外，静态元件34a，36a的界定自由空间的侧表面限定用于调节部段38a的止挡表面42a，44a。止挡表面42a，44a彼此平行布置。致动器元件12a并且尤其是调节部段38a可在止挡表面42a，44a之间自由移动。止挡表面42a，44a的间隔界定致动器元件12a的最大移动距离。在当前情况下，在这里，致动器元件12a可移动到多个不同的调节位置，尤其是在止挡表面42a，44a之间。
致动器元件12a的操纵部段40a，尤其是T形横截面的纵梁从静态单元10a被引出，该操纵部段40a尤其具有自由端部。操纵部段40a垂直于调节部段38a布置。操纵部段40a设置成操作、驱动、定位和/或设定至少一个构件。然而，原则上，致动器装置也可以具有不同数量的致动器元件，例如至少两个致动器元件和/或至少三个致动器元件。另外，可以设想以多件式构成致动器元件。此外，致动器元件原则上也可以设计成单稳态或双稳态。此外，致动器元件可以至少大致呈I形和/或呈L形构成。
为了移动致动器元件12a，致动器装置包括磁调节单元20a。磁调节单元20a布置在致动器元件12a的邻近区域中。磁调节单元20a是可主动控制的。磁调节单元20a具有与致动器装置的供电电子器件46a的有效连接。磁调节单元20a设置成产生至少一个调节磁场。
为此，磁调节单元20a构成为线圈系统。在当前情况下，磁调节单元20a包括两个电感48a，50a。电感48a，50a至少大致彼此相同。在当前情况下，电感48a，50a各自构成为线圈。电感48a，50a各自具有与供电电子器件46a的电连接。电感48a，50a完全布置在静态单元10a内，尤其是在收纳区域内。在这里，电感48a，50a的第一电感48a与静态元件34a，36a的第一静态元件34a相关联。电感48a，50a的第二电感50a与静态元件34a，36a的第二静态元件36a相关联。在这里，静态元件34a，36a设置成至少部分地传导电感48a，50a的磁场线并且由此有利地至少部分地增加电感48a，50a的场强。另外，电感48a，50a布置在调节部段38a的不同侧上。第一电感48a布置在调节部段38a的面向操纵部段40a的一侧上。第二电感50a布置在调节部段38a的背离操纵部段40a的一侧上。
在当前情况下，第一电感48a设置成，在通电时并且尤其是借助由此产生的第一调节磁场引起调节部段38a并且因此尤其是致动器元件12a在第一移动方向16a上的移动。此外，第二电感50a设置成，在通电时并且尤其是借助由此产生的第二调节磁场引起调节部段38a并且因此尤其是致动器元件12a在第二移动方向18a上的移动。
替代地，磁调节单元也可以具有其他类型的电感和/或不同数量的电感，例如至少三个和/或至少四个电感。
此外，致动器装置具有至少一个形状记忆元件14a。在当前情况下，致动器装置包括恰好一个形状记忆元件14a。然而，原则上，致动器装置也可以具有不同数量的形状记忆元件，例如至少两个和/或至少三个形状记忆元件，这些形状记忆元件可以尤其彼此并联和/或串联布置。
形状记忆元件14a至少大部分地布置在静态单元10a内，尤其是在收纳区域内。在这里，形状记忆元件14a布置在调节部段38a的背离操纵部段40a的一侧上。形状记忆元件14a布置在第二电感50a的邻近区域中。在当前情况下，形状记忆元件14a布置在第二电感50a的中心区域中。形状记忆元件14a还以单件式构成。形状记忆元件14a至少大致呈矩形构成。形状记忆元件14a细长地构成并且具有尤其在图1中水平布置的纵向延伸部。在这里，形状记忆元件14a的纵向延伸部平行于操纵部段40a的纵向延伸部定向。在当前情况下，形状记忆元件14a和操纵部段40a串接布置在共同的直线上。
另外，形状记忆元件14a直接接触静态单元10a。在当前情况下，形状记忆元件14a的至少一个第一端面直接接触静态单元10a。在这里，形状记忆元件14a与静态单元10a连接，在当前情况下，尤其借助激光焊接连接来连接。此外，形状记忆元件14a直接接触致动器元件12a。在当前情况下，形状记忆元件14a的尤其是与第一端面相对的第二端面直接接触致动器元件12a的调节部段38a。在这里，形状记忆元件14a与致动器元件12a连接，尤其是借助激光焊接连接来连接。在当前情况下，致动器元件12a沿着第一移动方向16a和第二移动方向18a的最大移动距离对应于形状记忆元件14a的纵向延伸长度的至少5％。另外，致动器元件12a沿着第一移动方向16a和第二移动方向18a的最大移动距离对应于形状记忆元件14a的纵向延伸长度的至多20％。形状记忆元件14a的高伸长率是有利的，以便可以在致动器26a的给定行程时使用尽可能短的形状记忆元件14a。替代地，可以设想将形状记忆元件借助其他连接方法与静态单元和/或致动器元件连接，例如借助夹紧连接和/或粘合连接等。另外，用于将形状记忆元件与静态单元连接的连接方法可以与用于将形状记忆元件与致动器元件连接的连接方法不同。此外，形状记忆元件原则上也可以与致动器元件和/或静态单元间接连接。
此外，形状记忆元件14a形状可变地构成。形状记忆元件14a由形状可变的形状记忆材料构成。在当前情况下，形状记忆材料对应于磁活性材料，尤其是磁形状记忆材料。在这里，形状记忆元件14a由镍锰镓合金构成。形状记忆元件14a还构成为单晶。然而，替代地，形状记忆元件也可以由含镍锰镓的合金、镍钛合金、含镍钛的合金、铜锌铝合金和/或铜铝镍合金构成。另外，形状记忆元件也可以构成为泡沫、多晶和/或复合材料，其中，镍组分、锰组分和镓组分可以嵌入到基质中。此外，形状记忆元件原则上也可以由磁致伸缩材料和/或热活性形状记忆材料构成。
形状可变的形状记忆材料具有这样的特性，即，作为对具有限定的最小强度和限定方向对机械力的反应，发生尤其是机械的形状变化，尤其是在形状记忆元件14a的纵向延伸方向上的膨胀移动或压缩移动。在这里，形状记忆元件14a至少部分地抵消机械力和/或机械应力并且因此在一定程度上导致机械力的尤其是大致不依赖于速度的阻尼。因此，具有根据本发明的致动器装置的致动器原则上也可以构成为阻尼器。然而，在机械力和/或机械应力的减小和/或中断之后，不会自动发生回到基本形状和/或初始形状的移动。相反，形状记忆元件14a也在机械力和/或机械应力的减小和/或中断之后以当前的、尤其是膨胀和/或压缩的形状尤其至少保持在这样的状态，在该状态下，仅有小的外力和/或没有与纯重力和/或环境压力不同的外力作用在形状记忆元件14a上。在这里，对于形状记忆元件14a的形状变化，必须克服在当前情况下尤其受使用材料的相对高的磁滞限制的形状记忆元件14a的内力。
此外，在当前情况下的使用材料是磁活性材料，尤其是磁形状记忆材料。该材料还具有这样的特性，即，作为对具有限定的最小场强和限定方向的所施加磁场的反应，也发生在致动器元件12a的纵向延伸方向上的形状变化，尤其是膨胀移动或压缩移动。而且在该情况下，在磁场的减小和/或去激活之后不会自动发生回到基本形状和/或初始形状的移动，使得形状记忆元件14a也以当前的、尤其是膨胀和/或压缩的形状尤其至少保持在这样的状态，在该状态下，仅有小的外力和/或没有与纯重力和/或环境压力不同的外力，尤其是复位力作用在形状记忆元件14a上。尤其地，在这里，也可以借助尤其持久施加的磁场，例如通过电磁体和/或永磁体产生抵抗外力、尤其是复位力和/或拉力的反作用力和/或保持力，由此可以有利地设定形状记忆元件14a的阻尼作用和/或当前形状。
在当前情况下，形状记忆元件14a设置成，在至少一个操作状态下，借助纯机械变形抑制致动器元件12a在在第一移动方向16a上和在在第二移动方向168上的尤其借助磁调节单元20a引起的移动，该第一移动方向16a在当前情况下尤其对应于形状记忆元件14a的膨胀方向，该第二移动方向18a在当前情况下尤其对应于形状记忆元件14a的压缩方向。在这里，形状记忆元件14a可借助于致动器元件12a的机械力从稳定的第一形状转换成至少一个稳定的第二形状。另外，形状记忆元件14a设置成将致动器元件12a以第一形状保持在至少一个第一调节位置处并以第二形状保持在至少一个第二调节位置处。此外，形状记忆元件14a设计成多稳态并且在当前情况下，尤其是可借助致动器元件12a的机械力转换成多个另外形状，尤其是至少一个第三形状。在这里，形状记忆元件14a设置成将致动器元件12a以各个另外形状保持在调节位置处。
此外，在当前情况下，致动器装置包括尤其附加的磁单元22a。磁单元22a设置成，在至少一个另外的操作状态下尤其借助磁场影响形状记忆元件14a的形状。
为此，磁单元22a构成为线圈系统。磁单元22a具有与形状记忆元件14a的有效连接。在当前情况下，磁单元22a至少部分地与磁调节单元20a相同。在这里，第二电感50a是磁单元22a的一部分。由此可以尤其提供一种特别紧凑和/或节能的致动器装置。
在当前情况下，磁单元22a设置成，在另外的操作状态下借助形状变化磁场引起形状记忆元件14a的变形，使得形状记忆元件14a设置成，借助磁变形至少部分地抑制致动器元件12a在第一移动方向16a和第二移动方向18a上的移动。在这里，磁变形有利地与形状记忆元件14a的机械变形配合，由此可以尤其设定形状记忆元件14a的阻尼硬度。
另外，磁单元22a可以设置成，在另外的操作状态下对形状记忆元件14a如此施加另外的形状变化磁场，使得借助形状记忆元件14a的形状变化引起致动器元件12a在第一移动方向16a和/或第二移动方向18a上的移动，由此可以例如实现形状记忆元件14a的预定位。替代地，可以设想构成与磁调节单元完全分离的磁单元。在这里，磁单元还可以尤其具有至少两个、至少三个和/或至少四个电感，例如线圈和/或电磁体。另外，原则上也可以省去尤其附加的磁单元。在后一种情况下，用于影响形状记忆元件的磁场原则上也可以对应于从周围区域作用在致动器上的磁场。
此外，在当前情况下，致动器装置包括安全单元24a。在这里，安全单元24a提供故障安全功能，由此可以实现致动器26a和/或至少致动器装置的紧急断开。安全单元24a设置成，在至少一个误操作状态下，例如在超过一定温度时，在致动器装置的构件例如供电电子器件46a和/或致动器元件12a发生缺陷或故障时，和/或在电流中断时，引起致动器元件12a朝限定的调节位置的移动。在当前情况下，安全单元24a在误操作状态下设置成控制磁调节单元20a，以便借助调节磁场将致动器元件12a移动到限定的调节位置。为此，安全单元24a具有与磁调节单元20a的电连接。然而，替代地，安全单元也可以设置成使形状记忆元件移动并且例如具有与磁单元的有效连接。另外，可以设想，尤其是在使用热活性形状记忆元件的情况下实现热致故障安全性能，其中，在超过特征相变温度时形状记忆元件变形并由此将致动器元件带到限定的调节位置。
另外，安全单元24a包括在当前情况下尤其构成为电池的能量储存元件52a，由此尤其即使在电流中断的情况下也可以保证操作安全性。替代地，能量储存元件也可以构成为蓄电池和/或电容器。另外，还可以省去能量储存元件。此外，可以设想完全省去安全单元。
图2a至图2e示出了致动器装置的示例性切换循环。
图2a示出了处于尤其示例性的第一调节位置处的致动器元件12a和呈尤其示例性的第一形状的形状记忆元件14a。在当前情况下，第一调节位置对应于这样的位置，在该位置处调节部段38a居中布置在止挡表面42a，44a之间。在该操作状态下，磁致动器单元20a以及尤其是第一电感48a和第二电感50a未被操作。在这里，致动器元件12a借助形状记忆元件14a保持在第一调节位置处。
图2b示出了致动器元件12a在第一移动方向16a上的移动以及尤其与其相关的形状记忆元件14a的膨胀过程。为了使致动器元件12a在第一移动方向16a上移动，在这里，借助供电电子器件46a向第一电感48a施加直流，由此尤其引起和/或诱导用于使调节部段38a移动的调节磁场。结果，形状记忆元件14a纯机械地变形，由此通过机械变形抑制致动器元件12a的移动。在该操作状态下，第二电感50a未被操作。
图2c示出了处于尤其示例性的第二调节位置处的致动器元件12a和呈尤其示例性的第二形状的形状记忆元件14a。在当前情况下，第二调节位置对应于这样的位置，在该位置处调节部段38a贴合在止挡表面42a，44a的第一止挡表面42a上。在该操作状态下，磁调节单元20a以及尤其是第一电感48a和第二电感50a未被操作。在这里，致动器元件12a借助形状记忆元件14a保持在第二调节位置处。
图2d示出了致动器元件12a在第二移动方向18a上的移动以及尤其与其相关的形状记忆元件14a的压缩过程。为了使致动器元件12a在第二移动方向18a上移动，在这里，借助供电电子器件46a向第二电感50a施加直流，由此尤其引起和/或诱导用于使调节部段38a移动的另外的调节磁场。结果，形状记忆元件14a纯机械地变形，由此通过机械变形抑制致动器元件12a的移动。在该操作状态下，第一电感48a未被操作。
图2e示出了处于尤其示例性的第三调节位置处的致动器元件12a和呈尤其示例性的第三形状的形状记忆元件14a。在当前情况下，第三调节位置对应于这样的位置，在该位置处调节部段38a贴合在止挡表面42a，44a的第二止挡表面44a上。在该操作状态下，磁调节单元20a以及尤其是第一电感48a和第二电感50a未被操作。在这里，致动器元件12a借助形状记忆元件14a保持在第三调节位置处。
在图3至图5中示出了本发明的另外的实施例。以下描述和附图大致限于实施例之间的差异，其中，关于命名相同的构件，尤其是关于具有相同附图标记的构件，原则上也可以参考其他实施例、尤其是图1至图2e的实施例的附图和/或描述。为了区分实施例，字母a后置于图1至图2e中的实施例的附图标记。在图3至图5的实施例中，字母a由字母b至d代替。
在图3中示出了本发明的另一实施例。字母b后置于图3的实施例。图3的该另一实施例示出了与前一实施例对应的致动器26b的应用例。
在这里，在图3中例示出了构成为所谓的“移动磁体音圈致动器(Moving MagnetVoice-Coil-Aktor)”的致动器26b。在该情况下，致动器装置至少大致对应于前述实施例的致动器装置。
在图4中示出了本发明的另一实施例。字母c后置于图4的实施例。图4的该另一实施例示出了与前一实施例对应的致动器26c的另一应用例。
图4示出了示例性构成为座阀的阀28c。阀28c可控制地构成。阀28c构成为比例阀。在当前情况下，阀28c还构成为流体压力支持工作阀。然而，替代地，也可以设想将阀构成为滑阀或任何其他阀。
阀28c包括流体收纳单元58c。流体收纳单元58c构成为流体壳体。流体收纳单元58c具有入口60c和出口62c。入口60c设置成导入在当前情况下尤其是气态的流体流。出口62c设置成导出流体流。流体收纳单元58c还限定至少一个在当前情况下尤其是恰好一个流体管线64c。流体管线64c将入口60c与出口62c连接。流体管线64c设置成至少部分地引导流体流。在这里，阀28c以及尤其是流体收纳单元58c没有旁通管线和/或先导阀。
阀28c还包括阀座66c。阀座66c布置在流体收纳单元58c内。阀座66c至少部分地界定流体管线64c。
此外，阀28c具有关闭单元68c。关闭单元68c至少大部分地布置在流体收纳单元58c内。关闭单元68c还至少部分地布置在流体管线64c内。关闭单元68c与阀座66c有效连接。关闭单元68c可相对于阀座66c移动地构成。在当前情况下，在这里，关闭单元68c可线性移动地构成。关闭单元68c设置成在关闭位置处与阀座66c配合以关闭流体管线64c。
为此，关闭单元68c包括至少一个关闭元件70c。关闭元件70c完全布置在流体管线64c内。关闭元件70c以单件式构成。封闭元件70c至少大致呈盘形构成。关闭元件70c构成为节流元件。关闭元件70c在关闭位置处接触阀座66c。关闭元件70c在关闭位置处流体密封地贴合在阀座66c上。为此，关闭元件70c可以包括尤其在圆周方向上环绕的有利地弹性的密封元件。然而，替代地，也可以设想以多件式和/或至少大致呈球形构成关闭元件。
此外，关闭单元68c包括阀挺杆72c。阀挺杆72c以单件式构成。阀挺杆72c至少部分地由磁性材料构成。阀挺杆72c具有与关闭元件70c的有效连接。在当前情况下，阀挺杆72c直接接触关闭元件70c。在这里，阀挺杆72c与关闭元件70c单件式地构成。阀挺杆72c具有主延伸方向，该主延伸方向垂直于关闭元件70c的主延伸平面布置。在这里，阀挺杆72c从流体收纳单元58c被引出。阀挺杆72c用于关闭元件70c的尤其可控制的移动。替代地，阀挺杆也可以以多件式和/或与关闭元件分开地构成。
此外，在当前情况下，关闭单元68c包括多个流体压力表面76c，77c，78c。在当前情况下，关闭单元68c包括至少三个流体压力表面76c，77c，78c。流体压力表面76c，77c，78c垂直于关闭单元68c的移动方向布置。流体压力表面76c，77c，78c的第一流体压力表面76c布置在关闭元件70c的面向阀座66c的一侧上。流体压力表面76c，77c，78c的第二流体压力表面77c布置在关闭元件70c的背离阀座66c的一侧上。流体压力表面76c，77c，78c的第三流体压力表面78c形成在阀挺杆72c上。第三流体压力表面78c面向关闭元件70c。在这里，所有流体压力表面76c，77c，78c以至少10％的面积比例彼此不同。然而，有利地，第二流体压力表面77c和第三流体压力表面78c的面积和与第一流体压力表面76c相同。流体压力表面76c，77c，78c设置成影响关闭单元68c的移动，由此可以实现关闭单元68c的流体压力支持移动，和/或至少在关闭单元68c的打开位置处实现压力补偿阀，在该打开位置处尤其能够实现从入口60c到出口62c的流体流。替代地，关闭单元可以具有不同数量的流体压力表面，例如至少四个流体压力表面。
此外，阀28c包括具有根据本发明的致动器装置的致动器26c。在这里，致动器26c大致对应于第一实施例的致动器26a。在当前情况下，致动器26c以及尤其是致动器元件12c的操纵部段40c设置成引起关闭单元68c的移动并且尤其至少部分地借助形状记忆元件14c抑制该移动。为此，致动器元件12c直接接触阀挺杆72c。致动器元件12c设置成将提升力和/或推力施加到关闭单元68c以及尤其是阀挺杆72c上。由此，致动器元件12c设置成使关闭单元68c克服至少由流体压力引起的压力关闭力从关闭位置移动到至少一个打开位置并且有利地为多个不同的打开位置。另外，致动器元件12c设置成将拉力和/或复位力施加到关闭单元68c以及尤其是阀挺杆72c上，由此可以将关闭单元68c尤其移回到关闭位置。
在图5中示出了本发明的另一实施例。字母d后置于图5的实施例。图5的该另一实施例示出了与前一实施例对应的致动器26d的另一应用例。
图5示出了示例性构成为光学定位系统的定位系统30d。在当前情况下，定位系统30d用于定位至少一个光学结构件32d。
光学结构件32d示例性构成为镜并且可绕轴承轴线80d移动地被支承。
为了定位光学结构件32d，在当前情况下，定位系统30d例示性包括两个各自具有根据本发明的致动器装置的致动器26d，27d。在当前情况下，致动器26d，27d至少大致彼此相同并且各自具有致动器元件12d，13d和形状记忆元件14d，15d。在这里，致动器26d，27d大致对应于第一实施例的致动器26a。
致动器元件12d，13d具有与光学结构件32d的有效连接。在当前情况下，致动器元件12d，13d设置成各自引起光学结构件32d绕轴承轴线80h的移动。另外，形状记忆元件14d，15d设置成至少部分地抑制致动器元件12d，13d和/或光学结构件32d的移动。替代地，可以设想使用恰好一个致动器，尤其以实现光学结构件的线性定位。另外，可以设想使用具有多个致动器元件的一个致动器和/或有利地各自具有根据本发明的致动器装置的另外的致动器，例如至少三个和/或至少四个致动器。此外，可以设想使用有利地各自具有根据本发明的致动器装置的不同致动器。然而，在后一种情况下，原则上也可以设想将致动器中的至少一个致动器设计为尤其没有形状可变的形状记忆元件的传统致动器。

Claims (17)

1.一种致动器装置，其具有：至少一个静态单元(10a；10b)；可相对于所述静态单元(10a；10b)移动的至少一个电磁致动器元件(12a-d；13d)；以及至少一个形状记忆元件(14a-d；15d)，所述形状记忆元件(14a-d；15d)至少部分地由形状可变的形状记忆材料构成，其特征在于，所述形状记忆元件(14a-d；15d)设置成，在至少一个操作状态下，至少借助所述形状记忆元件(14a-d；15d)的所述形状可变的形状记忆材料的机械变形来至少部分地抑制所述致动器元件(12a-d；13d)在第一移动方向(16a)上的移动和所述致动器元件(12a-d；13d)在不同于所述第一移动方向(16a)并且与所述第一移动方向(16a)相反的第二移动方向(18a)上的移动，从而将所述致动器元件(12a-d；13d)保持在调节位置。
2.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述形状记忆元件(14a-d；15d)可从至少暂时稳定的第一形状转换成至少暂时稳定的至少一个第二形状。
3.根据权利要求2所述的致动器装置，其特征在于，所述形状记忆元件(14a-d；15d)可转换成至少暂时稳定的至少一个第三形状。
4.根据前述权利要求中任一项所述的致动器装置，其特征在于，所述形状记忆元件(14a-d；15d)与所述致动器元件(12a-d；13d)和/或所述静态单元(10a；10b)连接。
5.根据权利要求4所述的致动器装置，其特征在于，所述形状记忆元件(14a-d；15d)借助夹紧连接、粘合连接、插座连接和/或焊接连接与所述致动器元件(12a-d；13d)和/或所述静态单元(10a；10b)连接。
6.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述致动器元件(12a-d；13d)沿着至少一个方向的最大移动距离对应于所述形状记忆元件(14a-d；15d)沿着所述方向的最小延伸长度的至少1％和/或至多20％。
7.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于至少一个磁调节单元(20a)，所述磁调节单元(20a)设置成引起所述致动器元件(12a-d；13d)的移动。
8.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述形状记忆材料至少部分地由镍钛合金、镍锰镓合金、铜锌铝合金和/或铜铝镍合金构成。
9.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述形状记忆材料构成为复合材料。
10.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述形状记忆材料是磁形状记忆材料。
11.根据权利要求10所述的致动器装置，其特征在于至少一个磁单元(22a)，所述磁单元(22a)设置成在至少一个另外的操作状态下影响所述形状记忆元件(14a-d；15d)的形状。
12.根据权利要求11所述的致动器装置，其特征在于，所述磁单元(22a)设置成，在所述另外的操作状态下，借助形状变化磁场引起所述形状记忆元件(14a-d；15d)的磁性变形，并且所述形状记忆元件(14a-d；15d)设置成，借助所述磁性变形至少部分地抑制所述致动器元件(12a-d；13d)在所述第一移动方向(16a)和/或所述第二移动方向(18a)上的移动。
13.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于至少一个安全单元(24a)，所述安全单元(24a)设置成，在至少一个故障操作状态下引起所述致动器元件(12a-d；13d)和/或所述形状记忆元件(14a-d；15d)朝限定的形状和/或位置的移动。
14.一种致动器(26a-d，27d)，其具有根据权利要求1所述的至少一个致动器装置。
15.一种阀(28c)，其具有根据权利要求1所述的至少一个致动器装置。
16.一种定位系统(30d)，其具有根据权利要求1所述的至少一个致动器装置。
17.一种用于操作致动器装置的方法，所述致动器装置具有至少一个静态单元(10a；10b)；可相对于所述静态单元(10a；10b)移动的至少一个电磁致动器元件(12a-d；13d)；以及至少一个形状记忆元件(14a-d；15d)，所述形状记忆元件(14a-d；15d)至少部分地由形状可变的形状记忆材料构成，其特征在于，在至少一个操作状态下，至少借助所述形状记忆元件(14a-d；15d)的形状可变的形状记忆材料的机械变形，至少部分地抑制所述致动器元件(12a-d；13d)在第一移动方向(16a)上的移动和在不同于所述第一移动方向(16a)并且与所述第一移动方向(16a)相反的第二移动方向(18a)上的移动，从而将所述致动器元件(12a-d；13d)保持在调节位置。
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