CN110023622B - 可移动连结件 - Google Patents

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Abstract

一种可移动连结件，包括：第一构件和可移动地连接至第一构件的第二构件、联接至第一构件并可与第二构件接合的形状记忆合金构件、以及构造成将第二构件从相对于第一构件的第一位置朝向相对于第一构件的第二位置偏置的偏置构件。第二构件在第一位置和第二位置之间的运动受形状记忆合金构件的限制，使得第二构件相对于第一构件的位置由形状记忆合金构件的形状确定。

Description

可移动连结件
技术领域
本发明涉及一种用于太空应用的可移动连结件。特别地，本发明涉及一种具有偏置力和用于限制该偏置力的形状记忆合金构件的可移动连结件。
背景技术
较小的卫星(比如“CubeSats”)由于其低质量和因此的较低成本而变得越来越受欢迎。较小的卫星通常用于实验或者在较大卫星的成本不合理的情况下用于论证航天器技术。已知的是，一旦较小的卫星处于轨道上，一块或更多块面板就可以从较小的卫星上延伸以增加可用的表面面积，并且这对于光学设备或对于利用太阳能来向卫星提供电力来说是特别有用的。
在某些现有技术的布置中，面板可以经由铰链附接至卫星，并且扭转弹簧可以提供展开面板所需的力。弹簧力通常由具有相对低熔点的线材来约束。为了展开面板，该线材被熔化以允许弹簧力枢转面板直到其到达固定的预定位置。在其它现有技术布置中，使用形状记忆合金(SMA)线材来阻止扭转弹簧力致动铰链。当被加热到某温度以上时，SMA线材就改变形状，使其收缩以解除扭转弹簧力。当被解除而且因此不受SMA线材限制时，扭转弹簧就自由地使铰链旋转到固定的预定位置。
在某些现有技术布置中，在面板展开后不能对其位置进行调节，或者可调节性可能是有限的或需要复杂的机构。例如，设计用于利用太阳能的面板可能不能利用可用的太阳能的最优量。此外，由于太空是真空的，所以太空中的机械铰链的润滑是困难的，并且润滑剂可能受到在太空中经历的极端温度影响。如果没有润滑，那么弹簧力释放后的持续振荡会导致卫星损坏。
本发明的某些实施例的目的是解决上述与现有技术相关的缺陷。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种可移动连结件，包括：
第一构件；
第二构件，所述第二构件可移动地连接至所述第一构件；
形状记忆合金构件，所述形状记忆合金构件连接至所述第一构件并且可与所述第二构件接合，所述形状记忆合金构件构造成在加热时改变形状；以及
偏置装置，所述偏置装置被构造成将所述第二构件从相对于所述第一构件的第一位置朝向相对于所述第一构件的第二位置偏置；
其中，所述第二构件在所述第一位置和所述第二位置之间的运动受所述形状记忆合金构件的限制，使得所述第二构件相对于所述第一构件的位置由所述形状记忆合金构件的形状来确定。
在某些实施例中，在第一位置与第二位置的中间，第二构件相对于第一构件的位置可以由形状记忆合金构件的形状来确定。
在某些实施例中，第二构件可以是可围绕第一构件旋转的。在一些实施例中，第二构件可以铰接地连接至第一构件。第二构件可以包括可由第一构件接收的轴，使得第二构件可相对于第一构件铰接地旋转。第一构件可以包括构造成接收第二构件的轴的一个或更多个V形槽。V形槽可以位于第一构件的相对端。
在某些实施例中，第一构件可以构造成调节第二构件的位置。第一构件可以包括柔性材料，使得第一构件的形状是可调节的。
在某些实施例中，第一构件的相对端可以是可相对于第一构件的中心移动的，使得第一构件的相对端处的V形槽构造成调节第二构件相对于第一构件的中心的位置。
在某些实施例中，形状记忆合金构件可以是可从其原始形状变形的，使得当形状记忆合金构件处于变形形状时，第二构件处于相对于第一构件的第一位置，并且当形状记忆合金构件处于其原始形状时，第二构件处于相对于第一构件的第二位置。当形状记忆合金构件处于其原始形状时，第二构件可以是可相对于形状记忆合金构件移动的。
在某些实施例中，可移动连结件可以包括加热装置，其构造成加热形状记忆合金构件以便改变其形状。加热装置可以基本上沿着形状记忆合金构件的长度延伸。加热装置可以包括线材。线材可以包括康铜线材。
在某些实施例中，偏置装置可以包括弹簧。弹簧可以包括扭转弹簧。
在某些实施例中，形状记忆合金构件可以包括单向形状记忆合金。形状记忆合金构件可以包括镍钛合金。
根据本发明的一个方面，提供了一种卫星，其包括根据本发明的上述方面的可移动连结件。可移动连结件的第二构件可以包括镜子。
附图说明
在下文中参考附图进一步描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明一实施例的可移动连结件的示意图；
图2是处于缩回构造的图1的可移动连结件的截面侧视图；
图3示出了图2的可移动连结件处于展开构造中；
图4是根据本发明一实施例的带有加热装置的形状记忆合金构件的示意图；
图5是对应于图1的半透明视图；
图6是对应于图1的正视图；以及
图7是根据本发明一实施例的卫星的示意图。
具体实施方式
根据本发明的实施例的可移动连结件10在图1中被示出为处于展开构造。可移动连结件10包括：第一构件110；第二构件120，其可旋转地联接至第一构件110；至少一个扭转弹簧130，其在第一端处联接至第一构件110，并且在第二端处联接至第二构件120；以及形状记忆合金(SMA)构件140，其联接至第一构件110并且可与第二构件120接合。
形状记忆合金(SMA)是在加热到转变温度以上时从变形形状返回到原始形状(例如退火条件下设定的形状)的合金。这样，SMA可以从其原始形状变形，并且将保持变形形状，直至施加热量到转变温度以上，以将SMA的形状从变形形状改变回原始形状。
第二构件120包括：轴125，其构造成被第一构件110接收；以及接收部分122，其具有孔122a，该孔构造成接收SMA构件140的至少一部分，使得SMA构件140可以不受限制地穿过孔122a。这样，接收部分122以及由此第二构件120可以在基本平行于孔122a的方向上相对于SMA构件140移动。
图2是处于缩回构造的图1的可移动连结件10的截面侧视图，其中SMA构件140处于相对于其原始形状的变形形状。在使用中，SMA构件140可以被加热以将形状从图2中所示的变形形状改变为其在图3中所示的原始形状。在图2所示的缩回构造中，第二构件120处于相对于第一构件110的缩回位置，并且扭转弹簧130具有存储的提供偏置力的弹性能量，该偏置力构造成将第二构件120朝向图3所示的展开位置偏置。因为扭转弹簧130提供的偏置力，当可移动连结件10处于缩回构造时，接收部分122的孔122a的内表面抵靠SMA构件140。由扭转弹簧130提供的偏置力小于克服SMA构件140的弯曲刚度所需的力，并且因此第二构件120被SMA构件140限制在缩回位置。因此，尽管由扭转弹簧130提供了偏置力，但是SMA构件140的形状确定了第二构件120相对于第一构件110的位置。
使用时，加热SMA构件140以改变其形状可以允许由扭转弹簧130提供的偏置力使第二构件120围绕轴125而相对于第一构件110旋转。
图3示出了图2的可移动连结件10处于展开构造中。在展开构造中，SMA构件140处于其原始形状，第二构件120处于相对于第一构件110的展开位置，并且扭转弹簧130没有存储的弹性能量。在替代实施例中，扭转弹簧130可以在展开构造中具有一些残余的存储的弹性能量。
在第二构件120在图2所示的缩回位置与图3所示的展开位置之间移动期间，SMA构件140抑制由扭转弹簧130提供的偏置力。因此，扭转弹簧130和SMA构件140结合提供了第二构件120的在缩回位置与展开位置之间的稳定速率的移动。这样，在缩回位置与展开位置的中间位置中，第二构件120相对于第一构件110的位置由SMA构件140确定。由SMA构件140提供的这种抑制可以有利地减少或防止由扭转弹簧130内的储存能量的释放而导致的不期望的振动。
在某些实施例中，可移动连结件10可以包括一个或多个SMA构件，以确定第二构件120相对于第一构件110的位置。然而，可能有利的是，仅存在一个SMA构件，使得当施加热量以改变SMA构件的形状时，SMA构件不需要使它的移动与任何其它SMA构件同步。
在替代实施例中，SMA构件140可以通过任何合适的装置与第二构件120接合，使得第二构件120在相对于第一构件110的第一位置和相对于第一构件110的第二位置之间的移动受到SMA构件140限制，从而第二构件120相对于第一构件110的位置由SMA构件140的形状确定。例如，SMA构件140可以抵靠第二构件120的一部分。
图4是根据本发明一实施例的具有加热装置145的SMA构件140的示意图。加热装置145包括康铜线材，其构造成将热量传递至SMA构件140，以将SMA构件140的形状从图2中所示的变形形状改变为图3中所示的原始形状。加热装置145围绕SMA构件140缠绕并沿着SMA构件140的大致长度延伸。通过使加热装置沿着SMA构件140的长度延伸，均匀的热量分布被施加到SMA构件140上，以确保图2中所示的缩回构造与图3中所示的展开构造之间的最优转变。实际上，在某些实施例中，加热装置145可以仅将热量施加到SMA构件140的一端或两端。在替代实施例中，加热装置可以包括向SMA构件140施加热量以改变其形状的任何合适方法。
图5是图1的可移动连结件10的半透明视图。第一构件110包括第一端部114和第二端部116，其中，端部114、116构造成接收第二构件120的轴125。第一端部114和第二端部116都包括V形槽150，V形槽150构造成接收轴125。第一构件110进一步包括轴约束件(未示出)，其构造成将轴125约束抵靠每个V形槽150，同时允许轴125相对于V形槽150旋转。在替代实施例中，轴125可以经由适于允许轴125相对于第一构件110旋转的任何装置被第一构件110接收。例如，第一端部114和第二端部116中的每个都可以包括半圆形槽或矩形槽。在某些实施例中，可以存在构造成接收轴125的一个、两个或更多个槽。
图6是图1的可移动连结件10的前视图。第一构件110进一步包括中心部115，其构造成固定至第三构件(未示出)。第一构件110的第一端部114通过第一柔性臂113联接至中心部115，并且第二端部116通过第二柔性臂117联接至中心部115。第一端部114和第二端部116构造成相应地经由第一柔性臂113和第二柔性臂117的弯曲而能够相对于中心部115移动。在使用中，可以在箭头119的方向上将力施加到第一端部114和第二端部116中的任一个或两个，使得第一端部114和/或第二端部116在箭头119的方向上移动。可以使用线性致动器施加力，该线性致动器构造成在箭头119的方向上施加力。
当轴125被第一端部114和第二端部116的V形槽150接收时，第一端部114和第二端部116中的任一个或两个的移动可以调节轴125(以及由此第二构件120)相对于中心部115的位置。V形槽150限定了轴125和第一构件110之间的接触的两个特定点，它们可以有利地提高对轴125相对于第一构件110的中心部115的位置的调节的精度。因此，当可移动连结件10处于如图1、图3、图5和图6所示的展开构造时，可以有利地调节第二构件120相对于第一构件110的中心部115的位置。
可移动连结件10可以有利地在没有任何润滑的情况下运行，这使得可移动连结件10特别适于在微重力或真空环境(比如太空)中应用。
在替代实施例中，第一构件110可以包括适于调节轴125相对于第一构件110的一部分的位置的任何装置。例如，第一构件可以包括两个或更多个模块，其中一个模块可以相对于固定模块移动以调节轴125相对于固定模块的位置。
在图1至图7所示的实施例中，SMA构件140包括杆，如图3所示，该杆在其原始的预变形形状中是直的。在替代实施例中，SMA构件可以具有适合的任何形状，使得SMA构件可以接合地确定第二构件相对于第一构件的位置，并且在第二构件120相对于第一构件110的运动期间提供对由扭转弹簧130提供的偏置力的抑制。例如，SMA构件可以是梁或杆。
在某些实施例中，SMA构件140可以包括单向形状记忆合金。在某些实施例中，SMA构件140包括镍钛合金棒。
在某些实施例中，第一构件110可以包括轴，该轴构造成由第二构件120接收，使得第二构件120可绕第一构件110的轴旋转。
在替代实施例中，第二构件可以可延伸地连接至第一构件，其中，在缩回构造中，偏置力被构造成使第二构件远离第一构件延伸。当SMA构件确定第二构件相对于第一构件的位置时，SMA构件可以改变形状，以便允许第二构件远离第一构件而延伸，并且可以在第二构件相对于第一构件的运动期间提供对偏置力的阻尼。
在某些实施例中，上述至少一个扭转弹簧可以用任何合适的弹簧或多个弹簧代替。例如，在某些实施例中，可以使用一个或多个压缩弹簧来提供偏置力。在替代实施例中，可移动连结件10可以包括适于使第二构件120相对于第一构件110偏置的任何偏置装置。
图7示出了根据本发明实施例的卫星1000。卫星1000包括卫星主体200和根据上述实施例的、附接至卫星主体的可移动连结件10。在任何实施例中，第二构件120可以是希望相对于另一个构件移动的任何构件。在特别优选的实施例中，第二构件可以是镜子或太阳能板。
根据本发明的实施例的可移动连结件10可以特别适合于CubeSat卫星。
在某些实施例中，卫星可以包括多个可移动连结件，它们构造成允许多个第二构件(例如镜子或太阳能板)的展开。
在其它实施例中，可移动连结件10可以用于任何合适的应用，在所述应用中，一个构件相对于另一个移动，特别是其中需要构件的受抑制的运动。
在本申请文件的整个说明书和权利要求书中，词语“包含”和“包含”及其变型意指“包括但不限于”，并且它们不旨在(并且不)排除其它成分、添加物、组件、整体或步骤。在本申请文件的整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有要求，否则单数形式包含复数形式。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则描述应被理解为考虑复数以及单数。
结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学成分或基团应理解为适用于本文描述的任何其它方面，实施例或示例，除非与其不相容。本申请文件(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何结合来结合，除了这样的特征和/或步骤中的至少一些是互斥的结合。本发明不限于任何前述实施例的细节。本发明延伸至本申请文件(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中所公开的特征的任何新颖特征或任何新颖结合，或者延伸至所公开的任何方法或流程的步骤的任何新颖步骤或任何新颖结合。
读者的注意力指向与本申请文件同时提交或在本申请文件之前提交的、与本申请相关且通过本申请文件向公众公开的所有文章和文件，并且所有这样的文章和文档的内容通过引用并入本文。

Claims (20)

1.一种可移动连结件，包括：
第一构件；
第二构件，所述第二构件可移动地连接至所述第一构件；
形状记忆合金构件，所述形状记忆合金构件连接至所述第一构件并且能够与所述第二构件接合，所述形状记忆合金构件构造成在加热时改变形状；以及
偏置装置，所述偏置装置被构造成将所述第二构件从相对于所述第一构件的第一位置朝向相对于所述第一构件的第二位置偏置；
其中，所述第二构件在所述第一位置和所述第二位置之间的运动受所述形状记忆合金构件的限制，使得所述第二构件相对于所述第一构件的位置由所述形状记忆合金构件的形状确定；
其中，所述形状记忆合金构件能够从其原始形状变形，使得当所述形状记忆合金构件处于变形形状时，所述第二构件处于相对于所述第一构件的所述第一位置，并且当所述形状记忆合金构件处于其原始形状时，所述第二构件处于相对于所述第一构件的所述第二位置，并且，当所述形状记忆合金构件处于其原始形状时，所述第二构件能够相对于所述形状记忆合金构件移动。
2.根据权利要求1所述的可移动连结件，其中，在所述第一位置和所述第二位置的中间，所述第二构件相对于所述第一构件的位置由所述形状记忆合金构件的形状确定。
3.根据权利要求1所述的可移动连结件，其中，所述第二构件能够围绕所述第一构件旋转。
4.根据权利要求3所述的可移动连结件，其中，所述第二构件铰接地连接至所述第一构件。
5.根据权利要求4所述的可移动连结件，其中，所述第二构件包括能够被所述第一构件接收的轴，使得所述第二构件能够相对于所述第一构件铰接地旋转。
6.根据权利要求5所述的可移动连结件，其中，所述第一构件包括一个或更多个V形槽，所述V形槽构造成接收所述第二构件的所述轴。
7.根据权利要求6所述的可移动连结件，其中，所述第一构件在所述第一构件的相对的第一端部和第二端部处包括V形槽，所述V形槽构造成接收所述第二构件的所述轴。
8.根据权利要求1所述的可移动连结件，其中，所述第一构件构造成调节所述第二构件的位置。
9.根据权利要求7所述的可移动连结件，其中，所述第一构件包括柔性材料，使得所述第一构件的形状是可调节的。
10.根据权利要求9所述的可移动连结件，其中，所述第一构件的所述第一端部和第二端部能够相对于所述第一构件的中心移动，使得所述第一构件的所述第一端部和第二端部处的所述V形槽构造成调节所述第二构件相对于所述第一构件的中心的位置。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的可移动连结件，进一步包括加热装置，所述加热装置构造成加热所述形状记忆合金构件以便改变其形状。
12.根据权利要求11所述的可移动连结件，其中，所述加热装置基本上沿所述形状记忆合金构件的长度延伸。
13.根据权利要求11所述的可移动连结件，其中，所述加热装置包括线材。
14.根据权利要求13所述的可移动连结件，其中，所述加热装置包括康铜线材。
15.根据权利要求1-10中的任一项所述的可移动连结件，其中，所述偏置装置包括弹簧。
16.根据权利要求15所述的可移动连结件，其中，所述偏置装置包括扭转弹簧。
17.根据权利要求1-10中的任一项所述的可移动连结件，其中，所述形状记忆合金构件包括单向形状记忆合金。
18.根据权利要求1-10中的任一项所述的可移动连结件，其中，所述形状记忆合金构件包括镍钛合金。
19.一种卫星，其包括根据任一前述权利要求所述的可移动连结件。
20.根据权利要求19所述的卫星，其中，所述可移动连结件的第二构件包括镜子。
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