CN114320797A - 一种形状记忆合金致动器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种形状记忆合金致动器，包括：壳体，壳体中设置有第一位置和第二位置；移动件，活动设置于壳体，在第一位置和第二位置之间移动；第一弹性件，设置于壳体内，抵接于移动件的一侧；第二弹性件，设置于壳体内，抵接于移动件的另一侧；第二弹性件为形状记忆合金；在第二弹性件未受温度影响的情况下，第一弹性件和第二弹性件作用于移动件，使移动件位于第一位置；在第二弹性件受温度影响发生变形的情况下，第一弹性件作用于移动件，使移动件由第一位置移动至第二位置，第二弹性件与移动件脱离，并暂停受温度影响。本申请的形状记忆合金致动器具有自保护自恢复功能，避免形状记忆合金损坏，致动器结构简单，节省成本，体积小型化。

Description

一种形状记忆合金致动器

技术领域

本申请属于致动器技术领域，具体涉及一种形状记忆合金致动器。

背景技术

形状记忆合金(SMA)致动器通过高于或低于其转变温度呈现不一样的形状来做功。这使得形状记忆合金经受从马氏体到奥氏体状态的相变，其中，该材料收缩或身长且在该过程中用于做功。通常，形状记忆合金致动器借助于通过给形状记忆合金加热的方式来使其高于其转变温度。该方法的问题在于过热(即形状记忆合金材料已经发生预期转变后加热仍未停止)。过热引起较长的冷却时间，在一些情况下可损坏所述金属丝。因而，亟需防止形状记忆合金材料过热的有效稳固手段。

发明内容

本申请提供一种形状记忆合金致动器，以解决形状记忆合金材料过热的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：一种形状记忆合金致动器，包括：壳体，所述壳体中设置有第一位置和第二位置；移动件，活动设置于所述壳体，在所述第一位置和所述第二位置之间移动；第一弹性件，设置于所述壳体内，抵接于所述移动件的一侧；第二弹性件，设置于所述壳体内，抵接于所述移动件的另一侧；所述第二弹性件为形状记忆合金；在所述第二弹性件未受温度影响的情况下，所述第一弹性件和所述第二弹性件作用于所述移动件，使所述移动件位于所述第一位置；在所述第二弹性件受温度影响发生变形的情况下，所述第一弹性件作用于所述移动件，使所述移动件由所述第一位置移动至第二位置，所述第二弹性件与所述移动件脱离，并暂停受温度影响。

根据本申请一实施方式，所述移动件包括：移动杆，沿所述第一方向设置；限位片，设置于所述移动杆，所述第一弹性件和所述第二弹性件分别抵接于所述限位片的两侧。

根据本申请一实施方式，所述壳体内设置有第一台阶面作为所述第一位置，所述第二弹性件驱动所述限位片与所述第一台阶面抵接。

根据本申请一实施方式，所述壳体内设置有第二台阶面作为所述第二位置，所述第二台阶面与所述第一台阶面相对设置，所述第一弹性件驱动所述限位片与所述第二台阶面抵接。

根据本申请一实施方式，所述第一弹性件的两端分别与所述壳体内壁和所述限位片固定连接，所述第一弹性件伸长至自然状态时，所述移动件位于所述第二位置。

根据本申请一实施方式，包括：限位绳，连接所述壳体内壁和所述限位片，所述移动件移动至所述第二位置时，所述限位绳绷直。

根据本申请一实施方式，所述限位片为第一导电片，所述致动器包括：第二导电片，连接于所述第二弹性件远离所述第一导电片一端。

根据本申请一实施方式，包括：第三导电片，连接于所述第一弹性件远离所述第一导电片的一端。

根据本申请一实施方式，所述第一弹性件为金属弹簧，所述第一弹性件套设于所述移动杆上。

根据本申请一实施方式，所述第二弹性件为形状记忆合金弹簧，所述第二弹性件套设于所述移动杆上。

本申请的有益效果是：在第二弹性件受温度影响发生变形的情况下，第一弹性件作用于移动件，使得移动件由第一位置移动至第二位置，此时第二弹性件仍与移动件接触，仍处于继续受温度影响的持续变形状态，但由于移动件仅能在第一位置和第二位置之间移动，第二弹性件与移动件脱离，第二弹性件随即暂停受温度影响，第二弹性件始终在合理的受温度影响范围内，避免第二弹性件受过度温度影响而损坏。本申请的形状记忆合金致动器具有自保护自恢复功能，避免形状记忆合金损坏，且本申请的致动器结构简单，元件数量少，不但节省成本，还使得致动器更加小型化，增加可应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1是本申请的形状记忆合金致动器一实施例的整体结构示意图，其中移动件位于第一位置；

图2是本申请的形状记忆合金致动器一实施例的整体结构示意图，其中移动件位于第二位置；

图3是本申请的形状记忆合金致动器一实施例的整体结构示意图，其中移动件位于第二位置，且第二弹性件与移动件脱离。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1至图3，图1是本申请的形状记忆合金致动器一实施例的整体结构示意图，其中移动件位于第一位置；图2是本申请的形状记忆合金致动器一实施例的整体结构示意图，其中移动件位于第二位置；图3是本申请的形状记忆合金致动器一实施例的整体结构示意图，其中移动件位于第二位置，且第二弹性件与移动件脱离。

本申请一实施例提供一种形状记忆合金致动器100，如图1至图3所示，包括壳体110、移动件120、第一弹性件130和第二弹性件140。壳体110中设置有第一位置111和第二位置112，移动件120活动设置于壳体110，且在第一位置111和第二位置112之间移动。第一弹性件130设置于壳体110内，且第一弹性件130抵接于移动件120的一侧。第二弹性件140设置于壳体110内，且第二弹性件140抵接于移动件120的另一侧，第二弹性件140为形状记忆合金。如图1所示，在第二弹性件140未受温度影响的情况下，第一弹性件130和第二弹性件140作用于移动件120，使得移动件120位于第一位置111。如图2所示，在第二弹性件140受温度影响发生变形的情况下，第一弹性件130作用于移动件120，使得移动件120由第一位置111移动至第二位置112，此时第二弹性件140仍与移动件120接触，仍处于继续受温度影响的持续变形状态，但由于移动件120仅能在第一位置111和第二位置112之间移动，如图3所示，第二弹性件140与移动件120脱离，第二弹性件140随即暂停受温度影响，第二弹性件140始终在合理的受温度影响范围内，避免第二弹性件140受过度温度影响而损坏。并且，移动件120从第一位置111线性运动至第二位置112，并保持在第二位置112，可输出动作做功，本申请的致动器100可应用在开关等各种结构上。

可以理解的是，第二弹性件140与移动件120脱离并暂停受温度影响后，第二弹性件140可逐渐恢复形变，第二弹性件140再次与移动件120接触，此时第二弹性件140再次受温度影响发生变形并与移动件120脱离，移动件120保持在第二位置112。当需要移动件120回到第一位置111时，只需整体解除第二弹性件140所受温度影响，在环境温度的作用下，第二弹性件140逐渐恢复到初始长度，在该过程中，第二弹性件140推动移动件120移动到第一位置111。

本申请的形状记忆合金致动器100具有自保护自恢复功能，避免形状记忆合金损坏，且本申请的致动器100结构简单，元件数量少，不但节省成本，还使得致动器100更加小型化，增加可应用场景。在一些实施例中，第二弹性件140受温度影响是指受热，第二弹性件140受热发生变形，移动件120由第一位置111移动至第二位置112，第二弹性件140与移动件120脱离，随即暂停受热，形成对第二弹性件140的过热保护，第二弹性件140在合理范围内受热，避免过度受热发生损坏。当然，第二弹性件140还可以是受冷发生变形，移动件120由第一位置111移动至第二位置112，第二弹性件140与移动件120脱离，随即暂停受冷，形成对第二弹性件140的过冷保护，第二弹性件140在合理范围内受冷，避免过度受冷发生损坏。

在一些实施例中，如图1所示，移动件120包括移动杆121和限位片122，移动杆121沿第一方向设置，限位片122设置于移动杆121，第一弹性件130和第二弹性件140分别抵接于限位片122的两侧，第一弹性件130和第二弹性件140通过对限位片122施力而带动移动杆121的移动。

其中，移动杆121的长度具有多种设置形式，移动杆121沿第一方向的两端包括靠近第一位置111的第一端和与第一端相对的第二端，移动杆121沿第一方向至少一端可凸出于壳体110。例如，移动杆121移动至第一位置111时，第一端伸出壳体110，移动杆121移动至第二位置112时，第一端缩回壳体110内，从而第一端向壳体110外输出动作做功。例如，移动杆121移动至第一位置111时，第二端缩回壳体110内，移动杆121移动至第二位置112时，第二端伸出壳体110，从而第二端向壳体110外输出动作做功。当然，移动杆121的两端可以均伸出壳体110外，在移动杆121在第一位置111和第二位置112之间移动时，第一端和第二端伸出壳体110外的长度发生变化，从而向壳体110外输出动作做功。移动杆121的具体设置形式可根据实际应用场景调整。当然，在一些应用场景下，移动杆121沿第一方向的两端也可均不伸出壳体110，以在壳体110内部做功输出。

在一些实施例中，如图1所示，第一弹性件130为金属弹簧，第一弹性件130套设于移动杆121上，第一弹性件130的一端端部可以抵接或连接于壳体110内壁。

进一步地，第二弹性件140为形状记忆合金弹簧，第二弹性件140套设于移动杆121上，第二弹性件140的一端端部可以抵接连接于壳体110内部。

在一些实施例中，如图1所时候，壳体110内设置有第一台阶面113作为第一位置111，在第二弹性件140未受温度影响的情况下，第二弹性件140的弹力大于第一弹性件130的弹力，第二弹性件140驱动限位片122与第一台阶面113抵接。

进一步地，如图2和图3所示，壳体110内设置有第二台阶面114作为第二位置112，第二台阶面114与第一台阶面113相对设置，在第二弹性件140受温度影响发生变形的情况下，第二弹性件140收缩，第一弹性件130作用于限位片122并驱动限位片122与第二台阶面114抵接，此时第二弹性件140仍与限位片122接触，仍处于继续受温度影响的持续变形状态，但由于限位片122无法继续移动，第二弹性件140与限位片122脱离。第二弹性件140与限位片122脱离并暂停受温度影响后，第二弹性件140可逐渐恢复形变，第二弹性件140再次与限位片122接触，此时第二弹性件140再次受温度影响发生变形并与限位片122脱离，第二台阶面114起到了对第二弹性件140的过热保护作用。

在另一些实施例中，第一弹性件130朝向限位片122一端端部与限位片122固定连接，第一弹性件130远离限位片122一端端部与壳体110内壁固定连接，第一弹性件130伸长至自然状态时，移动件120位于第二位置112。在第二弹性件140受温度影响发生变形的情况下，第二弹性件140收缩，第一弹性件130作用于限位片122并驱动限位片122向第二弹性件140移动至第二位置112，此时第二弹性件140仍与限位片122接触，仍处于继续受温度影响的持续变形状态，但由于第一弹性件130不继续伸长，限位片122无法继续移动，第二弹性件140与限位片122脱离。第二弹性件140与限位片122脱离并暂停受温度影响后，第二弹性件140可逐渐恢复形变，第二弹性件140再次与限位片122接触，此时第二弹性件140再次受温度影响发生变形并与限位片122脱离，第一弹性件130起到了对第二弹性件140的过热保护作用。

在又一些实施例中，致动器100还包括限位绳(图中未示出)，限位绳连接壳体110内壁和限位片122，当移动件120移动至第二位置112时，限位绳绷直。在第二弹性件140受温度影响发生变形的情况下，第二弹性件140收缩，第一弹性件130作用于限位片122并驱动限位片122向第二弹性件140移动至第二位置112，此时第二弹性件140仍与限位片122接触，仍处于继续受温度影响的持续变形状态，但由于限位绳绷直不，限位片122无法继续移动，第二弹性件140与限位片122脱离。第二弹性件140与限位片122脱离并暂停受温度影响后，第二弹性件140可逐渐恢复形变，第二弹性件140再次与限位片122接触，此时第二弹性件140再次受温度影响发生变形并与限位片122脱离，限位绳起到了对第二弹性件140的过热保护作用。

上述列举了几种移动件120移动至第二位置112即无法继续移动的方式，在其他实施例中，还可以采用其他结构使得移动件120最多移动至第二位置112，从而第二弹性件140可与移动件120脱离，起到了对第二弹性件140的过热保护作用，避免形状记忆合金损坏。

可以理解的是，由于第二弹性件140与移动件120脱离后即可避免继续受温度影响，在一些实施例中，移动件120可以为第二弹性件140的变温来源，例如移动件120具有使得第二弹性件140变形的温度，或者第二弹性件140与移动件120接触时通电而产生使得第二弹性件140变形的热量。在其他实施例中，移动件120移动至第二位置112后，第二弹性件140与移动件120脱离，第二弹性件140离开了受温区域，从而避免继续受温度影响。

以形状记忆合金受热发生变形，且第二弹性件140与移动件120接触时通电而产生使得第二弹性件140变形的热量为例，致动器100可以通过如下结构实现加热和暂停加热：

如图1至图3所示，限位片122为第一导电片170，致动器100包括第二导电片150，第二导电片150连接于第二弹性件140远离第一导电片170一端。当限位片122和第二导电片150未通电的情况下，第二弹性件140未受温度影响，第一弹性件130和第二弹性件140作用于限位片122，使得限位片122位于第一位置111。当限位片122和第二导电片150通电后，第二弹性件140逐渐升温至转变温度，第二弹性件140逐渐收缩，第一弹性件130作用于限位片122，使得限位片122由第一位置111向第二位置112移动，第二弹性件140仍与限位片122保持接触，并持续受热变形，直至限位片122移动至第二位置112。第二弹性件140与限位片122脱离，并暂停受温度影响后，第二弹性件140可逐渐恢复形变，第二弹性件140再次与限位片122接触，此时第二弹性件140再次升温发生变形并与限位片122脱离，移动件120保持在第二位置112。当限位片122和第二导电片150断开外接电路后，在环境温度的作用下，第二弹性件140的温度逐渐下降，第二弹性件140也逐渐恢复到初始长度，在该过程中，第二弹性件140推动限位片122移动到第一位置111。

进一步地，如图1至图3所示，由于限位片122在壳体110内活动设置，为了简化线路，并避免线路移动发生磨损，致动器100还包括第三导电片160。第三导电片160连接于第一弹性件130远离第一导电片170的一端。第二导电片150和第三导电片160分别接入同一电路的两端，电流经过第三导电片160、第一弹性件130、限位片122、第二弹性件140和第二导电片150。当第三导电片160和第二导电片150未通电的情况下，第二弹性件140未受温度影响，第一弹性件130和第二弹性件140作用于限位片122，使得限位片122位于第一位置111。当第三导电片160和第二导电片150通电后，第二弹性件140逐渐升温至转变温度，第二弹性件140逐渐收缩，第一弹性件130作用于限位片122，使得限位片122由第一位置111向第二位置112移动，第二弹性件140仍与限位片122保持接触，并持续受热变形，直至限位片122移动至第二位置112。第二弹性件140与限位片122脱离，电路断开，第二弹性件140并暂停受温度影响后，第二弹性件140可逐渐恢复形变，第二弹性件140再次与限位片122接触，此时电路连通，第二弹性件140再次升温发生变形并与限位片122脱离，移动件120保持在第二位置112。当第三导电片160和第二导电片150断开外接电路后，在环境温度的作用下，第二弹性件140的温度逐渐下降，第二弹性件140也逐渐恢复到初始长度，在该过程中，第二弹性件140推动限位片122移动到第一位置111。

此时，限位片122作为第一导电片170仅起到导电作用，无需直接接通电源。而第二导电片150和第三导电片160分别位于第二弹性件140和第一弹性件130的端部，位置固定，电路结构简单，安全性高。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种形状记忆合金致动器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体中设置有第一位置和第二位置；

移动件，活动设置于所述壳体，在所述第一位置和所述第二位置之间移动；

第一弹性件，设置于所述壳体内，抵接于所述移动件的一侧；

第二弹性件，设置于所述壳体内，抵接于所述移动件的另一侧；所述第二弹性件为形状记忆合金；

在所述第二弹性件未受温度影响的情况下，所述第一弹性件和所述第二弹性件作用于所述移动件，使所述移动件位于所述第一位置；在所述第二弹性件受温度影响发生变形的情况下，所述第一弹性件作用于所述移动件，使所述移动件由所述第一位置移动至第二位置，所述第二弹性件与所述移动件脱离，并暂停受温度影响。

2.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述移动件包括：

移动杆，沿所述第一方向设置；

限位片，设置于所述移动杆，所述第一弹性件和所述第二弹性件分别抵接于所述限位片的两侧。

3.根据权利要求2所述的致动器，其特征在于，所述壳体内设置有第一台阶面作为所述第一位置，所述第二弹性件驱动所述限位片与所述第一台阶面抵接。

4.根据权利要求3所述的致动器，其特征在于，所述壳体内设置有第二台阶面作为所述第二位置，所述第二台阶面与所述第一台阶面相对设置，所述第一弹性件驱动所述限位片与所述第二台阶面抵接。

5.根据权利要求2所述的致动器，其特征在于，所述第一弹性件的两端分别与所述壳体内壁和所述限位片固定连接，所述第一弹性件伸长至自然状态时，所述移动件位于所述第二位置。

6.根据权利要求2所述的致动器，其特征在于，包括：

限位绳，连接所述壳体内壁和所述限位片，所述移动件移动至所述第二位置时，所述限位绳绷直。

7.根据权利要求2所述的致动器，其特征在于，所述限位片为第一导电片，所述致动器包括：

第二导电片，连接于所述第二弹性件远离所述第一导电片一端。

8.根据权利要求7所述的致动器，其特征在于，包括：

第三导电片，连接于所述第一弹性件远离所述第一导电片的一端。

9.根据权利要求2所述的致动器，其特征在于，所述第一弹性件为金属弹簧，所述第一弹性件套设于所述移动杆上。

10.根据权利要求2所述的致动器，其特征在于，所述第二弹性件为形状记忆合金弹簧，所述第二弹性件套设于所述移动杆上。

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