CN1685150A - 形状记忆合金致动器 - Google Patents

Abstract

一种形状记忆合金致动器，包括：设置为可在一第一和一第二位置之间移动的一机体(30)；适于在第一位置保持所述机体的可释放的保持装置(47)、(48)；由如镍钛诺的形状记忆合金制成的一第一线(31)和一第二线(49)，该第一线(31)以其一端连接到所述机体，以致该第一线长度的缩短在机体上施加一力以从第二位置向第一位置移动机体；一用于偏置机体以将其从第一位置向第二位置移动的拉簧(43)；该第二线以其一端连接到所述保持装置，以致该第二线长度的缩短释放保持装置，以允许弹簧从第一位置向所述第二位置移动机体；并且，该致动器还包括一中间的双臂杆(32)，其一臂的端点安装到拉簧(43)，而另一臂(39)的端点紧靠机体(30)上的伸出部(40)，从而弹簧(43)的力通过杆(32)传递到机体。

Description

形状记忆合金致动器

技术领域

本发明涉及一种形状记忆合金致动器，包括设置为可在一第一和一第二位置之间移动的一机体、适于在第一位置保持所述机体的可释放的保持装置、由如镍钛诺的形状记忆合金制成的至少一第一线和至少一第二线，该第一线以其一端连接到所述机体，以致该第一线长度的缩短在机体上施加一力以从所述第二位置向所述第一位置移动机体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造成本低廉而且使用效率高的形状记忆合金致动器，此目的通过一进一步包括一如拉簧、压簧、直线形或弧形板簧或活塞与缸筒机构的偏置装置的致动器达到，该偏置装置被设置适于偏置所述机体以从所述第一位置向所述第二位置移动所述机体，所述第二线以其一端连接到所述保持装置，以致第二线长度的缩短释放所述保持装置，以允许所述偏置装置从所述第一位置向所述第二位置移动所述机体。

为了得到机械效率高并保护形状记忆合金线不受损坏的致动器，所述机体可移动地安装到一结构上，各所述第一和第二线的一端安装到所述结构，其另一端分别连接到所述机体和所述棘爪，以致所述第一线长度的缩短，沿一第一方向在所述机体上施加一移动力，而所述第二线长度的缩短沿着从所述保持位置到所述释放位置的方向在所述棘爪上施加一枢转力，并且，所述偏置装置安装到所述结构上，并设置用于在所述机体上以与所述第一方向相反的第二方向施加一移动力，其中，所述偏置装置被设置适于施加一旋转力到一可旋转设置的中间部件，如一杆或圆盘上，用于使所述中间部件绕一转轴沿从第一角度位置到第二角度位置的第一转动方向转动，所述中间部件在一传力点上连接到所述机体，以致所述中间部件在所述第一旋转方向的旋转，在所述第二方向上移动所述机体，所述偏置装置及所述中间部件被设置并改进，以致当所述中间部件位于所述第二角度位置时，所述旋转力相对于所述旋转轴的力臂或力矩臂比所述中间部件位于所述第一角度位置时的大，从而当所述中间部件以所述第一转动方向旋转时，所述旋转力的力臂或力矩臂增加，并且/或者，所述中间部件和所述机体被设置并改进，以致所述旋转力传递到所述机体，作为移动力施加在所述传力点上，以从所述第一位置到第二位置移动所述机体，并且，当所述中间部件位于所述第一角度位置时，所述移动力相对于所述旋转轴的力臂或力矩臂比当所述中间部件位于所述第二角度位置时的大，从而当所述中间部件以所述第一转动方向旋转时，所述移动力相对于旋转轴的力臂或力矩臂减小。

本发明进一步涉及一种形状记忆合金致动器，包括设置为可在一第一和一第二位置之间移动的一机体，由如镍钛诺的形状记忆合金制成的至少一第一线，所述第一线以其一端连接到所述机体，以致所述第一线长度的缩短在所述机体上施加一力，而从所述第二位置向所述第一位置移动所述机体，一偏置装置，如拉簧、压簧、直线形或弧形板簧或活塞与缸筒机构，和一可转动设置的中间部件，如杆或圆盘，连接到所述机体和所述偏置装置，所述偏置装置适于在所述中间部件上施加一旋转力，以使所述中间部件沿一从第一角度位置到第二角度位置的第一旋转方向绕一转轴旋转，所述中间部件连接到所述机体，以致所述中间部件沿第一旋转方向的旋转从所述第一位置到所述第二位置移动所述机体，并且，所述偏置装置和所述中间部件被设置并改进，以致，当所述中间部件位于所述第二角度位置时，所述旋转力相对于所述旋转轴的力臂或力矩臂比当所述中间部件位于所述第一角度位置时的大，从而所述旋转力的所述力臂或力矩臂当所述中间部件沿所述第一旋转方向旋转时是增大的。

据此，得到形状记忆合金线的收缩力的可变力矩，以及偏置装置的致动的移动力的可变力矩，由此得到SMA线的有效用途，如果致动对象被阻滞，保护SMA线不受损坏或折断，并且，施加一致动力，其随致动进程的进行而增大，而SMA线施加的力随着SMA被加热到形状记忆合金转化温度时的缩短而减小。

该有益效果可通过一形状记忆合金致动器选择地或附加地得到，该形状记忆合金致动器包括设置为可在第一和第二位置间移动的一机体，至少一由如镍钛诺的形状记忆合金制成的第一线，所述第一线以其一端连接到所述机体，以致所述第一线长度的缩短在所述机体上施加一力，而从所述第二位置向所述第一位置移动所述机体，一偏置装置，如拉簧、压簧、直线形或弧形板簧或活塞与缸筒机构，一可转动设置的中间部件，如杆或臂，在所述机体上的一传力点处连接到所述机体，并与一偏置装置连接或一体成型，所述偏置装置适于在所述中间部件上施加一旋转力，以使所述中间部件沿一从第一角度位置到第二角度位置的第一旋转方向绕一转轴旋转，所述中间部件连接到所述机体，以致所述中间部件沿第一旋转方向的旋转从所述第一位置到所述第二位置移动所述机体，并且，所述中间部件和所述机体被设置并改进，以致，所述旋转力传递到所述机体，作为移动力施加到所述传力点上，从所述第一位置向所述第二位置移动所述机体，并且，当所述中间部件位于所述第一角度位置时，所述移动力相对于所述旋转轴的力臂或力矩臂比当所述中间部件位于所述第二角度位置时的大，从而当所述中间部件沿所述第一旋转方向旋转时，所述移动力相对于所述旋转轴的力臂或力矩臂减小。

另一方面，本发明涉及一种形状记忆合金发动机，包括一形状记忆合金致动器，该形状记忆合金致动器优选地，如前所述，包括设置为可在第一和第二位置间移动的一机体，至少一由如镍钛诺的形状记忆合金制成的第一线，所述第一线以其一端连接到所述机体，以致所述第一线长度的缩短在所述机体上施加一力，而从所述第二位置向所述第一位置移动所述机体，一偏置装置，如拉簧、压簧、直线形或弧形板簧或活塞与缸筒机构，被设置适于在所述机体上施加一第二移动力，而从所述第一位置向所述第二位置移动所述机体，一具有第一及第二旋转方向的齿轮，所述机体具有一适于配合于所述齿轮两相邻的齿之间的部分，并且，所述机体与所述齿轮被改进与设置，以致，在第一位置，所述部分位于所述齿轮的一对齿之间，而在第二位置，所述部分位于计入所述齿轮的所述第二旋转方向的所述齿轮的相邻的一对齿之间，从而，所述第二移动力导致所述机体沿所述第一方向转动所述齿轮。

本发明最后一方面，涉及一种形状记忆合金发动机，包括一形状记忆合金致动器，该形状记忆合金致动器优选地，如前所述，包括设置为可在第一和第二位置间移动的一机体，至少一由如镍钛诺的形状记忆合金制成的第一线，所述第一线以其一端连接到所述机体，以致所述第一线长度的缩短在所述机体上施加一第一移动力，而从所述第二位置向所述第一位置移动所述机体，一偏置装置，如拉簧、压簧、直线形或弧形板簧或活塞与缸筒机构，被设置适于在所述机体上施加一第二移动力，而从所述第一位置向所述第二位置移动所述机体，一具有第一及第二移动方向的齿条，所述机体具有一适于配合于所述齿条两相邻的齿之间的部分，并且，所述机体与所述齿条被改进与设置，以致，在第一位置，所述部分位于所述齿条的一对齿之间，而在第二位置，所述部分位于计入所述齿条的所述第二移动方向的所述齿条的相邻的一对齿之间，从而，所述第二移动力导致所述机体沿所述第一方向移动所述齿条。

附图说明

图1和2是根据本发明的致动器的第一实施例在两个不同位置上的示意图，即图1中致动销完全收进，图2中致动销完全伸出；

图3和4分别是根据本发明致动器的第二和第三实施例的示意图；

图5-7是根据本发明致动器的第四实施例的三个运行步骤的示意图；

图8是根据本发明的形状记忆合金致动器发动机的第一实施例的示意图；

图9是根据本发明的形状记忆合金致动器发动机的第二实施例的示意图；

图10是根据本发明的齿条形直线形状记忆合金致动器的示意图；

图11是示出对于根据本发明的致动器的不同的偏置系统的形状记忆合金线的两条收缩相对于力的曲线的曲线图；

图12是示出以牛顿为单位的不同的力与图5-7所示的致动器驱动活塞泵柱塞的以毫米为单位的移动距离之间关系的曲线图。

具体实施方式

本发明的各个方面将在下面参照分别例示于附图中的本发明的形状记忆合金致动器的不同实施例作进一步的详细描述。

现参见图1和2，一个圆盘1形式的可枢动机体设置成围绕一个中心枢转轴2枢转，该中心轴固定地安装在致动器的未示出的结构上，该圆盘1设有一周缘伸出部3，和一个轭状的周缘伸出部5。一螺旋拉簧6以其一端可枢转地安装在一个固定安装在所述结构上的固定销7上，而在其另一端可枢转地安装在一个固定安装在所述周缘伸出部3上的固定销8上。

两根形状记忆合金线或细丝9和10，以其一端连接到分别固定到所述结构上的导电端子11和12上，所述形状记忆合金例如由美国加利福尼亚CostaMesa的DYNALLOY有限公司开发的、商业名称为FLEXINOL的镍钛合金或镍钛诺。

每一根线9和10的另一端连接到一固定连接在圆盘1圆周上的导电端子13上。线9和10沿圆盘1的圆周延伸，以致该线9和10被拉紧时，沿着所述圆周延伸并被所述圆周支撑。在附图中，为了看得更清楚，线9和10与所述圆周之间画成离开的。

把一个具有两臂15和16的滑块14设置成在两安装在结构上的挡销17和18之间滑动。一安装在滑块14上的销子19容纳在轭状伸出部5的分叉5a内，使得当圆盘1从如图1所示的位置向图2所示的位置转动时，销19可在分叉内自由地滑动和旋转，因此将滑块14用臂15从抵靠在挡销18的位置向抵靠在挡销17的位置滑移，构成伺服器的活动销，被充分地延伸。

把一个接近传感器20安装在所述结构上，并连接到未示出的导电体上，以从该传感器向未示出的接收器传送一信号。该端子11和12同样被分别连接到未示出的导电体上，该导电体连接到未示出的电源上，以向线9和10供电，而使其产生电阻热，该端子13同样通过一未示出的导电体连接到未示出的电源上以闭合电阻热电路。

在使用中，把该线9和10间歇地加热到形状记忆合金的转化温度或相变温度(从马氏体到奥氏体状态)，对于镍钛诺而言，温度大约为90℃。据此，该线的长度被缩短。当该线冷却到低于90℃，其长度转为正常，即线变长。缩短发生的速度，即收缩时间，是直接与输入的电流相关，亦即与施加在端子11或12和13上的电压相关。

在图1所示的位置中，该中间的圆盘1是在其最远的逆时针位置上，该臂15完全缩进，线9冷却到90℃以下，并通过在该端子12和13之间施加电压致使电流流过该线10而使线10被加热到90℃以上。因而通过线10施加的收缩力，该圆盘1以逆时针方向旋转到所示的位置。

下一步，使该线10冷却到90℃以下，由此伸长的形状如图1中虚线10a所示。此时，致动器准备驱使该臂15向左伸出，在臂15向如图2所示的其伸出的左边位置的移动过程中，该臂15的端部用于与未示出的杠杆、柱塞、按钮或类似部件接触，并推压或驱动所述部件。

此后或同时，该线9加热到90℃以上，其收缩并在圆盘1上施加一顺时针方向的力，使该圆盘1绕枢轴2顺时针转动越过圆盘1和弹簧6的平衡位置，在该位置，弹簧6的固定销7和8与枢轴2排成一条线。

当圆盘1顺时针方向转过所述的平衡点时，由弹簧7施加的拉紧力将持续使圆盘1顺时针旋转到如图2所示的位置，该臂15完全伸出，并且尽管还在90℃以上，该线9却保持松弛。这就是致动器的实际活动动作，其中，通过伸出部5施加到滑动体14上的力由于通过弹簧6施加在中间圆盘1上的拉紧力相对于枢轴2或圆盘1旋转轴的的力臂或力矩臂的增大而增大。

许多实际应用中，所需完成致动器功能的力，例如推压一个泵活塞的力，在动作的冲程中增大，所述圆盘1转动时该弹力力矩臂的增大是非常有益的特征，将在下面结合图11和12作更详细的解释。

致动冲程间致动器致动力的增大，亦可通过在致动冲程中减小从销19到枢轴2或圆盘1旋转轴2之间的距离来达到或增强，据此，通过轭状伸出部5施加在销19上的移动力相对于枢轴2的力矩臂或力臂减小，并因此使移动力在致动冲程中增加。所述距离的缩短可从图1中处于致动冲程起始的情形到图2中致动冲程结束的情形中看出。

最后，该线10被加热到90℃以上，以致其收缩并枢转圆盘1返回到图1所示的位置，由此，致动循环准备重复进行。

因为该线10的收缩或缩短必须足够大，以驱转圆盘1从图2所示的位置越过上述的平衡点，而线9的缩短只需满足驱转圆盘1从图1所示的位置越过平衡点，所以该线10的长度大于该线9的长度。

当加热越过相变温度时，镍钛诺线将典型收缩大约3％-6％。线10未收缩时的长度必须足够，以确保未收缩的线在如图2所示的位置完全伸展，并且当圆盘1在逆时针方向至少稍微越过所述平衡点时，收缩的线10完全伸展，即线10未收缩的长度，应当是端子13在其图2所示位置与其平衡点位置之间行进距离的大约22-25倍。

需要由线9和10施加的收缩力是相当不同的，因为线9的收缩力仅需要抵消弹簧6的弹力具有图1中的相对较小的扭臂的扭矩或力矩，而线10的收缩力必须克服图2中相对较大的所述弹力的扭矩。镍钛诺线的收缩力随线的直径或截面面积的增加而增加。因此，线10的截面面积比线9的截面面积大得多，或者，可有相同截面面积的多根线10。

如果必须使线10的冷却时间尽可能短以致动作循环之间的间隔可以尽可能地短，才选择后一种可能。具有某一总截面面积的若干较小直径的线将比具有相同截面面积的单根较大直径的线冷却得更快。

每当伸出部3处于图2所示位置时，由接近传感器20传送的信号，可用于许多不同的用途，例如单纯监测致动器正确运行或控制线9和10加热定时从而控制滑块14的动作冲程定时。自然地，用于感测圆盘1位置的接近传感器或任何其他类型的传感器的位置可依其用途而不同，也可以在不同的位置设置若干此类传感器，例如用于获得致动器致动效果的更复杂的定时控制。

现参见图3，此实施例与图1-2中的实施例的不同之处在于，对此种情况下具有相同长度和截面面积的形状记忆线21和22的每个加热和冷却循环，可达到双重的致动效果。圆盘1逆时针和顺时针的旋转分别通过止挡销23和24进行限制。

致动部件可以是类似于图1-2中部件14的滑块，其中臂15和臂16都执行致动功能，或者，致动功能可以是通过例如臂15进行的推拉致动。

圆盘1另外也可设置一与圆盘1平面成直角伸出的，作为枢轴2延长部分的中心扭转轴，以致该扭转轴通过例如驱转一杠杆往复起到驱动部件的作用。对本领域技术人员而言，明显可以有许多不同类型的连接到圆盘1上的驱动部件。

在图3所示的位置上，圆盘1刚完成在弹簧6弹力的逆时针扭矩作用下的逆时针驱动转动，并准备开始由加热线21导致的顺时针旋转，以致，圆盘1与弹力的逆时针扭矩相抗衡地旋转，直至越过平衡点。之后，顺时针的弹力扭矩带动顺时针的驱动旋转。并且，在本实施例中，弹簧6的驱动力的力矩臂在两个方向上的驱动冲程中都增加。

现参见图4，如图1-3的实施例中的端子13被一复合的端子及接近部件28所代替，用于接近止挡销24和23。更进一步，使用了另一种形式的偏置装置，称为活塞筒机构，其包括有可枢转地连接到销7上的压力筒24、活塞26以及通过销27可枢转地连接到圆盘1上的活塞杆25。

活塞筒机构24-25起到了压簧的作用，并事实上可用一压簧代替。图4中，圆盘1位于平衡点位置，此处，销7、销27和枢轴2排成一列，以致由活塞杆25施加到圆盘1上的压力在圆盘1上不产生任何扭矩。在图4所示的情形，线22收缩，并转动圆盘逆时针越过平衡点。一旦越过平衡点，来自活塞杆25的扭矩就将导致驱动圆盘1的逆时针旋转，直到部件28邻接在止挡销23上，在此处，可使顺时针的旋转以非常类似于上述图3中的方式开始。

图1-2中的拉簧6也可以被一类似于图4安置的活塞筒机构或压簧代替。

现参见图5-7，一致动机体30设置为在形状记忆合金线31及双臂杆32作用下可沿箭头R1和R2方向直线移动。

线31的一端在33处连接到机体30上，并且另一端连接到致动器未示出的结构上的一固定部37a上，线31延伸绕过一枢转安装在可沿箭头R1和R2方向移动的滑杆35上的滑轮34。一压簧36设置在机体30和滑杆35之间，并伸展通过穿过所述结构的固定部37的一通道。

双臂杆32设置为可绕枢轴38枢转，杆的一臂39靠紧机体30上的销40，杆的另一臂41在42处连接到拉簧43的一端，拉簧43的另一端连接到所述结构的一固定部44上，以致机体30沿箭头R1方向的移动通过中介杆32的转动拉伸拉簧43。

一棘爪或钩部45设置为可绕枢轴46枢转，以致钩部45的钩或突出部47可容纳于机体30上的一匹配的凹口48中。一形状记忆合金线49以其一端连接到钩部45上，另一端连接到所述结构的固定部50上。一压簧51设置在固定部50和钩部45之间。

使用中，在机体的致动冲程中，机体30沿箭头R1和R2的方向被往复移动，以沿R1方向驱动柱塞、杠杆、按钮、触件及类似部件。

图5中，线31冷却到低于合金(例如将线夹在涂有聚四氟乙烯PTFE的两根铝轨中)的转化温度，处于最大长度，并通过压簧36的偏置动作保持拉紧。钩47容纳于凹口中，并保持机体30与通过中介杆32传递到销40上的弹簧43的偏置力相抵抗。线49也处于冷却状态并具有最大长度。

当致动冲程即将开始，线49被加热到转化温度，并缩短或收缩，从而与弹簧51的偏置力相抵地枢转钩部45，以致，将钩47拉出凹口48，到如图6所示的释放位置。机体30由此被释放，以在被弹簧43枢转的杆32的作用下沿R1方向移动。

机体30沿R1方向的致动冲程期间，弹簧43施加的力相对于枢轴38或杆32的转轴的力臂或力矩臂增加，从而当机体30沿方向R1移动时，臂39施加在销40上的移动力增大。

同样，机体30在R1方向的致动冲程期间，臂39施加在销40上的移动力相对于枢轴38的移动力的力臂或力矩臂减小，由此当机体30在R1方向移动时，所述移动力增大。

当滑杆35靠在固定的结构部37上，在R1方向上的致动冲程将被终止，如图6所示。实用中，致动冲程最好由致动对象对机体30的致动冲程的阻力所阻止，以使冲程在滑杆35靠在固定结构部37上之前停止。

为了再次启动致动器，线49被冷却以允许弹簧51向其保持位置枢转钩部45，而线31被加热直至其缩短并因而导致滑杆35靠紧固定的结构部37，滑轮34以顺时针方向旋转，机体30沿方向R2移动，与弹簧43的力相抵触，从而，当杆32逆时针枢转时弹簧43被拉长。当机体30到达如图7所示位置时，钩47被压入凹口48，线31而后可被冷却，以致如图5的状态被再建，准备开始致动器的新的致动循环。

在弹簧43的拉紧期间，线31施加的拉紧所必需的力，在机体30沿R2方向移动的起始处是最大的，这是由于弹簧43的弹力的力矩臂大以及销40在臂39上的旋转力的力矩臂小，并且当机体30沿R2方向移动时，线31施加的力减小。这是在趋动致动器期间，线31中的力的有益进展，将在下面结合图11和12更进一步详细解释。

通过按照本发明改进致动器，使得致动冲程通过偏置装置施加的力进行，得到下面进一步的优点：致动体的致动冲程的任何阻滞，例如由于致动对象，如泵柱塞，被阻滞，将只引起该致动冲程的停止，而不会损害SMA线。如果致动冲程在形状记忆合金线缩短的影响下进行，若致动冲程被阻滞，则所述线可能会被损坏或折断。

线31通过滑轮34获得的额外的长度，有利于提供更长的致动冲程，和紧凑的致动器结构。

对线31和49的加热最好以类似于对图1-2中线9和10的加热方式通过未示出的其端点与电源的导电连接进行。

现参阅图8，一有齿的轮或齿轮55可转动地设置在一动力输出轴56上，所述动力输出轴56通过轴颈结合于致动器发动机的未示出的结构中。一具有配合在齿轮55的两个邻近的齿59之间的一边缘部58的机体57设置于所述结构中，可在实线所示的位置与虚线所示的位置之间移动。

一形状记忆合金线60以其一端连接到机体57上，另一端连接到所述结构的固定部61上。一螺旋片或线簧62，与一臂63一体成型或连接，安装在所述结构上，以使所述臂63可绕其上与其自由端相对的一端枢转。臂63贴靠在机体57上的一销64上。

一棘爪65可枢转地设置在枢轴66上，并通过拉簧67偏置，以稳定地贴靠在齿轮55的轮缘上。

使用中，弹簧62通过中间臂63作用在销64上的力使机体57由实线位置到虚线位置移动，机体57带动齿轮55顺时针方向旋转，由此，齿轮前进一齿59的宽度，棘爪65从锁定啮合于一对齿59之间移动到逆时针方向的下一对齿之间的锁定位置。

当齿轮通过棘爪65被锁定而不能逆时针旋转时，SMA线60被加热缩短，由此，机体抵抗中间臂63施加在销64上的力而从虚线位置移动到实线位置，从而压紧弹簧62。

通过中间臂在顺时针方向上施加的移动力相应于臂的枢转点的力臂或力矩臂，随着机体从实线位置向虚线位置在致动方向的移动而减小，由此，中间臂63施加在销64上的移动力增大。

现参见图9，示出了一与图8的发动机相似的SMA致动器发动机，弹簧62和中间臂63被一紧固到机体57上和一未示出结构的固定部69上的拉簧68所取代。

图9的发动机运转与图8中的非常相似，只是通过弹簧68施加到机体57上的移动力是直接施加的，并随着移动距离相应大幅度下降。

现参见图10，一齿条70设置为可沿R4方向在未示出的结构内移动，一机体71设置为不但可沿R3和R4方向或其横向移动。一SMA线72连接到机体71及所述结构的固定部73上。一螺旋弹簧74，安装到所述结构并与一中间臂75一体成型或连接，通过该中间臂75以非常相似于图8中弹簧62的方式在机体71的销76上施加一移动力。

对于SMA线72每一加热和冷却循环，齿条70沿R4方向前进其一齿78宽度的距离，与图8中齿轮55通过线60、弹簧62、中间臂63和机体57被转动的方式相同。

齿条70可用于通过前端部77推动一物体，例如一缸筒中的活塞77，以通过所述缸筒上的一孔排空筒中的液体或浆液。

将机体71沿齿条70横向移动的方法，可用来使齿条沿R3方向移动，以重复齿条70在R4方向上的推移行程。

现参见图11，曲线或线80示出图9中的SMA线60在机体57上施加的力作为其收缩或缩短的函数之间的关系。由于当线60的收缩使弹簧68被拉伸时，弹簧68的弹性力相应增加，因此力随着收缩而相应地增加。

线或曲线81表征了图1-8和9所示实施例中收缩与施加的力之间的关系所对应的曲线，其中，线10、22、24、31、60和72中的力，分别在收缩或缩短的开始时最大，并且由于在上述致动冲程中力矩臂或多个力矩臂的长度的变化，线的收缩长度要大得多。

如此，因为对于特定的用于加热SMA线的能量输入，较长的收缩距离使输入到致动系统中的能量提高，所以获得了高的机械效率系数，

实际的曲线81不会是直线，而是反映致动冲程中所述力矩臂或多个力矩臂的变化的变化率。

现参见图12和图5-7，一致动器，如图5-7所示，用于以机体30推压泵的柱塞来运行活塞泵。

泵活塞柱塞和机体30在机体30的致动冲程中行进0.2mm至3.4mm。移动柱塞所需的力相应地从大约0.5N大幅增加至大约2N，该处，该力由于柱塞达到其路径的端点而剧烈增加。

由弹簧43施加于机体30从而施加于柱塞的力，对应抵抗弹簧43的杠杆作用力而拉回机体30所需的SMA线31中的张力或力的曲线，以渐增的抛物线形曲线形式变化。

显然，如曲线显示，根据本发明的致动器可以产生一随位移增加而增大的力，这在许多应用中，如活塞泵的泵送，其中需要的力随柱塞的行进距离而增加，是非常有益的。

Claims (20)

1.一种形状记忆合金致动器，包括：

一机体，设置为可在第一和第二位置间移动；

可释放的保持装置，适于在所述第一位置保持所述机体；

至少一第一线和至少一第二线，由如镍钛诺的形状记忆合金制成，所述第一线以其一端连接到所述机体，以致所述第一线长度的缩短在所述机体上施加一力，而从所述第二位置向所述第一位置移动所述机体；

一偏置装置，如拉簧、压簧、直线形或弧形板簧或活塞与缸筒机构，被设置适于偏置所述机体，而从所述第一位置向所述第二位置移动所述机体；

所述第二线一端连接到所述保持装置，以致所述第二线长度的缩短释放所述保持装置，而允许所述偏置装置从所述第一位置到所述第二位置移动所述机体。

2.根据权利要求1的形状记忆合金致动器，还包括用于间歇引导电流通过所述第一和/或第二线以加热所述线至少到形状记忆合金转化温度的装置。

3.根据权利要求1或2的形状记忆合金致动器，其中，所述保持装置包括一可枢转的钩或棘爪，设置为可在所述棘爪容纳于所述机体上的凹口内的一保持位置与所述棘爪从所述凹口脱离的一释放位置之间枢转。

4.根据权利要求3的形状记忆合金致动器，其中，所述机体可移动地安装在一结构上，各所述第一和第二线的一端安装在所述结构上，而它们的另一端分别连接到所述机体和所述棘爪，以致所述第一线长度的缩短沿一第一方向在所述机体上施加一移动力，而所述第二线长度的缩短沿着从所述保持位置向所述释放位置的方向在所述棘爪上施加一枢转力，并且，所述偏置装置被安装到所述结构上并设置为沿一与所述第一方向相反的第二方向在所述机体上施加一移动力。

5.根据权利要求4的形状记忆合金致动器，其中，所述偏置装置被设置并改进，以在一可转动设置的如杆或圆盘的中间部件上施加一旋转力，以使所述中间部件绕一转轴沿一第一转动方向从一第一角度位置到一第二角度位置转动，所述中间部件在一传力点处连接到所述机体，以致所述中间部件在所述第一转动方向的转动沿所述第二方向移动所述机体。

6.根据权利要求5的形状记忆合金致动器，其中，所述偏置装置及所述中间部件被设置并改进，以致当所述中间部件位于所述第二角度位置时，所述旋转力相对于所述旋转轴的力臂或力矩臂比所述中间部件位于所述第一角度位置时的大，从而当所述中间部件以所述第一转动方向旋转时，所述旋转力的力臂或力矩臂增加，并且/或者，

所述中间部件和所述机体被设置并改进，以致所述旋转力传递到所述机体，作为移动力施加在所述传力点上，以从所述第一位置到第二位置移动所述机体，并且，当所述中间部件位于所述第一角度位置时，所述移动力相对于所述旋转轴的力臂或力矩臂比当所述中间部件位于所述第二角度位置时的大，从而当所述中间部件以所述第一转动方向旋转时，所述移动力相对于旋转轴的力臂或力矩臂减小。

7.根据权利要求6的形状记忆合金致动器，其中，所述中间部件是一双臂杆，其一臂连接到所述偏置装置，最好是一拉簧上，另一臂连接到所述机体上。

8.根据前面任一项权利要求所述的形状记忆合金致动器，其中，所述第一线从连接到所述机体的所述端点延伸绕过至少一滑轮或滚轮，并且所述第一线的相对一端安装到一固定点，以致所述第一线的给定长度容纳在一有限的空间中。

9.根据权利要求3-8的形状记忆合金致动器，其中，一棘爪偏置装置被设置并改进，以从所述释放位置到所述保持位置驱动所述可枢转的棘爪。

10.一种形状记忆合金致动器，包括：

一机体，设置为可在第一和第二位置间移动；

至少一第一线，由如镍钛诺的形状记忆合金制成，所述第一线以其一端连接到所述机体，以致所述第一线长度的缩短在所述机体上施加一力，而从所述第二位置向所述第一位置移动所述机体；

一偏置装置，如拉簧、压簧、直线形或弧形板簧或活塞与缸筒机构；

一可转动设置的中间部件，如杆或圆盘，连接到所述机体和所述偏置装置；所述偏置装置适于在所述中间部件上施加一旋转力，以使所述中间部件沿一从第一角度位置到第二角度位置的第一旋转方向绕一转轴旋转，所述中间部件连接到所述机体，以致所述中间部件沿第一旋转方向的旋转从所述第一位置到所述第二位置移动所述机体；并且，

所述偏置装置和所述中间部件被设置并改进，以致，当所述中间部件位于所述第二角度位置时，所述旋转力相对于所述旋转轴的力臂或力矩臂比当所述中间部件位于所述第一角度位置时的大，从而当所述中间部件沿所述第一旋转方向旋转时，所述旋转力的所述力臂或力矩臂增大。

11.一种形状记忆合金致动器，包括：

一机体，设置为可在第一和第二位置间移动；

至少一第一线，由如镍钛诺的形状记忆合金制成，所述第一线以其一端连接到所述机体，以致所述第一线长度的缩短在所述机体上施加一力，而从所述第二位置向所述第一位置移动所述机体；

一偏置装置，如拉簧、压簧、直线形或弧形板簧或活塞与缸筒机构；

一可转动设置的中间部件，如杆或臂，在所述机体上的一传力点处连接到所述机体，并与一偏置装置连接或一体成型；

所述偏置装置适于在所述中间部件上施加一旋转力，以使所述中间部件沿一从第一角度位置到第二角度位置的第一旋转方向绕一转轴旋转，所述中间部件连接到所述机体，以致所述中间部件沿第一旋转方向的旋转从所述第一位置到所述第二位置移动所述机体；并且，

所述中间部件和所述机体被设置并改进，以致，所述旋转力传递到所述机体，作为移动力施加到所述传力点上，从所述第一位置向所述第二位置移动所述机体，并且，当所述中间部件位于所述第一角度位置时，所述移动力相对于所述旋转轴的力臂或力矩臂比当所述中间部件位于所述第二角度位置时的大，从而当所述中间部件沿所述第一旋转方向旋转时，所述移动力的所述力臂或力矩臂减小。

12.根据权利要求10或11的形状记忆合金致动器，还包括：

可释放的保持装置，适于在所述第一位置保持所述机体；以及

至少一第二线，由如镍钛诺的形状记忆合金制成，其一端连接到所述保持装置，以致所述第二线长度的缩短释放所述保持装置，以允许所述偏置装置从所述第一位置到所述第二位置移动所述机体。

13.根据权利要求12的形状记忆合金致动器，其中，所述保持装置包括一可枢转的钩或棘爪，设置为可在所述棘爪容纳于所述机体上的凹口内的一保持位置与所述棘爪从所述凹口脱离的一释放位置之间枢转。

14.根据权利要求13的形状记忆合金致动器，其中，所述机体可移动地安装在一结构上，各所述第一和第二线的一端安装在所述结构上，而它们的另一端分别连接到所述机体和所述棘爪，以致所述第一线长度的缩短沿一第一方向在所述机体上施加一移动力，而所述第二线长度的缩短沿着从所述保持位置向所述释放位置的方向在所述棘爪上施加一枢转力，并且，所述偏置装置被安装到所述结构上并设置为沿一与所述第一方向相反的第二方向在所述机体上施加一移动力。

15.根据权利要求10或11的形状记忆合金致动器，还包括至少一第二线，由如镍钛诺的形状记忆合金制成，其一端连接到所述机体，以致所述第一线长度的缩短沿一枢转方向在所述机体上施加一枢转力，而所述第二线长度的缩短沿相反的枢转方向在所述机体上施加一枢转力，并且，所述偏置装置安装到所述机体上，以沿至少其中一枢转方向在所述机体上施加一枢转力。

16.根据权利要求15的形状记忆合金致动器，其中，所述偏置装置设置为在所述机体上以所述的两枢转方向都施加枢转力，在所述机体的所述第一和第二位置之间存在一平衡点，此处，所述偏置装置在所述机体上不施加枢转力。

17.根据权利要求10-16任一的形状记忆合金致动器，还包括用于间歇引导电流通过所述第一和/或第二线以加热所述线至少到形状记忆合金转化温度的装置。

18.一种形状记忆合金发动机，包括：

一形状记忆合金致动器，最好是根据前面任意一项权利要求的形状记忆合金致动器，其具有：

一机体，设置为可在第一和第二位置间移动；

至少一第一线，由如镍钛诺的形状记忆合金制成，所述第一线以其一端连接到所述机体，以致所述第一线长度的缩短在所述机体上施加一第一移动力，而从所述第二位置向所述第一位置移动所述机体；

一偏置装置，如拉簧、压簧、直线形或弧形板簧或活塞与缸筒机构，被设置适于在所述机体上施加一第二移动力，而从所述第一位置向所述第二位置移动所述机体；

一具有第一及第二旋转方向的齿轮；

所述机体具有一适于配合于所述齿轮两相邻的齿之间的部分，并且，所述机体与所述齿轮被改进与设置，以致，在第一位置，所述部分位于所述齿轮的一对齿之间，而在第二位置，所述部分位于计入所述齿轮的所述第二旋转方向的所述齿轮的相邻的一对齿之间，从而，所述第二移动力导致所述机体沿所述第一方向转动所述齿轮。

19.根据权利要求18的形状记忆合金发动机，还包括一棘爪部件，设置为可在一锁定位置与一释放位置之间移动，所述锁定位置在所述齿轮的一对齿之间，以阻止所述齿轮沿第二方向旋转。

20.一种形状记忆合金发动机，包括：

一形状记忆合金致动器，最好是根据前面任意一项权利要求的形状记忆合金致动器，其具有：

一机体，设置为可在第一和第二位置间移动；

至少一第一线，由如镍钛诺的形状记忆合金制成，所述第一线以其一端连接到所述机体，以致所述第一线长度的缩短在所述机体上施加一第一移动力，而从所述第二位置向所述第一位置移动所述机体；

一偏置装置，如拉簧、压簧、直线形或弧形板簧或活塞与缸筒机构，被设置适于在所述机体上施加一第二移动力，而从所述第一位置向所述第二位置移动所述机体；

一具有第一及第二移动方向的齿条；所述机体具有一适于配合于所述齿条两相邻的齿之间的部分，并且，所述机体与所述齿条被改进与设置，以致，在第一位置，所述部分位于所述齿条的一对齿之间，而在第二位置，所述部分位于计入所述齿条的所述第二移动方向的所述齿条的相邻的一对齿之间，从而，所述第二移动力导致所述机体沿所述第一方向移动所述齿条。

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