RU2661803C2 - Интеллектуальный токоприемник для системы индукционного нагрева исполнительного устройства из сплава с памятью формы - Google Patents

Интеллектуальный токоприемник для системы индукционного нагрева исполнительного устройства из сплава с памятью формы Download PDF

Info

Publication number
RU2661803C2
RU2661803C2 RU2015151464A RU2015151464A RU2661803C2 RU 2661803 C2 RU2661803 C2 RU 2661803C2 RU 2015151464 A RU2015151464 A RU 2015151464A RU 2015151464 A RU2015151464 A RU 2015151464A RU 2661803 C2 RU2661803 C2 RU 2661803C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
actuator
sma
induction heating
current collector
smart
Prior art date
Application number
RU2015151464A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015151464A (ru
RU2015151464A3 (ru
Inventor
Мушуми ШОУМ
Фредерик Т. КОЛКИНС
Стефен Р. АМОРОСИ
Флинт М. ДЖЕМИСОН
Сахрудин АПДАЛХАЛИЕМ
Роберт Джеймс МИЛЛЕР
Original Assignee
Зе Боинг Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Зе Боинг Компани filed Critical Зе Боинг Компани
Publication of RU2015151464A publication Critical patent/RU2015151464A/ru
Publication of RU2015151464A3 publication Critical patent/RU2015151464A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2661803C2 publication Critical patent/RU2661803C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/065—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like using a shape memory element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

Предложенная система для нагревания исполнительного устройства из сплава с памятью формы может содержать исполнительное устройство SMA, интеллектуальный токоприемник, множество индукционных обмоток и модуль управления. Исполнительное устройство SMA может иметь по меньшей мере один пакет. Исполнительное устройство SMA может быть подвергнуто избирательному нагреву до температуры превращения. Интеллектуальный токоприемник может находиться в тепловом контакте по меньшей мере с одним пакетом исполнительного устройства SMA. Индукционные нагревательные обмотки могут быть выполнены с возможностью приема переменного тока и генерации магнитного поля, основанного на переменном токе. Магнитное поле может создавать вихревые токи по меньшей мере в исполнительном устройстве SMA или интеллектуальном токоприемнике для нагревания исполнительного устройства SMA до температуры превращения. Модуль управления может быть выполнен с возможностью управления переменным током, подаваемым в индукционные нагревательные обмотки. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Раскрытая система и способ относятся к нагреву исполнительного устройства из сплава с памятью формы (shape memory alloy, SMA) и, более конкретно, к системам и способам нагрева исполнительного устройства SMA с помощью интеллектуального токоприемника.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сплавы с памятью формы могут быть использованы для создания исполнительного устройства, которое обладает уникальными тепловыми и механическими свойствами. Такие типы исполнительных устройств могут быть названы исполнительными устройствами из сплавов с памятью формы. Например, если сплав с памятью формы подвергают пластической деформации, когда он находится в мартенситном состоянии, а затем нагревают до температуры фазового превращения, чтобы достичь аустенитного состояния, сплав с памятью формы восстанавливает свою исходную, недеформированную форму. Скорость возврата в исходную, недеформированную форму зависит от величины и скорости подачи тепловой энергии к сплаву с памятью формы.
Исполнительные устройства SMA могут быть активированы путем нагрева сплава с памятью формы до своей температуры фазового превращения, вследствие чего сплав с памятью формы испытывает фазовое превращение из мартенситного в аустенитное состояние и восстанавливает свою исходную, недеформированную форму. Исполнительные устройства SMA могут быть использованы в различных видах применения, таких как, например, система аэродинамических профилей для воздушного летательного аппарата. Однако исполнительные устройства SMA имеют, по меньшей мере в некоторых случаях, доказанные затруднения при управлении. Например, исполнительное устройство SMA может быть активировано с помощью резистивного нагревательного элемента. Одним из недостатков данного подхода является то, что резистивный нагревательный элемент может недостаточно быстро нагревать сплав с памятью формы исполнительного устройства SMA до температуры фазового превращения. Соответственно, существует необходимость в усовершенствовании методов управления исполнительными устройствами SMA.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте осуществления система для нагрева исполнительного устройства из сплава с памятью формы может содержать исполнительное устройство SMA, интеллектуальный токоприемник, множество индукционных обмоток и модуль управления. Исполнительное устройство SMA может иметь по меньшей мере один пакет (layup). Исполнительное устройство SMA может быть подвергнуто избирательному нагреву до температуры превращения. Интеллектуальный токоприемник может находиться в тепловом контакте по меньшей мере с одним пакетом исполнительного устройства SMA. Индукционные нагревательные обмотки могут быть выполнены с возможностью приема переменного тока и генерации магнитного поля, основанного на переменном токе. Магнитное поле может индуцировать вихревые токи по меньшей мере в исполнительном устройстве SMA или интеллектуальном токоприемнике для нагревания исполнительного устройства SMA до температуры превращения. Модуль управления может быть создан с возможностью управления переменным током, подаваемым в индукционные нагревательные обмотки.
В другом варианте осуществления система для нагрева исполнительного устройства SMA может содержать исполнительное устройство SMA, интеллектуальный токоприемник, множество индукционных обмоток и модуль управления. Исполнительное устройство SMA может быть подвергнуто избирательному нагреву до температуры превращения. Индукционные нагревательные обмотки могут быть выполнены с возможностью приема переменного тока и генерации магнитного поля, основанного на переменном токе. Магнитное поле может индуцировать вихревые токи по меньшей мере в исполнительном устройстве SMA и вторичное магнитное поле в интеллектуальном токоприемнике. Интеллектуальный токоприемник может быть расположен относительно исполнительного устройства SMA таким образом, что вторичное магнитное поле индуцирует дополнительные вихревые токи в исполнительном устройстве SMA. Модуль управления может быть создан с возможностью управления переменным током, подаваемым в индукционные нагревательные обмотки.
Еще в одном варианте осуществления способ изготовления системы индукционного нагрева сплава с памятью формы может включать в себя создание исполнительного устройства из сплава с памятью формы. Исполнительное устройство SMA может иметь по меньшей мере один пакет. Способ может включать в себя размещение интеллектуального токоприемника в тепловом контакте с указанным по меньшей мере одним пакетом исполнительного устройства SMA. Способ может также включать в себя обеспечение множества индукционных нагревательных обмоток, выполненных с возможностью приема переменного тока и генерации магнитного поля, основанного на переменном токе. Магнитное поле может создавать вихревые токи по меньшей мере в исполнительном устройстве SMA или интеллектуальном токоприемнике для нагревания исполнительного устройства SMA до температуры превращения. Способ может включать в себя обеспечение модуля управления, выполненного с возможностью управления переменным током, подаваемым в индукционные нагревательные обмотки.
Другие задачи и преимущества раскрытого способа и системы будут очевидны из следующего описания, прилагаемых чертежей и прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан схематический вид раскрываемой системы индукционного нагрева сплава с памятью формы;
На фиг. 2 показан вид поперечного разреза исполнительного устройства из сплава с памятью формы по линии 2-2 на фиг. 1;
На фиг. 3 представлен схематический вид исполнительного устройства SMA и индукционной обмотки, показанной на фиг. 1, иллюстрирующий магнитное поле и вихревые токи;
На фиг. 4А показан вид поперечного разреза альтернативного варианта осуществления исполнительного устройства SMA, показанного на фиг. 1;
На фиг. 4В показан вид в перспективе другого варианта осуществления исполнительного устройства SMA, показанного на фиг. 1;
На фиг. 4С показан вид поперечного разреза еще одного варианта осуществления исполнительного устройства SMA, показанного на фиг. 1;
На фиг. 5 показана схема технологического процесса, иллюстрирующая пример подхода к изготовлению системы индукционного нагрева сплава с памятью формы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как показано на фиг. 1, система индукционного нагрева сплава с памятью формы, в общем обозначенная 10, может содержать исполнительное устройство 20 из сплава с памятью формы, индукционную нагревательную обмотку 22, источник 24 энергии и модуль 26 управления. Переменный электрический ток может быть подан в обмотку 22 от источника 24 энергии для индуктивного нагрева исполнительного устройства SMA 20. Система 10 индукционного нагрева сплава с памятью формы может быть использована в множестве применений, таких как, например, воздушный летательный аппарат, энергетические системы, нефтяное бурильное оборудование, летательный аппарат с несущим винтом и компоненты автомобилей. Более конкретно, система 10 индукционного нагрева сплава с памятью формы может быть использована для приведения в действие крыла или двери воздушного летательного аппарата, лопасти ветряной турбины или задвижки давления воздуха, расположенной в магистрали транспортного средства. Должно быть понятно, что приведены только иллюстративные примеры, и система 10 индукционного нагрева сплава с памятью формы может быть использована также в других применениях.
Исполнительное устройство SMA 20 может быть создано из сплава с памятью формы (также известного как металл с эффектом памяти, металл с памятью, сплав с памятью и сплав с эффектом памяти). Например, в одном варианте осуществления сплав с памятью формы может быть никель-титановым сплавом или медно-алюминиево-никелевым сплавом. Кроме того, сплав с памятью формы может быть создан путем сплавления цинка, меди, золота и железа. Исполнительное устройство SMA 20 может быть приведено в действие путем нагрева сплава с памятью формы до температуры превращения, вследствие чего сплав с памятью формы испытывает фазовое превращение из мартенситного в аустенитное состояние, что может вызывать изменение формы в исполнительном устройстве SMA 20. В частности, например, первый конец 28 исполнительного устройства SMA 20 может быть закреплен неподвижно, а второй конец 29 исполнительного устройства SMA 20 может изгибаться или деформироваться и изменять форму по контуру исполнительного устройства SMA 20', когда сплав с памятью формы нагревают до температуры превращения. Аналогично, второй конец 29 исполнительного устройства SMA 20 может возобновлять свое неизмененное по форме состояние, как только сплав с памятью формы охлаждают ниже температуры превращения.
В примере варианта осуществления, как показано на фиг. 1, исполнительное устройство SMA 20 может включать в себя продолговатый в целом трубчатый корпус 30, проходящий вдоль оси А-А. Хотя фиг. 1 показывает исполнительное устройство SMA 20, имеющее в целом трубчатый корпус, должно быть понятно, что исполнительное устройство SMA 20 может быть сформировано имеющим ряд различных конфигураций. Например, фиг. 4А-4С показывают альтернативные варианты осуществления исполнительного устройства SMA 20, которые подробнее описаны ниже. Корпус 30 исполнительного устройства SMA 20 может содержать наружный пакет 32 и внутренний пакет 34. Пакет может быть образован как один слой или пласт корпуса 30 исполнительного устройства SMA 20. Интеллектуальный токоприемник 40 может быть расположен вдоль внутреннего пакета 34 исполнительного устройства SMA 20. В иллюстрируемом варианте осуществления интеллектуальный токоприемник 40 может быть в форме листа, где ряд сравнительно тонких проводов, созданных из материала интеллектуального токоприемника, встроен в лист (провода не видны на фиг. 1). Наружный пакет 52 интеллектуального токоприемника 40 может иметь тепловой контакт с внутренним пакетом 34 исполнительного устройства SMA 20. Хотя фиг. 1 показывает интеллектуальный токоприемник 40 в форме листа, должно быть понятно, что интеллектуальный токоприемник 40 может содержать ряд различных конфигураций. Например, в альтернативном варианте осуществления интеллектуальный токоприемник 40 может представлять собой ряд проводов, уложенных в канавки (не показано), расположенные вдоль внутреннего пакета 34 исполнительного устройства SMA 20.
Интеллектуальный токоприемник 40 может подвергаться индукционному нагреву до достижения точки Кюри или температуры Кюри. Температура Кюри зависит от конкретного материала интеллектуального токоприемника 40. Например, в одном, не имеющем ограничительного характера варианте осуществления, интеллектуальный токоприемник 40 может быть создан из железоникелевого сплава с содержанием никеля около 34% и содержанием железа около 66%, и температурой Кюри около 138°С (280°F), однако должно быть понятно, что интеллектуальный токоприемник 40 также может быть выполнен из сплавов других типов. Интеллектуальный токоприемник 40 может быть подвергнут индукционному нагреву до своей температуры Кюри, но не выходя за ее пределы. После того как интеллектуальный токоприемник 40 достигает температуры Кюри, магнитная проницаемость интеллектуального токоприемника 40 резко падает, и интеллектуальный токоприемник 40 может становиться по существу немагнитным.
Обмотка 22 может быть расположена на эффективном расстоянии D (показано на фиг. 2) от наружного пакета 32 исполнительного устройства SMA 20. Переменный электрический ток может быть подан в обмотку 22 от источника 24 энергии. Модуль 26 управления может поддерживать связь сигналами с источником 24 энергии для управления или направления подачи переменного тока к обмотке 22. Частота переменного тока может быть любого значения, примерно от 10 кГц до примерно 500 кГц. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, обмотка 22 может быть индукционной нагревательной обмоткой типа соленоида, включающей в себя удлиненный в целом цилиндрический корпус, имеющий множество отдельных витков 54, которые образуют туннель или проход 56, чтобы вмещать исполнительное устройство SMA 20. Исполнительное устройство SMA 20 может быть расположено в проходе 56 обмотки 22. Хотя фиг. 1 показывает обмотку 22 как индукционную нагревательную обмотку типа соленоида, должно быть понятно, что также могут быть использованы другие типы индукционных нагревательных обмоток. Например, в одном варианте осуществления исполнительное устройство SMA 20 может быть пластинчатым исполнительным устройством (показано на фиг. 4В), в котором может быть использована индукционная нагревательная обмотка пластинчатого типа.
Как показано на фиг. 3, обмотки 22 могут генерировать магнитное поле В, основанное на переменном токе, причем магнитное поле В может быть в целом параллельным к оси А-А исполнительного устройства SMA 20. Магнитное поле В индуцирует вихревые токи Е в исполнительном устройстве SMA 20. Вихревые токи Е генерируют нагрев в исполнительном устройстве SMA 20. Как показано на фиг. 2-3, магнитное поле В также может индуцировать вихревые токи Е в интеллектуальном токоприемнике 40, пока интеллектуальный токоприемник 40 не достигнет температуры Кюри. Вихревые токи Е генерируют тепло в интеллектуальном токоприемнике 40.
Тепловой контакт между исполнительным устройством SMA 20 и интеллектуальным токоприемником 40 может увеличить скорость, с которой исполнительное устройство SMA 20 подвергается индукционному нагреву до температуры превращения. Более конкретно, интеллектуальный токоприемник 40 может ускорять нагрев исполнительного устройства SMA 20 из-за теплового контакта между наружным пакетом 52 интеллектуального токоприемника 40 и внутренним пакетом 34 исполнительного устройства SMA 20. Когда к обмоткам 22 подают переменный электрический ток от источника 24 энергии, в интеллектуальном токоприемнике 40 могут индуцироваться вихревые токи Е. Вихревые токи Е генерируют нагрев в интеллектуальном токоприемнике 40. Нагрев, генерируемый вихревыми токами Е в интеллектуальном токоприемнике 40, может передаваться благодаря теплопроводности к исполнительному устройству SMA 20 через тепловой контакт между наружным пакетом 52 интеллектуального токоприемника 40 и внутренним пакетом 34 исполнительного устройства SMA 20. Тепловой контакт между исполнительным устройством SMA 20 и интеллектуальным токоприемником 40 может иметь повышенное значение в варианте осуществления, в котором исполнительное устройство SMA 20 создано из непроводящего материала. В данном варианте осуществления вихревые токи не могут индуцироваться в исполнительном устройстве SMA 20 магнитным полем В, таким образом, в исполнительном устройстве SMA 20 не может генерироваться тепло. Таким образом, только источник нагрева, применяемого к исполнительному устройству SMA 20, находится в тепловом контакте между исполнительным устройством SMA 20 и интеллектуальным токоприемником 40.
Интеллектуальный токоприемник 40 может увеличивать количество вихревых токов Е, индуцируемых в исполнительном устройстве SMA 20, что также увеличивает скорость, с которой Исполнительное устройство SMA 20 подвергается индукционному нагреву до температуры превращения. Более конкретно, когда переменный электрический ток подают к обмоткам 22, магнитное поле В индуцирует вторичное магнитное поле (не показано) в интеллектуальном токоприемнике 40, до тех пор, пока интеллектуальный токоприемник 40 остается при температуре ниже температуры Кюри. Как показано на фиг. 2, интеллектуальный токоприемник 40 может быть расположен относительно исполнительного устройства SMA 20 таким образом, что вторичное магнитное поле, индуцируемое в интеллектуальном токоприемнике 40, индуцирует дополнительные вихревые токи Е1 в исполнительном устройстве SMA 20. Дополнительные вихревые токи Е1 генерируют дополнительный нагрев в исполнительном устройстве SMA 20, таким образом, увеличивая скорость индукционного нагрева исполнительного устройства SMA 20 до температуры превращения.
В одном варианте осуществления интеллектуальный токоприемник 40 может быть расположен относительно исполнительного устройства SMA 20 так, чтобы доводить до максимума количество вихревых токов, индуцированных в исполнительном устройстве SMA 20. Например, если исполнительное устройство SMA 20 содержит в целом трубчатый корпус 30, как показано на фиг. 1-3, интеллектуальный токоприемник 40 может быть расположен вокруг внутреннего пакета 34 корпуса 30, чтобы индуцировать максимальное количество вихревых токов Е в интеллектуальном токоприемнике 40.
Как показано на фиг. 1, модуль 26 управления управляет источником 24 энергии таким образом, что переменный электрический ток подается в обмотки 22 в течение заданного периода времени. Заданный период времени может представлять величину времени, необходимую для нагрева исполнительного устройства SMA 20 по меньшей мере до температуры превращения. Заданный период времени может зависеть от переменных величин, таких как, помимо прочего, эксплуатационные требования исполнительного устройства SMA 20, тип сплава, из которого создан интеллектуальный токоприемник 40, количество тока, подаваемого в обмотку 22, частота тока, подаваемого в обмотку 22, геометрия или форма исполнительного устройства SMA 20, какие-либо силы, которые исполнительное устройство SMA 20 должно преодолеть перед тем, как получить возможность отклоняться, и величина отклонения, которому подвергается исполнительное устройство SMA 20. Модуль 26 управления может управлять источником 24 энергии, используя опережающее управление, при этом модуль 26 управления может не отслеживать температуру исполнительного устройства SMA 20 или интеллектуального токоприемника 40.
После того как ток подают к обмотке 22 в течение заданного периода времени, модуль 26 управления может затем посылать управляющий сигнал для отключения источника 24 энергии. После прекращения подачи тока в обмотку 22, индукционный нагрев исполнительного устройства SMA 20 может останавливаться. Таким образом в целом в системе 10 индукционного нагрева сплава с памятью формы отсутствует тепловая инерция, и исполнительное устройство SMA 20 не может быть перегрето.
В одном варианте осуществления исполнительное устройство SMA 20 и интеллектуальный токоприемник 40 могут быть термически связаны друг с другом, при этом температура Кюри интеллектуального токоприемника 40 может быть примерно равна температуре преобразования исполнительного устройства SMA 20. Таким образом, если исполнительное устройство SMA 20 достигает температуры преобразования, интеллектуальный токоприемник 40 также достигает температуры Кюри, и нагрев интеллектуального токоприемник 40 останавливается. Таким образом, интеллектуальный токоприемник 40 не может перегревать исполнительное устройство SMA 20
Модуль 26 управления также может регулировать количество тока, которое источник 24 энергии подает к обмотке 22. Изменяя количество тока в обмотке 22, можно также изменять количество времени, необходимого для нагрева исполнительного устройства SMA 20 до температуры превращения (т.е., заданный период времени). Например, в одном варианте осуществления нагрев исполнительного устройства SMA 20 примерно от 32°С (90°F) примерно до 99°С (210°F) может занять около шестидесяти секунд на основании тока примерно 18 А, подаваемого в обмотку 22. В данном варианте осуществления обмотка 22 имеет длину обмотки примерно 10 см (4 дюйма). Напротив, в той же обмотке 22 нагрев на основе тока примерно 25 А, подаваемого в обмотку 22, может занять около тридцати секунд, нагрев на основе тока примерно 39 А, подаваемого в обмотку 22, может занять около пятнадцати секунд, и нагрев на основе тока примерно 50 А, подаваемого в обмотку 22, может занять около десяти секунд.
Фиг. 4А-4С показывают альтернативные варианты осуществления исполнительного устройства SMA 20. Фиг. 4А показывает иллюстрацию исполнительного устройства SMA 120, имеющего в целом квадратное или прямоугольное поперечное сечение. Исполнительное устройство SMA 120 содержит наружный пакет 132 и внутренний пакет 134, причем интеллектуальный токоприемник 140 может иметь тепловой контакт с внутренним пакетом 134 исполнительного устройства SMA 120. Фиг. 4В показывает другой вариант осуществления исполнительного устройства SMA 220. Исполнительное устройство SMA 220 может быть исполнительным устройством пластинчатого типа, имеющим верхнюю стенку 242, нижнюю стенку 244 и две боковые стенки 246. Интеллектуальный токоприемник 240 может находиться в тепловом контакте с внутренним пакетом 234 исполнительного устройства SMA 220. Индукционная обмотка пластинчатого типа (не показано) может быть расположена над верхней стенкой 242, а другая индукционная обмотка пластинчатого типа (не показано) может быть расположена под нижней стенкой 244 для индукционного нагрева исполнительного устройства SMA 220. Еще в одном варианте осуществления, показанном на фиг. 4С, исполнительное устройство SMA 320 может иметь в целом синусоидальную конфигурацию. Интеллектуальный токоприемник 340 может быть расположен вдоль верхнего пакета 342 исполнительного устройства SMA 320. Индукционная обмотка пластинчатого типа (не показано) может быть расположена под нижним пакетом 344 исполнительного устройства SMA 320 для индукционного нагрева исполнительного устройства SMA 320.
Теперь будет описан способ изготовления системы 10 индукционного нагрева сплава с памятью формы. На фиг. 5 показан пример схемы технологического процесса, иллюстрирующий способ 400 изготовления системы 10 индукционного нагрева сплава с памятью формы. Как показано, главным образом, на фиг. 1-3 и 5, способ 400 может начинаться с этапа 402, на котором может быть обеспечено исполнительное устройство SMA 20. Затем способ 400 может переходить к этапу 404. На этапе 404, интеллектуальный токоприемник 40 может быть расположен вдоль пакета исполнительного устройства SMA 20. Как показано, в особенности, на фиг. 1, в одном варианте осуществления внутренний пакет 34 исполнительного устройства SMA 20 может находиться в тепловом контакте с наружным пакетом 52 интеллектуального токоприемника 40. Затем способ 400 может переходить к этапу 406. На этапе 406 могут быть обеспечены обмотка 22, источник 24 энергии и модуль 26 управления, причем переменный электрический ток может быть подан в обмотку 22 от источника 24 энергии для индукционного нагрева исполнительного устройства SMA 20. Модуль 26 управления может поддерживать связь сигналами с источником 24 энергии для управления подачей переменного тока в обмотку 22. Обмотки 22 могут быть расположены на эффективном расстоянии D (показано на фиг. 2) от наружного пакета 32 исполнительного устройства SMA 20. Затем способ 400 может быть окончен.
Как показано, главным образом, на фиг. 1-4С, описанная выше раскрытая система индукционного нагрева сплава с памятью формы обеспечивает сравнительно простой подход к довольно быстрому индукционному нагреву исполнительного устройства SMA. Интеллектуальный токоприемник может нагревать исполнительное устройство SMA в целом равномерно, независимо от неоднородностей сплава с памятью формы исполнительного устройства SMA и размера исполнительного устройства SMA. Интеллектуальный токоприемник увеличивает скорость, с которой может быть нагрето исполнительное устройство SMA, поэтому может быть использовано сравнительно большое исполнительное устройство SMA, имеющий объем по меньшей мере около 0,81 куб. см (0,05 куб. дюйм). Кроме того, поскольку интеллектуальный токоприемник может быть нагрет только до температуры Кюри, это, в целом, предотвращает перегрев исполнительного устройства SMA 20. В настоящее время имеются некоторые типы систем нагрева, использующие резистивные нагревательные элементы для нагрева исполнительного устройства SMA до температуры превращения. Однако резистивные нагревательные элементы могут нагревать сплав с памятью формы исполнительного устройства SMA недостаточно быстро. Напротив, раскрытые интеллектуальные токоприемники могут увеличить скорость, с которой могут быть подвергнуты индукционному нагреву исполнительные устройства SMA до температуры превращения, по сравнению с нагревом исполнительного устройства SMA с помощью обычного резистивного нагревательного элемента.
Кроме того, изобретение включает в себя варианты осуществления в соответствии со следующими пунктами:
1. Система для нагрева исполнительного устройства из сплава с памятью формы, содержащая:
исполнительное устройство SMA, имеющее по меньшей мере один пакет и подвергаемое избирательному нагреву до температуры превращения;
интеллектуальный токоприемник, находящийся в тепловом контакте по меньшей мере с одним пакетом исполнительного устройства SMA;
множество индукционных нагревательных обмоток, выполненных с возможностью приема переменного тока и генерирования магнитного поля на основе переменного тока, при этом магнитное поле создает вихревые токи по меньшей мере в исполнительном устройстве SMA или интеллектуальном токоприемнике для нагрева исполнительного устройства SMA до температуры превращения, и
модуль управления, выполненный с возможностью управления переменным током, подаваемым в индукционные нагревательные обмотки.
2. Система по п. 1, в которой интеллектуальный токоприемник подвергают избирательному нагреву до температуры Кюри, причем температура Кюри примерно равна температуре превращения.
3. Система по п. 1, в которой исполнительное устройство SMA содержит в целом трубчатый корпус, имеющий внутренний пакет и наружный пакет.
4. Система по п. 3, в которой интеллектуальный токоприемник находится в тепловом контакте с внутренним пакетом исполнительного устройства SMA.
5. Система по п. 1, в которой магнитное поле индуцирует вторичное магнитное поле в интеллектуальном токоприемнике и в которой интеллектуальный токоприемник расположен относительно исполнительного устройства SMA таким образом, что вторичное магнитное поле индуцирует дополнительные вихревые токи в исполнительном устройстве SMA.
6. Система по п. 1, в которой индукционные нагревательные обмотки содержат в целом цилиндрический корпус, имеющий множество отдельных витков, которые создают проход, и в которой исполнительное устройство SMA расположено в проходе индукционных нагревательных обмоток.
7. Система по п. 1, дополнительно содержащая источник тока для подачи переменного тока в индукционные нагревательные обмотки, при этом модуль управления поддерживает связь сигналами с источником тока.
8. Система по п. 1, в которой переменный ток подают в индукционные нагревательные обмотки в течение заданного периода времени для нагрева исполнительного устройства SMA до температуры превращения.
9. Система по п. 8, в которой заданный период времени зависит по меньшей мере от одного элемента из группы, состоящей из: эксплуатационных требований к исполнительному устройству SMA, типа сплава, из которого создан интеллектуальный токоприемник, количества тока, подаваемого в индукционные нагревательные обмотки, частоты переменного тока, геометрии исполнительного устройства SMA, сил, которые преодолевает исполнительное устройство SMA перед отклонением, и величины отклонения исполнительного устройства SMA.
10. Система нагрева исполнительного устройства из сплава с памятью формы (shape memory alloy, SMA), содержащая:
исполнительное устройство SMA, подвергаемое избирательному нагреву до температуры превращения;
интеллектуальный токоприемник;
множество индукционных нагревательных обмоток, выполненных с возможностью приема переменного тока и генерирования магнитного поля на основе переменного тока, при этом магнитное поле индуцирует вихревые токи по меньшей мере в исполнительном устройстве SMA и вторичное магнитное поле в интеллектуальном токоприемнике, а интеллектуальный токоприемник расположен относительно исполнительного устройства SMA таким образом, что вторичное магнитное поле индуцирует дополнительные вихревые токи в исполнительном устройстве SMA, и
модуль управления, созданный с возможностью управления переменным током, подаваемым в индукционные нагревательные обмотки.
11. Система по п. 10, в которой интеллектуальный токоприемник находится в тепловом контакте по меньшей мере с одним пакетом исполнительного устройства SMA.
12. Система по п. 10, в которой интеллектуальный токоприемник подвергают избирательному нагреву до температуры Кюри, причем температура Кюри примерно равна температуре превращения.
13. Система по п. 10, в которой исполнительное устройство SMA содержит в целом трубчатый корпус, имеющий внутренний пакет и наружный пакет.
14. Система по п. 13, в которой интеллектуальный токоприемник находится в тепловом контакте с внутренним пакетом исполнительного устройства SMA.
15. Система по п. 10, кроме того, содержащая источник тока для подачи переменного тока в индукционные нагревательные обмотки, при этом модуль управления поддерживает связь сигналами с источником тока.
16. Система по п. 10, в которой переменный ток подают в индукционные нагревательные обмотки в течение заданного периода времени для нагрева исполнительного устройства SMA до температуры превращения.
17. Система по п. 16, в которой заданный период времени зависит по меньшей мере от одного элемента из группы, состоящей из эксплуатационных требований к исполнительному устройству SMA, типа сплава, из которого создан интеллектуальный токоприемник, количества тока, подаваемого в индукционные нагревательные обмотки, частоты переменного тока, геометрии исполнительного устройства SMA, сил, которые преодолевает исполнительное устройство SMA перед отклонением, и величины отклонения исполнительного устройства SMA.
18. Способ изготовления системы индукционного нагрева сплава с памятью формы, включающий в себя:
создание исполнительного устройства из сплава с памятью формы, причем исполнительное устройство SMA имеет по меньшей мере один пакет;
размещение интеллектуального токоприемника в тепловом контакте по меньшей мере с одним пакетом исполнительного устройства SMA;
обеспечение множества индукционных нагревательных обмоток, выполненных с возможностью приема переменного тока и генерирования магнитного поля на основе переменного тока, при этом магнитное поле создает вихревые токи по меньшей мере в исполнительном устройстве SMA или интеллектуальном токоприемнике для нагрева исполнительного устройства SMA до температуры превращения, и
обеспечение модуля управления, выполненного с возможностью управления переменным током, подаваемым в индукционные нагревательные обмотки.
19. Способ по п. 18, дополнительно включающий в себя обеспечение источника тока для подачи переменного тока к индукционным нагревательным обмоткам, при этом модуль управления поддерживает связь сигналами с источником тока.
20. Способ по п. 18, в котором исполнительное устройство SMA содержит в целом трубчатый корпус, имеющий внутренний пакет и наружный пакет, при этом интеллектуальный токоприемник находится в тепловом контакте с внутренним пакетом исполнительного устройства SMA.
Хотя формы описанных в настоящем документе устройств и способов представляют собой предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, должно быть понятно, что изобретение не ограничено этими точными формами устройств и способов, и могут быть выполнены изменения без отступления от объема настоящего изобретения.

Claims (20)

1. Система для нагрева исполнительного устройства (20), выполненного на основе сплава с памятью формы (SMA), содержащая:
исполнительное устройство SMA, имеющее по меньшей мере один пакет (32, 34) и подвергаемое избирательному нагреву до температуры превращения;
интеллектуальный токоприемник (40), находящийся в тепловом контакте с указанным по меньшей мере одним пакетом исполнительного устройства SMA;
множество индукционных нагревательных обмоток (22), выполненных с возможностью приема переменного тока и генерирования магнитного поля (В) на основе переменного тока, при этом магнитное поле создает вихревые токи (Е) по меньшей мере в исполнительном устройстве SMA или интеллектуальном токоприемнике для нагрева исполнительного устройства SMA до температуры превращения, и
модуль (26) управления, выполненный с возможностью управления переменным током, подаваемым в индукционные нагревательные обмотки.
2. Система по п. 1, в которой интеллектуальный токоприемник (40) подвергают избирательному нагреву до температуры Кюри, которая примерно равна температуре превращения.
3. Система по п. 1 или 2, в которой исполнительное устройство SMA (20) содержит в целом трубчатый корпус, имеющий внутренний пакет (34) и наружный пакет (32).
4. Система по п. 3, в которой интеллектуальный токоприемник (40) находится в тепловом контакте с внутренним пакетом (34) исполнительного устройства SMA (20).
5. Система по п. 1 или 2, в которой магнитное поле (В) индуцирует вторичное магнитное поле в интеллектуальном токоприемнике (40), который расположен относительно исполнительного устройства SMA (20) таким образом, что вторичное магнитное поле индуцирует дополнительный вихревой ток в исполнительном устройстве SMA.
6. Система по п. 1 или 2, в которой индукционные нагревательные обмотки (22) содержат в целом цилиндрический корпус, имеющий множество отдельных витков, которые образуют проход, причем исполнительное устройство SMA (20) расположено в проходе индукционных нагревательных обмоток.
7. Система по п. 1 или 2, дополнительно содержащая источник тока для подачи переменного тока в индукционные нагревательные обмотки (22), при этом модуль (26) управления поддерживает связь сигналами с источником тока.
8. Система по п. 1 или 2, в которой переменный ток подают в индукционные нагревательные обмотки (22) в течение заданного периода времени для нагрева исполнительного устройства SMA (20) до температуры превращения.
9. Система по п. 8, в которой заданный период времени зависит по меньшей мере от одного элемента из группы, состоящей из эксплуатационных требований к исполнительному устройству SMA (20), типа сплава, из которого создан интеллектуальный токоприемник (40), количества тока, подаваемого в индукционные нагревательные обмотки (22), частоты переменного тока, геометрии исполнительного устройства SMA, сил, которые преодолевает исполнительное устройство SMA перед отклонением, и величины отклонения исполнительного устройства SMA.
10. Способ изготовления системы индукционного нагрева сплава с памятью формы, включающий в себя:
обеспечение исполнительного устройства (20) на основе сплава с памятью формы, причем исполнительное устройство SMA имеет по меньшей мере один пакет (32, 34);
размещение интеллектуального токоприемника (40) в тепловом контакте с указанным по меньшей мере одним пакетом исполнительного устройства SMA;
обеспечение множества индукционных нагревательных обмоток (22), выполненных с возможностью приема переменного тока и генерирования магнитного поля (В) на основе переменного тока, при этом магнитное поле создает вихревые токи (Е) по меньшей мере в исполнительном устройстве SMA или интеллектуальном токоприемнике для нагрева исполнительного устройства SMA до температуры превращения, и
обеспечение модуля управления (26), выполненного с возможностью управления переменным током, подаваемым в индукционные нагревательные обмотки.
11. Способ по п. 10, дополнительно включающий в себя обеспечение источника тока для подачи переменного тока к индукционным нагревательным обмоткам (22), при этом модуль (26) управления поддерживает связь сигналами с источником тока.
12. Способ по любому из пп. 10, 11, в котором исполнительное устройство SMA (20) содержит в целом трубчатый корпус, имеющий внутренний пакет (34) и наружный пакет (32), при этом интеллектуальный токоприемник (40) находится в тепловом контакте с внутренним пакетом исполнительного устройства SMA.
RU2015151464A 2013-10-03 2014-06-23 Интеллектуальный токоприемник для системы индукционного нагрева исполнительного устройства из сплава с памятью формы RU2661803C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/045,121 US9581146B2 (en) 2013-10-03 2013-10-03 Smart susceptor for a shape memory alloy (SMA) actuator inductive heating system
US14/045,121 2013-10-03
PCT/US2014/043589 WO2015050599A1 (en) 2013-10-03 2014-06-23 Smart susceptor for a shape memory alloy (sma) actuator inductive heating system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2015151464A RU2015151464A (ru) 2017-11-10
RU2015151464A3 RU2015151464A3 (ru) 2018-05-14
RU2661803C2 true RU2661803C2 (ru) 2018-07-19

Family

ID=52434929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015151464A RU2661803C2 (ru) 2013-10-03 2014-06-23 Интеллектуальный токоприемник для системы индукционного нагрева исполнительного устройства из сплава с памятью формы

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9581146B2 (ru)
EP (1) EP3052803B1 (ru)
JP (1) JP6407266B2 (ru)
CN (1) CN105518296B (ru)
AU (1) AU2014330053B2 (ru)
BR (1) BR112016000341B1 (ru)
CA (1) CA2914951C (ru)
RU (1) RU2661803C2 (ru)
WO (1) WO2015050599A1 (ru)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10018385B2 (en) * 2012-03-27 2018-07-10 University Of Maryland, College Park Solid-state heating or cooling systems, devices, and methods
GB201511487D0 (en) * 2015-06-30 2015-08-12 Exergyn Ltd Method and system for efficiency increase in an energy recovery device
US10160548B2 (en) * 2016-01-04 2018-12-25 The Boeing Company Apparatuses and methods for anti-icing of speed measurement probes
US9897078B2 (en) 2016-05-24 2018-02-20 The Boeing Company Bi-directional rotary shape memory alloy element actuator assemblies, and systems and methods including the same
US10428805B2 (en) * 2016-09-14 2019-10-01 The Boeing Company Shape memory alloy actuators with heat transfer structures, actuated assemblies including the shape memory alloy actuators, and methods of manufacturing the same
CN109792855A (zh) * 2016-09-29 2019-05-21 昕诺飞控股有限公司 设备和拆卸方法
EP3333419A3 (en) * 2016-12-08 2018-09-12 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Actuator device
US10690123B2 (en) * 2017-08-08 2020-06-23 The Boeing Company Cooperative shape memory alloy torque tubes for continuous-action turning motor
US11441548B2 (en) 2017-08-31 2022-09-13 Almatech Sa Shape memory based actuator
US10597917B2 (en) * 2017-10-09 2020-03-24 GM Global Technology Operations LLC Stretchable adjustable-stiffness assemblies
US11174848B1 (en) * 2018-01-30 2021-11-16 Amazon Technologies, Inc. Controlling aerial vehicle components using shape memory actuators
US10612867B2 (en) 2018-02-21 2020-04-07 The Boeing Company Thermal management systems incorporating shape memory alloy actuators and related methods
JP2020080633A (ja) * 2018-11-14 2020-05-28 株式会社デンソー アクチュエータ装置およびそのアクチュエータ装置の製造方法
CN109854467B (zh) * 2019-01-18 2021-01-15 大连理工大学 一种基于局部分段加热和突触散热形式的形状记忆合金驱动元件
US11168584B2 (en) 2019-06-28 2021-11-09 The Boeing Company Thermal management system using shape memory alloy actuator
US11525438B2 (en) 2019-06-28 2022-12-13 The Boeing Company Shape memory alloy actuators and thermal management systems including the same
US11143170B2 (en) 2019-06-28 2021-10-12 The Boeing Company Shape memory alloy lifting tubes and shape memory alloy actuators including the same
US20220369716A1 (en) * 2019-10-02 2022-11-24 Philip Morris Products S.A. Susceptor heating element formed from shape memory material for aerosol generating device
US11040507B2 (en) 2019-11-06 2021-06-22 The Boeing Company Assembly and method to repair thermoplastic composites
EP4241590A1 (en) * 2022-03-11 2023-09-13 JT International SA An aerosol generating system comprising a disabling element

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1229419A1 (ru) * 1984-11-02 1986-05-07 Киевский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Пищевой Промышленности Термомеханический электропривод
US4984542A (en) * 1989-08-24 1991-01-15 Mcguane Industries Thermal throttle actuator
JP2001099206A (ja) * 1999-09-27 2001-04-10 Matsushita Electric Works Ltd アクチュエータ及びその制御方法
RU2367573C2 (ru) * 2007-10-16 2009-09-20 Институт радиотехники и электроники Российской Академии Наук Актюатор
US20110173970A1 (en) * 2009-10-05 2011-07-21 Massachusetts Institute Of Technology Flexible actuator based on shape memory alloy sheet

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0718357A (ja) * 1991-10-02 1995-01-20 Yasubumi Furuya 複合機能材料素子
US7473873B2 (en) * 2004-05-18 2009-01-06 The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Apparatus and methods for synthesis of large size batches of carbon nanostructures
US7365289B2 (en) * 2004-05-18 2008-04-29 The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services Production of nanostructures by curie point induction heating
US7113535B2 (en) * 2004-05-21 2006-09-26 Ajax Tocco Magnethermic Corporation Induction furnace for melting granular materials
GB0414869D0 (en) * 2004-07-02 2004-08-04 Rolls Royce Plc Shape memory material actuation
US7770959B2 (en) * 2006-10-30 2010-08-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Door actuation systems using active materials
WO2009004431A1 (en) 2007-07-03 2009-01-08 Vetco Gray Scandinavia As Sub sea actuator
US8876046B2 (en) * 2010-09-10 2014-11-04 The Boeing Company Remotely actuated wind tunnel model rudder using shape memory alloy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1229419A1 (ru) * 1984-11-02 1986-05-07 Киевский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Пищевой Промышленности Термомеханический электропривод
US4984542A (en) * 1989-08-24 1991-01-15 Mcguane Industries Thermal throttle actuator
JP2001099206A (ja) * 1999-09-27 2001-04-10 Matsushita Electric Works Ltd アクチュエータ及びその制御方法
RU2367573C2 (ru) * 2007-10-16 2009-09-20 Институт радиотехники и электроники Российской Академии Наук Актюатор
US20110173970A1 (en) * 2009-10-05 2011-07-21 Massachusetts Institute Of Technology Flexible actuator based on shape memory alloy sheet

Also Published As

Publication number Publication date
AU2014330053A1 (en) 2015-12-17
JP2016539269A (ja) 2016-12-15
RU2015151464A (ru) 2017-11-10
CN105518296A (zh) 2016-04-20
BR112016000341B1 (pt) 2022-09-27
US20150096293A1 (en) 2015-04-09
CA2914951A1 (en) 2015-04-09
CA2914951C (en) 2018-10-16
RU2015151464A3 (ru) 2018-05-14
AU2014330053B2 (en) 2017-07-06
JP6407266B2 (ja) 2018-10-17
WO2015050599A1 (en) 2015-04-09
EP3052803B1 (en) 2018-04-11
US9581146B2 (en) 2017-02-28
EP3052803A1 (en) 2016-08-10
BR112016000341A2 (ru) 2017-07-25
CN105518296B (zh) 2018-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2661803C2 (ru) Интеллектуальный токоприемник для системы индукционного нагрева исполнительного устройства из сплава с памятью формы
US8466649B2 (en) Heat removal from motor components
CN104578651B (zh) 用于针对低温加热铁素体磁体马达的系统和方法
CN103971978B (zh) 利用感应加热的热膨胀液体触点微开关
US11131502B2 (en) Heating system with induction power supply and electromagnetic acoustic transducer with induction power supply
IL200809A0 (en) Device and method for converting energy
EP2134993A4 (en) VALVE DEVICE
CN102151973B (zh) 太阳能电池片的焊接方法
AU646466B2 (en) Electromagnetic device for heating metal elements
EP3169140B1 (en) Highly formable smart susceptor blankets
KR101123229B1 (ko) 변압기 권선 제조 방법과 변압기 권선 내의 절연 물질 상에 접착제를 경화시키는 방법
CN107470117B (zh) 一种带有热管散热器的超磁致伸缩超声致动器
CN103174940A (zh) 输油管道电磁加热器及应用方法
CN203675355U (zh) 一种电磁感应聚能加热装置
CN205105416U (zh) 线盘组件及电饭煲
CN104201842B (zh) 一种斯特林循环机线圈的制作方法
CN202444646U (zh) 一种电磁感应加热装置
CN204451155U (zh) 高频电磁感应片材机模头加热装置
KR101824073B1 (ko) 인덕션 유도 이중 발열 및 열 전달 시스템
RU2210839C1 (ru) Электрохимическая магнитотепловая энергогенерирующая система
CN202514093U (zh) 环氧树脂模具的电磁感应加热装置
EP2267805A1 (en) Arrangement and method for thermomagnetic power generation
CN103919605A (zh) 一种新型温度可调式外科手术刀
CN106712331A (zh) 绝缘高效硅钢片
WO2015150453A1 (en) High power induction heater