热敏致动器设备制造技术

一种热敏致动器，其利用形状记忆材料的双层，每层被热刺激以在不同温度处改变形状，从而产生双向致动功能。具有较高相变温度的第二层在其高温相中比第一层带来更大的固有力，并且以此方式能够被用于在较低的温度处将致动器在由第一层变形之后复位到其初始形状。

Thermal actuator device

A thermosensitive actuator that utilizes a double layer of a shape memory material, each layer is heated by spurs to change shapes at different temperatures, resulting in bidirectional actuating functions. The second layer has a higher transition temperature in the high temperature phase than the first layer has inherent more stress, and thus can be used in low temperature actuator after deformation by the first layer is reset to its initial shape.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热敏致动器设备
本专利技术涉及用于提供依赖于温度的致动器响应的致动器设备。本专利技术还涉及致动器设备的制造和使用。
技术介绍
存在可以受益于减小尺寸的致动器的多种应用，但是其可能引起显著的行程(stroke)并且施加显著的力。电机通常被用作致动器以生成大的行程和力。对于很多小型化应用，甚至小的电机也太大、太重、太吵并且太昂贵。形状记忆材料(SMM)，特别是其形状记忆合金(SMA)形式的子集，当被加热超过它们的特定相变温度时能够提供显着的力和行程。即使材料的尺度是小的，在很长的时间段内和在许多切换操作之后，所递送的力和行程相对于这些尺度是非常高和准确的。因此已经研究了使用形状记忆材料来提供依赖于温度的致动信号。例如，US2014/0007572公开了形状记忆合金线的使用，所述形状记忆合金线在温度的增加超过材料的相变温度时收缩，从而接合致动器。在温度降低并且线转变回到低温相时，通过使用将线拉回到其低温长度的额外偏置弹簧来实现线的原始长度的恢复，并且因此实现致动器的重置。需要外部偏置以重置致动器的形状的是一缺点，其遵从以下事实：当存在温度降低时，相改变回到原始相，但是形状并不如此。因此，在可以再次使用致动器之前，在温度降低之后，必须启动外部致动以反转SMM的形状改变。
技术实现思路
本专利技术寻求提供一种改进的致动器设备，其中，激活部分地基于致动器设备的热敏性。热敏性来自致动器形状记忆材料层在加热和冷却时的形状变化响应。本专利技术由独立权利要求定义。从属权利要求提供了有利的实施例。根据本专利技术，提供了一种致动器设备，该致动器设备的制造以及该设备在至少部分地由致动器设备控制的装置中的使用。所述致动器设备是热敏的，其中，其致动依赖于温度变化。所述致动器设备可以具有至少两个致动步骤。本专利技术利用具有两个层的结构，每个层包括或包含至少一种形状记忆材料。这些层的形状记忆材料可以是相同的材料或可以不是相同的材料，只要两个层的相变温度彼此不同即可。在第一温度处，第一层处于其第一记忆形状处，因为该层中的形状记忆材料此时处于其低温记忆形状。当第一层在从第一温度转变到第二温度时从其第一形状转变(改变)为其第二形状时由所述第一层施加的力超过由第二层在到该第二温度的该加热期间提供的阻力。该额外的力可以用于使致动器在致动器设备的该第一致动步骤期间递送功。该设备还被构造为使得在从第二温度加热到第三温度时，第二层以这样的方式转变(改变)其形状：使得在致动器设备的第二致动步骤期间，第一层朝向其第一形状改变，即改变回到原始形状。为此，第二层直接与第一层偶合或都经由转移机构/层与第一层偶合。此外，耦合还使得如果第一层改变形状为其第二形状，则第二层改变形状为其第三形状。由第二层施加在该第三温度处的力超过由第一层施加的(相反的)力，因此使得能够将致动器系统“复位”回其原始形状。在该设备中，每个层具有基于其形状记忆材料的单向记忆效应，但是组合设备可以仅使用温度作为控制输入而操作为双向记忆效应设备，因此不需要单独的致动机构。因此，本专利技术将传感器，致动器和控制器提供在一件中，其完全避免了对外部致动以使系统返回到其原始致动状态(形状)的需要。这开启了将形状记忆材料用作具有递送功的能力的小致动器的巨大数量的应用。在本专利技术中，第一层和第二层至少部分地被耦合(附接)到彼此，以引起作为另一层的形状变化的结果的一层的形状变化。这种耦合优选地为以下形式：第一层的至少一个表面层不可移动地直接附接到第二层的至少一个表面，而无需一个或多个键合(中间)层。备选地，中间层可以在其处用于将第一和第二层键合在一起。实际上，可以使用整个机械机构来机械连接两个层，只要其能够将期望的形状变化从一个层递送到另一个层。在最终情况下，例如当两个层连接在一起时，层可以耦合在一起，使得在设备的任何激活步骤期间两者遵循相同的形状。第一温度可以低于第一形状记忆材料的相变温度，并且第二温度高于第一形状记忆材料的相变温度。此外，第二温度可以低于第二形状记忆材料的相变温度，并且第三温度高于第二形状记忆材料的相变温度。使用该布置，通过将系统从第一温度加热到第二温度来刺激致动器从第一形状到第二形状的第一移动。通过将系统进一步加热到第三温度来刺激系统复位回到其原始形状。随后的致动和复位可以通过在第一温度和第三温度之间的另外的循环来刺激，这将分别触发第一致动步骤或第二致动器步骤，利用其，致动设备可以被复位到其原始状态。第一层和/或第二层可以被配置为使得在第三温度处的第二层的厚度与弹性模量的第一乘积大于在第二温度处的第一层的厚度与弹性模量的第二乘积。这意味着当系统处于高于第二层的相变温度(大于第三温度)的温度时，由第二层施加的固有力超过由第一层施加的固有力，使得第二层的形状转变能够克服第一层的阻力，并且使整个系统回到其第一形状。如果第一层和第二层包括相应的第一形状记忆材料和第二形状记忆材料，则模量可以从公开的表中获取，如由相应的材料的高温相表示的。可以使用针对两个层的厚度与弹性模量的各种组合。优选地，第一乘积在第二乘积的1至1.5倍的范围内。然后，针对该范围的本文中以下描述的优点中的任一项可用该设备来实现。在一个范例中，第一乘积在第二乘积的1至1.1倍的范围内，例如在1至1.05倍的范围内。注意，从第一形状到第二形状的相变可以在窄的温度范围(例如1至2度)上进行。使用该布置，残余力(已经考虑了一旦克服了阻力的剩余的做功的力)针对第一致动步骤被最大化，并且针对返回、第二致动步骤被最小化。这样的实施例被调谐为在其致动运动上做最大有用功，并且在返回运动上做几乎为零的功。其是通过在乘积值之间具有小的差异来实现的。在另一范例中，第一乘积在第二乘积的1.1至1.5倍的范围内，例如在1.2至1.4倍的范围内。这种布置不是针对任何一个激活步骤中的最大可能做功来调谐的，而是允许要由致动器在两个致动步骤上做功。总可能的功可以展开在两个激活步骤之间。厚度弹性乘积的不同率允许调谐这种做功分布。在备选的范例中，在第二温度处的第二层的厚度与弹性模量的第三乘积可以在第二温度处的第一层的弹性模量与厚度的第四乘积的0.9至1倍的范围内，例如在0.95至1倍的范围内。该范例将使针对第二(返回)激活步骤的可用功最大化，并使第一致动步骤的可用功最小化。在这种情况下，当将形状从第一形状改变为第二形状时，由第二层提供仅刚好足够的力来使第一层克服第二层的阻(对抗)力。在对应的温度(第二温度)处，第二层具有其低弹性模量，结果第二层在第三温度处具有显着更高的弹性模量与厚度的乘积。例如，第二层可能需要显着地厚于第一层，并且力针对第二层的返回运动而被最大化。该范例中的第一乘积可以在第二乘积的1.5至2倍的范围内。第一和第二层均可以具有低于相应的第一相变材料和第二相变材料的相变温度时的最小弹性模量与在相关相变温度处的最大弹性模量的比率，其在0.6与0.3之间。这在第一和第二相变材料的相变温度处提供形状的显着变化，并且正是这种变化使得能够在第一和第二激活步骤期间进行做功。可以使用两个层的相变温度之间的不同关系。在一个范例中，使用相变温度之间的相对小的差异，例如温度之间的差异小于10度，或甚至小于5度。这种布置在其中需要非常灵敏的自调节致动器的应用中会是有用的。此处，致动器可以提供类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种致动器设备，包括：‑第一层(32)，其包括或包含第一形状记忆材料，所述第一层被配置为将形状从第一温度处的第一形状改变为在高于所述第一温度的第二温度处的第二形状；以及‑第二层(34)，其包括或包含第二形状记忆材料，所述第二层被配置为将形状从所述第二温度处的第三形状改变为在高于所述第二温度的第三温度处的第四形状，所述第二层(34)被耦合到所述第一层(32)，使得如果所述第二层改变为其第四形状，则所述第一层改变为其第一形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.09 EP 14184021.51.一种致动器设备，包括：-第一层(32)，其包括或包含第一形状记忆材料，所述第一层被配置为将形状从第一温度处的第一形状改变为在高于所述第一温度的第二温度处的第二形状；以及-第二层(34)，其包括或包含第二形状记忆材料，所述第二层被配置为将形状从所述第二温度处的第三形状改变为在高于所述第二温度的第三温度处的第四形状，所述第二层(34)被耦合到所述第一层(32)，使得如果所述第二层改变为其第四形状，则所述第一层改变为其第一形状。2.根据权利要求1所述的致动器设备，其中，所述第二层(34)被耦合到所述第一层(32)，使得如果所述第一层(32)将形状改变为其第二形状，则所述第二层(34)将形状改变为其第三形状。3.根据权利要求或1或2所述的致动器设备，其中，所述第一温度低于所述第一形状记忆材料的相变温度，并且所述第二温度高于所述第一形状记忆材料的所述相变温度。4.根据前述权利要求中的任一项所述的致动器设备，其中，所述第二温度低于所述第二形状记忆材料的相变温度，并且所述第三温度高于所述第二形状记忆材料的所述相变温度。5.根据前述权利要求中的任一项所述的致动器设备，其中，在所述第三温度处的所述第二层(34)的厚度与弹性模量的第一乘积大于在所述第二温度处的所述第一层(32)的厚度与弹性模量的第二乘积。6.根据权利要求5所述的致动器设备，其中，所述第一乘积在所述第二乘积的1至1.5倍的范围内。7.根据权利要求5所述的致动器设备，其中，在所述第二温度处的所述第二层(34)的所述厚度与所述弹性模量的第三乘积为在所述第二温度处的所述第一层(32)的所述弹性模量与所述厚度的第四乘积的0.9至1倍的范围内，例如在0.95至1倍的范围内。8.根据任意前述权利要求所述的致动器设备，其中，所述第一层(32)和所述第二层(34)中的每个均具有低于所述第一相变材料或所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·J·A·范登阿克，D·A·范登恩德，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL