不对称式SMA致动器制造技术

一种包括SMA线(31、32)的SMA致动器(10)，其中线布置是不对称的，允许从静止位置在第一方向上比在第二方向上有更大的运动范围，第二方向可以与第一方向相反或正交。在方向相反的情况下，在主轴和提供在第一方向上的运动的线之间的角度可以不同于在主轴和提供在第二方向上的运动的线之间的角度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不对称式SMA致动器本技术总体上涉及SMA致动器，例如用于三维移动的SMA致动器，且特别地，但不排他地，本技术涉及其中移动范围不对称的SMA致动器。在共同拥有的国际专利公布WO2011/104518中公开了包括八根SMA线的SMA致动器的示例。八根线中的每一根都连接在静态部件(支撑件)和移动部件之间。当加热到高于其转变温度时，SMA从其低温形式马氏体(martensite)转变为其较高温形式奥氏体(austenite)(冷却时反之亦然)。加热时的转变使SMA线收缩，为移动部件提供动力。在冷却时，通过施加反向力，线可以容易地延伸到其原始长度，在八线致动器的情况下，反向力由反向线(opposingwire)提供。在八线致动器中，线被单独加热，以产生移动部件在三维空间中向期望位置的移动。每根线只能缩短或延伸有限的量。这意味着移动部分可以实现的平移移动被限制为近似于八面体的形状，其中八面体的每个面法向于相对应的线，并且由该线缩短或延伸的限度确定。运动中心可以被界定为移动部分的一个位置，在该位置所有的线具有相同的应变，或者如果不能实现这种状态，则运动中心可以被界定为其中线四根线具有一种应变并且四根线具有第二应变的移动部分的位置，其中应变是相对于完全奥氏体或完全马氏体长度被测量的。在许多应用中，可能不需要致动器(上述八面体)的全部可能运动范围，或者可能运动范围的区域可能被比较频繁地使用或者可能比其他区域更重要。虽然上面的问题已经针对具有八根线的致动器进行了举例说明，但是在具有其他线布置的致动器中也存在类似的问题。SMA材料具有转变温度受线中的张力影响的特性，张力越高导致转变温度越高。期望的是，在使用过程中，SMA线中的张力足够高，以致线的转变温度显著高于环境温度。这允许线的快速冷却，线的快速冷却允许快速致动器运动。然而，张力也需要足够低，使得线不被损坏。为了保持这两个约束之间的张力，期望的是所有线中的张力相同。在没有加速度的情况下，且如果我们忽略移动部分上的其他力，沿着所有线的任意轴线的分解力的总和必须为零。为了使所有线的张力相似，致动器通常被设计成在致动器中具有高度对称性。随着致动器的移动，这种对称性被打破，且因此在冲程的极端(attheextremesofstroke)，线角度的不同意味着线中的张力不同。这会导致不同线之间的张力不平衡，或者由于过度的张力而损坏线。当致动器被设计成适配在一个维度上的小的空间约束内时，并且当这导致线彼此之间的角度变小时，该问题尤其明显。本技术的第一方式提供了一种SMA致动装置，该SMA致动装置包括：支撑结构；可移动元件，该可移动元件以允许可移动元件相对于支撑结构移动的方式被支撑在支撑结构上；以及多根SMA致动器线，该多根SMA致动器线被连接在支撑结构和可移动元件之间并且被布置成使得在收缩时，第一组一根或更多根SMA致动器线在第一方向上将力提供在可移动元件上，并且在收缩时，第二组一根或更多根SMA致动器线在第二方向上将力提供在可移动元件上，其中：第一组SMA致动器线和第二组SMA致动器线被布置成使得可移动元件在第一方向上相对于静止位置的可能移动范围大于可移动元件在第二方向上相对于静止位置的可能移动范围。在这种方式中，提供了一种致动器，该致动器可允许在运动的一个极端处或朝向运动的一个极端的线张力的差异减小，从而允许致动器在更靠近该运动的极端处更好地操作。从运动中心到该极端位置的运动方向可以被称为主方向，以及法向于主方向的平面称为主平面。在本领域中，在特定方向上的运动范围通常被称为“冲程”。在特定布置中，第一方向和第二方向相反，例如沿着主方向在相反的方向上。例如，当可移动元件的正常静止位置靠近运动的一个极端但是期望将可移动元件移动相对较长的距离到运动的相反极端时，这会是有用的。在特定布置中，第一方向和第二方向沿着装置的主轴伸展，并且主轴和第一组SMA致动器线中的每根线之间的角度小于主轴和第二组SMA致动器线中的每根线之间的角度。致动器线的这种布置可以实现期望的移动范围。在特定布置中，第一方向和第二方向彼此垂直。例如，在期望可移动元件的二维移动但是在一个维度上期望的移动范围不同于在另一个维度上期望的移动范围时，这会是有用的。在特定布置中，第三组SMA致动器线被布置成使得在收缩时，第三组SMA致动器线在第三方向上将力提供在可移动元件上，其中第一方向和第二方向相反，并且第三方向与第一方向和第二方向正交，并且SMA致动器线的组被布置成使得可移动元件在所述方向中的每个方向上从静止位置的可能运动范围不同。这种布置是上述布置的组合，具有相反和正交的移动。本技术的第二方式提供了一种SMA致动装置，该SMA致动装置包括：支撑结构；可移动元件，该可移动元件以允许可移动元件至少沿着装置的主轴相对于支撑结构移动的方式被支撑在支撑结构上；以及多根SMA致动器线，所述多根SMA致动器线被连接在支撑结构和可移动元件之间并且布置成使得当致动器处于静止位置时，从垂直于主轴的任何方向看，SMA致动器线的布置关于垂直于主轴的任何平面不是对称的。根据这种方式，致动器可以被制成使得在运动中心处，SMA致动器线不是对称的。随着可移动元件向期望的运动极端移动，线角度的布局最初变得更加对称。这可以允许致动器在线中的张力变得不可容忍地不同之前沿着主轴在主方向上更远地移动。在这种布置中，沿着主轴的可能移动可以在一个方向上比在相反方向上更大。在特定布置中，在主轴和沿主轴在第四方向上拉动的每根线之间的角度小于在主轴和在与所述第四方向相反的第五方向上拉动的每根线之间的角度。本技术的第三方式提供了一种SMA致动装置，该SMA致动装置包括：支撑结构；可移动元件，该可移动元件以允许可移动元件相对于支撑结构运动的方式被支撑在支撑结构上；以及多根SMA致动器线，该多根SMA致动器线被连接在支撑结构和可移动元件之间并且被布置成使得在收缩时，第一组一根或更多根SMA致动器线在第一方向上将力提供在可移动元件上，并且在收缩时，第二组一根或更多根SMA致动器线在第二方向上将力提供在可移动元件上，其中：第一组SMA致动器线和第二组SMA致动器线被布置成使得当所有线具有相同的应变时，在第一组中的每根线与第一方向之间的角度的平均值小于在第二组中的每根线与第二方向之间的角度的平均值。根据这种方式，SMA致动器线的布置可以不是对称的。随着可移动元件向期望的运动的极端移动，线角度的布局最初变得更加对称。这可以允许致动器在线中的张力或应变变得过度不同之前沿着主轴在主方向上更远地移动。在这种布置中，沿着主轴的可能运动可以在一个方向上比在相反方向上更大。在特定布置中，第一方向和第二方向相反，例如沿着主方向在相反的方向上。例如，当可移动元件的正常静止位置靠近运动的一个极端但是期望将可移动元件移动相对较长的距离到运动的相反极端时，这会是有用的。在特定布置中，第一方向和第二方向是相反的，并且沿着装置的主轴伸展，并且在主轴和第一组SMA致动器线中的每根线之间的角度小于在主轴和第二组SMA致动器线中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SMA致动装置，包括：/n支撑结构；/n可移动元件，所述可移动元件以允许所述可移动元件相对于所述支撑结构移动的方式被支撑在所述支撑结构上；和/n多根SMA致动器线，所述SMA致动器线被连接在所述支撑结构和所述可移动元件之间，并且被布置成使得在收缩时，第一组一根或更多根SMA致动器线在第一方向上将力提供在所述可移动元件上，并且在收缩时，第二组一根或更多根SMA致动器线在第二方向上将力提供在所述可移动元件上，/n其中：/n所述第一组SMA致动器线和所述第二组SMA致动器线被布置成使得所述可移动元件从静止位置在所述第一方向上的可能运动范围大于所述可移动元件从所述静止位置在所述第二方向上的可能运动范围。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180223 GB 1802930.61.一种SMA致动装置，包括：
支撑结构；
可移动元件，所述可移动元件以允许所述可移动元件相对于所述支撑结构移动的方式被支撑在所述支撑结构上；和
多根SMA致动器线，所述SMA致动器线被连接在所述支撑结构和所述可移动元件之间，并且被布置成使得在收缩时，第一组一根或更多根SMA致动器线在第一方向上将力提供在所述可移动元件上，并且在收缩时，第二组一根或更多根SMA致动器线在第二方向上将力提供在所述可移动元件上，
其中：
所述第一组SMA致动器线和所述第二组SMA致动器线被布置成使得所述可移动元件从静止位置在所述第一方向上的可能运动范围大于所述可移动元件从所述静止位置在所述第二方向上的可能运动范围。


2.根据权利要求1所述的SMA致动装置，其中，所述第一方向和所述第二方向相反。


3.根据权利要求2所述的SMA致动装置，其中，所述第一方向和所述第二方向沿着所述装置的主轴伸展，并且在所述主轴和所述第一组SMA致动器线中的每根线之间的角度小于在所述主轴和所述第二组SMA致动器线中的每根线之间的角度。


4.根据权利要求1所述的SMA致动装置，其中，所述第一方向和所述第二方向彼此垂直。


5.根据前述权利要求中任一项所述的SMA致动装置，其中，第三组SMA致动器线被布置成使得在收缩时，所述第三组SMA致动器线在第三方向上将力提供在所述可移动元件上，其中，所述第一方向和所述第二方向相反，并且所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向正交，并且所述SMA致动器线的组被布置成使得所述可移动元件从所述静止位置在所述方向中的每个方向上的可能运动范围不同。


6.一种SMA致动装置，包括：
支撑结构；
可移动元件，所述可移动元件以允许所述可移动元件相对于所述支撑结构至少沿着所述装置的主轴移动的方式被支撑在所述支撑结构上；和
多根SMA致动器线，所述SMA致动器线被连接在所述支撑结构和所述可移动元件之间，并且被布置成使得当所述致动器处于静止位置时，从垂直于所述主轴的任何方向看，SMA致动器线的布置关于垂直于所述主轴的任何平面不是对称的。


7.根据权利要求6所述的SMA致动装置，其中，在所述主轴和沿所述主轴在第四方向上拉动的每根线之间的角度小于在所述主轴和在与所述第四方向相反的第五方向上拉动的每根线之间的角度。


8.一种SMA致动装置，包括：
支撑结构；
可移动元件，所述可移动元件以允许所述可移动元件相对于所述支撑结构移动的方式被支撑在所述支撑结构上；和
多根SMA致动器线，所述SMA致动器线被连接在所述支撑结构和所述可移动元件之间，并且被布置成使得在收缩时，第一组一根或更多根SMA致动器线在第一方向上将力提供在所述可移动元件上，并且在收缩时，第二组一根或更多根SMA致动器线在第二方向上将力提供在所述可移动元件上，
其中：
所述第一组SMA致动器线和所述第二组SMA致动器线被布置成使得当所有线具有相同的应...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·本杰明·辛普森·布朗，丹尼尔·约翰·伯布里奇，塞缪尔·阿姆斯特朗，罗伯特·兰霍恩，
申请(专利权)人：剑桥机电有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB