具有多稳态从动元件的形状记忆致动器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及形状记忆致动器，S卩，致动构件包括由形状记忆合金(下文中称为“SMA”)制成的元件(例如，线材元件)的致动器，具体地说，本发明涉及这样的致动器:其中，从动元件是多稳态的，优选地双稳态的，即，从动元件在驱动元件的作用下在至少两个稳定位置之间移动。尽管下文中特别阐述了将线材用作致动构件，但应当指出的是，所阐述的内容也适用于一个尺寸远远大于通常非常小的其它两个尺寸的其它类似的长形形状体，例如，条带及类似物。
【背景技术】
[0002]众所周知的是，形状记忆现象包括以下事实:由表现出所述现象的合金制成的机械部件在温度改变时能够在非常短的时间内在制造时所预设的两个形状之间转变而没有中间静止位置(rest posit1n)。其中出现该现象的第一模式称为“单向”模式，原因在于:在温度改变时，机械部件会在单个方向上发生形状变化，例如，从形状A变为形状B，而从形状B反向转变为形状A则需要施加机械力。
[0003]相反，在所谓的“双向”模式中，温度改变会引起两种转变，这是应用本发明的情况。出现这种情况的原因在于，部件的微晶结构从称作马氏体(M)类型的微晶结构变为称作奥氏体(A)类型的微晶结构以及从称作奥氏体(A)类型的微晶结构变为称作马氏体(M)类型的微晶结构的转变(Μ/A和A/Μ转变)，其中，称作马氏体(M)类型的微晶结构在较低的温度下是稳定的，称作奥氏体(A)类型的微晶结构在较高的温度下是稳定的。
[0004]需要使SMA线材受到作用使得其能够表现出其形状记忆元件的特征，SMA线材的作用过程通常允许在线材被加热时反反复复地引起马氏体/奥氏体(Μ/A)相变，并且允许在线材被冷却时引起奥氏体/马氏体(A/Μ)相变。在Μ/A转变中，线材会缩短3%至5%，当线材冷却下来时，线材会慢慢恢复，并且通过A/Μ转变，线材会恢复其初始长度。
[0005]很久以来，SMA线材在加热时收缩并且在冷却时重新延伸的这种特性被用来获得非常可靠且无声的致动器。特别地，在一些阀中，这种类型的致动器被用来实现遮板从关闭的阀的第一稳定位置到打开的阀的第二稳定位置或者到部分打开的阀的多个稳定位置的运动以及从打开的阀的第二稳定位置或者部分打开的阀的多个稳定位置到关闭的阀的第一稳定位置的运动。
[0006]能够在US6840257、US6843465、US7055793、US2005/0005980 和 US2012/0151913中找到具有SMA致动器的阀的示例。所有这些现有技术文献所公开的致动器十分复杂庞大并且相当昂贵，通常需要使用两种SMA线材和/或机械稳定元件比如隔板以使遮板在两个(或更多个)稳定位置之间移动。因此，这些类型的熟知的SMA致动器不适于在尺寸上被缩减，并且由于这些类型的熟知的SMA致动器的操作相当精密复杂，因此这些类型的熟知的SMA致动器在恶劣的环境下使用时并不十分可靠。
[0007]SMA致动器也用于其中SMA致动器的操作与上述双向操作大不相同的各种其它装置。
[0008]US2007/0028964公开了这样的一种可重置式双稳态热控制阀:当被引导通过该阀的流体达到预定温度时，该阀关闭以便用作过温切断阀。更具体地，达到阈值温度会使SMA线材收缩且对内活塞体施加力而使内活塞体移动到活塞帽中从而压缩内活塞弹簧，直到设置成贯穿活塞帽的侧壁的两个孔与形成在活塞体中的腔对准为止，因而，允许相应的球从活塞体的外表面移动到所述腔中，这进而允许之前被所述球阻挡的遮板承载构件在弹簧的力的作用下缩回到阀体中。
[0009]由于腔中的球被遮板承载构件阻止而即使在SMA线材停用(deactivate)之后也不能够在内活塞弹簧的作用下恢复其初始位置，因此SMA线材的这种操作导致阀的关闭不可逆。因此，这种阀只是这样的一种安全装置:其中，SMA致动器仅用作释放机构，并且必须通过克服这种装置的弹簧的阻力将遮板承载构件拉出直到活塞帽中的孔畅通为止来手动地重置这种装置，使得当内活塞体在被压缩的内活塞弹簧的力的作用下从内活塞帽中移动出来时球能够恢复其初始位置。
[0010]US2012/0187143中也公开了将SMA致动器作为释放机构的类似的使用，其中，SMA线材被用来断开弹簧加载式盖的闩锁装置，这种闩锁装置然后通过手动的方式被重新闭合。在该情况下，SMA线材上的张力由通过绞盘和柱塞而与该线材接合的两个弹簧加载式旋转杆提供。
[0011]US2008/002674中还公开了将SMA致动器作为释放机构的另一使用，在该专利中，SMA线材被用来断开门或箱子的闩锁装置，并且提供了这样的一种机构:在周围环境温度高到SMA线材在停用时也没有冷却到马氏体转变温度的情况下，该机构利用用户在关闭门或箱子时的力通过应力引起的状态变化而恢复SMA线材的马氏体状态。
【发明内容】
[0012]因此，本发明的目的在于提供一种克服上述缺点的形状记忆致动器。该目的通过这样的一种形状记忆致动器而得以实现:在该形状记忆致动器中，受SMA线材作用的驱动元件在SMA线材停用时由于第一弹性装置而恢复其静止位置，而从动元件由于与支承体的可逆接合而稳定地保持处于操作位置并且然后由控制系统从所述接合中释放以便由于第二弹性装置而恢复其静止位置。所附权利要求中公开了其它有利特征。
[0013]根据本发明的致动器的第一优点在于以下事实:从动元件能够在两个(或更多个)稳定位置之间移动而不需要驱动元件的任何额外的动作(stroke)。这致使SMA线材的尺寸精确地设定成用于从动元件所需的动作，因而SMA线材的成本降至最低并且SMA线材的庞大体积减至最低程度。
[0014]该致动器的第二重要优点在于，该致动器能够使用单个SMA线材使从动元件在两个(或更多个)稳定位置之间移动，因而省去了现有技术致动器中通常使用的第二 SMA线材。显然，该因素也会致使致动器的成本降至最低并且致使致动器的庞大体积减至最低程度。
[0015]在本发明的致动器的两个【具体实施方式】中，本发明的致动器的另外的优点在于，控制系统将从动元件从操作位置中释放而不会启用(activate) SMA线材，因此，SMA线材的使用寿命会较长，这是因为每隔致动周期SMA线材才被启用。
[0016]还能够从本发明的致动器的简单耐用(robust)的结构得出本发明的致动器的另外的优点:本发明的致动器的简单耐用的结构使得该致动器可靠、便宜并且还适于在恶劣的环境下使用。
【附图说明】
[0017]根据本发明的形状记忆致动器的这些和其他优点和特性对本领域技术人员而言通过参照附图，从本发明的一些非限制性实施方式的以下详细描述中将变得明显，在附图中:
[0018]图1为本致动器的第一实施方式的主元件的处于限定为静止位置的开始位置中的示意性俯视平面图；
[0019]图2为图1的致动器的沿着中心平面A-A截取的竖向截面图；
[0020]图3为相同的致动器的在第一致动周期的中间时刻处的与图1相类似的视图，其中，驱动元件与从动元件二者均处于操作位置中；
[0021]图4为图3的致