[发明专利]叠置型变形执行器

说明书

技术领域

本发明涉及执行器。更具体地，本发明涉及具有用于放大线性或旋转运动的弯曲能力的弯曲执行器。

背景技术

最近几年利用智能材料的执行器已经得到普及。这种执行器有非常广泛的应用范围，该范围从存在于计算机部件和电子装置中的执行器到存在于航空器和汽车上的紧固件和安全附件。虽然在执行器中使用智能材料似乎是无限制的，但是仍有一些缺陷。智能材料往往具有有限的使用年限，可能容易损坏，并且始终只能收缩大约3％。因此，要求改善材料的寿命并放大通过收缩实现的运动。

本发明提供了这样的解决方案，其中，叠置型弯曲执行器放大了线性的和旋转的运动以及三维运动。

发明内容

相应地，本发明涉及叠置型弯曲执行器，包括：

具有弯曲或变形能力的至少两个片状件，

连接于所述片状件适于被激活时收缩的材料；以及

电子控制器

其中，所述片状件和所述适于被激活时收缩的材料按希望的排列叠置。

在大多数实施例中，这种叠置型弯曲执行器包括：超过两个的片状件以及线状或片状的适于被激活时收缩的材料。这种适于被激活时收缩的材料优选形状记忆合金(SMA)线或条。形状记忆合金是已知的并且常常大部分地或全部地用钛和镍制成。形状记忆合金还可以包括其他材料，例如铝、锌和铜。形状记忆合金能够在预先确定的转变温度下呈现一种形状，而一旦其温度超过转变温度就变为第二种形状。相反地，当形状记忆合金在转变温度之下冷却时，形状记忆合金可以再次呈第一形状。与本发明的各个方面相关，当在原地加热时，形状记忆合金收缩。目前能够获得的形状记忆合金线，例如售出的有商标的镍钛合金，在通过加热被激活时能收缩大约3％。

利用连接于装置的导线，适于被激活时收缩的材料的激活优选通过电阻加热获得。利用例如安全系统的布线系统，可以从中部位置开始激活形状记忆合金线。通过遥控设备(例如通过使用包括微波，电磁，声波，红外，射频等的任何适当形式的能量操作的手持工具)开始的激活也在本发明的范围内。

本发明的范围在各个方面都不必然限于使用形状记忆合金。也可以使用其他材料。而且，虽然可通过加热进行激活，但其他的激活方式也是适合的并且也在本发明的范围内。

本发明的片状件是叠置的，并能围绕支持件在中部被连接，支持件可以连接于电路板。本领域的技术人员应该认识到支持件可以沿着片状件设置在任何位置。然后SMA条叠置于片状件之间。在许多实施例中，优选片状件包围SMA条。这可以通过一个片状件围绕顶部和底部包围并在顶部和底部夹紧实现，或者通过片状件处于SMA条两侧上以及在顶部和底部相连接而实现。片状件可以包括多种材料，但是为了描述本发明，将讨论金属片状件。

电子控制器给弯曲执行器提供能量。一旦电流流过，产生的热激活SMA材料。这种激活导致SMA材料收缩，将片状件弯成椭圆形或长椭圆形。因为热通过弯曲执行器传导，片状件系统地弯曲，产生执行器的放大运动。这为本发明带来了通过用小的激活提供大的无声的运动的乘数效应。

例如，在一种设置中，这种弯曲执行器能够通过旋转运动获得星形。SMA条可以叠置于片状件之间并围绕在一端的支持件在中部被连接。一旦SMA条被激活，片状件将以旋转的方式围绕支持件弯曲，形成星形。只要SMA条被激活并收缩，这个形状就会保持。

一旦冷却，SMA条就不处于收缩的状态，并且放松。这个动作导致片状件连同SMA条变长并且恢复到最初的叠置位置。SMA条的收缩和放松可以发生许多次。

在某些情况下，例如上面讨论的星形，希望可以将LED连接于相连接的片状件和SMA条的顶部。当弯曲执行器被激活时LED就会发光。这增加了星形的美学效果，用于在圣诞树，门，办公桌，餐桌等上的装饰。

一旦本领域的技术人员意识到在许多情况下SMA材料和片状件可以如上所述进行叠置，而不是围绕支持件在中部被连接，那么每个片状件可以在不同的位置连接于支持件。这就产生不同的结构，例如，其中，当SMA激活时片状件弯曲成线性状态而不是在星形中讨论的旋转状态。这种情况可能适于例如灯笼或箱。

为了获得更大的运动，本领域的技术人员认识到较小的片状件和SMA条可以叠置于较大的片状件和SMA条之间，迫使弯曲执行器产生更大的、更加放大的运动。