[发明专利]采用活性材料激活的电路设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及适合用于电路中且修改电路的至少一个特性的热熔丝、继电器和其它电气部件(本文总称为“电路”或“电子”设备)；且更具体地涉及采用形状记忆材料激活来实现功能的电路设备。

背景技术

熔丝、继电器和可变电阻器以及其它部件已经很长时间应用于电子器件以改进电路的安全性和容量。例如，热熔丝通常用于保护重要或昂贵的部件、人和环境不受电流和热过载的影响；且继电器通常用于允许低能量输入装置(例如，车辆中的点火装置)激活高能量装置(例如，起动器马达)。

关于熔丝，应当理解的是，常规熔丝对可能需要仅仅暂时性保护的装置提供永久性中断。此外，由于装置变得日益复杂和拥挤，这些熔丝日益难于更换。因而，已经开发出可手动重置和可自动重置的熔丝，包括例如聚合正温度系数(PTC)。这些熔丝在经受过多电流时将聚合物链从晶体重新定向为无定形，从而将电流减少为几乎“断路状态”。然而，令人担心的是，PTC熔丝实际上从未断开电路，且由于它们形成分子级别的阻抗，因而其重置功能可能难以控制。

关于继电器和可变电阻器，简单、便宜和可靠结构通常是期望的和/或有益的。然而，本领域已知的大多数继电器是机电的且通常构造有复杂金属线圈和电枢，其在重复使用后易于卡住。此外，对线圈施加和去除感应电流通常需要使用附加电气部件来驱散不想要的或者有害的能量流入。本领域已知的其它继电器不需要机电装置，但是引入许多电气部件，从而增加成本。它们还易于误通和短路。

发明内容

响应于前述问题，本发明提出一种基于形状记忆材料的热设备。因而，本发明用于完全断开或以其它方式修改电路且允许对重置功能的精确控制。因而，本发明在不减少电路功能的情况下更准确地保护电路及其环境，同时减少或消除熔丝更换成本。本发明还可用于当前热熔丝技术不适合的低温应用。简单地通过改变形状记忆材料的成分、直径或长度或者通过改变操作应力，本发明可以适合于需要不同额定电流、电压或温度的应用。

总体而言，本发明涉及适合于保护或修改电路且包括活性材料元件的设备。所述元件由能操作在暴露于激活信号时经受可逆变化的形状记忆材料形成。所述设备配置成使得所述变化能操作使第一触头相对于第二触头移动，从而所述运动断开、闭合或改变电路的至少一部分的输出。例如，在一个实施例中，本发明使用形状记忆合金(SMA)或其它形状记忆材料的形状记忆属性来形成不需要电磁控制电子器件的继电器或可变电阻器。

方案1.一种适合用于承载电流的电路中的电子设备，所述设备包括：

至少一个活性材料元件，所述至少一个活性材料元件能操作在经受激活信号或者去除激活信号时经历可逆变化；和

用于与所述电路相互作用的至少两个触头，

所述设备配置成使得所述变化断开或闭合所述电路。

方案2.根据方案1所述的设备，其中，所述至少一个活性材料选自主要包括形状记忆合金、铁磁形状记忆合金、形状记忆聚合物、压电复合物、电活性聚合物、磁流变弹性体和电流变弹性体的组。

方案3.根据方案1所述的设备，其中，所述信号由电流产生。

方案4.根据方案1所述的设备，其中，所述元件是组成电路且能由热信号范围激活的形状记忆合金金属丝。

方案5.根据方案4所述的设备，其中，所述金属丝由调节弹簧负载对抗，从而扩展能操作激活材料的热信号范围。

方案6.根据方案1所述的设备，其中，所述至少一个元件呈现初始几何形状，所述变化能操作修改所述初始几何形状的至少一个尺寸，从而得到第二几何形状，修改为第二几何形状使得所述触头中的至少一个相对于另一个触头从第一位置移动，从而断开或闭合所述电路。

方案7.根据方案6所述的设备，其中，所述元件具有双向形状记忆，从而能操作在所述变化反向时使得所述触头中的所述至少一个移动回到第一位置。

方案8.根据方案6所述的设备，还包括：

复位机构，所述复位机构驱动地联接到所述触头中的所述至少一个，且能操作在所述变化反向时使得所述触头中的所述至少一个移动回到第一位置。

方案9.根据方案8所述的设备，其中，所述元件是SMA金属丝，所述机构是与所述金属丝同心地对齐的压缩弹簧。

方案10.根据方案1所述的设备，其中，所述设备是熔丝，在电流超过阈值安培时产生信号，且所述元件组成电路。

方案11.根据方案10所述的设备，其中，所述电路是用于系统的控制电路，所述系统选自大致包括充电系统、制动模块、电动马达、蓄电池充电器和咖啡壶的组。