[发明专利]包括形状记忆合金丝和具有相变材料颗粒的涂层的致动器组合件

说明书

包括由形状记忆合金丝制成的芯和以给定的相变材料(PCM)颗粒与所述形状记忆合金丝之间的重量比包含所述颗粒分布的涂层的致动器组合件，以及结合有一个或更多个所述致动器组合件的主动式布。

本发明涉及形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)丝的热管理的改进。

由于形状记忆合金丝与诸如微型电机的技术上等效的方案相比的简单性、易于与许多装置一体化和降低的成本，因此形状记忆合金丝作为致动器和致动系统的部件的用途受到越来越多重视。

采用形状记忆合金丝的致动器组合件和致动系统在本领域中是已知的。例如申请人名下的国际专利申请WO 2016/156283涉及具有紧急致动器的锁。申请人名下的欧洲专利第2615951号描述了用于安装在多饮料自动售货机中的阀的致动系统。申请人名下的欧洲专利2171183描述了具有加宽的工作温度范围的致动器。国际专利申请WO 2015/150377描述了家用电器中的致动元件。

以上提到的专利公开仅是许多其他实例中的一些实例，其教导了如何成功地利用形状记忆合金丝的特征，并且更特别是它们一旦通过由于其从马氏体显微组织到奥氏体显微组织的相变引起的焦耳效应而被加热，就施加力的能力。在以上实例中，形状记忆合金丝布置成直的构造，并且由于丝的线性缩短而施加力。存在其他实例和应用，例如美国专利9068561中描述的实例和应用，其设想布置形状记忆合金丝使得它们被螺旋缠绕的可能性。

另一申请设想使用根据特定图案设置的复数根SMA丝以结合到布或织物中，如涉及身体按摩器的国际专利申请WO 2016/153917或教导使用SMA丝作为控制和调节船帆的手段的欧洲专利2782824中所公开的。

频繁被致动的基于形状记忆合金丝的致动系统需要丝的热管理。实际上，在每个致动循环时都产生热，并且必须适当地管理余热以便维持SMA丝致动器或致动系统随时间的工作。美国专利9068561教导了如何通过依靠作为热导体的电绝缘涂层来管理余热。美国专利6835083描述了具有能够在每个致动循环之后改善冷却的封装护套的形状记忆合金丝。

还已知通过相变材料(Phase Changing Material，PCM)进行采用SMA丝的致动器的热管理，所述相变材料的特征是当经历诸如固体到液体的相变化时吸收和释放大量热的能力。美国专利8739525公开了可以如何应用这些材料的实例。PCM珠可以例如分散在作为涂层施加在SMA丝上的导热聚合物基体中。

虽然可得到采用SMA丝的致动器和致动系统的许多实例，但是就SMA丝的热管理而言，仍需要找到改进的方案，这是本发明的目的。

在本发明的第一方面中，本发明在于具有由形状记忆合金丝制成的芯和施加在所述形状记忆合金丝的至少一部分上且包含相变材料(PCM)颗粒的涂层的致动器元件，其特征在于，分散或分布在涂层中的相变材料颗粒的重量与形状记忆合金丝的其上施加有或形成有涂层的部分的重量之间的比例为1至30。

重量比是指致动器元件的SMA丝的经涂覆的部分，因为其一端或两端可以是未经涂覆的，以便允许其连接至使SMA丝能够工作的电流源。

根据本发明的一个优选实施方案，形状记忆合金丝的长度的至少80％被包含PCM颗粒的涂层覆盖。

将借助于附图进一步说明本发明，其中：

·图1A是根据现有技术的致动器系统的照片，其中未经涂覆的形状记忆合金丝被嵌入到织物中；

·图1B是根据现有技术的致动器系统的照片，其中具有不含PCM颗粒的涂层的形状记忆合金丝被嵌入到织物中；

·图1C是根据本发明的致动器系统的照片，其中形状记忆合金丝具有含有PCM颗粒分散体的涂层；

·图2至7分别是根据现有技术和根据本发明的SMA丝致动器组合件的样品的实验表征图，所述图示意性地示出了当使组合件经受随后的激活循环时，相应SMA丝的冲程如何随时间变化。