專利名稱：包括相變材料的熱活性材料組件及其使用方法
包括相變材料的熱活性材料組件及其使用方法
相關_請本專利申請要求2010年6月3日提交的名為“ACCELERATING COOLING IN ACTIVEMATERIAL ACTUATORS USING HEAT SINKS (使用吸熱設備的加速冷卻活性材料致動器)”的美國專利申請No. 12/792，120和2009年5月8日提交的名為“CONTROLLING HEAT TRANSFERIN ACTIVE MATERIAL ACTUATORS USING HEAT SINKS,(使用吸熱設備的控制熱傳遞活性材料致動器)”的美國專利申請No. 12/437，768的優(yōu)先權并且是其部分延續(xù)，其全部內容在此結合作為參考。
背景技術：
本發(fā)明總體上涉及熱激活的活性材料組件的熱管理，以及更特別地涉及使用相變材料的熱激活的活性材料組件的熱管理。
進旦 冃月3ヽ
I.形狀記憶合金形狀記憶合金(SMA)是給予展現(xiàn)出可以機械地或者熱誘導的應變記憶的罕見屬性的合金的類屬名。該罕見屬性主要特征在于被稱作形狀記憶效應(SME)和超弾性(Superleasticity)的兩種熱_機械響應。SMA中的奧氏體或母相在高于被稱為奧氏體結束(Af)溫度的特征溫度時是穩(wěn)定的。在低于馬氏體結束(Mf)溫度的溫度吋，SMA以低模量相(被稱為馬氏體)存在。SMA的罕見的熱-機械響應歸因于在奧氏體與馬氏體相之間的可逆的、固態(tài)的、熱彈性轉變。三個其他的特征溫度通常用于識別SMA材料的狀態(tài)。當SMA樣品冷卻吋，馬氏體在馬氏體開始(Ms)溫度開始成核；當樣品被加熱時，在奧氏體開始(As)溫度開始馬氏體向奧氏體的轉變。在溫度低于Mr吋，SMA最顯著地展現(xiàn)出SME，并且為了超弾性性能材料必須在Af溫度之上。在溫度高于Md吋，SMA損失其獨有的屬性并且表現(xiàn)為像普通材料。在許多SMA中，這些溫度的關系如下Mf < Ms < As < Af < Md。
II.形狀記憶效應SMA材料在Af之上的溫度典型地以熱-機械地處理從而賦予其所需的形態(tài),例如通過將材料拉為線。當材料冷卻至低于吣的溫度時，其保持賦予其的原始的肉眼可見的形態(tài)，但當材料從奧氏體變化為馬氏體時其晶體結構發(fā)生了變化。在機械負載作用到SMA樣品上時，馬氏體材料遵循虎克定律開始彈性變形。當用品中的應カ到達被稱為馬氏體的第一屈服點的臨界應カ時，經由被稱作去孿晶(de-twinning)的剪切狀機構以幾乎恒定的應カ發(fā)生變形。去孿晶與原子的協(xié)作的重新排列相關，包括SMA的晶體結構中原子面(孿晶界面)的滑動。盡管每個原子的位移很小，但由于材料中所有或大多數(shù)原子的協(xié)調運動的累積，SMA的總變形可以是顯著的(例如，高達8%應變對比大多數(shù)金屬的< 1%應變)。由于總變形很大，SMA看起來像彈性變形-因此該性能經常被描述為假塑性體。然而，不同于由于錯位運動產生并且因此不可逆的塑性變形，經由去孿晶機構的馬氏體SMA的變形不包括錯、位運動或內部原子鍵的斷裂。因此，該變形是可逆的。如果SMA在該相被卸載，總變形的彈性分量完全恢復，但保持去孿晶變形。加熱材料高于As溫度引起了馬氏體向奧氏體轉變。馬氏體相的微觀結構可以包括具有多個能量相同的微觀結構的鄰接區(qū)域。相反地，奧氏體相具有唯一的一個微觀結構，其在馬氏體向奧氏體轉變期間被恢復。因此，該轉變使得SMA材料恢復在制造期間賦予其的原始形態(tài)。換句話說，通過加熱變形的SMA高于Af，假塑性應變完全地恢復。在馬氏體向奧氏體轉變完成后，將材料冷卻至低于Mf不會導致形態(tài)有任何更進ー步的變化。
其中在低溫下作用直至加熱至較高溫度的SMA材料恢復表觀的塑性變形的現(xiàn)象被稱作形狀記憶效應。如果在偽塑性變形SMA材料中與馬氏體向奧氏體轉變相關的形態(tài)的變化(例如，形狀，尺寸，等)通過外部作用的力/約束被阻止，產生了相當大的內應カ以對抗外部力/約束。該カ可以用于驅動外部負載，由此使得SMA材料用作致動器。
A.單向SME在上述描述中，在溫度低于Mf經受假塑性變形的SMA材料能夠通過加熱高于Af而恢復賦予其的原始形態(tài)。材料隨后冷卻低于Mf不會在形態(tài)上產生任何進ー步的變化。換句話說，存在與高于Af的卸載SMA樣品相關的單一形態(tài)，但其在低于Mf的溫度下存在許多不同的形態(tài)。如此，材料僅在加熱時展現(xiàn)出“記憶”，并且因此，該現(xiàn)象被稱作單向形狀記憶效應。
B 雙向 SME(TWSME)
1.內在的熱-機械處理可以給予SMA展現(xiàn)出內在的雙向形狀記憶效果的能力。適當處理的SMA材料可以記憶兩種形狀-ー個與高于Af的溫度相關以及另ー個與低于Mr的溫度相關。加熱這樣的材料的卸載的樣品高于Af將使得樣品獲得其高溫形狀，而冷卻低于Mf將使其恢復回到其低溫形狀。
2.外在的具有單向SME的SMA已經發(fā)展到他們已經在許多商業(yè)應用中使用的點上。相反地，展現(xiàn)出TWSME的材料總體上仍然在發(fā)展階段。在許多實際應用中，由展現(xiàn)出內在TWSME的SMA制成的元件的性能可以由包括由展現(xiàn)出單向SME的SMA制成的元件的系統(tǒng)復制，該元件與被稱作偏置元件的另一元件在機械性上對抗。這樣的系統(tǒng)被稱為展現(xiàn)出了外在的TWSME。在這些系統(tǒng)中，兩個元件之一在低于Mf的溫度時控制另ー個，產生了用于系統(tǒng)的一個形態(tài)(或平衡配置)。當SMA被加熱高于其Af時，SMA元件的剛性增加，由此將系統(tǒng)的平衡配置變?yōu)槠涓邷匦螒B(tài)。SMA元件的隨后的冷卻使得系統(tǒng)恢復至其低溫形態(tài)。與諸如SMA致動器的熱裝置相關的挑戰(zhàn)包括減少循環(huán)時間-裝置致動或去致動(de-actuate)所需的時間，以及防止裝置的熱過載。本發(fā)明提供用于具有熱裝置的系統(tǒng)的這些以及其他方面優(yōu)點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的各個實施例提供具有相變材料的致動器元件組件，以及包括該致動器元件組件的系統(tǒng)以及用于使用該組件的方法。在ー個方面中，本發(fā)明涉及一種能在致動狀況和非致動狀況之間轉變的熱激活材料組件。該方面的組件包括具有由致動溫度和重置溫度限定的致動器材料的致動器元件。當致動器材料被供給以熱量形式的激勵，將其溫度増加至其致動溫度或以上時，致動元件從其中致動器組件處于非致動狀況的非致動形狀致動至響應于被加熱至致動溫度將致動器組件轉變至致動狀況的致動形狀。激勵的除去導致了材料的冷卻；當材料冷卻至重置溫度或以下時，并且致動器元件從致動形狀去致動回到非致動形狀。在一些實施例中，組件還包括連接到致動器元件的驅動機構以及與驅動機構相連的相變材料(PCM)。PCM具有由相變溫度限定的并且響應于被加熱至相變溫度或高于相變溫度使得PCM從第一狀態(tài)過渡至第二狀態(tài)的PCM材料。驅動機構使得PCM在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件直接接合并且在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件脫離。在另一方面中，本發(fā)明還涉及ー種熱激活材料致動器組件，其可在致動狀況和非致動狀況之間轉變。該方面的組件包括具有由致動溫度和重置溫度限定的致動器材料的致動器元件。響應于被加熱至致動溫度，致動器材料使得致動器元件從其中致動器組件處于非致動狀況的非致動形狀致動至將致動器組件轉變至致動狀況的致動形狀。響應于被冷卻 至重置溫度，致動器材料還使得致動器元件從致動形狀致動返回至非致動形狀。組件還包括連接到致動器元件的驅動機構以及與驅動機構相連的PCM。驅動機構使得PCM在致動器周期的ー個部分(例如，致動)期間與SMA致動器元件直接熱接觸并且在致動周期的另ー部分(例如，去致動)期間離開與致動器元件的直接熱接觸。PCM具有由相變溫度限定的并且響應于被加熱至相變溫度或以上使得PCM從第一狀態(tài)過渡至第二狀態(tài)的PCM材料。在幾乎恒溫或溫度的較窄范圍內，相變伴隨有熱量的顯著吸收(例如，固體的熔化)或釋放(例如，液體的凍結)。與當材料沒有經受相變(例如，固體的加熱或冷卻低于其熔點)時吸收或釋放的顯然相比較，吸收(例如，熔化潛熱)或釋放(例如，熔化潛熱)大量熱量的該能力使得PCM材料對于熱管理應用來說是有吸引力的。雖然固體-固體以及液體-氣體的相變也可以用于大規(guī)模熱吸收、存儲和釋放，但是最普通的PCM使用固體-液體相變。為了便于說明，在本申請中主要描述的是固體-液體相變-例如，在此使用的術語包括固相、液相、熔點、熔化和凍結，分別替代了轉變前相、轉變后相、相變溫度、前向轉變和反向轉變。然而，應當理解，術語的選擇并不旨在排除其他類型的PCM。通常，PCM元件可以采用環(huán)繞SMA致動器元件的PCM簡單涂層的形式，或其可以采用由滑動過SMA致動器的PCM制成的護套的形式，或其可以采用包括PCM和非PCM成分的熱合成物的形式，或其可以采用包含PCM的固體外殼的形式。熱合成物可以具有分布在PCM基體(例如，石蠟熱合成物中的銅絲網以改進PCM熱合成物的熱擴散率)內的非PCM材料或具有封裝在非PCM基體(例如，散布在熱傳導硅樹脂基體中的PCM微小珠)中的PCM材料。在另一方面中，本發(fā)明還涉及ー種熱激活材料致動器組件，其可在致動狀況和非致動狀況之間轉變。組件包括具有由致動溫度和重置溫度限定的致動器材料的致動器元件。響應于被加熱至致動溫度，致動器材料當暴露于熱激勵吋，使得致動器元件從其中致動器組件處于非致動狀況的非致動形狀致動至將致動器組件轉變至致動狀況的致動形狀。當暴露于熱激勵吋，致動器材料還響應于冷卻至重置溫度，使得致動器元件從致動形狀返回至非致動形狀。在本發(fā)明的一個特別的實施例中，組件包括熱合成物。熱合成物包括由相變溫度限定的并且響應于被加熱至相變溫度使得PCM從第一狀態(tài)過渡至第二狀態(tài)的PCM材料。熱合成物還包括與PCM材料一起分布的非PCM材料，非PCM材料具有比PCM材料更高的傳導性，由此促進了導入至PCM的近端區(qū)域的熱向PCM的遠端區(qū)域的傳遞。本發(fā)明還涉及以下的技術方案。
1.一種能在致動狀況和非致動狀況之間轉變的熱激活材料組件，該組件包括
具有由致動溫度和重置溫度限定的致動器材料的致動器元件，其中致動器材料 響應于被加熱至致動溫度或以上，使得致動元件從其中致動器組件處于非致動狀況的
非致動形狀致動至將致動器組件轉變至致動狀況的致動形狀；以及
響應于冷卻至重置溫度或以下，使得致動元件從致動形狀致動回到非致動形狀； 連接到致動器元件的驅動機構；
與驅動機構相連的相變材料(PCM)，PCM由相變溫度限定并且響應于被加熱至相變溫度或以上而使得PCM從第一狀態(tài)過渡至第二狀態(tài)；
其中驅動機構配置成
使得PCM在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件直接接合并且在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件脫離；或
使得PCM在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件直接接合并且在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件脫離；以及
護套，所述護套環(huán)繞PCM的至少一部分從而當PCM處于第二狀態(tài)時容納PCM材料。
2.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中
驅動機構配置成使得PCM在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件直接接合并且在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件脫離；以及
PCM配置成使得相變溫度低于致動器元件的致動溫度并且高于在組件工作期間組件預期所處的環(huán)境溫度。
3.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中
驅動機構配置成使得PCM在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件直接接合并且在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件脫離；以及PCM相變溫度低于致動器元件的致動溫度。
4.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，PCM連接至驅動機構。
5.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，PCM是驅動機構的組整體部分。
6.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，PCM包括與PCM材料一起形成PCM熱合成物的非PCM材料，非PCM材料具有比PCM材料更高的傳導性，由此促進了導入至PCM的近端區(qū)域的熱向PCM的遠端區(qū)域的傳遞。
7.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，該組件設計為當PCM暴露于熱源時實現(xiàn)所需的熱管理特征，其中，所述熱源所處的溫度高于在組件工作期間組件預期所處的環(huán)境溫度。
8.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，驅動機構向致動狀況和非致動狀況中的一種偏置致動器組件。
9.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，PCM包括形狀記憶合金(SMA)。10.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，PCM包括形狀記憶聚合物(SMP)。
11.一種能在致動狀況和非致動狀況之間轉變的熱激活材料組件，該組件包括
具有由致動溫度和重置溫度限定的致動器材料的致動器元件，其中，致動器材料 響應于被加熱至致動溫度或以上，使得致動元件從其中致動器組件處于非致動狀況的
非致動形狀致動至響應于被加熱至致動溫度將致動器組件轉變至致動狀況的致動形狀；以及
響應于冷卻至重置溫度或以下，使得致動元件從致動形狀致動回到非致動形狀；以及布置在組件中鄰近致動器元件的相變材料(PCM)池，從而當致動器元件從致動狀況過渡至非致動狀況并且返回至致動狀況變化時，致動器元件有選擇地移動離開、進入以及回到離開與PCM池熱接觸，其中PCM池由相變溫度限定，其中響應于被加熱至相變溫度或以上，PCM池從第一狀態(tài)過渡至第二狀態(tài)。
12.如權利要求11所述的熱激活材料組件，其中
PCM配置成使得相變溫度低于致動器元件的致動溫度。
13.如權利要求11所述的熱激活材料組件，還包括環(huán)繞PCM池的至少一部分的外売。
14.如權利要求11所述的熱激活材料組件，其中PCM包括與PCM材料一起形成PCM熱合成物的非PCM材料，非PCM材料具有比PCM材料更高的傳導性，由此促進了導入至PCM池的熱傳遞。
15.如權利要求11所述的熱激活材料組件，其中，PCM包括從包括形狀記憶合金(SMA)和形狀記憶聚合物(SMP)的ー組材料中選擇出的至少ー種材料。
16.如權利要求11所述的熱激活材料組件，還包括配置并且布置在組件中以限制作用在致動器元件上的應變的止擋件。
17.一種能在致動狀況和非致動狀況之間轉變的熱激活材料組件，該組件包括
具有由致動溫度和重置溫度限定的致動器材料的致動器元件，其中
響應于被加熱至致動溫度，致動器材料使得致動器元件從其中致動器組件處于非致動狀況的非致動形狀致動至將致動器組件轉變至致動狀況的致動形狀；以及
響應于被冷卻至重置溫度，致動器材料使得致動器元件從致動形狀致動回到非致動形狀；以及
連接到致動器元件的相變材料(PCM)合成物，PCM合成物包括
由相變溫度限定的并且響應于被加熱至相變溫度使得PCM從第一狀態(tài)過渡至第二狀態(tài)的PCM材料，以及
與PCM材料一起分布的非PCM材料，非PCM材料具有比PCM材料更高的傳導性，由此促進了導入至PCM的近端區(qū)域的熱向PCM的遠端區(qū)域的傳遞。
18.如權利要求18所述的熱激活材料組件，其中，PCM配置成使得相變溫度低于致動器元件的致動溫度并且高于在組件工作期間組件預期所處的環(huán)境溫度。
19.如權利要求18所述的熱激活材料組件，還包括護套，所述護套環(huán)繞PCM的至少一部分從而當PCM處于第二狀態(tài)時容納PCM材料。
20.如權利要求18所述的熱激活材料致動器組件，其中，該組件設計為當PCM暴露于熱源時實現(xiàn)所需的熱管理特征，其中，所述熱源所處的溫度高于在組件工作期間組件預期所處的環(huán)境溫度。
本發(fā)明的其他方面將在下文中部分地表現(xiàn)出和部分地指出。


圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括相變材料元件的致動器組件的橫截面。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例的包括包含相變材料的熱合成物的致動器組件的橫截面。
圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的包括圍繞或包括相變材料的移動塊體的致動器組件在致動之前的橫截面。圖3B示出了致動后的圖3A的致動器組件的橫截面。圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的包括相變材料的移動塊體的另一致動器組件在致動之前的橫截面。圖4B示出了致動后的圖4A的致動器組件的橫截面。圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的包括相變材料池的致動器組件在致動之前的橫截面。圖5B示出了致動后的圖5A的致動器組件的橫截面。
具體實施例方式根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的具體實施例。公開的實施例僅僅是示例，其可能以多種以及可替換的形式以及其結合實施。如在此使用的，例如，"示例性的"以及類似的術語可擴大地涉及作為示例、范例、模型或圖案的實施例。附圖并不必須按比例并且ー些特征可以放大或縮小，例如以示出特殊部件的細節(jié)。在一些情況下，為了避免模糊本發(fā)明，公知的部件、系統(tǒng)、材料或方法沒有具體描述。所以，在此公開的具體的結構和功能細節(jié)不是解釋為限制，而僅僅作為權利要求的基礎以及用于教導本領域技術人員多祥地使用本發(fā)明的代表性的基礎。
I.本發(fā)明的概述在各個實施例中，本發(fā)明描述了具有諸如形狀記憶合金(SMA)致動器元件的熱敏元件，以及用于熱敏元件的熱管理的相變材料(PCM)元件的組件。盡管描述的實施例通常與SMA致動器相關，但是本發(fā)明的教導可以與具有其他熱激活活性材料的組件一起實施。在此描述的各個實施例中，PCM元件布置在組件中以永久或間歇地與SMA致動器元件熱接觸。PCM元件通過減少致動器的致動時間,減少致動器的去致動時間,和/或提供對熱活性元件的熱過載的保護而影響SMA致動器的性能。
II.熱敏元件作為示例性的熱敏元件，主要描述了形狀記憶合金(SMAs)以及形狀記憶聚合物(SMPs)。
A.形狀記憶合金SMA是在經受適當?shù)臒峒顣r展現(xiàn)返回到預先限定的形狀和/或尺寸的能力的合金。典型地，SMA用來執(zhí)行有用機械功。例如，SMA可以連接到諸如開關或要移動塊體的負載，以及連接到可操作將激活信號傳輸至SMA的啟動源。激活信號可以是，例如熱輸入、機械輸入、或結合的熱-機械輸入。
本發(fā)明的致動器組件可以在多種背景下使用。例如，致動器組件可以在汽車應用中使用，例如燃料噴射器或客艙特征(例如，座位腰椎支撐控制)。激活熱源可以是致動器組件外部的熱源，例如汽車排放系統(tǒng)、加熱/冷卻系統(tǒng)、或發(fā)動機。來自外部源的熱量可以是否則未使用的余熱或副產物熱量?；厥者@樣的余熱是產生SMA工作的有效方法，因為激活熱量不需要単獨地產生并且不浪費所使用的余熱。同樣，余熱可以以這樣的方式從源取回，使得源在過程中有利地冷卻。在一些實施例中，啟動源還可以是電カ供應，交流或直流的，以及使電流通過電阻而產生的熱能。這類的加熱被稱為焦耳加熱。電カ供應可以是，例如，使用SMA的車輛的充電系統(tǒng)。控制器(例如，計算機控制器)可以連接到熱或者電源以及SMA上以控制SMA的致動和/或SMA與PCM之間的接合的定時。SMA能夠經受相變，其中，它們的剛度、尺寸和/或形狀根據(jù)溫度而變。通常，在低溫或馬氏體相時，SMA可以偽塑性變形并且在暴露于ー些較高溫度時將轉變?yōu)閵W氏體相或 母相，返回到它們的永久形狀。在SMA元件的制造期間，奧氏體相形狀可以設定。僅在加熱時展現(xiàn)該形狀記憶效果的材料被稱為是具有單向形狀記憶。如在下文中所述的，在再次冷卻時也展現(xiàn)形狀記憶的材料被稱為是具有雙向形狀記憶性能。SMA以ー些不同的隨溫度而變的相存在。這些相中通常所利用的是如上所述的所謂馬氏體和奧氏體相。在下面的討論中，馬氏體相通常是指可變形更多的、較低溫度相，然而奧氏體相通常是指較硬的、較高溫度相。當SMA處于馬氏體相并且被加熱時，其開始變?yōu)閵W氏體相。在該現(xiàn)象開始時的溫度通常被稱為是奧氏體開始溫度(As)。在該現(xiàn)象結束時的溫度通常稱為奧氏體結束溫度(Af)。當SMA處于奧氏體相并且被冷卻時，其開始變?yōu)轳R氏體相，并且在該現(xiàn)象開始時的溫度被稱為是馬氏體開始溫度(Ms)。在奧氏體結束轉變?yōu)轳R氏體時的溫度被稱為馬氏體結束溫度(Mf)。鑒于上文，與SMA—起使用的適當激活信號是具有引起在馬氏體與奧氏體相之間轉變的幅度的熱激活信號。取決于合金成分與過程歷史，SMA可以展現(xiàn)單向形狀記憶效果、內在的雙向效果、或外在的雙向形狀記憶效果。退火的SMA典型地僅展現(xiàn)出單向形狀記憶效果。在形狀記憶材料的低溫變形之后的充分加熱將引起馬氏體-奧氏體型過渡，并且材料將恢復原始的退火形狀或永久形狀。因此，單向形狀記憶效果僅僅在加熱時觀察到。包括展現(xiàn)出單向記憶效果的SMA成分的活性材料在冷卻時不會自動地恢復成它們暫時的形狀或變形形狀，并且可能需要外部的機械カ以恢復成它們暫時的形狀。內在的和外在的雙向形狀記憶材料的特征在于在加熱時從馬氏體相向奧氏體相的形狀過渡，以及在冷卻時從奧氏體相返回至馬氏體相的附加形狀過渡。內在的雙向形狀記憶性能必須通過熱-機械處理在形狀記憶材料中產生。這樣的處理包括在馬氏體相時材料的極度變形，在約束或負載下加熱-冷卻，或例如激光退火、磨光或噴丸處理的表面改性。一旦材料已經訓練出展現(xiàn)雙向形狀記憶效果，在低和高溫狀態(tài)之間的形狀改變通常是可逆的并且在大量的熱循環(huán)內持續(xù)。相反地，展現(xiàn)出外在的雙向形狀記憶效果的活性材料是將展現(xiàn)出單向效果的SMA成分與提供恢復カ以恢復合成物的原始形狀的另一成分組合的合成物或多組分材料。當加熱時SMA恢復其永久形狀時的溫度可以通過合金的成分中的輕微改變以及通過熱處理進行調整。例如，在鎳-鈦SMA中，其可以從高于約100°C至低于約-100°C變化。形狀恢復過程在僅僅幾度的范圍內發(fā)生并且取決于所需應用以及合金成分，轉變的開始或結束可以控制在一度或兩度。SMA的機械性能在橫跨它們轉變的溫度范圍內較大程度地變化，典型地給系統(tǒng)提供形狀記憶效果、超弾性效果以及高阻尼容量。適當?shù)腟MA材料包括，但并不限于，鎳-鈦基合金，銦-鈦基合金，鎳-鋁基合金，鎳-鎵基合金，銅基合金(例如，銅-鋅合金，銅-鋁合金，銅-金，銅-鈦-鎳，以及銅-錫合金)，金-鎘基合金，銀-鎘基合金，銦-鎘基合金，猛-銅基合金，鐵-鉬基合金，鐵-鉬基合金，鐵-鈀基合金，等等。合金可以二元的，三元的，或任意更高元的，只要合金成分展現(xiàn)出形狀記憶效果，例如，尺寸，彈性模量，阻尼容量的變化，等等。在典型的使用中，當加熱高于它們的馬氏體-奧氏體相過渡溫度時，SMA展現(xiàn)出約
2.5倍的模量增加以及高達約8% (取決于預-應變的量)的尺寸變化(當處于馬氏體相時引起的偽塑性變形的恢復)。一個示例性的可商業(yè)獲得的SMA是Flexinol (Flexinol是California的Tustin的Dynalloy公司的注冊■商標)。
B.形狀記憶聚合物熱激活形狀記憶聚合物(SMPs)是展現(xiàn)出所有下列屬性的聚合物
1.它們的彈性模量在窄的過渡溫度范圍內顯著地變化(通常在約1-3個數(shù)量級之間)；
2.該溫度范圍可以通過改變聚合物的成分而調節(jié)成位于包括約0至約150°C的間隔的寬范圍內；以及
3.在高于過渡范圍的溫度時，在材料的彈性響應中存在有限的橡膠狀的平穩(wěn)狀態(tài)，其中，模量保持相當恒定。除彈性模量之外，SMP的屬性(例如水分滲透率、折射率等)在過渡溫度范圍內也展現(xiàn)出顯著的變化。由其它激勵(例如光，濕度等)激活的SMP顯示出了類似的性能，其中屬性的變化發(fā)生在具體激勵的有限的単獨的離散值的范圍內，或對應于具體激勵的有限的單獨的離散值。這些屬性是聚合物的形態(tài)結構的結果，其包含由兩種類型的交聯(lián)鍵連接的原子鏈不可逆的和可逆的。后一種類型可以通過供給充分的熱能以將聚合物溫度升高高于熱激活材料SMP的過渡范圍而被破壞。在這種情況下，聚合物中的鏈僅僅通過不可逆的交聯(lián)鍵保持在一起。從此，聚合物的弾性模量很低并且材料可以拉伸至高應變(例如，高達大約300% )。由于較少的交聯(lián)鍵，聚合物鏈在不使得可逆的交聯(lián)鍵破壞的情況下可以彼此相互移動顯著的距離以適應大的應變，并且因此沒有塑性破壞。如果在聚合物冷卻至低于過渡范圍的溫度的同時如果保持該變形，可逆的交聯(lián)鍵在它們的新位置中的聚合物鏈之間形成。交聯(lián)鍵的増加密度抑制了聚合物鏈的相對運動，并且因此增加了材料的剛性。新形成的可逆交聯(lián)鍵起到鎖定在高于過渡范圍時賦予聚合物的變形的作用。實驗顯示，聚合物可以將變形形狀保持在延長的時間(例如，高達約6個月)，只要它們在低于過渡范圍時在聚合物的彈性極限內被加載并且材料溫度不上升至或高于過渡范圍。聚合物的隨后加熱高于過渡范圍使得可逆的交聯(lián)鍵斷開，并且如果材料沒有外部負載，其恢復在較早在高于過渡范圍時引起的變形。應變恢復幾乎完成-例如，在多數(shù)情況下大約98%或以上。因此，SMP可以通過在高于過渡范圍時變形以及冷卻低于過渡范圍而賦予臨時的形狀。在沒有外部負載的情況下通過簡單地加熱聚合物高于過渡范圍，可以恢復原始形狀。取決于聚合物形態(tài)組織的性質，可以形成多種SMP。分類SMP的ー種方式是基于交聯(lián)鍵的性質。熱固性SMP中的不可逆交聯(lián)鍵是由共價鍵形成。熱塑性SMP不具有真正不可逆的交聯(lián)鍵。相反，它們具有在有限的単獨的溫度范圍內形成并且斷裂的兩種或更多種可逆的交聯(lián)鍵。聚合物在上面指定的某些方式存在的任何這些溫度范圍可以當做材料的過渡范圍。典型地，落入材料的正常工作條件的范圍的最低溫度范圍用作過渡范圍。當材料加熱高于其過渡范圍時，僅僅對應于該范圍以及所有較低范圍的交聯(lián)鍵斷裂。在較高溫度下斷裂并且形成的交聯(lián)鍵是不受影響的，并且它們在SMP的該類別中起到不可逆的交聯(lián)鍵的作用。當聚合物的溫度橫跨特征切換溫度時，屬性中的上述變化發(fā)生。當可逆的交聯(lián)鍵歸因于玻璃狀態(tài)(即，玻璃化)的形成時，特征切換溫度是該狀態(tài)的玻璃過渡溫度。當可逆的交聯(lián)鍵由于微結晶區(qū)的形成而形成時，特征切換溫度是該狀態(tài)的熔點。SMP可以展現(xiàn)對應于不同相的形成或分解的多個切換溫度。通常，最高切換溫度對應于高于設定SMP的永久形狀的溫度?；谔囟☉玫木唧w需求，任何其余(即，較低)切換溫度可以選擇用于該應用。通過將材料加熱至比聚合材料的選擇切換溫度高但比材料的下一更高切換溫度低的溫度，可以設定臨時形狀。當在處于或高于該溫度時使得材料變形至該形狀，之后通過將其冷卻至低于選擇的切換溫度同時保持該形狀以將形狀固定，將材料變形為該形狀的同時，設定臨時形狀。通過將材料加熱至選擇的切換溫度之上，材料可以恢復到永久形狀。在一些實施例中，重要的是確保當其恢復到永久形狀的同時沒有外部負載作用在材料上。例如，聚合材料的永久形狀可以使表示實質上平直形狀并且限定第一長度的線，而臨時形狀可以是限定小于第一長度的第二長度的類似的線。在另ー實施例中，材料可以表示當被激活時具有第一彈性模量并且當被去激活時具有第二模量的彈簧。永久形狀復原所需的溫度可以設定在約-63°C與約120°C或以上之間的任意溫度。設計聚合物本身的成分和結構可以允許選擇用于所需應用的特定溫度。用于形狀恢復的優(yōu)選溫度是大于或等于約-30°C，更優(yōu)選地大于或等于約0°C，并且最優(yōu)選地溫度大于或等于約50°C。同樣，用于形狀恢復的優(yōu)選溫度是小于或等于約120°C，并且最優(yōu)選地小于或等于約120°C并且大于或等于約80°C。合適的SMP包括熱塑塑料，熱固性材料，互穿網絡，半互穿網絡，或混合網絡。聚合物可以是單種聚合物或聚合物的混合物。聚合物可以是直線或具有側鏈或樹枝狀的結構成分的分支熱塑性弾性體。形成形狀記憶聚合物的合適聚合物成分包括，但不限制于，聚磷腈，多聚(こ烯醇)聚酰胺，聚酯氨化物，多聚(氨基酸)，聚酐，聚碳酸酷，聚丙烯酸酷，聚烷撐，聚丙烯酰胺，聚ニ醇，聚烷撐氧化物，聚烷撐對酞酸鹽，聚糖酷，聚こ烯醚，聚こ烯酷，聚乙烯南化物，聚酷，聚交酷，聚こニ醇，聚硅氧烷，聚氨基甲酸酷，聚醚，聚醚氨化物，聚醚酯纖維，和其共聚物。合適的聚丙烯酸酯的例子包括多聚(甲基丙烯酸甲酷)，多聚(甲基丙烯酸こ酷)，摺疊(甲基丙烯酸丁酷)，多聚(甲基丙烯酸異丁酷)，多聚(己基異丁烯酸)，多聚(異癸異丁烯酸)，多聚(甲基丙烯酸月桂酷)，多聚(苯基異丁烯酸)，多聚(丙烯酸甲酷)，多聚(異丙基丙烯酸鹽)，多聚(丙烯酸酸異丁酯)和多聚(十八基丙烯酸鹽)。其、他的合適的聚合物的例子包括聚苯こ烯，聚丙烯，聚こ烯石炭酸，聚こ烯吡咯烷酮，氯化聚丁烯，多聚(十八基こ烯醚)こ烯-こ酸こ烯共聚物，聚こ烯，多聚(環(huán)氧こ烷)-多聚(對苯ニ甲酸亞こ酷)，聚こ烯/尼龍(接枝共聚物)，聚己酸內酷-聚酰胺(塊狀共聚物)，多聚(己內酷)ニ甲基丙烯酸酷-丙烯酸正丁酷，多聚(降莰烷-多面的寡聚半硅氧烷)，聚氯こ烯，聚氨酷/ 丁ニ烯共聚物，聚氨基甲酸酯塊狀共聚物，苯こ烯-丁ニ烯-苯こ烯塊狀共聚物等等。盡管SMP可以多樣地以塊、片材、平板、柵格、桁架、纖維或泡沫形式使用，但他們需要持續(xù)動カ以維持在它們的較低模量狀態(tài)中。
III.相變材料相變材料(PCM)可以被用作潛熱儲存和釋放。PCM具有與相變相關的相對較高的轉變焓(例如，與從固體到液體相變相關的熔化潛熱)，以及能夠存儲和釋放相對較大的能 量。當材料改變其相時熱量被吸收或釋放，例如從固體至液體，液體至固體，液體至氣體，氣體至液體，以及固體至固體。最通常使用的相變是固體至液體。通常，液體-氣體相變發(fā)生相對較快并且包括相對較高的轉變焓，并且固體-固體相變發(fā)生相對較慢并且包括相對較低的轉變焓。當加熱固體至液體PCM時，例如PCM最初具有顯熱儲存(SHS)材料，并且當其吸收熱量時其溫度増加。不同于SHS材料，然而，當固體-液體PCM到達它們相變的溫度時，在保持名義上的恒溫的同時它們吸收大量的熱。固體-液體PCM將在沒有顯著的升溫的情況下繼續(xù)吸收熱量，直到全部材料變化為液相為止。其他類型的PCM展現(xiàn)出類似的屬性。當在其液相時PCM的溫度減少為低于相變溫度吋，PCM釋放其存儲的潛熱，并且如果附近的溫度低于其熔點，那么最后固化。據(jù)估計，PCM每單位體積比諸如水、磚體或巖石的一些吸熱材料存儲在約五倍以及約十四倍之間的熱量?？衫镁哂性谌我鈱挿秶嘧儨囟鹊腜CM。例如，可利用具有約_5°C與約190°C之間的相變溫度的PCM。PCM類型包括有機的PCM和無機的PCM。有機的PCM包括，例如，諸如十八碳烷的石蠟(CnH2n+2)以及脂肪酸(CH3 (CH2) 2nC00H)。無機的PCM包括，例如，鹽水合物(MnH2O)。另一類型的PCM是低共熔混合物，其是多種有機材料或有機和無機材料的結合。用于選擇PCM的變量包括熱特性(例如，每單位體積的熔解熱，比熱，導熱率/容積熱存儲率，放熱率)，運動學屬性(例如，容積的變化，相變的一致性，熔解的一致性，以及核化(自核化對比需要成核劑))，化學屬性(例如，穩(wěn)定性，分離量，相變之間完全可逆性，多個相變周期后的退化，以及腐蝕性)，以及經濟因素(例如，成本和利用率)。
IV.相變材料涂層現(xiàn)在轉向附圖，尤其是附圖1，描述了使用相變材料(PCM)的示例性的熱敏組件100。組件100包括熱敏元件102和具有限定的相變溫度的PCM104。PCM 104涂敷，環(huán)繞，和/或封裝熱敏元件102。布置組件100使得PCM104在熱敏元件102的全部或部分致動/去致動周期與熱敏元件102熱接觸。盡管本發(fā)明的教導可以用來改進其它熱敏元件102的性能，但熱敏元件主要地描述為熱敏致動器，舉例來說，更特別地作為SMA致動器元件。SMA致動器元件102的常見形狀包括線、懸臂梁、彈簧、帶、條、片材、管、纜、繩以及辮。SMA致動器元件102可以包括ー個或多個部件。例如，在一些實施例中(未示出細節(jié))，SMA致動器元件102包括單個線或例如并聯(lián)或成辮的一束線。這樣的多部件SMA致動器元件的部件可以具有相同或不同的特征，例如尺寸，形狀，以及材料。PCM 104相對于SMA致動器元件102定形狀、尺寸以及布置，以減少SMA致動器元件102的致動時間,減少SMA致動器元件102的去致動時間,和/或防止致動器組件100總體過熱或SMA致動器元件102過熱，尤其如以下描述的更多細節(jié)。PCM 104包括設定尺寸，形狀以及布置在組件100中的第一表面104b以與SMA致動器元件102的表面102a接觸。在各種實施例中，PCM 104設定尺寸，形狀，以及布置為與SMA致動器元件102的表面102a永久地或斷續(xù)地接合。接觸可以被稱為是兩個元件102，104之間的熱耦合。在圖I所示的實施例中，PCM 104的第二表面104a暴露于周圍環(huán)境108 (例如，空氣)。當其溫度到達相變溫度時，采用涂層、護套、圓筒等形式的PCM部件104改變相位。 雖然固體-固體以及液體-氣體的相變也可以被用作能夠熱存儲/釋放的PCM，但是最普通的PCM應用使用固體-液體相變。照這樣，為了便于說明,在此使用的固體-液體PCM的術語包括固相、液相、熔點、熔化和凍結，分別替代了轉變前相、轉變后相、相變溫度、前向轉變和反向轉變。然而，應當理解本發(fā)明適于其他類型的PCM。PCM 104可以被選擇且/或PCM材料的成分可以被定制以獲得所需特征。例如，可以選擇具有選擇的相變溫度的PCM 104。用于選擇相變溫度的變量包括熱敏SMA致動器元件102的致動溫度。例如，PCM 104的熔化或蒸發(fā)溫度可以表示為SMA致動器元件102的相變溫度的百分比。在一個實施例中，選擇了 PCM 104和SMA致動器元件102，從而PCM 104具有在SMA致動器元件102的激活溫度的約110%與約125%之間的相變溫度。如在下文中更詳細地描述的，PCM 104可以選擇或使適合具有低于激活溫度、處于激活溫度或高于激活溫度的相變溫度，以促進PCM 104與SMA致動器元件102之間的對應有益熱傳遞特征。例如，取決于在致動周期期間或之間PCM以及SMA致動器元件的相對溫度，PCM 104從SMA致動器元件102吸收熱量或釋放熱量至SMA致動器元件102。PCM 104吸收和釋放熱量的速率至少部分地取決于PCM 104的熔化焓，又名熔化潛熱，熔化潛熱，或熔化的焓變，其通常表示為AHfus。用于材料的熔化的標準(或摩爾)焓是一摩爾材料改變狀態(tài)時吸收或者析出的熱能的量，例如從固體到液體或反之亦然。在一個實施例中，PCM 104具有在約100焦耳/克(J/g)與約300J/g之間的熔化焓，例如，是具有至少ー些石蠟的情況，然而具有寬范圍的其它熔化焓的PCM可以被用在本發(fā)明的組件和方法中。如還在下文中描述的，PCM 104在一些實施例中用作用于預熱SMA致動器元件102的緊湊熱儲存元件以減少用于SMA致動器元件102的致動時間和/或減少動作時間的環(huán)境相關性。在一些特別的實施例中，SMA致動器元件通過PCM 104預熱，其繼而由諸如副產品的供給的外部熱源或來自致動器外部的系統(tǒng)(例如，使用致動器組件100的汽車的發(fā)動機或加熱/冷卻系統(tǒng))的余熱加熱。在一些實施例中，如圖I所示，PCM 104至少部分地由護套106圍繞。當PCM 104在部分地或完全地熔化狀態(tài)時，PCM護套106保持PCM 104。護套106材料可以選擇為具有大于PCM 104的傳熱速率，并且在一些特別的實施例中，大于PCM 104的導熱率的約150%與約200%之間，從而利于在容納PCM104的同時熱能從PCM 104排出。護套106可以包括任意多種材料以及材料的組合。在一些實施例中，護套106由銅(例如，銅合金)或鋁(例如，鋁合金)形成，其分別呈現(xiàn)出約400瓦特每開爾文每米(W/mK)以及250W/mK的導熱率。在一些實施例中，護套106具有低于PCM 104的導熱率，并且從而通過防止熱量穿過對應的界面離開PCM而展現(xiàn)出隔熱屬性。護套106可以相對于PCM 104設定尺寸，形狀以及布置從而在組件100在所需的方式工作期間在PCM 104與周圍環(huán)境108之間傳遞熱量。護套106可以具有多種尺寸和形狀，在一些實施例中，護套106具有對應于SMA致動器元件102的形狀的形狀。在一些實施例中，護套106是可拉伸的以在組件100的工作循環(huán)中適應PCM 104的膨脹和收縮。在圖I所示的實施例中，PCM 104設定尺寸，形狀以及在其它方面配置成使得SMA致動器元件102的更遠離PCM 104的部分104d有效地作為護套，保持PCM 104的更近端部分104p。在該實施例中，只要遠端部分104d不熔化，任何熔化或汽化的PCM由遠端部分104d封裝。在一些實施例中，配置組件100從而在PCM 104的端部(未示出細節(jié))的PCM104的近端區(qū)域104p未完全熔化，從而熔化的PCM不排出端部。在一些特別的實施例中， PCM 104的ー個或多個端部熱接地，其將PCM 104的端部(例如，近端和遠端)保持在較低溫度，同時PCM 104的非端部的近端部分的溫度増加，并且因此防止它們熔化。在一個特別的實施例中，PCM 104的ー個或多個端部配備有端帽(未示出)以避免從熔化的PCM芯的滲漏。組件100可以配置為使得SMA致動器元件102在PCM的更遠端部分104d變?yōu)橐后w或氣體相位之前將完全致動。為了將PCM 104與SMA致動器元件102之間的能量傳遞最大化，兩個元件之間的面-面接觸應當最大化。在一個實施例中，組件100通過在PCM處于完全或至少部分液相的同時將SMA致動器元件102牽拉通過PCM而形成。在另ー實施例中，組件100通過圍繞SMA致動器元件102制模或收縮包裹PCM104而形成。在一個設想的實施例中，在組件的形成期間和/或工作期間，中間材料(未示出)引入在PCM 104與SMA致動器元件102之間。例如，在一個實施例中，例如熱油脂的熱傳遞界面可以引入在兩個之間。在本發(fā)明的ー個方面中(未示出)，組件100或包括組件100的系統(tǒng)配置為使得流體(例如，空氣，另ー氣體，或液體)連續(xù)地或有選擇地與PCM104的外表面104a接合。在一些實施例中，流體熱連接至可操作地加熱和/或冷卻流體的源，并且由此PCM 104逼近目標溫度。即，當PCM 104被加熱時，SMA致動器元件102由較暖和的PCM 104加熱。為了減少元件102的致動時間，PCM 104可以用于預熱SMA致動器元件102。例如，在致動器由啟動源(未示出)加熱之前，PCM 104(并且從而SMA致動器元件102)可以加熱至大于周圍溫度并且低于SMA致動器102的重置溫度的溫度。在該例子中，SMA致動器元件102的溫度于是將只須從流體的溫度増加至致動溫度。減少致動時間的該過程可以被稱為是預熱，或起動SMA致動器元件102，并且根據(jù)以下多種具體實施方式
情況進一歩地描述細節(jié)。相反地，流體可以冷卻PCM 104，并且由此冷卻SMA致動器元件。例如，在SMA致動器元件102致動后，相對較冷卻的PCM 104可以幫助將SMA致動器元件102的溫度變得低
于其致動溫度。
在一個實施例中(未示出)，PCM布置在SMA致動器元件102的內部區(qū)域中，并且在一個實施例中，PCM布置在SMA致動器元件內部以及圍繞SMA致動器元件102。在任ー這些實施例中，如上所述的加熱和/或冷卻流體可以與內部和外部PCM連續(xù)地或選擇性地接觸。
V.PCM熱合成物與SMA致動器元件102結合使用的PCM可以是熱合成物的一部分。熱合成物是PCM與非PCM的結合，通常是固體結構。在一個例子中，PCM包括作為固體結構的銅或硅絲網，沉浸在作為PCM的石蠟中。產生這樣的合成物，或混合材料以具有特殊的材料性質。純PCM 104與PCM熱合成物的一個特征是導熱率。無論什么PCM材料，通過增加高傳導的非PCM,導熱率増加。對于PCM預計在熔化狀態(tài)中流動的實施例，非PCM必須是多孔的，例如以絲網的形式，以允許流動。圖2示出了致動器組件200，包括SMA致動器元件102和PCM熱合成物204。PCM熱合成物204包括散布或注入在非PCM 212內或周圍的PCM210。在一些實施例中，非PCM212形成框架，例如PCM 210分布在其中的三維基體或柵格。非PCM 212可以具有任意的各種各樣的形狀和尺寸。例如，在一個實施例中，非PCM 212由提供矩形(例如，正方形)橫截面的互連箱體形成。在一個實施例中，非PCM212的ー些或全部部件(例如，邊或側面)是曲線的。在一個實施例中(未示出)，PCM熱合成物204包括貫穿PCM分布的非PCM小珠。在一個設想的實施例中(也未示出)，熱合成物204包括貫穿非PCM分布的PCM小珠。這些的實施例小珠可以具有任意的各種各樣的形狀，包括球形、小室和長條形。每個這些實施例的非PCM 212利于熱能從SMA致動器元件102分配至PCM熱合成物204的更遠端區(qū)域204d以增加從SMA致動器元件102的熱吸收。當PCM具有差的熱擴散率時，這尤其有用。當SMA致動器元件102首先加熱時，在組件200的工作期間，與SMA致動器元件102接觸或更接近SMA致動器元件102的PCM熱合成物204的更近端區(qū)域204p在遠端區(qū)域204d之前吸收熱能，并且因此近端區(qū)域204p將首先加熱，并且首先改變相位。由非PCM部分促進的熱量的更均勻分布改進了熱合成物的熱存儲/釋放性能。非PCM 212，除保持PCM 104之外，可以起到給予熱合成物204的完整性的功能。完整性可以幫助熱合成物204的工作，例如，通過利于切開，結合，以及以其他方式工作。在不背離本發(fā)明的范圍的情況下根據(jù)各種特征可以選擇用于形成熱合成物204的材料。示例性的特性包括傳導率、利用率、成本、剪切以及以其它方式工作的能力。如以上提供的，示例性的非PCM 214是銅并且石蠟是示例性的PCM。石蠟作為PCM是有利的，因為其具有相對高的相變溫度-取決于石蠟的等級，約40-50°C，但具有相對低的導熱率。單獨使用石蠟可以導致小于所需的效率水平，但增加相對傳導的非PCM改進了能量傳遞，使得熱傳遞在貫穿PCM熱合成物204中更迅速地并且更均勻地發(fā)生。 在一些實施例中，組件200包括護套206，其可以具有與圖I所示的組件100結合在上文描述的護套106相同或類似的特征。在一些實施例中(未示出)，組件200不包括護套 206。SMA致動器元件102呈現(xiàn)出由包括加熱，致動，冷卻，以及去致動周期的循環(huán)限定的頻帶寬度。PCM 104和PCM熱合成物204在各種實施例中可操作以減少冷卻周期和/或致動周期，和/或可以保護SMA致動器元件102免受熱損傷。
VI.移動PCM塊體圖3A示出了具有SMA致動器元件102和ー個或多個PCM移動塊體304或PCM貯存器的組件300。該實施例的PCM 304可以具有關于圖I和2在上文所述的PCM 104,204的特征。例如，在一些實施例中，PCM 304是熱合成物，以及在一些實施例中，至少部分地由護套306覆蓋。在具有護套306的實施例中，護套306可以具有與圖I所示的組件100結合在上文描述的護套106相同或類似的特征。
在本發(fā)明的一些實施例中，移動塊體304主要或全部由PCM制成，例如固體-固體PCM0在一些實施例中，移動塊體包括在固體外殼306 (例如，銅套)內的PCM，例如銅套中的石蠟的，PCM例如為固體-液體PCM或液體-氣體PCM。當組件300在非致動與致動狀態(tài)之間循環(huán)時，組件300配置成使得PCM 304和SMA致動器元件102自主地并且有選擇地彼此結合與脫離。為此，在一些實施例中，組件300還包括驅動機構320。驅動機構320與PCM 304相連(例如，連接)并且可操作以使得PCM304移位至與SMA致動器元件102接觸的點上。驅動機構320優(yōu)選地配置成在沒有將過度的應カ負載施加至SMA致動器元件102的情況下引起這樣的接觸。預計PCM 304可以連接到驅動機構320或集成到驅動機構320上，例如通過形成在其內部或否則作為其一部分，例如在圖3所示的驅動機構320的雙線之間。在一個實施例中，驅動機構320包括ー個或多個弓形結構322，例如弓形彈簧，或其他類型的彈簧。在一個特別的實施例中，驅動機構320配置并布置在組件300中以被SMA致動器元件102本身驅動。S卩，當SMA致動器元件102以致動以及去致動的方式移動以做功(例如，移動開關或其他重量W，關閉/打開閥，按壓/去按壓(cbpress)按鈕，等)時，由于其與致動器元件102的連接，機構300以對應的方式移動。例如，當SMA致動器元件102從如圖3A所示的其非致動狀態(tài)向圖3B所示的其致動狀態(tài)致動時，驅動機構320從圖3A所示的開始位置向圖3B所示的結果位置移動。如圖3A和3B所示，當致動器元件102致動時，驅動機構320配置并布置在致動器組件300中從而PCM 304從與SMA致動器元件102相接合處移動開。該實施例用來在致動點之前和/或在致動點時提供SMA致動器元件102與PCM 304之間的有利熱傳遞。例如，如在下文中的第一種情況示例中進ー步描述的，該組件300的布置可用于在致動之前預熱SMA致動器元件。PCM 304被致使處于高于周圍環(huán)境108的溫度的溫度。當PCM 304與SMA致動器元件102接觸時，能量從PCM 304傳遞至致動器元件102，并且致動器元件102作為結果。PCM 304可以以各種方式加熱，包括來自SMA致動器元件102的致動熱和/或來自外部熱源。如上所述，外部熱源可以是專用的源或具有來自另一系統(tǒng)的副產物熱量的流體的涓流，另一系統(tǒng)例如是使用致動器組件300的汽車的發(fā)動機或冷卻系統(tǒng)。替代了從較低環(huán)境溫度至致動溫度，被加熱至高于環(huán)境溫度的升高溫度的SMA致動器元件102然后將僅需從升高溫度加熱至致動溫度。如圖3B所示，一旦致動，PCM 304就移動離開與SMA致動器元件102的接觸，由此更好地允許致動器元件102冷卻并且不増加去致動時間。當冷卻并且返回到其非致動狀態(tài)吋，SMA致動器元件102準備好用于下一次致動，并且驅動機構320使得PCM 304與SMA致動器元件102重新接合。在一些實施例中，組件300布置為使得在圖3A所示的非致動狀態(tài)PCM 304壓至與SMA致動器元件102接觸以將兩者之間的接觸面積最大化，以用于最大熱傳遞。例如，驅動機構320，PCM 304，以及致動器元件102可以布置為使得當致動器元件102處于其非致動狀態(tài)時，驅動機構320施加偏置力使得PCM 304不是僅僅與致動器元件102接觸，而是壓靠在其上。在一些實施例中，驅動機構320向圖3A所示的非致動位置和圖3B所示的致動位置中的ー個或兩個提供偏置力。以這種方式，驅動機構320分別協(xié)助SMA致動器元件102從其致動狀態(tài)過渡至非致動狀態(tài)或從非致動狀態(tài)過渡至致動狀態(tài)。以這樣的方式，驅動機構320可以限制致動器元件102產生致動或去致動需要的力的量。其他的優(yōu)點可以包括致動器元件的較長壽命，組件300的増加的負載移動能力，以及較快的致動和/或去致動時間。圖4A示出了具有SMA致動器元件102和PCM404的組件400。該實施例的PCM 404可以具有與圖I和圖2結合在上文描述的PCM 104，204的特征。例如，在一些實施例中，PCM 404是熱合成物(例如，PCM/非PCM基體)，以及在一些實施例中至少部分地由護套406覆蓋，該護套406可以與圖I所示的組件100結合在上文描述的護套106相同或類似。當組件400在致動與非致動狀態(tài)之間循環(huán)時，組件400配置成使得PCM 404和SMA致動器元件102自主地并且有選擇地彼此接合與脫離。為此，在一些實施例中，組件400還包括驅動機構410。驅動機構410與PCM 404相連(例如，連接)并且可操作以使得PCM400移位至與SMA致動器元件102接觸的點。驅動機構410優(yōu)選地配置成在沒有將過多的應カ負載施加至SMA致動器元件102的情況下引起這樣的接觸?？稍O想的是，PCM 404可以集成至驅動機構410或連接到其上。在一個實施例中，驅動機構410包括ー個或多個弓形結構412，例如弓形彈簧，或其它類型的彈簧。在一個實施例中，驅動機構410配置并布置在組件400中以被SMA致動器元件102本身驅動。S卩，當SMA致動器元件102以致動和去致動以做功的方式移動時，由于其與致動器元件102的連接，機構400以對應的方式移動。例如，當SMA致動器元件102從如圖4A所示的非致動狀態(tài)向圖4B所示的致動狀態(tài)致動時,驅動機構410從圖4A所示的開始位置向圖4B所示的結果位置移動。如圖4A和4B所示，當致動器元件102致動時，驅動機構410配置并布置在致動器組件400中從而PCM 404朝向與SMA致動器元件102相接合移動。該實施例用來提供在致動點時和/或致動點之后的SMA致動器元件102與PCM 404之間的有利的熱傳遞。例如，如在以下的第二情況示例中進ー步描述的，通過使用PCM 404作為吸熱設備，組件400可用于減少去致動時間。PCM 404被致使處于低于SMA致動器元件102的致動溫度的溫度。當PCM 404與SMA致動器元件102接觸時，能量從SMA致動器元件102傳遞至PCM 404,并且致動器元件102的冷卻速率因此增加。當PCM塊體404接觸SMA線而不是當SMA線通過對流和/或輻射損失熱量至周圍環(huán)境時，冷卻速率較高，因為當良好的熱接觸維持在固體-固體界面時固體-固體傳熱系數(shù)大于自然的或強制的固體-流體傳熱系數(shù)。通過提供具有高熱吸收容量的低溫接收器，PCM元件404允許大量的熱從線移除。在去致動時，PCM 404離開與SMA致動器元件102的接觸從而通過保持元件102的溫度下降而不增加致動時間。
在一些實施例中，當在圖4B所示的致動狀態(tài)時，組件400布置為使得PCM 404受壓與SMA致動器元件102接觸從而將接觸面積最大化和/或獲得良好的熱接觸，由此將兩者之間的熱傳遞最大化。例如，驅動機構410，PCM 404，以及致動器元件102可以布置為使得當致動器元件102處于其致動狀態(tài)時，驅動機構410施加偏置力使得PCM 404壓靠在SMA致動器元件102上。在一些實施例中，驅動機構410向圖4A所示的非致動位置和圖4B所示的致動位置中的一個或兩個供應偏置力。以這種方式，驅動機構410協(xié)助SMA致動器元件102分別從其致動狀態(tài)過渡至其非致動狀態(tài)或從非致動狀態(tài)過渡至其致動狀態(tài)。以這樣的方式，驅動機構410可以限制致動器元件102產生致動或去致動需要的力的量。其他的優(yōu)點可以包括致動器元件的較長壽命，組件400的増加的負載移動能力，以及較快的致動和/或去致動時間。
VII.PCM 池
圖5A/B示出了根據(jù)另ー實施例的組件500，如同圖3A/B和圖4A/B的實施例那樣，在致動循環(huán)期間，組件500配置成使得熱致動元件102有選擇地接觸PCM 504。在該實施例中，PCM 504以池或儲存器的形式由池護套或外殼506保持。將會理解，圖5A/B的組件500與圖3A/B的組件300更接近，因為其中每個都配置成使得熱致動元件102 (例如，SMA線)在致動元件102致動時移動離開與PCM 304/504的熱接觸，并且當致動元件去致動時，返回與PCM304/504接觸。在一個設想的實施例中，PCM池504是包括非PCM材料的熱合成物，例如非PCM材料的小珠，以影響池504的熱和/或動態(tài)特性。如上所述，ー些熱致動的SMA材料顯示出顯著的雙向形狀記憶效應，即，不僅加熱高于特征溫度(As)時收縮，而且在冷卻低于較低特征溫度(Ms)時它們也自發(fā)地伸長。因此，材料看起來像不僅"記憶"其高溫配置，而且"記憶"在ー個或多個較低溫度時的配置，并且尤其在參考環(huán)境溫度(Tref)時的其長度。對于ー些實施例，其中致動器元件102用作抵抗外部負載W(例如，如圖5A/B所示提升自重)做功，組件500包括硬止擋件530。雖然在各種實施例中組件500包括各種型式的硬止擋件，在圖5A/B的實施例中，硬止擋件530連接到致動器元件102上。該實施例中硬止擋件配置且連接到致動器元件102從而接觸池外殼506(見圖5B)或其他的結構以阻止止擋件530的運動，并且從而輔加地拉動致動器元件102。在包括硬止擋件530的該以及其它實施例中，止擋件530可用于防止當其處于其較軟的馬氏體相時，外部負載W超過規(guī)定應變極限猛拉(strain)致動器102。無論組件500是否包括止擋件530，組件500可以在致動器元件102與負載W之間包括一定長度的材料，例如可以包括致動器材料或非致動器材料。工作中，如圖5A所示，致動器元件102在去致動時變得松弛，并且由此部分地或完全地浸入到PCM池504中，被部分地或完全地熔化。在一些實施例中，PCM池504存儲來自熱源的熱量，例如如上所述的其它實施例的那些(例如，來自電阻加熱器的涓流電流，來自汽車排氣或冷卻劑的廢熱，等等)。在這些實施例中，PCM池504可以保持在Tref與Mf sQ之間的預熱溫度
Tpreheat °通過減少致動激勵(例如，用于電阻加熱的SM的電流)致動加熱致動器元件102需要的溫度范圍，預熱致動器元件102幫助減少致動時間。如圖5A至圖5B所示，當致動器元件102致動時，相變引起的收縮開始引起致動器元件102中的松弛部分的拉緊。在松弛部分已經拉緊后，致動器元件102抵抗外部負載W做功，例如通過提升自重負載。在一些實施例中，組件500配置成使得一旦松弛部分完全地繃緊致動器元件102就不再與PCM池504熱接觸。用這種方式，被加熱的致動器元件102不供給不需要的熱量(例如，過熱)至PCM池504。同樣，當其處于其致動狀態(tài)以補償至池504中的PCM的熱量損失時，致動器元件102不需要附加的激勵，例如額外電流。當SMA去致動時，通過將其冷卻至低于特征溫度，其經受從圖5B向圖5A所示的布置進行的產生較低模量相位的反向相變。對于負載W包括自重或拉緊致動器元件102的其他負載的實施例，負載W拉伸致動器元件102直到硬止擋件530開始生效以限制外部負載可以作用在致動器元件102上的應變。進ー步冷卻，在硬止擋件530開始生效后，使得線松弛，直到其到達在如圖5A所示的參考溫度T_ref的其初始配置為止。這完成了致動循環(huán)。在一些實施例中，使用了密封件與非SMA連接器元件(未示出)，從而避免了由于致動器元件102的重復收縮與伸長導致的PCM從PCM儲存器中無意運送出。非SMA連接器元件還可以幫助限制與PCM池接觸的致動器元件102保持在護套506之內，由此避免PCM材料經由攜帶等從護套運送出。圖5A/B的組件500的工作與優(yōu)點在其它方面與結合圖3A/B的組件300在上文描述的那些相同。
VIII.熱傳遞情況如上所述，取決于PCM與SMA致動器元件的相對溫度，PCM可以從SMA致動器元件102吸收熱量或釋放熱量至SMA致動器元件102。以下是描述的示例性情況,其中PCM相對于SMA致動器元件102的致動溫度具有多種相變溫度(例如，熔點)。PCM的選擇影響改進了致動循環(huán)的哪一部分或哪些部分，有時以循環(huán)的互補部分上的稍微降低的性能為代價。例如，選擇的PCM大大地減少了 SMA致動器元件102去致動所花費的時間的布置可能對致動時間沒有影響，或甚至稍稍的増加致動時間。類似地，選擇的PCM減少了 SMA致動器元件102致動所花費的時間的布置可能對去致動時間沒有影響或增加去致動時間。在ー些布置中，選擇的PCM可以利于致動時間和去致動時間均減少，但這些減少將通常不會與其中組件布置為獲得低得多的致動或去致動時間的本發(fā)明實施例中可獲得的一樣大。
A.第一熱傳遞情況在第一示例性情況中，為了減少致動時間，PCM暴露于預熱源，例如外部流體，并且選擇PCM以具有相對接近于參考環(huán)境溫度(TMf)的相變溫度。在一個實施例中，范圍可以表示為T,ef彡MP < Mf smin，其中MP(熔點)是PCM經受負責其熱存儲/釋放功能的相變時的溫度，Mf Smin是通過SMA奧氏體向熱馬氏體轉變完成時并且其返回到其Smin的初始應力水平的溫度(馬氏體結束)。MP越接近TMf，在低環(huán)境溫度(T_0 min < Tref，其中T_0是環(huán)境溫度)下系統(tǒng)的響應越接近其在!;的響應。這產生了其熱響應對環(huán)境溫度中的變化較不敏感的系統(tǒng)。MP越接近Mf Smin，與沒有PCM的基準系統(tǒng)相比致動時間的減少越大，但這些是以較高的去致動時間為代價的。在至少ー些實施例中，預熱溫度優(yōu)選小于Mf Smin以確保在冷卻時完成回到馬氏體的轉變。、
如在此進ー步描述的，外部流體可以是例如來自在致動器組件之外的發(fā)動機或加熱/冷卻系統(tǒng)的副產物熱量的涓流電流。通過暴露在外部流體中，PCM到達并且可以至少一段時間內保持全部或部分地在其液體相位，并且在SMA致動器元件102的致動之前將SMA致動器元件102保持在PCM的MP或之上。如所提供的，盡管固體-固體以及液體-氣體的相變還可以被用作能夠熱存儲/釋放的PCM，但最普通的PCM應用是使用固體-液體相變。照這樣，為了便于說明，在此使用的固體-液體PCM的術語包括固相、液相、熔點、熔化和凍結，分別替代了轉變前相、轉變后相、相變溫度、前向轉變和反向轉變。然而，應當理解本發(fā)明適于其他類型的PCM。當環(huán)境溫度(T_0)低于PCM的MP時，由PCM預熱的SMA致動器元件102在致動之前比如果致動器處于T_0時更接近其致動溫度。因此，當致動激勵(例如，電阻加熱SMA的電流)提供至SMA致動器元件102吋，SMA致動器元件102的溫度只須從預熱溫度増加至其致動溫度，而不是從較低的環(huán)境溫度，由此在激勵水平未改變時減少了致動時間，或者在保留致動時間不改變的同時減少了實現(xiàn)致動所需的激勵水平。 在一些實施例中，第一種情況是采用諸如與圖I和圖2結合在上文描述的組件100或200的組件實施。在其他的實施例中，第一種情況是采用如關于圖3A/B或圖5A/B描述的組件300實施。如上所述關于圖3A/B的組件300，驅動機構320配置并布置在致動器組件300中從而在致動器元件102致動時PCM儲存器304從與SMA致動器元件102直接熱接觸處移動開。PCM儲存器304可以包括中空銅塊并且PCM充填大部分中空芯。只要儲存器溫度大于SMA的吋，該實施例用來提供在SMA致動器元件102與PCM儲存器304之間的有利熱傳遞。通過從外部源(未示出)接收熱量并且將其存儲，使得PCM 304處于高于周圍環(huán)境的溫度的溫度。在一些實施例中，PCM的MP位于Tref與Mf Smin之間。將會理解使用圖5A/B的組件500可以獲得類似的工作和優(yōu)點。在一些實施例中，為了使用由PCM提供的較高能量存儲容量，對于PCM而言重要的是在其熱傳遞至SMA致動器時處于熔化狀態(tài)。用這種方法，與PCM儲存器接觸起到預熱SMA的作用，由此減少了在給定的時間間隔將其致動需要的加熱電流或對于給定的致動電流將其致動需要的時間。使用圖3A/B與圖5A/B所示的組件比圖I和2所示的優(yōu)點是，對于前者，PCM在其致動后不停留在與SMA的熱接觸。因此，PCM不通過完全致動的SMA得到加熱，該完全致動的SMA處于高于Af的溫度，并且因此，高于PCM的MP。這消除在多個連續(xù)的循環(huán)中PCM的溫度向上偏移。這對于SMA需要在其工作循環(huán)的顯著部分保持致動時尤為重要。此外，當致動器去致動時，PCM儲存器不返回與SMA熱接觸，直到SMA恢復大部分(或全部)其原始長度為止。因此，對于圖3A/B和圖5A/B所示的組件，由于預熱PCM儲存器的存在引起的冷卻時間的増加比圖1-2的更少。因此，盡管圖3A/B和圖5A/B所示的組件比圖1-2的更復雜，但它們對SMA致動器的熱響應提供更好的控制。
B.第二熱傳遞情況在第二種情況中，PCM被用作吸熱元件或吸熱設備，以減少致動之后SMA致動器元件102的去致動或冷卻時間。減少去致動時間具有包括減少總體循環(huán)時間的優(yōu)點,全部循環(huán)時間為-用于致動器致動，以及去致動從而為隨后的致動作好準備的時間。因為在大多數(shù)致動器布置中循環(huán)時間由循環(huán)的冷卻部分主導，其在一些情況中在約25-60秒之間和/或占循環(huán)時間的約90%。與SMA致動器元件102僅暴露于周圍環(huán)境中的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，如上所述的實施例的PCM可操作將冷卻速率加速至少約25%，并且最優(yōu)選地為至少約80%。對于該情況，PCM選擇為具有相變溫度，該相變溫度為選擇作為第一熱傳遞情況的PCM的如上所述的范圍的擴展集(superset,或超集)。具體地,建議的范圍是MP < Mf—Smin。如果做出規(guī)定通過外部手段將它們冷卻至低于它們的MP，可以有利地使用MPs低于T,ef的PCM，尤其是它們不用于冷卻SMA致動器時。如上關于圖4A和4B的組件400所述的,例如,組件400包括SMA致動器元件102和PCM儲存器404，其布置成使得當組件400在致動與非致動狀態(tài)之間循環(huán)時PCM儲存器404和SMA致動器元件102自主地和有選擇地彼此接合和脫離。因為這樣，在一些實施例中組件400還包括驅動機構410。PCM儲存器404可以包括中空銅塊并且PCM充填大部分中空芯。當SMA致動器處于其去致動狀態(tài)吋，PCM儲存器不直接與SMA熱接觸。致動器元件102致動時，驅動機構410 配置并布置在致動器組件400中使得PCM儲存器404移動至與SMA致動器元件102直接熱接觸。當PCM儲存器404與SMA致動器進入直接熱接觸吋，其通過迅速地從致動器吸取熱量而開始冷卻SMA致動器。儲存器通過處于低于SMA的致動溫度的溫度并且通過使用固體至固體傳熱系數(shù)(SMA線至銅塊)高于固體至空氣氣體傳遞系數(shù)(例如，SMA線至空氣)的事實而實現(xiàn)此，由此產生了較高的傳遞速率，甚至當溫差比SMA線直接損失熱量至空氣時更低的時候也是如此。在本發(fā)明的某些實施例中，固體移動塊體由充填有PCM的中空固體塊體替代，由干與PCM中相變相關的高熱量存儲容量，這大大地増加了每單位質量的吸熱容量。在去致動時，PCM 404移動離開與SMA致動器元件102的接觸從而通過保持元件102的溫度下降而不增加致動時間。
B.第三熱傳遞情況在第三種情況中，PCM被用作熱熔絲以減少SMA致動器元件102過熱的可能性。舉例來說，SMA致動器元件102具有約75°C的致動溫度(Af s_)，并且在損壞之前可以容忍高達約100°C的溫度(Tmax)，例如通過形狀記憶性能的損失/退化、破裂等等。減少致動時間的ー個方式是在不超過Tmax的情況下施加更多的熱量到SMA致動器元件102上。例如，SMA致動器元件102可以僅瞬時地引入一定幅度的激勵(例如電阻加熱的SMA致動器中的加熱電流)，如果連續(xù)地施加，該幅度可以在線中獲得超過其致動溫度的穩(wěn)態(tài)溫度。該激勵的高幅度施加短時間段，從而SMA致動器元件102更迅速地到達致動溫度。一旦SMA線溫度充分接近其致動溫度，激勵幅度減少為維持線中的致動溫度所需的幅度。在這樣的情況下，在如上所述的激勵的調節(jié)不足以保持SMA溫度在規(guī)定極限內的情況下，通過防止其溫度超過Tmax對保護SMA是有用的。通過保持SMA與MP下降的PCM熱接觸可以獲得此，例如，在這樣的范圍內=Af sniax < MP < T_。在正常工作期間，即，當完全致動的SMA的溫度停留在Af _Smax處或其附近，PCM保持在其凍結狀態(tài)中。如果保護性PCM材料涂覆在SMA致動器上，例如如圖I和2所示，致動SMA所需的熱量由電阻加熱有利地提供。在這種情況下，SMA線中電阻地產生的熱量部分地傳導至PCM涂層上，這將產生PCM的一些可感加熱。
只要SMA致動器溫度停留在低于PCM的MP，PCM吸收相對少量的熱量。然而，如果SMA線溫度等于或超過PCM的MP，PCM在大致恒溫(即PCM的MP)下，吸收相對大量的熱量。因此，在沒有使得SMA溫度超過PCM的MP的情況下，PCM起到可以吸收相對大量熱量的熱熔絲的作用，該PCM的MP選擇小于Tmax。當SMA致動器元件溫度降到MP之下吋，PCM再次凍結。PCM涂涂層可以提供對單個熱過載事件(例如，圖1，其中在其使用后涂層熔化)或多個這樣的事件(例如，圖2，其中護套206容納熔化的PCM并且防止其漏泄)的保護。典型地，像在這里描述ー樣，用于熱管理應用的PCM趨于具有高的熱擴散率。因此，對于由PCM制成的厚的涂層/護套，通過增加有效傳熱面積，涂層/護套可以提高來自SMA元件的熱損失。這將減少冷卻時間，盡管是以增加加熱時間作為代價。然而，電阻加熱幾乎是絕熱的，因此由于有效傳熱面積的增加導致的加熱時間的增加是可以忽略的，而冷卻時間的減少可以是顯著的，由此允許PCM涂層/護套在循環(huán)次數(shù)上產生明顯的減少，同時提供熱過載保護。
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因此，本發(fā)明的優(yōu)點包括，除通過經由導熱率涂層有效地增加傳熱面積而減少冷卻時間的能力之外，并且由于它們的高的熱擴散率，通過使用作為熱熔絲的PCM涂層減少了循環(huán)次數(shù)。在一些實施例中，PCM需要高的熱擴散率以確保任何被吸收的熱量傳遍PCM本體，并且不局限在ー些區(qū)域。用這種方法，將PCM的每單位質量的熱吸收最大化。在一些實施例中，第三種情況是采用諸如與圖I和圖2結合在上文描述的組件100或200的組件實施。在其他的實施例中，第三種情況是采用如關于圖4A和4B描述那樣的組件400實施。
IX.附加的使用可設想的是，相變材料可代替其他的熱控制元件使用，例如吸熱設備，以獲得以上在此描述的受控熱傳遞的各種優(yōu)點。例如，關于美國專利申請No. 12/792，120(' 120申請)，相變材料可以取代該申請中與圖la，lb,以及Ic結合描述的熱元件14a，b使用。作為另一例子，相變材料可以取代與'120申請的圖2和圖4-7中每個結合描述的熱元件14使用。作為另ー個例子，相變材料可以取代與120申請的圖8結合描述的熱元件38使用。如上所述，本申請要求'120申請的延優(yōu)先權并且是'120申請的部分延續(xù)。
X.結論上述實施例僅僅是為了清楚理解本發(fā)明的原理所述的實施方式的示例性解釋。在不背離權利要求的范圍的情況下，可以對上述實施例做出變化、修改以及組合。在此的所有這樣的變化、修改以及組合都包含在本申請的范圍以及所附權利要求中。
權利要求
1.一種能在致動狀況和非致動狀況之間轉變的熱激活材料組件，該組件包括 具有由致動溫度和重置溫度限定的致動器材料的致動器元件，其中致動器材料 響應于被加熱至致動溫度或以上，使得致動元件從其中致動器組件處于非致動狀況的非致動形狀致動至將致動器組件轉變至致動狀況的致動形狀；以及 響應于冷卻至重置溫度或以下，使得致動元件從致動形狀致動回到非致動形狀； 連接到致動器元件的驅動機構； 與驅動機構相連的相變材料(PCM)，PCM由相變溫度限定并且響應于被加熱至相變溫度或以上而使得PCM從第一狀態(tài)過渡至第二狀態(tài)； 其中驅動機構配置成 使得PCM在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件直接接合并且在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件脫離；或 使得PCM在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件直接接合并且在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件脫離；以及 護套，所述護套環(huán)繞PCM的至少一部分從而當PCM處于第二狀態(tài)時容納PCM材料。
2.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中 驅動機構配置成使得PCM在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件直接接合并且在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件脫離；以及 PCM配置成使得相變溫度低于致動器元件的致動溫度并且高于在組件工作期間組件預期所處的環(huán)境溫度。
3.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中 驅動機構配置成使得PCM在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件直接接合并且在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件脫離；以及PCM相變溫度低于致動器元件的致動溫度。
4.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，PCM連接至驅動機構。
5.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，PCM是驅動機構的組整體部分。
6.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，PCM包括與PCM材料一起形成PCM熱合成物的非PCM材料，非PCM材料具有比PCM材料更高的傳導性，由此促進了導入至PCM的近端區(qū)域的熱向PCM的遠端區(qū)域的傳遞。
7.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，該組件設計為當PCM暴露于熱源時實現(xiàn)所需的熱管理特征，其中，所述熱源所處的溫度高于在組件工作期間組件預期所處的環(huán)境溫度。
8.如權利要求I所述的熱激活材料組件，其中，驅動機構向致動狀況和非致動狀況中的一種偏置致動器組件。
9.一種能在致動狀況和非致動狀況之間轉變的熱激活材料組件，該組件包括 具有由致動溫度和重置溫度限定的致動器材料的致動器元件，其中，致動器材料 響應于被加熱至致動溫度或以上，使得致動元件從其中致動器組件處于非致動狀況的非致動形狀致動至響應于被加熱至致動溫度將致動器組件轉變至致動狀況的致動形狀；以及 響應于冷卻至重置溫度或以下，使得致動元件從致動形狀致動回到非致動形狀；以及布置在組件中鄰近致動器元件的相變材料(PCM)池，從而當致動器元件從致動狀況過渡至非致動狀況并且返回至致動狀況變化時，致動器元件有選擇地移動離開、進入以及回到離開與PCM池熱接觸，其中PCM池由相變溫度限定，其中響應于被加熱至相變溫度或以上，PCM池從第一狀態(tài)過渡至第二狀態(tài)。
10.一種能在致動狀況和非致動狀況之間轉變的熱激活材料組件，該組件包括 具有由致動溫度和重置溫度限定的致動器材料的致動器元件，其中 響應于被加熱至致動溫度，致動器材料使得致動器元件從其中致動器組件處于非致動狀況的非致動形狀致動至將致動器組件轉變至致動狀況的致動形狀；以及 響應于被冷卻至重置溫度，致動器材料使得致動器元件從致動形狀致動回到非致動形狀；以及 連接到致動器元件的相變材料(PCM)合成物，PCM合成物包括 由相變溫度限定的并且響應于被加熱至相變溫度使得PCM從第一狀態(tài)過渡至第二狀態(tài)的PCM材料，以及 與PCM材料一起分布的非PCM材料，非PCM材料具有比PCM材料更高的傳導性，由此促進了導入至PCM的近端區(qū)域的熱向PCM的遠端區(qū)域的傳遞。
全文摘要
一種能在致動狀況和非致動狀況之間轉變的熱激活材料組件，該組件包括致動器材料，分別響應于被加熱以及冷卻至高于/低于致動溫度使得致動器元件從非致動形狀向致動形狀致動，并且反之亦然。該組件還包括連接到致動器元件的驅動機構以及與驅動機構相連的相變材料(PCM)。驅動機構使得PCM(i)在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件直接接合以及在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件脫離；或(ii)在致動器組件處于致動狀況時與致動器元件直接接合并且在致動器組件處于非致動狀況時與致動器元件脫離。
文檔編號F03G7/06GK102661260SQ20111046334
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權日2010年12月17日
發(fā)明者J·P·拉瓦爾, N·D·曼凱姆 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司