用于形狀記憶合金(sma)致動(dòng)器感應(yīng)加熱系統(tǒng)的智能基座的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)的系統(tǒng)和方法涉及加熱形狀記憶合金(SMA)致動(dòng)器，并且更具體地涉及使用智能基座(susceptor)加熱SMA致動(dòng)器的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]形狀記憶合金可用于形成具有獨(dú)特的熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的致動(dòng)器。這些類(lèi)型的致動(dòng)器可被稱(chēng)為形狀記憶合金(SMA)致動(dòng)器。例如，如果形狀記憶合金塑性地變形同時(shí)處于馬氏體狀態(tài)，并且然后被加熱至相變溫度以達(dá)到奧氏體狀態(tài)，則形狀記憶合金形變回其原始的非變形形狀?；謴?fù)至原始的非變形形狀的速率取決于施加至形狀記憶合金的熱能的量和速率。
[0003]通過(guò)加熱形狀記憶合金至其相變溫度可激活SMA致動(dòng)器，所述相變溫度引起形狀記憶合金經(jīng)歷從馬氏體狀態(tài)至奧氏體狀態(tài)的相變，并且形變回其原始的非變形形狀。SMA致動(dòng)器可用于多種應(yīng)用，比如，例如，航空器的翼面系統(tǒng)。然而，在至少一些實(shí)例中，SMA致動(dòng)器已經(jīng)證明對(duì)于控制是具有挑戰(zhàn)性的。例如，可以通過(guò)電阻加熱元件激活SMA致動(dòng)器。此方法的一個(gè)缺點(diǎn)是電阻加熱元件可能不足夠快速地將SMA致動(dòng)器的形狀記憶合金加熱至其相變溫度。因此，在本領(lǐng)域中存在用于控制SMA致動(dòng)器的改進(jìn)技術(shù)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施方式中，用于加熱形狀記憶合金(SMA)致動(dòng)器的系統(tǒng)可包括SMA致動(dòng)器、智能基座、多個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈和控制模塊。SMA致動(dòng)器可具有至少一個(gè)敷層(layup) AMA致動(dòng)器可選擇性地加熱至轉(zhuǎn)變溫度。智能基座可與SMA致動(dòng)器的至少一個(gè)敷層熱接觸。感應(yīng)加熱線(xiàn)圈可配置為接收交流電并基于交流電生成磁場(chǎng)。磁場(chǎng)可在SMA致動(dòng)器和智能基座中的至少一個(gè)中感應(yīng)渦流以將SMA致動(dòng)器加熱至轉(zhuǎn)變溫度?？刂颇K可配置為驅(qū)動(dòng)交流電供應(yīng)至感應(yīng)加熱線(xiàn)圈。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施方式中，用于加熱SMA致動(dòng)器的系統(tǒng)可包括SMA致動(dòng)器、智能基座、多個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈和控制模塊。SMA致動(dòng)器可選擇性地加熱至轉(zhuǎn)變溫度。感應(yīng)加熱線(xiàn)圈可配置為接收交流電并基于交流電生成磁場(chǎng)。磁場(chǎng)可在至少SMA致動(dòng)器中感應(yīng)渦流和在智能基座中感應(yīng)二級(jí)磁場(chǎng)。智能基座可相對(duì)于SMA致動(dòng)器定位以使二級(jí)磁場(chǎng)在SMA致動(dòng)器內(nèi)感應(yīng)額外渦流?？刂颇K可配置為驅(qū)動(dòng)交流電供應(yīng)至感應(yīng)加熱線(xiàn)圈。
[0006]在還另一個(gè)實(shí)施方式中，制造形狀記憶合金感應(yīng)加熱系統(tǒng)的方法可包括提供形狀記憶合金(SMA)致動(dòng)器。SMA致動(dòng)器可具有至少一個(gè)敷層。該方法可包括放置智能基座與SMA致動(dòng)器的至少一個(gè)敷層熱接觸。方法還可包括提供多個(gè)感應(yīng)加熱線(xiàn)圈，其配置為接收交流電并基于交流電生成磁場(chǎng)。磁場(chǎng)可在SMA致動(dòng)器和智能基座中的至少一個(gè)中產(chǎn)生渦流以將SMA致動(dòng)器加熱至轉(zhuǎn)變溫度。方法可包括提供控制模塊，其配置為驅(qū)動(dòng)交流電供應(yīng)至感應(yīng)加熱線(xiàn)圈。
[0007]根據(jù)以下描述、附圖和所附的權(quán)利要求書(shū)，公開(kāi)的方法和系統(tǒng)的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是公開(kāi)的形狀記憶合金感應(yīng)加熱系統(tǒng)的示意圖；
[0009]圖2是沿著圖1中的線(xiàn)2-2截取的形狀記憶合金(SMA)致動(dòng)器的橫截面視圖；
[00?0]圖3是圖1中顯不的SMA致動(dòng)器和感應(yīng)線(xiàn)圈的不意圖，其圖解了磁場(chǎng)和禍流；
[0011]圖4A是圖1中顯示的SMA致動(dòng)器的可選實(shí)施方式的橫截面視圖；
[0012]圖4B是圖1中顯示的SMA致動(dòng)器的另一個(gè)實(shí)施方式的透視圖；
[0013]圖4C是圖1中顯示的SMA致動(dòng)器的還另一個(gè)實(shí)施方式的橫截面視圖；和
[0014]圖5是圖解制造形狀記憶合金感應(yīng)加熱系統(tǒng)的示例性方法的工藝流程圖。
[0015]發(fā)明
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1中所示，形狀記憶合金感應(yīng)加熱系統(tǒng)一一通常指定為10—一可包括形狀記憶合金(SMA)致動(dòng)器20、感應(yīng)加熱線(xiàn)圈22、電源24和控制模塊26。交流電流可通過(guò)電源24供應(yīng)至線(xiàn)圈22以感應(yīng)地加熱SMA致動(dòng)器20。形狀記憶合金感應(yīng)加熱系統(tǒng)10可用于多個(gè)應(yīng)用比如，例如，航空器、電力系統(tǒng)、石油鉆井設(shè)備(oil drills equipment)、旋翼飛行器和汽車(chē)零部件。具體地，形狀記憶合金感應(yīng)加熱系統(tǒng)10可用于致動(dòng)航空器的翼或門(mén)、風(fēng)輪機(jī)的葉片、或位于車(chē)輛的行李箱中的氣壓鎖。應(yīng)當(dāng)理解這些僅僅是說(shuō)明性實(shí)例，并且形狀記憶合金感應(yīng)加熱系統(tǒng)10也還可以用于其它應(yīng)用。
[0017]SMA致動(dòng)器20可由形狀記憶合金(也稱(chēng)為智能金屬、記憶金屬、記憶合金和智能合金)構(gòu)成。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，形狀記憶合金可以是鎳-鈦合金或銅-鋁-鎳合金。額外地，形狀記憶合金可以通過(guò)使鋅、銅、金和鐵合金化產(chǎn)生?？赏ㄟ^(guò)加熱形狀記憶合金至轉(zhuǎn)變溫度激活SMA致動(dòng)器20，所述轉(zhuǎn)變溫度可引起形狀記憶合金經(jīng)歷從馬氏體狀態(tài)至奧氏體狀態(tài)的相變，其可誘導(dǎo)SMA致動(dòng)器20的形狀變化。具體地，例如，當(dāng)形狀記憶合金被加熱至其轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，SMA致動(dòng)器20的第一端28可保持靜止，并且SMA致動(dòng)器20的第二端29可扭曲或變形并形變至SMA致動(dòng)器20 ’的輪廓。類(lèi)似地，一旦冷卻形狀記憶合金低于其轉(zhuǎn)變溫度，SMA致動(dòng)器20的第二端29可恢復(fù)其非形變狀態(tài)。
[0018]在如圖1中所示的示例性實(shí)施方式中，SMA致動(dòng)器20可包括沿著軸A-A延伸的細(xì)長(zhǎng)的大體上管狀的主體30。雖然圖1圖解了具有大體上管狀的主體的SMA致動(dòng)器20，但是應(yīng)當(dāng)理解SMA致動(dòng)器20可以成形為各種不同的構(gòu)造。例如，圖4A-4C圖解了 SMA致動(dòng)器20的多種可選的實(shí)施方式，其在下面更加詳細(xì)地討論。SMA致動(dòng)器20的主體30可包括外敷層32和內(nèi)敷層34。敷層可限定為SMA致動(dòng)器20的主體30的一層或一片。智能基座40可沿著SMA致動(dòng)器20的內(nèi)敷層34定位。在圖解的實(shí)施方式中，智能基座40可以呈薄片形，其中由智能基座材料構(gòu)成的一系列相對(duì)薄的線(xiàn)嵌入薄片內(nèi)(該線(xiàn)在圖1中不可見(jiàn))。智能基座40的外敷層52可熱接觸SMA致動(dòng)器20的內(nèi)敷層34。雖然圖1圖解了呈薄片形的智能基座40，但是應(yīng)當(dāng)理解能基座40可包括各種不同的構(gòu)造。例如，在可選的實(shí)施方式中，智能基座40可以是在沿著SMA致動(dòng)器20的內(nèi)敷層34定位的凹槽(未圖解)中接收的一系列的線(xiàn)。
[0019]可感應(yīng)地加熱智能基座40直到達(dá)到其居里點(diǎn)或居里溫度。居里溫度取決于智能基座40的具體材料。例如，在一個(gè)非限制性實(shí)施方式中，智能基座40可由具有大約34%的鎳含量、大約66%的鐵含量和大約138°C(280°F)的居里溫度的鎳-鐵合金構(gòu)成，然而，應(yīng)當(dāng)理解智能基座40也可以是其它類(lèi)型的合金。智能基座40可僅被感應(yīng)地加熱上至但不超過(guò)其居里溫度。一旦智能基座40達(dá)到居里溫度，則智能基座40的導(dǎo)磁率陡然下降，并且智能基座40可變得基本上非磁性的。
[0020]可以在距SMA致動(dòng)器20的外敷層32有效距離D(圖2中所示)處布置線(xiàn)圈22。交流電流可由電源24供應(yīng)至線(xiàn)圈22。控制模塊26可與電源24信號(hào)通訊以控制或驅(qū)動(dòng)交流電至線(xiàn)圈22的供應(yīng)。交流電的頻率可以是從大約I OkHz至大約500kHz的任何值。在如圖1中所示的實(shí)施方式中，線(xiàn)圈22可以是包括細(xì)長(zhǎng)的大體上圓柱形的主體的螺線(xiàn)管型感應(yīng)加熱線(xiàn)圈，所述主體具有多個(gè)單獨(dú)的匝(turn)54，其產(chǎn)生隧道或通道56用于接收SMA致動(dòng)器20 AMA致動(dòng)器20可定位在線(xiàn)圈22的通道56內(nèi)。雖然圖1將線(xiàn)圈22圖解為螺線(xiàn)管型感應(yīng)加熱線(xiàn)圈，但是應(yīng)當(dāng)理解也可使用其它類(lèi)型的感應(yīng)加熱線(xiàn)圈。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，SMA致動(dòng)器20可以是板型致動(dòng)器(圖4B中所示)，其中可以使用餅型(pan cake-type)感應(yīng)加熱線(xiàn)圈。
[0021 ] 參照?qǐng)D3，線(xiàn)圈22可基于交流電生成磁場(chǎng)B，其中磁場(chǎng)B可以相對(duì)于SMA致動(dòng)器20的軸A-A大體上平行。磁場(chǎng)B在SMA致動(dòng)器20內(nèi)感應(yīng)渦流E。渦流E在SMA