用于形状记忆合金(sma)致动器感应加热系统的智能基座的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开的系统和方法涉及加热形状记忆合金(SMA)致动器，并且更具体地涉及使用智能基座(susceptor)加热SMA致动器的系统和方法。
【背景技术】
[0002]形状记忆合金可用于形成具有独特的热学和力学性质的致动器。这些类型的致动器可被称为形状记忆合金(SMA)致动器。例如，如果形状记忆合金塑性地变形同时处于马氏体状态，并且然后被加热至相变温度以达到奥氏体状态，则形状记忆合金形变回其原始的非变形形状。恢复至原始的非变形形状的速率取决于施加至形状记忆合金的热能的量和速率。
[0003]通过加热形状记忆合金至其相变温度可激活SMA致动器，所述相变温度引起形状记忆合金经历从马氏体状态至奥氏体状态的相变，并且形变回其原始的非变形形状。SMA致动器可用于多种应用，比如，例如，航空器的翼面系统。然而，在至少一些实例中，SMA致动器已经证明对于控制是具有挑战性的。例如，可以通过电阻加热元件激活SMA致动器。此方法的一个缺点是电阻加热元件可能不足够快速地将SMA致动器的形状记忆合金加热至其相变温度。因此，在本领域中存在用于控制SMA致动器的改进技术的需要。
【发明内容】
[0004]在一个实施方式中，用于加热形状记忆合金(SMA)致动器的系统可包括SMA致动器、智能基座、多个感应线圈和控制模块。SMA致动器可具有至少一个敷层(layup) AMA致动器可选择性地加热至转变温度。智能基座可与SMA致动器的至少一个敷层热接触。感应加热线圈可配置为接收交流电并基于交流电生成磁场。磁场可在SMA致动器和智能基座中的至少一个中感应涡流以将SMA致动器加热至转变温度。控制模块可配置为驱动交流电供应至感应加热线圈。
[0005]在另一个实施方式中，用于加热SMA致动器的系统可包括SMA致动器、智能基座、多个感应线圈和控制模块。SMA致动器可选择性地加热至转变温度。感应加热线圈可配置为接收交流电并基于交流电生成磁场。磁场可在至少SMA致动器中感应涡流和在智能基座中感应二级磁场。智能基座可相对于SMA致动器定位以使二级磁场在SMA致动器内感应额外涡流。控制模块可配置为驱动交流电供应至感应加热线圈。
[0006]在还另一个实施方式中，制造形状记忆合金感应加热系统的方法可包括提供形状记忆合金(SMA)致动器。SMA致动器可具有至少一个敷层。该方法可包括放置智能基座与SMA致动器的至少一个敷层热接触。方法还可包括提供多个感应加热线圈，其配置为接收交流电并基于交流电生成磁场。磁场可在SMA致动器和智能基座中的至少一个中产生涡流以将SMA致动器加热至转变温度。方法可包括提供控制模块，其配置为驱动交流电供应至感应加热线圈。
[0007]根据以下描述、附图和所附的权利要求书，公开的方法和系统的其它目的和优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0008]图1是公开的形状记忆合金感应加热系统的示意图；
[0009]图2是沿着图1中的线2-2截取的形状记忆合金(SMA)致动器的横截面视图；
[00?0]图3是图1中显不的SMA致动器和感应线圈的不意图，其图解了磁场和祸流；
[0011]图4A是图1中显示的SMA致动器的可选实施方式的横截面视图；
[0012]图4B是图1中显示的SMA致动器的另一个实施方式的透视图；
[0013]图4C是图1中显示的SMA致动器的还另一个实施方式的横截面视图；和
[0014]图5是图解制造形状记忆合金感应加热系统的示例性方法的工艺流程图。
[0015]发明
【具体实施方式】
[0016]如图1中所示，形状记忆合金感应加热系统一一通常指定为10—一可包括形状记忆合金(SMA)致动器20、感应加热线圈22、电源24和控制模块26。交流电流可通过电源24供应至线圈22以感应地加热SMA致动器20。形状记忆合金感应加热系统10可用于多个应用比如，例如，航空器、电力系统、石油钻井设备(oil drills equipment)、旋翼飞行器和汽车零部件。具体地，形状记忆合金感应加热系统10可用于致动航空器的翼或门、风轮机的叶片、或位于车辆的行李箱中的气压锁。应当理解这些仅仅是说明性实例，并且形状记忆合金感应加热系统10也还可以用于其它应用。
[0017]SMA致动器20可由形状记忆合金(也称为智能金属、记忆金属、记忆合金和智能合金)构成。例如，在一个实施方式中，形状记忆合金可以是镍-钛合金或铜-铝-镍合金。额外地，形状记忆合金可以通过使锌、铜、金和铁合金化产生。可通过加热形状记忆合金至转变温度激活SMA致动器20，所述转变温度可引起形状记忆合金经历从马氏体状态至奥氏体状态的相变，其可诱导SMA致动器20的形状变化。具体地，例如，当形状记忆合金被加热至其转变温度时，SMA致动器20的第一端28可保持静止，并且SMA致动器20的第二端29可扭曲或变形并形变至SMA致动器20 ’的轮廓。类似地，一旦冷却形状记忆合金低于其转变温度，SMA致动器20的第二端29可恢复其非形变状态。
[0018]在如图1中所示的示例性实施方式中，SMA致动器20可包括沿着轴A-A延伸的细长的大体上管状的主体30。虽然图1图解了具有大体上管状的主体的SMA致动器20，但是应当理解SMA致动器20可以成形为各种不同的构造。例如，图4A-4C图解了 SMA致动器20的多种可选的实施方式，其在下面更加详细地讨论。SMA致动器20的主体30可包括外敷层32和内敷层34。敷层可限定为SMA致动器20的主体30的一层或一片。智能基座40可沿着SMA致动器20的内敷层34定位。在图解的实施方式中，智能基座40可以呈薄片形，其中由智能基座材料构成的一系列相对薄的线嵌入薄片内(该线在图1中不可见)。智能基座40的外敷层52可热接触SMA致动器20的内敷层34。虽然图1图解了呈薄片形的智能基座40，但是应当理解能基座40可包括各种不同的构造。例如，在可选的实施方式中，智能基座40可以是在沿着SMA致动器20的内敷层34定位的凹槽(未图解)中接收的一系列的线。
[0019]可感应地加热智能基座40直到达到其居里点或居里温度。居里温度取决于智能基座40的具体材料。例如，在一个非限制性实施方式中，智能基座40可由具有大约34%的镍含量、大约66%的铁含量和大约138°C(280°F)的居里温度的镍-铁合金构成，然而，应当理解智能基座40也可以是其它类型的合金。智能基座40可仅被感应地加热上至但不超过其居里温度。一旦智能基座40达到居里温度，则智能基座40的导磁率陡然下降，并且智能基座40可变得基本上非磁性的。
[0020]可以在距SMA致动器20的外敷层32有效距离D(图2中所示)处布置线圈22。交流电流可由电源24供应至线圈22。控制模块26可与电源24信号通讯以控制或驱动交流电至线圈22的供应。交流电的频率可以是从大约I OkHz至大约500kHz的任何值。在如图1中所示的实施方式中，线圈22可以是包括细长的大体上圆柱形的主体的螺线管型感应加热线圈，所述主体具有多个单独的匝(turn)54，其产生隧道或通道56用于接收SMA致动器20 AMA致动器20可定位在线圈22的通道56内。虽然图1将线圈22图解为螺线管型感应加热线圈，但是应当理解也可使用其它类型的感应加热线圈。例如，在一个实施方式中，SMA致动器20可以是板型致动器(图4B中所示)，其中可以使用饼型(pan cake-type)感应加热线圈。
[0021 ] 参照图3，线圈22可基于交流电生成磁场B，其中磁场B可以相对于SMA致动器20的轴A-A大体上平行。磁场B在SMA致动器20内感应涡流E。涡流E在SMA