形状记忆合金致动器的制作方法

本技术总体上涉及形状记忆合金致动器，并且涉及制造此类sma致动器的方法。

诸如膝上型计算机和智能手机的消费电子设备可采用不同类型的控件，以向设备的用户提供一些反馈，这些反馈指示他们已成功地按压了设备上的按钮。这通常被称为触觉反馈，并且设备上的触觉按钮或控件可向用户提供触感感知，以确认他们已成功地按压了按钮/控件/开关。为了生成良好的触觉感知，期望致动器以足够高的力移动以提供足够的位移。应当理解，还有其他应用，例如闩锁(latches)或医疗设备，其中也需要高的力来实现相对大的位移。

本申请人已确定了对改进的形状记忆合金致动器的需求。

根据本技术的第一种方法，提供了一种形状记忆合金(sma)致动器，其包括静态元件；可移动元件，其可相对于静态元件移动；多根sma线，其各自联接到静态元件和可移动元件中的一者或两者，并且在收缩时引起可移动元件的移动；以及联接元件，其将来自多根sma线的至少两根线联接到静态元件和可移动元件中的一者。

优选地，联接元件包括保持至少两根线的压接连接器(crimpconnector)。

根据本技术的第二种方法，提供了一种触觉组件，其包括可触摸部件(例如按钮)和上述致动器，其中当用户按压或释放可触摸部件时，致动器组件被激活，以通过使用可移动元件移动可触摸部件来向用户提供触觉反馈。

根据本技术的另一种方法，提供了一种制造sma致动器(例如，如上所述的一种)的方法，该方法包括：将多根sma线馈送到开放的压接连接器中；闭合压接连接器；以及修剪任何多余的线。

根据本技术的另一方法，提供了一种包括本文描述的任何sma致动器的装置。该装置可以是智能手机、照相机、可折叠智能手机、可折叠图像捕捉设备、可折叠智能手机照相机、可折叠消费电子设备、具有折叠光学器件的照相机、图像捕捉设备、阵列照相机、3d感测设备或系统、伺服电机、消费电子设备(包括家用电器，诸如真空吸尘器、洗衣机和割草机)、移动或便携式计算设备、移动或便携式电子设备、膝上型计算机、平板计算设备、电子阅读器(也称为电子书阅读器或电子书设备)、计算附件或计算外围设备(例如鼠标、键盘、头戴式耳机、耳机、耳塞等)、音频设备(例如头戴式耳机、头戴式受话器、耳机)等、安全系统、游戏系统、游戏附件(例如控制器、头戴式受话器、可穿戴控制器、操纵杆等)、机器人或机器人设备、医疗设备(例如内窥镜)、增强现实系统、增强现实设备、虚拟现实系统、虚拟现实设备、可穿戴设备(例如手表、智能手表、健身追踪器等)、自动驾驶交通工具(例如无人驾驶汽车)、交通工具、工具、手术工具、遥控器(例如，用于无人机或消费电子设备)、服装(例如衣服、鞋子等)、开关、刻度盘或按钮(例如电灯开关、恒温器刻度盘等)、显示屏、触摸屏和近场通信(nfc)设备。应当理解，这是可能装置的非穷尽列举。

优选的特征在所附从属权利要求中陈述。

现在将参考附图，仅以示例的方式描述本技术的实施方式，其中：

图1a是第一触觉组件的示意性剖视图；

图1b是第二触觉组件的示意性剖视图；

图1c是图1b内细节的示意性放大图；

图2a和图2b是图1a至图1c所示触觉组件的功能布置的示意性框图；

图3a是绘制了以下各个线的温度随时间变化的曲线图，针对被加热的直径为60μm的单根线，针对一组三根相邻接触线(每根直径为35μm且被加热)中的中间线(w2)和外侧线(w1)中的每一根，以及针对一组三根线(被加热且每根直径为35μm但间隔开，使得这些线相邻但不接触)中的中间线(w2)和外部线(w1)中的每一根；

图3b是绘制了当图3a的线的布置被冷却时温度随时间变化的曲线图；

图4a是类似于图1b所示的另一种触觉组件的示意性剖视图；

图4b是绘制了随着线被冷却，针对在散热器和线之间的各种距离(例如420μm至40μm)，温度随时间的变化的曲线图；

图4c是绘制了随着线被冷却，温度随散热器和线之间的距离变化的曲线图，其中温度分别是冷却100毫秒或200毫秒后的值；

图4d是绘制了随着线被加热，针对在散热器和线之间的各种距离(例如420μm至40μm)，温度随时间的变化的曲线图；

图5是绘制了用于恢复三种不同布置中的每一种的不同位移的时间变化的曲线图；

图6a和图6b是在组件中使用的压接部的不同布置的示意性局部图；

图7是第三触觉组件的示意性剖视图；以及

图8是在sma致动器中压接线的方法的示意图。

以下描述的实施例示出了形状记忆合金(sma)致动器。此类sma致动器可以是任何类型的设备，其包括静态零件(或元件——这些词可互换使用)和可相对于静态零件移动的可移动零件。可移动零件通过多根sma线移动，这些sma线联接(或连接——这些词可互换使用)在静态零件和可移动零件之间。联接元件将至少两根线联接到静态零件和可移动零件中的至少一者。联接元件可联接任意数量(n)的线，并且仅作为示例在两根线到六根线之间。

联接元件可在至少两根sma线与静态元件和可移动元件中的一者之间提供直接连接。在sma线的两端处具有直接连接的布置中，“在...之间联接”意味着在静态元件与可移动元件之间仅有sma线和联接元件。可选地，联接元件可将至少两根线联接到中间部件，以在至少两根线与静态元件和可移动元件中的一者之间提供间接连接。中间元件本身可通过直接连接或间接连接而连接到静态元件和可移动元件中的一者。对于间接连接，中间元件本身可以连接到至少一个其他中间元件，并且对于直接连接，中间元件直接连接到静态元件和可移动元件中的一者。

联接元件可包括固定连接器，该固定连接器在sma线与静态元件或可移动元件之间提供永久(即固定)连接。此类固定连接器可以是压接连接器、焊接到至少两根线以形成焊接点的焊接部件、或其他类似连接器的形式。当使用压接连接器时，联接元件可包括保持多根线的单个压接连接器，或者可包括多个相邻的压接连接器，这些压接连接器中的每一个保持单根线。该压接连接器或每个压接连接器可具有在500μm至750μm之间的宽度。相邻的压接连接器可以竖直地对准，即可以是层叠的。可选地，相邻的压接连接器可以彼此横向偏移，或者彼此竖直地偏移，或者彼此横向地且竖直地偏移。

联接元件可选地可以包括连接器，该连接器在多根sma线与静态元件或可移动元件之间提供非固定连接。此类非固定连接器可以是突出元件的形式，诸如钩、定位销(dowelpin)或类似元件，sma线围绕该突出元件是成环的或类似地保持在适当的位置。

可存在将sma线的一端联接到静态元件的第一联接元件，以及将sma线的相对端联接到可移动元件的第二联接元件。第一联接元件可以是与第二联接元件相同的类型，即第一联接元件和第二联接元件两者均可以是保持多根线的压接连接器或者可以是焊接点，压接连接器可包括多个相邻的压接连接器，这些压接连接器中的每一个保持单根线。可选地，第一联接元件可以是与第二联接元件不同的类型，即第一联接元件可包括一个或更多个压接连接器，并且第二联接元件可以是突出元件，或者第一联接元件可以是保持多根线的压接连接器，并且第二联接元件可包括多个相邻的压接连接器(每个压接连接器保持单根线)。

联接到相同线的第一联接元件和第二联接元件可被认为形成一对联接元件。可存在多对第一联接元件和第二联接元件，其中每对联接元件将至少两根不同的线联接到静态元件和可移动元件两者。以这种方式，可将多根线划分到成对的联接元件之间。例如，可存在六根线，其中第一组三根线联接在第一对联接元件之间，并且第二组三根线联接在第二对联接元件之间。

当多根线被激活时，例如在触觉组件中，响应于检测到对触觉反馈的需求，sma线会收缩，从而移动可移动零件。第一对联接元件可将第一组至少两根线联接到可移动元件，并且第二对联接元件可将第二组至少两根线联接到可移动元件，其中当联接到第一对联接元件和第二对联接元件的线收缩时，可移动元件在一个方向上移动。例如，第一对联接元件可将至少两根线联接到可移动元件的一侧，并且第二对联接元件可将至少两根线联接到可移动元件的相对侧，并且移动方向可以大体上平行于可移动元件的相对侧。将成对的联接元件布置在可移动元件的相对侧上可以导致平衡地施加来自线的收缩的力，即可以避免可移动元件的旋转。通过在靠近可移动元件的一端的相对边缘的位置处联接，可获得类似的结果。这些仅仅是示例，并且可以使用可移动元件上的任何合适的联接位置。

可移动零件可通过提供恢复力的恢复元件(restoringelement)恢复到其原始位置。当sma线的激活停止时，例如断电，sma线也可通过恢复元件恢复到其原始长度。恢复元件可以是弹性元件，例如弹簧、挠性件(flexure)、其他sma线或由用户的手指施加在可触摸部件的表面处的力。例如，可存在将第一组至少两根线联接到可移动元件的第一对联接元件和将第二组至少两根线联接到可移动元件的第二对联接元件，其中当第一组至少两根线收缩时，可移动元件在第一方向上移动，并且当第二组至少两根线收缩时，可移动元件在与第一方向相反的方向上移动。例如，第一对联接元件可将第一组至少两根线联接到可移动元件的一端，并且第二对联接元件可将第二组至少两根线联接到可移动元件的相对端。这仅仅是一个示例，并且可使用可移动元件上的任何合适的联接位置。

本技术的实施例描述了sma致动器，该sma致动器被设计成传递高的力，例如在1.2至3n之间，更优选在1.2至10n之间，同时将线中的应变维持在安全限度内(例如，长度比原始长度减少2％-3％)。力将取决于所需的目标位移。组合使用多根相对较细的线(例如，例如直径约为25μm或35μm)以提供期望的力。如下面更详细地解释的，多根线的使用提供了被设计成传递期望力的总横截面。此外，多根线的使用允许线比具有相似横截面的单根线冷却得更快。因此，多根较细的sma线比具有等效横截面积的单根线更快地准备好被重新激活。

sma致动器可被结合在触觉组件中，以相对于外壳或壳体(静态元件)移动用户接触的按钮或其他可触摸元件(可移动元件)，从而向按压按钮(或其他可触摸元件)的用户传递触觉感知。本技术的实施例描述了触觉组件，该触觉组件可被布置成沿设备的边缘横向地移动按钮，垂直于设备的边缘，螺旋地围绕垂直于设备的边缘的轴线或以任何其他合适的方向移动按钮，例如在平行于设备的边缘的平面内或在垂直于设备的平面内旋转。例如在wo2018/046937和gb2551657中描述了相对于用户的接触在横向方向上移动按钮的致动器的示例。在本申请人的gb1803084.1和gb1813008.8中描述了产生竖直移动的致动器的示例。在wo2016/189314、gb1800484.6、gb1801291.4和gb1815673.7中描述了可用于将sma致动器连接到触觉组件中的压接部的布置的示例。

本技术可提供由直接脉冲而不是通过惯性效应引起的局部触觉感知。例如，智能手机包括惯性触觉致动器——当需要触觉效果时，会移动相当大的质量块。该质量块的移动导致整个智能手机抖动或振动。因此，触觉效果是整体的，而不是局部的。本技术提供了局部触觉反馈。此外，由本技术提供的触觉反馈可由用户通过修改软件参数来定制。这允许针对不同目的或适合不同用户而提供不同类型的触觉反馈。

本文描述的每个触觉组件可被结合到任何设备中，其中向设备的用户提供触觉反馈可能是有用的。例如，触觉组件可被结合到先前列出的任何电子设备或消费电子设备中，包括但不限于计算机、膝上型计算机、便携式计算设备、智能手机、计算机键盘、游戏系统、便携式游戏设备、游戏装备/附件(例如控制器、可穿戴式控制器等)、医疗设备、用户输入设备等。应当理解，这是可能的设备的非限制性的、非穷尽的列举，其可结合本文描述的触觉组件中的任一个。例如，本文描述的触觉组件可被结合到智能手机中或沿智能手机的边缘或在智能手机的表面上以其他方式被提供。

现在参考附图描述各种sma致动器。应当理解，关于一个特定附图描述的元件或特征可等同地应用于本文描述的任何附图，例如，保持多根线的压接部可与保持单根线的压接部结合使用，sma线的总数可被选择成提供期望的力，并且散热器(一个或更多个)可结合在任何实施例中。此外，尽管附图示出了将sma致动器结合在触觉组件中，但是应当理解，sma致动器可结合在需要高的力的其他设备中，诸如闩锁或医疗设备。

图1a示出了触觉组件100内的sma致动器的第一布置的剖视图。触觉组件100包括按钮102(但是应当理解，其他可触摸部件、表面或元件可互换地使用)。用户可以按压按钮102以执行特定操作，诸如进行选择、打开/闭合设备、输入数据(例如在键盘上打字)、滚动、打开/闭合组件100所在的设备的功能或调整该功能(例如调整从设备输出的音频的音量)等。按压或释放按钮102可能会导致触觉反馈或将触觉感知传递给用户，从而向用户提供一些感知反馈(特别是基于触摸的反馈)以指示已执行该操作。

在本文描述的布置中的许多中，按钮102可以是包含触觉组件的设备/装置上的表面特征。此类表面可以类似于按钮的方式来按压，并且按压或释放该表面可被传感器检测到，并且可以触发触觉反馈。然而，代替按压或释放按钮(或表面)来触发触觉反馈，触觉反馈可由软件响应于另一事件来触发。例如，如果用户在他们的智能手机的屏幕上做出选择，则该选择可导致触觉反馈被触发，其中反馈由按钮或表面特征提供。(软件触发的触觉反馈可能在特定的应用程序中发生，诸如在游戏和/或虚拟/增强现实设备中)。因此，在本文描述的许多布置和实施例中，为了传递触觉反馈，可能不需要直接按压触觉按钮102。然而，在每种情况下，该机构将确定哪个传感器记录了提供触觉反馈的需要，并且在有多个致动器来提供反馈的情况下，该机构可以确定哪个(哪些)适当的致动器将被激活来提供触觉反馈。

在图1a所示的布置中，触觉组件100可包括壳体104(在本文中也称为“支撑件”、“底盘”、“箱体”和“外壳”)。壳体104可包括腔或凹部。按钮102可设置在壳体104的腔内。如图所示，按钮可与腔布置在一起，使得按钮的接触表面(也可称为外部表面、外表面或上表面)基本上上与壳体104的外表面水平/齐平。可选地，按钮可从壳体突出。应当理解，壳体104围绕并包围按钮102，使得只有按钮的接触表面106是用户可见的/可接触的。

sma致动器可包括设置在按钮102下方的腔内的中间可移动元件106。可移动元件106可在垂直于壳体104的外表面的第一方向上相对于静态零件(即壳体)移动。用户的手指在按钮的接触表面上的接触可导致按钮视情况而定，例如在箭头116的方向上，移动到壳体中或者移出壳体。传感器(未示出)可以安装在按钮102和可移动元件106下方的壳体中。传感器是用于确定需要触觉反馈的任何合适的传感器，例如通过检测按钮的按压。传感器可联接到控制电路(未示出)，并且传感器可被配置为当需要触觉反馈时与控制电路通信。例如，传感器可以检测何时作用在传感器上的力改变，或者何时作用在传感器上的力已施加了最小持续时间。作为示例，传感器对用户按压按钮的检测导致触觉反馈由触觉组件生成和施加。

可移动元件106还可在不同的第二方向上相对于壳体移动，该不同的第二方向可基本上垂直于第一方向，例如基本上平行于壳体102的外表面。可移动元件106在第二方向上的移动可引起按钮102在第一方向上的移动，以便向用户提供触觉。在一个方向上移动中间可移动元件106以引起按钮102在另一个方向上移动的构思可以以多种方式实施。

存在多个轴承128位于可移动元件106的倾斜侧和按钮的相邻倾斜侧之间，以减小可移动元件与按钮之间的摩擦。类似地，在可移动元件106和壳体之间存在多个轴承，以通过减少摩擦来促进可移动元件的移动。

术语“轴承(bearing)”在本文中与术语“滑动轴承(slidingbearing)”、“滑体轴承(plainbearing)”、“滚动轴承(rollingbearing)”、“滚珠轴承(ballbearing)”、“挠性件”和“滚柱轴承(rollerbearing)”互换使用。本文中使用的术语“轴承”通常意味着任何元件或元件的组合，其作用是将运动限制为仅期望的运动并减少移动零件之间的摩擦。术语“滑动轴承”用于意味着轴承元件在轴承表面上滑动的轴承，并且包括“滑体轴承”。术语“滚动轴承”用于意味着滚动轴承元件(例如滚珠或滚柱)在轴承表面滚动的轴承。轴承可设置在非线性轴承表面上或可包括非线性轴承表面。在本技术的一些实施例中，可组合使用多于一种类型的轴承元件以提供轴承功能性。因此，本文使用的术语“轴承”包括，例如滑体轴承、滚珠轴承、滚柱轴承和挠性件的任意组合。在实施例中，悬挂系统可用于将中间可移动元件和/或按钮悬挂在触觉组件内，并且将运动限制为仅期望的运动。例如，可使用wo2011/104518中描述的类型的悬挂系统。因此，应当理解，本文中使用的术语“轴承”也意味着“悬挂系统”。在实施例中，轴承可设置在非线性轴承表面上或可包括非线性轴承表面。轴承可由任何合适的材料，例如陶瓷形成。

在这种布置中，按钮102和可移动元件106是成形为楔形的，使得楔形形状的按钮102的较宽端靠近楔形形状的可移动元件106的较窄端。这种布置意味着当使可移动元件106在壳体104内在第二方向(即，大体上平行于壳体的表面)上移动时，使按钮在第一方向(即，大体上垂直于壳体的表面)上移动。在这种布置中，中间可移动元件110是“单楔”，因为该元件的仅一个表面是倾斜的/斜面的。

sma致动器包括多根(例如n根)形状记忆合金(sma)致动器线108，例如可存在2根至6根线。如图所示，sma线108延伸到壳体104中的另一腔112中。sma致动器线108的两端使用一对连接器/压接部110a、110b形式的联接元件连接到壳体104，连接器/压接部110a、110b是电连接器和机械连接器(用于将sma致动器线连接到电源)。每个连接器保持多根线的端部。sma线108中的每一根在其中点处钩在设置在可移动元件106的一侧上的钩120上。因此，钩是将多根sma线联接和连接到可移动元件的另一个联接元件。每根线的每一半部可被认为形成一个有效线段，并且每根sma致动器线的两个有效线段平行地机械式起作用，并且因此，每根环状sma致动器线可提供单根线(该单根线从可移动元件到壳体仅跨越一次)两倍的力。

在这种布置中，存在一种联接元件，该联接元件使用钩将每根sma线在其中点处联接到可移动元件，并且还存在压接部形式的两个另外的联接元件，压接部形式的联接元件中的每一个将多根sma线在其一端处联接到静态元件。因此，将每根sma线联接到可移动元件的联接元件与将每根sma线联接到静态元件的联接元件具有不同的结构(即，是不同的类型)。此外，在这种布置中，压接部在每根sma线和静态元件之间，因此每根sma线与静态元件具有直接连接，但是应当理解，该连接也可以是间接的，因此在每根sma线和静态元件之间可存在一个或更多个中间元件。

当需要触觉感知时，该要求被传达给控制电路(未示出)。然后向每根sma致动器线108供电。当给每根sma致动器线108供电时，它会变热并收缩。每根sma致动器线108的收缩导致中间可移动元件106在腔内横向地移动并朝向另一腔112移动。当可移动元件106侧向移动时，可移动元件106的楔形形状迫使按钮102向上移动。在其他布置中，楔形可被布置成使得按钮向下移动或横向移动。中间可移动元件可使按钮移动例如20μm至0.5mm之间。在一些实施例中，按钮可移动多达1mm。

触觉组件可包括与sma致动器线108的力相反的恢复元件126。恢复元件126可设置在另一腔112内，并且可在一端处联接到壳体104，而在另一端处联接到可移动元件106。恢复元件126(例如，复位弹簧或任何合适的偏置弹性元件)可被布置成抵抗sma线108的收缩，从而当sma线108未被供电时，在相反的方向上移动可移动元件。还应当理解，恢复元件126可包括一根或更多根附加的sma线，这些线在收缩时在与多根sma线108在相反的方向上拖拉可移动元件104。

可存在端部止挡件114，该端部止挡件可被形成为壳体在腔内的一部分，或者可以是腔内的单独的元件。端部止挡件在腔中的位置可以设置成限制可移动元件的移动。一般而言，如果sma致动器线拉伸得太远(即超过一定的张力)，则sma致动器线可能会变弱或损坏，甚至断裂。恢复元件126在中间可移动元件110上的力可导致sma致动器线变得过度拉伸。因此，端部止挡件114可限制中间可移动元件110的移动，使得sma致动器线108不会过度拉伸。类似地，如果没有端部止挡件，则由用户的手指施加到按钮表面的力可能会导致线过度拉伸。

图1b示出了包括三对平行的sma致动器线的另一触觉组件100'的平面图。触觉组件100'的功能和结构与图1a所示的相同，除了线的布置不同，因此为了简明起见，类似的特征没被描述。在这种布置中，每对致动器线中的致动器线联接到中间可移动元件106的相对侧。在一些布置中，相对侧意味着致动器线可以联接到中间可移动元件106的平行于中间可移动元件的移动方向的相对侧。在其他布置中，相对侧可意味着致动器线可以联接到中间可移动元件的相同端面，但是位于端面的两侧。在两种布置中，与联接到中间可移动元件一侧的单根线相比，该成对的线在相同方向上发挥作用(即，可以在相同方向上向中间可移动元件施加力)，以提供两倍的力。

三根sma致动器线(每对线中的一根)在一端处经由压接部110c形式的联接元件(或压接连接器——这些词可互换使用)联接到中间可移动元件106，并且在另一端处经由压接部110a形式的联接元件联接到壳体104。该成对的压接部110a、110c可被认为形成第一对联接元件，该第一对联接元件将三根线联接到中间可移动元件106和壳体104两者。每个压接部110a、110c保持三根线的相对端。在这种布置中，每根sma线具有与壳体的直接连接，但是应当理解，该连接也可以是间接的，因此在每根sma线和壳体之间可存在一个或更多个中间元件。

类似地，在可移动元件的相对侧(即，在如图1b中所示的不可见的一侧)上，有三根致动器线；每对中的一根(未示出)在一端处经由连接器或压接部联接到中间可移动元件106，而在另一端处经由连接器或压接部联接到壳体104。因此，三根sma致动器线又通过成对的联接构件联接到中间可移动元件106和壳体两者。

图1c示意性地示出了将三根线中的每一根的端部连接到壳体的压接部110a的细节。尽管从图1b示出了箭头，但是应当理解，图1c中的压接部的细节也适用于图1a。在每个单独的压接部中，存在三根线108a、108b、108c的端部。每根线之间可存在间隔，并且此类间隔可以是均匀的。然而，线之间也可能没有间隔或间隔很小。

每个压接部的宽度w可足以保持并连接到三根线中的每一根。压接宽度w是压接部的平行于压接部内sma线的尺寸。因此，宽度限定了每根sma线被保持在压接部中的量。宽度可在400μm至750μm之间，其中标准压接部通常具有500μm的宽度。例如，保持三根线的压接部可具有标准宽度。由于存在更多的压接材料，因此较大的压接部可能会在压接部和线之间形成更好的机械连接。长度是压接部的垂直于宽度的尺寸，并且在压接部折叠到线上后来限定。长度通常为450μm，即展开的压接部通常为900μm。压接部具有的厚度可取决于材料。形成机械和电气连接的任何合适的材料均可用于压接部，例如磷青铜或不锈钢。压接部可以涂覆有例如金或另一种合适的材料，以减少腐蚀和/或降低与线的电连接的电阻。很厚或很薄的材料件可能更难折叠，或者可能无法与线形成良好的机械连接。例如，折叠的压接部具有的总厚度可以是100μm。压接部的尺寸可被选择成平衡关于线之间的间隔的要求，以及提供可接受的机械和电气连接。

图2a和图2b示意性地示出了图1a和图1b的sma线的功能布置。图2a示意性地示出了三个环状sma线208a、208b、208c的示例。如关于图1a所描述的，三根环状sma线中的每一根均可位于触觉组件的sma致动器内，以提供上述功能性。每根线的一端通过联接元件210a(例如，压接连接器或焊接点)连接到壳体205。如上所述，每根线围绕钩成环，并且每根环状线的另一端通过联接元件210b(例如，压接连接器或焊接点)连接到壳体205。因此，每个联接元件210a、210b包含三根线，并且每个联接元件210a、210b连接到静态零件(即，壳体)。如上所述，这种联接可以如图所示是直接的，或者可以是间接的，例如经由中间元件(未示出)。

图2b示意性地示出了使用三对sma线(218a、218f)、(218b、218e)、(218c、218d)的触觉组件的sma致动器的示例。如关于图1b所描述的，三对sma线中的每一对均可位于触觉组件的sma致动器内，以提供上述功能性。每对sma线的端部均连接到联接构件，该联接构件可以是永久连接器，诸如焊接点或压接部。联接构件210a、210b连接到壳体(即，静态零件)，并且可被称为静态联接构件。类似地，联接构件210c、210d连接到可移动元件206，并且可被称为可移动联接构件，因为它们与可移动元件一起移动，但是不单独地移动。静态联接构件和可移动联接构件形成两对联接构件(210a、210c)、(210b、210d)，其将sma线联接到静态元件和可移动元件两者。如上所述，这种联接可以如图所示是直接的，或者可以是间接的，例如经由中间元件(未示出)。

第一对sma致动器线或外部的sma致动器线对包括第一外部sma致动器线218a和第二外部sma致动器线218f。第一外sma致动器线218a在一端处经由第一可移动联接构件210c联接到中间可移动元件206，而在另一端处经由第一静态联接构件210a联接到壳体。第二外部sma致动器线218f在一端处经由第二可移动联接构件210d联接到中间可移动元件206，而在另一端处经由第二静态联接构件210b联接到壳体。类似地，第二对sma致动器线或中间的sma致动器线对包括联接到第一可移动联接构件210c和第一静态联接构件210a的第一中间sma致动器线218b，以及联接到第二可移动联接构件210d和第二静态联接构件210b的第二中间sma致动器线218e。第三对sma致动器线或内部的sma致动器线对包括联接到第一可移动联接构件210c和第一静态联接构件210a的第一内部sma致动器线218c，以及联接到第二可移动联接构件210d和第二静态联接构件210b的第二内部sma致动器线218d。因此，每对线中的第一线218a、218b、218c中的每一根通过第一对联接构件210a、210c连接到静态零件和可移动零件两者，并且每对线中的第二线218d、218e、218f中的每一根通过第二对第二联接构件210b、210d连接。

在图1a中(如图2a中示意性示出的)，线环的半部平行地机械式起作用，因此，每根线的每一半部均可被认为形成了有效线段。因此，图1a中的布置有效地具有六根平行起作用的线。类似地，在图1b(和图2b)中，使用三对线也提供了六根平行起作用的线。因此，与单根线相比，两种布置均提供了达到六倍力的潜力。这是因为可用的最大力与线的直径成正比。应当理解，sma力将随着施加到线上的负载而变化，但是一些值被提供仅仅是为了说明由该布置生成的增加的力。例如，横截面为25μm的线通常会生成120mn至200mn的最大力，因此六根线(或六根有效线段)会提供大约720mn至1.2n的力。将每根线的直径从25μm增加到35μm大约使每根线的横截面积加倍，从而使由每根线提供的力大约加倍。直径为36μm的六根线(或六根有效线段)所能提供的最大总力在1.5n至3n的范围内。

因此，图1a和图1b的布置可提供比已知的sma致动器明显更高的力，而不损害组件的其他属性，如下面更详细地解释的。通常，操作sma线以使sma线上的应变保持在下限值(例如2％-3％)内，以防止对线的损坏。除非改变sma线的其他因素，否则用sma线提供更高的力可能会增加线内的应力。例如，由sma线提供的力与线的横截面有关。增加线的横截面意味着可用总力的增加。然而，需要加热以激活线的材料体积也会增加，并且为了获得更高的力，功率也需要调整。存在这样的风险，即对直径较小的线使用较高的功率可能会因过度应变而损坏线。要解决的另一个问题是，具有较大横截面的线比具有较小横截面的线冷却速率慢，这可能影响如下所述的性能。

图3a和图3b示出了三种不同布置的模拟加热和冷却速率：直径为60μm的单根线、直径为35μm的三根相邻接触线、和直径为35μm但间隔开以使得这些线相邻但不接触的三根线。直径为60μm的单根线的横截面积为2.8×l0^-9m²，这类似于三根线的组合横截面积2.9×l0^-9m²。对于三根线布置中的每一根线，中间线w2的温度与外部线w1的温度分开模拟，模拟参数是25摄氏度的环境温度和150摄氏度的冷却起始点。

如图3a所示，在最初的几毫秒内，两种三根线布置的温度均存在最小差异。中间线w2的温度也类似于外部线w1的温度。最初，与两种三根线布置相比，单根线布置的温度随时间存在最小差异。然而，在10毫秒后，三根线布置的温度比单根线布置的温度低大约6度。超过10毫秒后，单根线布置的温度开始比三根线布置中的每一个上升得更快，因此在20毫秒时，大约有18-20度的温差。

单根线布置和三根线布置之间的差异在冷却方面更加显著。如图3b所示，当两种三根线布置冷却时，它们的温度随时间存在最小差异。中间线w2的温度也类似于外部线w1的温度，仅在10毫秒后间隔布置中的中间线和外部线之间有存在相对小的差异(例如5度)，而在10毫秒后接触布置中的中间线和外部线之间存在更小的差异(例如2度)。三根线布置的冷却比单根线布置的冷却快得多，并且在200毫秒后大约低50度。对于相同的总横截面，单根线布置比三根线布置多花费大约3.2倍的时间冷却(即，从150度冷却到60度的时间为0.12秒与0.38秒)。

因此，图3a和图3b示出了三根线布置将几乎与单根线布置一样快地加热，因此对于两种布置而言，激活致动器并提供收缩以移动可移动元件的加热事件是相似的。然而，对于冷却而言，三根线布置提供了优于单根线布置的显著优势。冷却要快得多，因此三根线布置中的线将会比较粗的单根线更快地冷却并恢复到其原始形状。因此，三根线布置比单根线布置更快地准备好被重新激活。图3a和图3b中的模拟还示出了当线接触时，三根线布置的加热和冷却类似于当线间隔开时，这可能是反直觉的。此外，多根线布置中的每一根线处于大体上相同的温度，并因此没有在线处于不同的温度的情况下会预想到的性能损失。

因此，总而言之，与较大直径线相关联的加热和冷却问题可通过使用几根较小直径的线来解决，这些较小直径的线提供大体上相同的材料总体积，并且因此提供相同的最大可用总力。除了能够提供更大的力外，多根线的使用还可提高设备的可靠性。这是因为如果一根线在保持多根线的压接部中断裂，压接部中仍存在至少一根其他线是连接的。由于可靠性问题，在一些行业中希望不是具有单根线。

散热器布置

图4a示出了图1b的布置的变型。所有未改变的元件保留相同的附图标记，并且为了简明起见，这些未改变的元件的功能和结构不再重复。触觉组件100”包括散热器130，在该布置中，散热器130是壳体104上靠近sma线的单独元件。示出了单个散热器，但是应当理解，可结合多个散热器。散热器与线之间的距离可小于每根线直径的5倍。更优选地，散热器的距离可小于3倍直径，另外更优选地小于2个直径。散热器可接触线。散热器130可由任何合适的材料制成，例如铝、磷青铜或钢，这提高了线的冷却速率。散热器130可具有相当大的热质量和/或高导热率，以实现增强的冷却。

在图4a中示意性地示出的布置中，散热器与线相距很小的距离，但是应当理解，也可使用散热器与线接触的布置。直接接触可能会提高冷却速率，但可能会导致瞬时加热线所需的功率增加。然而，出于公差原因，此类布置可能是期望的，因为这意味着线不必相对于散热器以高精度定位。

散热器和/或线也可被配置为在散热器邻近(接近或甚至接触)线的激活位置和散热器远离线的平衡位置之间相对于彼此可移动。在激活sma线前，sma线处于室温，并且散热器处于平衡位置。以这种方式，可在不需要任何附加功率的情况下加热sma线。一旦sma线被加热，线就处于高温状态，并且散热器可从平衡位置移动到激活位置，以确保线的良好冷却速率。当线冷却时，也可触发附加的冷却机制，例如线周围的气流。

图4b至图4d是模拟示出散热器效果的曲线图。计算直径为60μm的单根线的冷却和加热速率，其中散热器位于距离线40μm至420μm的范围内。应当理解，对于多根线布置可能获得类似的结果。

图4b绘制了散热器在距离线不同距离处冷却单根线时温度随时间的变化。正如所预期，散热器的存在会提高冷却速率，特别是当散热器更靠近线时。

图4c绘制了冷却开始后100毫秒和200毫秒时温度随线与散热器之间距离的变化。正如所预期，冷却100毫秒后，散热器的每个位置的温度均高于冷却200毫秒后的温度。然而，两个线图均遵循相似的曲线，随着线和散热器之间距离的增加，固定数额时间后，温度也会增加。冷却200毫秒后，对于散热器距离线250μm的线，将从150摄氏度冷却到83摄氏度。冷却200毫秒后，对于散热器距离线100μm的线，将从150摄氏度冷却到70摄氏度。因此，对于距离较远的散热器，冷却较少。冷却100毫秒后，获得类似的结果。因此，这两个图线均示出了散热器的接近程度会显著改变冷却速率，而更靠近的散热器会改进冷却。

图4d绘制了加热单根线时温度随时间的变化。如图所示，散热器的存在对短期加热速率(例如在30毫秒前)没有显著影响，直到它非常接近，例如仅间隔40μm远。此外，驱动致动器的周期对于诸如触觉或闩锁的一些应用来说非常短，通常小于10毫秒，并且如图所示，对由散热器引起的对加热的影响实际上没有。因此，在此类应用中所需的任何功率增加均非常小，因为不需要长时间将线保持在较高的温度。因此，冷却速率的益处不会由于加热的不利效果而受到不利影响。这与其他致动器形成对比，在其他致动器中，线被驱动更长时间，因此由于加热线的功率需求增加，则散热器是不太理想的。

压接布置

在上面所示的布置中，三根线在每个单独的联接构件(例如，压接部)中保持在一起，尽管如上所述，在每个联接构件中可存在任意数量的线，例如在2根至6根(或更多根)之间。图5是示出了对于压接部中单根直径为60μm的线、压接部中单根直径为35μm的线、和压接部中三根直径为35μm的线，恢复时间相对于位移的曲线图。图5中的结果是从实验数据而不是模拟数据获得的。如图5所示，并且与上述结果一致，单根直径为60μm的线的恢复时间明显差于其他布置。因此，在致动事件之间将会需要更多的时间来使线能够恢复以产生下一次收缩。实验数据表明，单根直径为60μm的线的恢复时间比三根直径为35μm的线布置的恢复时间慢大约1.75倍。这与模拟数据相比差异较小，但是虽然如此与具有相似横截面的单根线布置相比，三根线布置提供了显著改进的冷却速率。

图5还示出了单根直径为35μm的线的冷却时间。正如所预期的，单根较细线比具有较大横截面的布置中的每一个具有明显更短的恢复时间。例如，如果在每个布置中，线(一个或更多个)的收缩导致40μm的位移，直径为60μm的线需要大约275毫秒来恢复，直径为35μm的线需要大约115毫秒来恢复，并且三根线布置以大约160毫秒的恢复时间处于这两个极端之间。

图1a和图1b中所示的布置的另一变型是将每根线保持在其各自独立的压接部中。图6a示出了每根sma线具有单个压接部的一种变型。为了简单起见，未示出可移动元件和静态元件的布置，但是为了易于组装，将这些部件支撑在底盘600上。在这种布置中，存在两对线(608a、608c)、(608b、608d)。第一对上部线608a、608c布置在第二对下部线608b、608d上方。因此，在底盘600的每一侧上均存在两根线。

上部压接部610a、610b、610c、610d各自在其下方具有下部压接部610a'、610b'、610c'、610d'，即压接部竖直对准。在线的任一端处的每对层叠的压接部(610a、610a'、610c、610c')、(610b、610b'、610d、610d')可被认为形成联接元件，并且因此，尽管通过使用不同的零件，例如在每根线的每一端处的单独压接部，每个联接元件联接到多根线。来自第一对联接元件的层叠压接部(610a、610a')、(610c、610c')具有将两根线的一端联接到静态元件的第一联接元件(610c、610c')，以及将两根线的相对端联接到可移动元件的第二联接元件(610a、610a')。类似地，来自第二对联接元件的层叠压接部(610b、610b')、(610d、610d')具有将两根线的一端联接到静态元件的第一联接元件(610d、610d')，以及将两根线的相对端联接到可移动元件的第二联接元件(610b、610b')。

在这种布置中，总共存在四根线，但是应当理解，图1b的六根线布置可通过将三根线布置在底盘的任一侧上而将对应的三对压接部的组布置在底盘的任一侧上来实现。如果线被竖直布置，如图6a所示，一个在另一个的顶部上，则压接部也可以被布置成竖直层叠。同样，如果需要两根线，则每侧可存在一根线，或者一侧可存在一对线。该布置在每个包括多个压接部的联接元件中可具有2根至6根线。

第一上部线608a在一端处连接到第一上部可移动压接部610a，当安装组件时，该第一上部可移动压接部将连接到可移动部分，例如如图1b的布置中的中间可移动元件。第一上部线608a在另一端处连接到第一上部静态压接部610c，当安装组件时，该第一上部静态压接部将连接到静态部分，例如图1a的布置中的壳体。类似地，第二上部线608c在一端处连接到第二上部可移动压接部610b，而在另一端处连接到第二上部静态压接部610d。对于下部线，第一下部线608b在一端处连接到第一下部可移动压接部610a'，而在另一端处连接到第一下部静态压接部610c'，并且第二下部线608d在一端处连接到第二下部可移动压接部610b'，而在另一端处连接到第二下部静态压接部610d'。

将线和压接部布置成竖直层叠，这实现了线的良好分离，如上所述，这对于冷却速率可能是有利的。然而，通过使用竖直层叠增加了整体高度。此外，还有附加的零件(即更多的压接部)和附加的组装步骤。压接部中的一些，例如可移动压接部610a、610b、610a'、610b'可与底盘600一体地形成，以减少部件的总数。为了协助组装压接部中的一些，例如静态压接部610c、610d、610c'、610d'可形成在单独的突片602上，突片602在组装程序期间被附接(例如焊接)到底盘600上。

图6b示出了图6a中的布置的变型，其中在两对线(618e、618c)、(618b、618d)中的每根sma线具有单个压接部。在这种布置中，线仍然在底盘600的任一侧上以竖直层叠来布置，但是上部压接部和下部压接部在横向方向以及竖直方向上均偏移，因此不像先前布置中那样以竖直层叠来布置。应当理解，这仅仅是一种布置，并且压接部可仅横向偏移或仅竖直偏移，不一定如图所示两者均有。

来自第一对联接元件的压接部(620a、620a')、(620c，620c')具有将两根线的一端联接到静态元件的第一联接元件(620c、620c')以及将两根线的相对端联接到可移动元件的第二联接元件(620a、620a')。类似地，来自第二对联接元件的压接部(620b、620b')、(620d、620d')具有将两根线的一端联接到静态元件的第一联接元件(620d、620d')以及将两根线的相对端联接到可移动元件的第二联接元件(620b、620b')。

第一上部线618a在一端处连接到第一上部可移动压接部620a，而在另一端处连接到第一上部静态压接部620c，当安装组件时，第一上部可移动压接部620c将连接到可移动部分。类似地，第二上部线618c在一端处连接到第二上部可移动压接部620b，而在另一端处连接到第二上部静态压接部620d。对于下部线，第一下部线618b在一端处连接到第一下部可移动压接部620a'，而在另一端处连接到第一下部静态压接部620c'，并且第二下部线618d在一端处连接到第二下部可移动压接部620b'，而在另一端处连接到第二下部静态压接部620d'。

如图所示，上部线比下部线短，这是因为上部压接部定位成比相应的下部压接部靠得更近。应当理解，如果每个上部压接部在相同方向上从下部压接部横向偏移，则可在上部压接部和下部压接部之间获得相似的间隔。因此，类似的偏移布置可用于相同长度的线。然而，在一些设计中，具有不同长度的线可能是有用的。

与图6a一样，以这种方式布置线和压接部可实现线的良好分离。同样，可通过竖直分开线来增加整体高度，但是横向偏移意味着可同时形成压接部。这种折衷方案可能使致动器宽度整体增加。如前所述，压接部中的一些，例如可移动压接部620a、620b、620a'、620b'可与底盘600一体地形成，以减少部件的总数。为了协助组装压接部中的一些，例如静态压接部620c、620d、620c'、620d'可形成在单独的突片602上，突片602在组装程序期间附接到底盘600。

应当理解，以上示出的图中的线数量的选择仅仅是示例性的，并且可使用附加的或更少的线。使用附加的线，特别是如果它们是单个压接部，可能会增加组件的尺寸，因此在设计组件时要考虑线的数量和整体尺寸之间的平衡。就生成的力而言，具有多个压接部和多根线的布置可与具有相同数量的线保持在较少数量的线中的布置具有相似的性能，但是如图5所示可具有增加的冷却速率。然而，由于附加的材料、如果压接部是顺序形成的话组装步骤的增加以及组件尺寸的增加，多个压接部的布置可能会增加成本。在包含有此类sma致动器的设备中，空间通常受到限制，因此可能不希望增加尺寸。然而，可选择设计来平衡期望的冷却速率和其他因素。

第三触觉组件

图7示出了以不同于上述触觉组件的方式操作的(“第三”)触觉组件。

第三触觉组件包括安装在静态元件704上方的可移动元件706。可移动元件和静态元件的相邻面具有互补的形状。

第三触觉组件包括多根线708(在图中仅可见其中的一根)。每根线在其端部处附接到静态元件704。每根线的两个端部均使用压接连接器形式的静态联接元件712a附接，其中同一压接连接器优选地保持多根线708中的两根或更多根。每根线708限定了多根线段708a、708b(在这种情况下为十根线段)。第一多根线段708a大体上彼此平行，并且第二多根线段708b大体上彼此平行，并且设定成例如与其他线段708a成直角。因此，线段708a、708b可被认为形成了线段708a、708b的v形对。

线段708a、708b中的每一根与静态元件704和可移动元件706接合。使用压接连接器712a将第一线段708a的第一端附接到静态元件704，并且第一线段708a的另一端经由例如定位销714与可移动元件704接合。类似地，最终线段708b的第一端经由定位销714与可移动元件706接合，并且最终线段708b的另一端使用压接连接器712a附接到静态元件704。其他线段708a、708b的每一根在一端处经由定位销712b(或其他类型的非固定连接器，例如钩)与静态元件704接合，并且在另一端处经由定位销714与可移动元件706接合。

v形位于具有锯齿形横截面的通道内。应当理解，如果线段设计成具有不同的形状，则通道可类似地被设计成具有互补的匹配形状。

多根线708可均匀地间隔开，可彼此平行和/或在静态元件704和可移动元件706之间的独立通道(或单个通道)中对准。

应当理解，当多根线708收缩时，可移动元件706在与线708大体上延伸的方向(水平)成例如90°的方向(向上)上移动。

制造

图8是可用于将多根线压接在上述sma致动器中的单个压接部中的一种方法的示意图。多根线轴70、72、74同时将线通过导向轮76馈送并进入压接部78中。该导向轮可帮助维持压接部中的线之间的间隔。每根线可由任何合适的形状记忆合金制成，并且可被涂覆(例如，用聚酰亚胺或类似材料)，以减少线与sma致动器中的其他部件接触时与它们短路的风险。线的数量被示为三根，但是应当理解，这仅仅是示例性的，并且可使用其他数量的线。

为了获得最佳性能，每根线的轴线最好平行于压接部的轴线，但是由于压接部的缺陷，每根线通常被认为以一定角度离开压接部。压接点处的线弯曲会增加疲劳。导向轮还可帮助将每根线相对于压接部保持在期望的角度。稍微偏离平行可能是可接受的。偏差的大小取决于线的厚度，但对于直径为25μm的线，偏差最大可能高至平行度的8度。而且，每根线之间的角度变化可在该范围内。如果每根线均能以可接受的角度馈送进入压接部中，则可省略导向轮。

一旦线处于压接部内，压接部可被压接(即折叠或闭合)，以在线和压接部之间产生机械连接和电连接。然后，可修剪从压接部处突出的任何多余的线。压接步骤可在组装程序中的任何合适的点进行。

相同的程序可用于将相同的线连接到第二压接部(例如，如图6和图7的触觉组件中的压接部)。

在闭合压接部(一个或更多个)时，控制压接部之间的每根线中的张力和/或多根sma线中的每一根的长度，使得在最终的组件中，每根线在压接部之间具有基本上相同的张力和/或长度。如上所述，这可通过将多根sma线布置成各自遵循等效的平行路径来实现。

一般而言，如果线不交叉(即，彼此越过)，则可制造更可靠的触觉组件。然而，在一些情况下(例如在大批量生产中)，完全防止交叉可能不切实际。在此类情况下，发明人已发现，即使线在第一压接部和第二压接部之间交叉，只要线在压接部内部不交叉，也可实现令人满意的可靠性。

作为压接的替代方案，可使用焊接(例如电弧焊、使用焊条的焊接、激光/热基焊接)将线的端部连接在适当的位置(例如直接连接到静态元件或可移动元件或中间元件)。通过将线焊接在适当的位置，可更精确地控制线之间的间隔。在焊接程序期间，需要小心控制焊接，以便将对线的损坏(例如熔化或材料损失)降至最低。

本领域技术人员将理解，尽管前面已描述了被认为是执行本技术的最佳模式和适当的其他模式，但是本技术不应限于在本优选实施例的描述中公开的特定配置和方法。本领域技术人员将认识到，本技术具有广泛的应用范围，并且在不脱离如所附权利要求书所限定的任何发明构思的情况下，实施例可进行广泛的修改。