专利名称：灵敏记忆合金控制的制作方法
灵敏记忆合金控制发明领域本发明涉及形状记忆^r材料，且特别涉及形状记忆^^材。 发明背景形状记忆合金已为人们所知，而JLi逸常主要或全部由钛和镍制成。这些合 ^￡可以包括*^#料，比如铝、#^铜。形状记忆材料肯化低于预定转变温 度(马氏体)下絲一种形状，而一M温舰过转变温度(奥氏体)就会变为第 1形状。相慈，当形状记忆^^H卩至低于转变温度时，它能够再次絲 第一种形状。与本发明的抖方面相关，形状记忆*受热时原位》1魏。形状 记忆妙线材目1H"得到利用，比如以Nitinol为名出售的形状记十6^r线材， 其当受热活化时可以)]^l约3%。形状记忆M(SMA)如Nitinol的活4mi4通过电PW口热实现。 已知形状记忆*线材表现出大量行为特征，这些行为棒性可影响线材的 性能和寿命。发明目的本发明的目的pUl大化SMA的性f^tr SMA的寿命。 发明内容已注意到疲劳对性能和寿命有影响。已观察到在^Oj靖环应用中使用的 SMA元件的寿命与>%值SMA应力密切相关，相应i^k^包^^^i^过早^t的P艮 制内。寿*受加工回复应变的影响。应变可被认为是在活化时SMA线材M 的变化，将该M变化除以线材的正常M,以百分比表示。应变百分比越大， 对线材的影响越有害，线材的寿命^#^。最小化SMA的应力和应变可导致 SMA工作寿命的增力口。已经注意到加热SMA线材以引起奥氏体至马氏M变的最高温JUS限制于一个妙工作极限内以狄SMA工作寿辆劣化。应考虑到电压。可以为SMA元件提供一定范围的供应电压(su卯ly voltage)。例如，飞枳禾汽车设备通常在供应电压方面经受20°/。或更大的变化， 这可負t^具有固定的外加电压的SMA元件中导致45%或更高的能量变化。理想 地，为了优^i^行以确保一致的功率输送而不管电源(power su卯ly)电压水 平如何，应4(^^应电压的变化。^i人为通过测量供应电压和调节SMA功率输 送，例^it过^^)l^中^l调制(pwm)控制，可在宽的供应电压变动范围上提供 一致的功率M。需要考虑环嫂温度。如上所述，从马氏体(冷、长)到奥氏体(热、短)状态 的转变A^通过加热SMA元件至临^#变温度比如90。C实现的。典型通过〗吏电流 通过SMA元件^Ui行加热。对于^^定的功率#^等级(rate)， SMA元件的温度 升至临M变温度所需要的时间^^赖于开始或环境的温度。例如，如果温度 相对低，那么就需要将较大量的能量输iti^状记忆^^线材以将其加热到所需温度。相M，如果温度高，^r^l^状记忆^r线材以使其4姊的負&量值将较小。为实现一致的运4亍，SMA元件的功率和能量应^lH SMA开始温 度进行调节，该开始温度与SMA元件附近的环凌温度接近。另一个需考虑的因素是老化。在^^循环中^J )时，SMA元件的特性可能 随循环数增加而改变。特别地，奥氏体(热)状态的长度可能絲循环教的增加 而减小，典型在大应力下经it^万个循环A后减少0. 5到1. 0%。另外，实现马 氏体至奥氏^变所需的能量和/或温度的增加量可能l^"循环^t增加，^卩后 将SMA元件偏置到伸展M的马氏g态所需的力可能也是如此。在怖逸实施方案中，本发明的紧固系统也可以包^^显度传感器用以感应形 状记忆*线材的温度。4 感应的温度可以调节翻口，状记忆M线材的 能量值以考虑到变化的糾。在il^"面，温度传感器能够实iEJi^馈并引起功率 输逸的调节。本发明中，考虑到某些或(可i4^)所有这些因素。相应地，本发明提供了 对加热到临界温度时适合于收缩的材料的性能和/或寿^ii行改良的方法，该方 法包括以下步骤i. 活化前测量减温度；ii. 测量^口到材料的电压和/或材料中流过的电流；iii. 计算加热材料^Jf嫂温度到临界温;^斤需的功率和能量；和iv. 提供所计算的功率和能量。^ii^，活化时适于4姊的材料是SMA,。 ^i^，在SMA活化前测量 SMA元件附近的环嫂温度，并且使用该^温度和临界温度间的差*计算在特 定活化时间内升高SMA温jLJJ降界温y^斤需JM^的功率和能量。可以^fW可适宜的方式测量i^i温度。在步骤ii中，测量淑口到材料的电压和/或测量流过材料的电流。在一个 实施方案中，测量电压和电流两者。在该实施方案中，原位计算SMA线材的电 阻是可能的。特别地，在另一个实施方案中，当SMA的电阻已知时，^LitX测 量电压，因为当激励或活化SMA线材时这时能够计算总电流。在又一个实施方 案中，当SMA电阻已知时，优选只测量流过SMA线材的电流。以^f封可适宜的方式^f亍电压和/或电流的测量，以;sj口热材料从减温度到 临界温JL/斤需的功率和能量的计算。当本发明的方法与包括孩狄理器的才;i^置结^f^I时，孩狄理器可以控制^T^'J SMA线材的能量，^itiif^J显度的算法。孩狄理^^可感应才;i^装置的状态以及其是否^JI]。樣狄理器可将^i^同次要的感应信息一^报告给才;i^置构成其一^分的网络。该才;M^置可是例如紧固装置。进一步^ii^是，在SMA活化开始时，测量加载下的SMA供应电压，， 节SMA功率^Ti^L程(profile), pwm控制以确保施加特定的功率和能量。传感mi^HM本发明方法的紧固装置或^^置中的枳^^置的运行 进行监控。传感器可探测移动部件^N^置中的位置。典型地，可以提藩感器以探测才7L^置的满行程并在该时刻使SMA元件去激活。测量向SMA元件 施加功率开始与枳皿置完成满行程之间的时间，并与目标值t腺。传感器对于感应确实M过的每一次活^^是重要的。传感器可用于测量 SMA元件中的应变禾J^或SMA元件M的改变。来自这些感应器的反馈对于如下 是有用的例如指示为优化性能所需的4hi尝，或能^fM最小能量^^得有望 最大化SMA元件寿*结果。如果需要，在#~~循环的开始可以调节功率和能量的输送，以便为后续循 环获得所需目标。这样，运行可自适应船M宗SMA元件或才;l^置特性中的任何变化，以便随着时间而保持一致运行。每次驱动参数被改变时，它们可以被!^存在例如非易失性闪速賴器中以^^功率循环期间得以^^。应当清楚的是，4hf尝电压变化是重要的，因为SMA线材中产生的能量变化与其平方值i^f^^成比例。因为电压^M尝应当尽可^hMt确，当加栽时应当测量电源。因此，当SMA线材4^^置中时，^i^将SMA线材接通持续短的时间，典型是15微秒，使得可以测量加载的电源。该测量使紧固装置能够考虑到连接引线和保护装置如1管、保险丝和滤波器中的所有电压降。tt^，才^Tf式外H尝电压 PWM州,-PWM败x (电压额》V (电压一2其中-电压*^程的额定电源电压值-PWM观沖级调制 ^JU该公式可^M尝功率应用M^f呈。也可^^解释^^I如SMA电阻随温皿化的^>复杂的公式，。 在^-"SMA活化前，^测量 温度，而且向功率应用规4I^口下式中PWM州fPWM额定x (温度靴-温U / (温度舌化-温>^) 其中-温^RA^程的额定温度，并且i议为25。C -温庑刮ASMA的活化温度，并且"&^为95。C -醒A^O中狄调制 才N^本发明方法实翻hf尝可以提供许多好处，比如优化性能^i殳计、最大 化寿命以及确定预防性维护。SMA元件并且应用本发明方法的枳皿置可在，个运行寿命期间， 在转的特定运伤显度范围和电压范围内获得运行性能目标。通过4W尝f51^f^生的工作行程的改变，可f^^设计有过大初始行^I^几皿置的需要，以确保该才;^^^置在其工作寿命期间正确运行。如果提供传感器以截断SMA活化， 一旦它探测到 ^置已经运行时，就可以it^iM^置 在其早期寿命期间的^f呈。附图简述j脉结^4。附图所示的非限制性实施方案描^^发明，其中
图1示出构威^^发明方法的实施方案的流程图。附图的详细4苗述参照图l， ^f呈图显示向SMA线材^iii的能量值的优化，以有效活4战材。 以夕NWt和SMA老化为勤出计算能量。例如，SMA线材可以涉及国际专利申请 W0 2005/047714中/^f的驱动装置的4封可适宜的实例，通过引用将其内容并入 本文。例如图5到13、 17到33或41到46所示的紧固装置的形式是适宜的。 额定温;^选为25。C。典型SMA的活化温^95。C。至于典型的紧固装置应用，额定的PWM是20。/。，尽管^##^供应电压和 SMA线材的长^^及电阻而改变。额定PWM用于使用下式计勒hf尝PWM:pwm州尝-p額败x (温UU / (温U^)其中 -温^0^呈的额定温度，并且i^l为25'C -温度刮^1SMA活化的温度，并Jli^:为95'C -P醫狄沖级调制 至于典型的测4^^ 显度3(TC， ^f尝PWM值的计算如下#h^PWM=20°/。x (95-30)/(95-25) =18. 6%。J^卜，为了考虑冲;M^置中的所有电压降并且净H尝PWM,可以在SMA开启 大约15微秒后测量跨SMA的加栽电源。可才 下式计^4M尝P丽 P観朴尝-PWM败x (电压《*) V (电压力J2 其中-电压额^^程的额定电源电压值-醒;|*中级调制 例如，可以通过rf^J含有微控制器的才^:转换器测量电源电压。作为测量 电源电压的脊氏，可测量SMA电流，例^ifitf^l]^lt转换器来测量与SMA线 材串联的感应电阻器两端的电压降。^JU欧姆定律，这些Wt与SMA线材的电 阻有关。本领域的技术人员将意识到可以通过多种方法测定SMA中的功率耗散，其中^__种方法将允许实施该;^尝方法。如果仅使用最小功率iM区动SMA元件以实现逸行，SMA元件将受到实现性 能目标所需的最小应力、温度升高和马氏体到奥氏#变百分比。[个这些 錄的最小化可对SMA元件的寿命周械有益影响，从而最大化可由才;i^置完成的运行循环教。如果对实现特定目标的SMA驱动参数iM进行比较，可^fM这些# ￡过预定限度的偏差来预测SMA元件或才;i^^置即将发生的^L超iiit^卩暖的 偏差可作为安排M维护活动的基础。较;U^复的偏差可f汰明需要立即更换。 应当清楚可以对在》b^述的实施方案进行改变而不限制本发明的主旨和范围。工业实用性^^页域的技^A员都易于理解，在otb^开的发明并不限于所陈述的实例， 而JUM艮多领域具有宽广的应用，^R^了相关技术的重大进步。特别地，本发 明提供了与5^技术的紧固装置相比A^完善的紧固装置，允许应用最新的技 术。
权利要求
1.一种用于改善当加热到临界温度时适于收缩的材料的性能和寿命的方法；该方法包括以下步骤(i)活化前测量环境温度；(ii)测量施加到材料的电压和/或材料中流过的电流；(iii)计算加热材料从环境温度到临界温度所需的功率和能量；和(iv)提供所计算的功率和能量。
2， ^4又利要求1所述的方法，其中材料是形状记忆^r线材。
3. :H又利要求2所述的方法，其中在步骤(iii)中依据下式计^f力率PWM州尝-PWM额定x (电压额;t)2/(电压力J2其中-电压双;tA^f呈的额定的电源电压值 -醒^辦狄调制
4. 如权利要求2所述的方法，其中在步骤(iii)中依据下式计算能量 PWM PWM额定x (温UU / (温度她-温U其中-温^^^f呈的额定温度，^H^^25X: -温USMA的活化温度，射议为95。C-P窗狄沖tt调制
5. 如^UN要求1至4中^—项所述的方法，其与紧固系统结^f吏用。
6. 如权利要求5所述的方法，其中紧固系统包括孩狄理器，该孩狄理器通 近显度#^算法#制向材料的能量員。
7. 如权利要求6所述的方法，其中孩狄理器感应或报告，或感应并才艮告紧 固系统的状态。
8. :H又利要求5至7中^~~项所述的方法，其中紧固系统包括至少一个监 测紧固系统中的 ^置运行的传感器。
9. 参照所附^f呈1 ^jtb^要描述的4W要求1的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于改善当加热至临界温度时适于收缩的材料如形状记忆合金线材(SMA)的性能和寿命的方法。该方法包括如下步骤活化前测量环境温度、测量供给SMA线材的电压和/或通过SMA线材的电流，计算加热材料从环境温度到临界温度所需的功率和能量，以及提供所计算的功率和能量。
文档编号C22F1/10GK101253278SQ200680010559
公开日2008年8月27日 申请日期2006年4月4日 优先权日2005年4月4日
发明者B·D·福特, G·D·希泽, R·N·卡扎利斯 申请人:远程接合技术公司