松弛补偿器的制作方法

本公开一般涉及形状记忆合金致动器，并且更具体地涉及用于补偿可能发生在形状记忆合金构件中的不可逆拉长的装置。

背景技术：

一些机械装置可以配置为具有两个分立状态，且相应关联操作位置对应于该两个状态中的每一个。机械装置可以在两个状态间反复循环。例如，两个状态可以被指定为关/开、打开/闭合、伸展的/回缩的、接合的/分离的，或一些类似术语。

汽车可以包括形状记忆合金(sma)致动器以操作此类机械装置。sma致动器可以作为用于分马力电动机或类似机电装置的相对简单低质量的可选方案。sma致动器利用形状记忆合金的能力以在两个位置之间反复循环(例如，如在可伸缩气坝、闩以及离合器中那样)，或者在预定限制之间的位置范围上反复循环(例如，如在可调节散热孔阵列、后视镜或侧镜或防晒板中那样)。

技术实现要素：

松弛补偿器包括固定片和往复移动装置，该固定片可以固定地附接至基部。往复移动装置可选择地从固定片上的第一位置移动到固定片上的第二位置。往复移动装置可选择地在第一位置可释放地附接至该固定片。当到达第二位置时往复移动装置被永久地捕获。松弛补偿器可以附接至sma线，以用于除去多个磨合循环期间在sma线中产生的松弛。

附图说明

通过参考以下详细描述和附图，本公开的示例的特征将变得显而易见，其中相同的附图标记对应于尽管并不相同但相似的部件。为了简洁，具有前述功能的附图标记或特征可以或可以不结合它们在其中出现的其它附图进行描述。

图1是由sma致动器操作的装置的示例的一系列示意图，该sma致动器具有根据本公开的示例的松弛补偿器；

图2是描述在sma线的示例中的不可逆塑性变形累积关于sma线的操作循环的数量的曲线图；

图3是根据本公开的松弛补偿器的一个示例的分解平面图；

图4a是图3中所描述的松弛补偿器在该松弛补偿器被启动之前的侧面剖视图；

图4b是图3中所描述的松弛补偿器在该松弛补偿器被启动之后的侧面剖视图；

图5是根据本公开的松弛补偿器的另一个示例的平面图；

图6a是图5中所描述的松弛补偿器在该松弛补偿器被启动之前的侧面剖视图；

图6b是图5中所描述的松弛补偿器在该松弛补偿器被启动之后的侧面剖视图；

图7a是根据本公开的用于操作装置的sma致动器的示例的示意图；

图7b是图7a中所描述的sma致动器的示例在松弛补偿器启动之前的示意图，在该sma致动器经历sma线的多个磨合循环之后，导致伸展长度由于产生的松弛长度而增大；

图7c是图7b中所描述的sma致动器的示例在松弛补偿器启动之后的示意图；以及

图8是描述操作如本文所公开的sma致动器的方法的示例的示意框图。

具体实施方式

形状记忆合金(sma)是在两个结晶相(被称为马氏体的低温相和被称为奥氏体的高温相)之间经历基本上可逆转变的合金。具体的相变温度随着合金系不同而变化，但是通常范围为从大约-100℃至大约+150℃。一些sma在大约25℃时处于它们的低温马氏体相，并且在从大约60℃到大约80℃的温度范围时转变为它们的高温奥氏体相。已经在大量合金系中观察到了形状记忆行为，包括ni-ti、cu-zn-al、cu-al-ni、ti-nb、au-cu-zn、cu-zn-sn、cu-zn-si、ag-cdcu-sn、cu-zn-ga、ni-al、fe-pt、ti-pd-ni、fe-mn-si、au-zd以及cu-zn，但是这些合金仅少数可商用。镍钛诺，镍和钛以接近等原子比例的合金，是可商用sma的一个示例。

sma可以预成形为线或类似拉长形式，诸如带条、链条、线缆以及辫等。本文中使用术语“sma线”来表示sma可以形成为的任何拉长的形式。

sma致动器可以包括sma，当加热时该sma长度可以强制地收缩或缩短。即使当遇到机械性阻塞或其它阻力时，由此类sma致动器产生的力可以强至足以操作装置。

sma线可以首先在sma线的奥氏体相中成形为所需形式；接着，sma线被冷却至环境温度，导致sma线采用马氏体晶体结构。当处于马氏体相时，sma线被拉伸并变形到其预期的预定长度。变形超出了可以施加在sma线上的最大可允许弹性应变，并且可以称为伪塑性变形。伪塑性变形的马氏体sma线处于用于sma致动器的适当启动状态。应变是sma线长度的变化除以其原始或基础长度。在这类伪塑性变形期间施加的应变不超过7％并且可以为5％或更少。如本文所用的，所有长度变化所参照的基础长度，是sma线处于高温奥氏体相的长度。

在被适当地在马氏体相中变形之后，当被加热并转变为奥氏体时，sma线可以自发地回复到原始的未变形形状。在形状变化过程中，当sma线处于马氏体相时，该sma线将收缩基本上等于先前施加的伪塑性应变的量。作为一示例，具有大约10厘米(cm)的长度、预应变至大约5％的sma线样品可以实现大约0.5cm的总位移。来自sma线的收缩的可用张力直接与线直径相关。大直径的sma线可以比具有相同长度和材料成分的较小直径的sma线产生更大的张力。较小直径的sma线可以比较大直径的sma线冷却地更快。sma线的更快冷却可以允许从奥氏体相到马氏体相更快转变。

通过中止加热并允许sma线冷却和回复到sma线的马氏体晶体结构，可以逆转sma致动器的动作。在冷却期间，sma线将不会自发地改变其长度为sma线的初始变形长度。然而，处于马氏体相时，可以容易地再次将sma线拉伸到sma线的初始预定长度。当sma处于其较小强度的马氏体相时，可以将与sma线串联的弹簧或其它偏置元件连接至sma线以使sma线变形。当奥氏体线冷却并回复到其马氏体相，sma线可以由弹簧拉伸到其初始长度，以使得可以重复伸展-收缩循环。如果晶体结构的转变是完全可逆的，通过应用合适的刺激(例如，热)伸展和收缩sma线的循环理论上可以无限地持续下去。

然而，在实际的sma致动器中，相变和伴随的循环长度变化并不是完全可逆的，并且存在一些不可逆的变形。这些在反复循环上的逐循环不可逆性累积到将该sma线永久地伸展。sma线的该永久伸展可能将松弛引入初始绷紧的线中，并且同时减少了可从sma致动器获得的行程和致使sma致动器的操作非线性。减少的冲程和非线性可能足以导致不具有松弛补偿器的sma致动器发生故障或致使sma致动器不起作用。

sma线的不可逆塑性变形使得收缩后的长度更长并由此减少操作循环产生的sma致动器的有效行程。如果sma致动器不再产生所需的行程，则sma致动器已经到了其使用寿命的末尾。随着一些sma线老化(积累操作循环)，通过将sma线加热至更高温度，可以刺激老化的sma线以获得所需的行程。为了产生额外的行程的额外的加热可能减少sma线的机械疲劳寿命。

图1示意性地描述了由sma致动器20操作的装置25。sma致动器20具有sma线15以移动装置25的可移动部件76。具有伸展长度52的sma线15的原始马氏体状态由附图标记50指示。具有收缩长度53的sma线15的原始奥氏体状态由附图标记51指示。行程长度54是伸展长度52和收缩长度53之间的差。在多个磨合循环期间，不可逆塑性变形在sma线15中累积。如附图标记80所描述的，在多个磨合循环之后，伸展长度52由于产生的松弛长度55而增大。为了将可移动部件76移动至sma线能够在马氏体状态达到的相同位置(参见附图标记51)，sma线15的行程54′必然要增大。在某些情况下，通过提高温度并以疲劳寿命作为交换，可以增大sma线15的行程。

如附图标记81所示，可以使用硬停止点79来限制可移动部件76的移动。如附图标记81所示，产生的松弛长度55可能导致sma线15中的松弛。

图1中以附图标记50′示意性地示出了松弛补偿器10的更多细节。附图标记50′表示sma线15处于原始马氏体状态。在附图标记82处，松弛补偿器10占去了产生的松弛长度55，如此可移动部件76处在可移动部件76随着sma线15处于马氏体状态而原始所处的相同位置。

如图2所描述的，在最初的数个磨合循环期间，sma线中的不可逆塑性变形迅速累积，随后在sma线的剩余寿命中增加地慢得多。曲线93表示取自sma线疲劳测试的信息。在图2中，横坐标90上描述了操作循环的数量，且纵轴91描述了累积的不可逆塑性变形所占的分数。磨合循环发生在垂直虚线92的左侧。水平虚线94描述不可逆塑性变形占比为50％。如图2所描述的，对于sma线的大部分使用寿命，塑性应变的演变是近似对数线性的。在图2所描述的示例中，一半以上的变形发生在sma线的使用寿命的最初1％中。除了图2所示的之外，使用本文所公开的松弛补偿器10的示例被认为可以延长sma线的使用寿命。在本公开的示例中，通过在磨合循环之后立即占去不可逆塑形变形，可以改善sma致动器的使用寿命和疲劳寿命。本公开的示例减轻了不可逆塑形变形的影响并由此为sma致动器带来更长疲劳寿命、更小封装以及延长的使用寿命的益处。

图3是根据本公开的松弛补偿器10的示例的分解平面图。如图3所描述的，松弛补偿器10包括可以固定地附接至基部35(参见图7a)的固定片30。基部35是在sma致动器20上的安装位置。如图4a和图4b所示，往复移动装置37可选择地从固定片30上的第一位置(参见图4a)移动到固定片30上的第二位置(参见图4b)。往复移动装置37可选择地在第一位置(参见图4a)可释放地附接至该固定片30。当达到第二位置(参见图4b)时，往复移动装置37被永久地捕获。如本文所使用的，“永久地捕获”指的是被捕获而使得在不将松弛补偿器10从sma致动器20移除的情况下无法实现从捕获状态释放。换句话说，一旦达到第二位置(参见图4b)，被永久地捕获的往复移动装置37不会自动地复位到第一位置(参见图4a)。然而，能够拆卸该sma致动器20并复原该松弛补偿器10。松弛补偿器10可以附接至sma线15(参见，例如图1)以用于除去多个磨合循环期间sma线15中产生的松弛15。

在本公开的示例中，sma线15可以在马氏体状态(参见，例如图1中的附图标记50)和奥氏体状态(参见，例如图1中的附图标记51)之间循环。处于马氏体状态(附图标记50)的sma线15具有伸展长度52。处于奥氏体状态(附图标记51)的sma线15具有比伸展长度52短了行程长度54的收缩长度53。附图标记80表示sma线15在多个磨合循环之后处于马氏体状态。如附图标记80处所描述的，响应于sma线15的多个磨合循环，伸展长度52增加了产生的松弛长度55。在示例中，在多个磨合循环中的磨合循环总数可以为从大约3个磨合循环到大约5000个磨合循环。在其它示例中，磨合循环的总数可以为从大约10个磨合循环到大约900个磨合循环。磨合循环指的是从sma线15的首个操作循环开始并持续预定数量的操作循环的操作循环。在多个磨合循环结束时达到了产生的松弛长度55。可以响应于sma线15的电标记图(阻抗历史)、sma致动器响应的计时、sma线15中张力的一些外部测量值或等待多个磨合循环过去的计数值，来确定已经达到了该产生的松弛长度55。将被包含作为磨合循环的操作循环的数量可以由经验确定，或者基于sma线15的特性预测。可以不必在sma线15的每个实例中测量产生的松弛长度55，因为sma线趋向于在不同样品之间具有一致的操作特性。

在图3、图4a和图4b所描述的松弛补偿器10的示例中，固定片30包括印刷电路板(pcb)31。pcb31包括前侧32和与前侧32相对的后侧33。焊盘34限定在前侧32上以使焊料层36设置在焊盘34上。电阻器38与焊盘34热连通。响应于大约2安培电流的释放电流39传导通过电阻器38，电阻器38产生热量以熔化焊盘34上的焊料层36，导电电路迹线40设置在pcb31上以将大约2安培电流的释放电流39传导至电阻器38。闩销41固定至pcb31以从pcb31的前侧32突出(参见图4a)。

在一个示例中，电阻器38可以为功率电阻器，其直接相邻于焊盘34而设置。在另一个示例中，可以有两个或多个这样的功率电阻器。应当注意，可以使用更高温度的焊料以将功率电阻器附接至pcb31并将功率电阻器连接至导电电路迹线40。然而，由于松弛补偿器10仅被启动一次，使用更高温度的焊料来将功率电阻器附接至pcb31并不是必须的。在一个示例中，安装在pcb31上的分立电阻器的替代方案可以是在pcb31内部的电阻加热器图案。导电电阻迹线(未示出)的精细图案可以设置在直接位于焊盘34下面的多层pcb31的内层上。

在图3、图4a和图4b所描述的松弛补偿器10的示例中，往复移动装置37包括导电板42，该导电板42具有sma线附接端43和回缩弹簧附接端44。在往复移动装置37上的焊料附接表面45用于焊料层36以可选择地可释放地将往复移动装置37结合至固定片30。当焊料36处于固体状态时，往复移动装置37通过焊料层36在第一位置(参见图4a)结合至固定片30。柔性电导体46将sma启动电流47传导至sma线15以在sma线15中产生焦耳热并导致sma线15从马氏体状态(参见图1中的附图标记50)转变为奥氏体状态(参见图1中的附图标记51)。往复移动装置37具有孔口56，当往复移动装置37处于第二位置(参见图4b)时孔口56容纳闩销41。

在图4a所描述的松弛补偿器10的示例中，回缩弹簧48连接至基部35并且在回缩弹簧附接端44处连接至往复移动装置37。在图4a所描述的示例中，回缩弹簧48是拉伸弹簧49。回缩弹簧48将张力施加于往复移动装置37以促使往复移动装置37远离在固定片30上的第一位置(参见图4a)而朝向在固定片30上的第二位置(参见图4b)。通过经由导电电路迹线40施加释放电流39以熔化焊料36，往复移动装置37从第一位置(参见图4a)释放，从而允许往复移动装置37移动至第二位置(参见图4b)。

在图5、图6a和图6b所描述的松弛补偿器10′的示例中，固定片30′包括印刷电路板31′。印刷电路板31′包括前侧32′和与前侧32′相对的后侧33′。第一闩销57固定至印刷电路板31′以从印刷电路板31′的前侧32′弹性突出。第二闩销58固定至印刷电路板31′以从印刷电路板31′的前侧32′弹性突出。第一闩销57和第二闩销58以产生的松弛长度55中心间隔开。

在图5中所描述的松弛补偿器10′的示例中，往复移动装置37′包括导电板42’，导电板42′具有sma线附接端43′。导电板42′将sma启动电流47传导至sma线15以在sma线15中产生焦耳热并导致sma线15从马氏体状态(参见图1中的附图标记50)转变为奥氏体状态(参见图1中的附图标记51)。sma启动电流47的可以在大约200毫安(ma)至大约3安培(a)的范围。当往复移动装置37′处于第一位置时(参见图6a)，孔口56′容纳第一闩销57，以及当往复移动装置37′处于第二位置时(参见图6b)，孔口56′容纳第二闩销58。回缩线59机械地连接至固定片30′并连接至往复移动装置37′。回缩线59包括另一个sma线16。另一个sma线16与sma线15不同。回缩线59将回缩力60施加于往复移动装置37′以促使往复移动装置37′远离在固定片30′上的第一位置(参见图6a)而朝向在固定片30′上的第二位置(参见图6b)。回缩力60正交于回缩线59并且沿由从第一闩销57到第二闩销58的矢量62所限定的回缩方向61。通过将回缩电流63施加至另一个sma线16，由此导致另一个sma线16收缩并施加回缩力60以移动往复移动装置37′至第二位置(参见图6b)，往复移动装置37′可以从第一位置(参见图6a)回缩。在图5所描述的示例中，电绝缘体73设置在回缩线59和往复移动装置37′之间以防止回缩线59建立与往复移动装置37′的电接触。在其它示例中，并不需要电绝缘体73，因为可以通过使用继电器、fet、二极管等电隔离所有的sma线端部来控制电流路径。

在图6a所描述的本公开的示例中，第一闩销57具有面向往复移动装置37′的第一斜面64。如图6b所描述的，当由回缩线59将回缩力60施加至往复移动装置37′时往复移动装置37′与第一斜面64接合，由此导致往复移动装置37′向第二闩销58平移并导致孔口56′与第一闩销57分离，以及导致往复移动装置37′在第一闩销57上滑动。第二闩销58具有面向往复移动装置37′的第二斜面65，该第二斜面65由往复移动装置37′的前缘66所接合并由此在限定孔口56′的部分的横向构件67下方弯曲第二闩销58。当往复移动装置37′达到第二位置时(参见图6b)，横向构件67与第二闩销58接合并由第二闩销58捕获。

在图6a所描述的本公开的示例中，当往复移动装置37′处于第一位置(参见图6a)、第二位置(参见图6b)时以及当往复移动装置37′在第一位置和第二位置之间平移时，第一闩销57和第二闩销58中的至少一个保持与往复移动装置37′的连续的电接触，以将sma启动电流47传导至sma线15。

在图5所描述的松弛补偿器10′的示例中，回缩线59可以通过第一电导接线片68和第二电导接线片69附接至固定片30′。第一电导接线片68和第二电导接线片69以小于回缩线59的总长度71的距离70间隔开。换句话说，回缩线59被布置为弓弦那样。另一个sma线16具有小于产生的松弛长度55的收缩行程。通过启动另一个sma线16而导致另一个sma线16以收缩行程进行收缩，回缩线59使往复移动装置37′从第一位置(参见图6a)平移到第二位置(参见图6b)。

图7a至图7c描述了根据本公开的用于操作装置25的sma致动器20的示例。sma致动器20包括基部35和sma线15，该sma线15具有第一端74和第二端75。第一端74连接至装置25的可移动部件76。在多个磨合循环期间，sma线15将产生在sma线15中的松弛55。第二端75通过松弛补偿器10、10′连接至基部35。如图7c中所示，通过牵引sma线15使其绷紧处于马氏体状态，松弛补偿器10、10′将补偿产生的松弛55。在图7a至图7c中示意性地示出了松弛补偿器10、10′。本文公开了松弛补偿器10、10′的细节，例如，在对图3和图5的详细描述中。

响应于sma线15在马氏体状态77和奥氏体状态78之间的循环(如图7a中的隐藏线所描述的)，sma致动器20使可移动部件76移动。处于马氏体状态77的sma线15具有伸展长度52。处于奥氏体状态78的sma线15具有比伸展长度52短了行程长度54的收缩长度53。响应于sma线15的多个磨合循环，伸展长度52增加了产生的松弛长度55(参见图7b)。

图8是描述了用于操作本文所公开的sma致动器20的方法100的框图。框110表示循环地将sma启动电流47施加于sma线15以导致sma线15在马氏体状态77和奥氏体状态78之间循环。框120表示自动地确定sma线15的伸展长度52已经增加了产生的松弛长度55。可以响应于sma线15的电标记图(阻抗历史)、sma致动器响应的计时、sma线15中张力的一些外部测量值或仅响应于等待多个磨合循环过去的计数值，来确定已经达到该产生的松弛长度55。将被包含作为磨合循环的操作循环的数量可以由经验确定，或者基于sma线15的特性预测。可以不必在每个实例中测量产生的松弛长度55，因为sma线趋向于在不同样品之间具有一致的性质。

框130表示，响应于该自动地确定(框120)，自动地将松弛补偿器10的电路连接至释放电流源或回缩电流源，以使往复移动装置37平移至第二位置并被永久地捕获在该第二位置。

框140表示自动地将电路与释放电流源或回缩电流源断开。

整个说明书中对“一个示例”、“另一个示例”、“示例”的引用，以及诸如此类，意思是指结合该示例所描述的特定要素(例如，特征、结构，和/或特性)包含在本文所述的至少一个示例内，并且可以存在于或可以不存在于其他示例中。此外，应当理解，针对任何示例所描述的要素可以在各种示例中以任何合适方式进行组合，除了上下文中以其他方式明确指出之外。

应当理解，本文提供的范围包括声明的范围和任何等价物或落入所声明范围内的子范围。例如，从大约200ma至大约3a的范围应当被解释为不仅仅包括明确列举的从大约200ma至大约3a的界限，而且还应该包括单值，诸如200ma、300ma、1500ma等，并且还包含子范围，诸如从大约200ma至大约2.5a、从大约0.5a至大约3a等。此外，当使用“大约”来描述值时，其意思为涵盖偏离声称值的微小变化(达+/-10％)。

此外，术语“连接/连接的/连接件”和/或类似术语在本文中宽泛地限定为涵盖各种不同的连接布置和组装技术。这些布置和技术包括但不限于：(1)在一个部件和另一部件之间且在其间不具备中间部件的直接连通；以及(2)一个部件和另一部件在其间具备一个或多个部件的连通，只要“连接至”另一部件的该一个部件在某种程度上与另一部件可操作地连通(尽管在其间存在一个或多个额外的部件)。

在对本文所公开的示例进行描述和要求权利保护时，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数项，除了上下文中以其他方式明确指出之外。

尽管已经详细描述了若干示例，应当理解可以对所公开的示例进行修改。因此，上述描述应当被认为是非限制性的。