用于形狀記憶合金(sma)致動器感應加熱系統(tǒng)的智能基座的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開的系統(tǒng)和方法涉及加熱形狀記憶合金(SMA)致動器，并且更具體地涉及使用智能基座(susceptor)加熱SMA致動器的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]形狀記憶合金可用于形成具有獨特的熱學和力學性質(zhì)的致動器。這些類型的致動器可被稱為形狀記憶合金(SMA)致動器。例如，如果形狀記憶合金塑性地變形同時處于馬氏體狀態(tài)，并且然后被加熱至相變溫度以達到奧氏體狀態(tài)，則形狀記憶合金形變回其原始的非變形形狀?；謴椭猎嫉姆亲冃涡螤畹乃俾嗜Q于施加至形狀記憶合金的熱能的量和速率。
[0003]通過加熱形狀記憶合金至其相變溫度可激活SMA致動器，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致動器可用于多種應用，比如，例如，航空器的翼面系統(tǒng)。然而，在至少一些實例中，SMA致動器已經(jīng)證明對于控制是具有挑戰(zhàn)性的。例如，可以通過電阻加熱元件激活SMA致動器。此方法的一個缺點是電阻加熱元件可能不足夠快速地將SMA致動器的形狀記憶合金加熱至其相變溫度。因此，在本領域中存在用于控制SMA致動器的改進技術的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個實施方式中，用于加熱形狀記憶合金(SMA)致動器的系統(tǒng)可包括SMA致動器、智能基座、多個感應線圈和控制模塊。SMA致動器可具有至少一個敷層(layup) AMA致動器可選擇性地加熱至轉變溫度。智能基座可與SMA致動器的至少一個敷層熱接觸。感應加熱線圈可配置為接收交流電并基于交流電生成磁場。磁場可在SMA致動器和智能基座中的至少一個中感應渦流以將SMA致動器加熱至轉變溫度?？刂颇K可配置為驅動交流電供應至感應加熱線圈。
[0005]在另一個實施方式中，用于加熱SMA致動器的系統(tǒng)可包括SMA致動器、智能基座、多個感應線圈和控制模塊。SMA致動器可選擇性地加熱至轉變溫度。感應加熱線圈可配置為接收交流電并基于交流電生成磁場。磁場可在至少SMA致動器中感應渦流和在智能基座中感應二級磁場。智能基座可相對于SMA致動器定位以使二級磁場在SMA致動器內(nèi)感應額外渦流?？刂颇K可配置為驅動交流電供應至感應加熱線圈。
[0006]在還另一個實施方式中，制造形狀記憶合金感應加熱系統(tǒng)的方法可包括提供形狀記憶合金(SMA)致動器。SMA致動器可具有至少一個敷層。該方法可包括放置智能基座與SMA致動器的至少一個敷層熱接觸。方法還可包括提供多個感應加熱線圈，其配置為接收交流電并基于交流電生成磁場。磁場可在SMA致動器和智能基座中的至少一個中產(chǎn)生渦流以將SMA致動器加熱至轉變溫度。方法可包括提供控制模塊，其配置為驅動交流電供應至感應加熱線圈。
[0007]根據(jù)以下描述、附圖和所附的權利要求書，公開的方法和系統(tǒng)的其它目的和優(yōu)點將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0008]圖1是公開的形狀記憶合金感應加熱系統(tǒng)的示意圖；
[0009]圖2是沿著圖1中的線2-2截取的形狀記憶合金(SMA)致動器的橫截面視圖；
[00?0]圖3是圖1中顯不的SMA致動器和感應線圈的不意圖，其圖解了磁場和禍流；
[0011]圖4A是圖1中顯示的SMA致動器的可選實施方式的橫截面視圖；
[0012]圖4B是圖1中顯示的SMA致動器的另一個實施方式的透視圖；
[0013]圖4C是圖1中顯示的SMA致動器的還另一個實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加熱系統(tǒng)的示例性方法的工藝流程圖。
[0015]發(fā)明
【具體實施方式】
[0016]如圖1中所示，形狀記憶合金感應加熱系統(tǒng)一一通常指定為10—一可包括形狀記憶合金(SMA)致動器20、感應加熱線圈22、電源24和控制模塊26。交流電流可通過電源24供應至線圈22以感應地加熱SMA致動器20。形狀記憶合金感應加熱系統(tǒng)10可用于多個應用比如，例如，航空器、電力系統(tǒng)、石油鉆井設備(oil drills equipment)、旋翼飛行器和汽車零部件。具體地，形狀記憶合金感應加熱系統(tǒng)10可用于致動航空器的翼或門、風輪機的葉片、或位于車輛的行李箱中的氣壓鎖。應當理解這些僅僅是說明性實例，并且形狀記憶合金感應加熱系統(tǒng)10也還可以用于其它應用。
[0017]SMA致動器20可由形狀記憶合金(也稱為智能金屬、記憶金屬、記憶合金和智能合金)構成。例如，在一個實施方式中，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使鋅、銅、金和鐵合金化產(chǎn)生?？赏ㄟ^加熱形狀記憶合金至轉變溫度激活SMA致動器20，所述轉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SMA致動器20的形狀變化。具體地，例如，當形狀記憶合金被加熱至其轉變溫度時，SMA致動器20的第一端28可保持靜止，并且SMA致動器20的第二端29可扭曲或變形并形變至SMA致動器20 ’的輪廓。類似地，一旦冷卻形狀記憶合金低于其轉變溫度，SMA致動器20的第二端29可恢復其非形變狀態(tài)。
[0018]在如圖1中所示的示例性實施方式中，SMA致動器20可包括沿著軸A-A延伸的細長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致動器20，但是應當理解SMA致動器20可以成形為各種不同的構造。例如，圖4A-4C圖解了 SMA致動器20的多種可選的實施方式，其在下面更加詳細地討論。SMA致動器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致動器20的主體30的一層或一片。智能基座40可沿著SMA致動器20的內(nèi)敷層34定位。在圖解的實施方式中，智能基座40可以呈薄片形，其中由智能基座材料構成的一系列相對薄的線嵌入薄片內(nèi)(該線在圖1中不可見)。智能基座40的外敷層52可熱接觸SMA致動器20的內(nèi)敷層34。雖然圖1圖解了呈薄片形的智能基座40，但是應當理解能基座40可包括各種不同的構造。例如，在可選的實施方式中，智能基座40可以是在沿著SMA致動器20的內(nèi)敷層34定位的凹槽(未圖解)中接收的一系列的線。
[0019]可感應地加熱智能基座40直到達到其居里點或居里溫度。居里溫度取決于智能基座40的具體材料。例如，在一個非限制性實施方式中，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-鐵合金構成，然而，應當理解智能基座40也可以是其它類型的合金。智能基座40可僅被感應地加熱上至但不超過其居里溫度。一旦智能基座40達到居里溫度，則智能基座40的導磁率陡然下降，并且智能基座40可變得基本上非磁性的。
[0020]可以在距SMA致動器20的外敷層32有效距離D(圖2中所示)處布置線圈22。交流電流可由電源24供應至線圈22?？刂颇K26可與電源24信號通訊以控制或驅動交流電至線圈22的供應。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中所示的實施方式中，線圈22可以是包括細長的大體上圓柱形的主體的螺線管型感應加熱線圈，所述主體具有多個單獨的匝(turn)54，其產(chǎn)生隧道或通道56用于接收SMA致動器20 AMA致動器20可定位在線圈22的通道56內(nèi)。雖然圖1將線圈22圖解為螺線管型感應加熱線圈，但是應當理解也可使用其它類型的感應加熱線圈。例如，在一個實施方式中，SMA致動器20可以是板型致動器(圖4B中所示)，其中可以使用餅型(pan cake-type)感應加熱線圈。
[0021 ] 參照圖3，線圈22可基于交流電生成磁場B，其中磁場B可以相對于SMA致動器20的軸A-A大體上平行。磁場B在SMA致動器20內(nèi)感應渦流E。渦流E在SMA