一种智能材料致动器功的最佳化装置和方法制造方法及图纸

一种电刺激的智能材料致动器产品预加载用的装置和方法，以便获得来自致动器的最大的功。当一个智能材料致动器最佳化地预加载时，某些希望的特性变得明显，比如，功，工作频率，滞后，可复现性和总精度等。当与一个机械杠杆系致动器结构结合使用时，智能材料致动器能够以其最大的潜能使用。因为机械杠杆系致动器能够依赖由智能材料致动器提供的最大的功，某些特性，比如整个系统的力和位移能够调节，而不会损失系统的效率。这里公开了预加载的方法以及最佳预载荷力的一种测定。每种智能材料致动器类型具有一个专门的功曲线。在一种致动器组件的设计中，最佳化的方法使用专门的功曲线，以便对于特定用途的要求设计最佳化。专门的功曲线的使用是借助发现一个位置，在此位置智能材料致动器能够提供最大的功，以便随后调节最佳的预载荷点。提供不同的机械的预加载技术。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的领域本专利技术一般地涉及一种致动器组件，以及更具体地涉及一种支承结构的功的最佳化，该支承结构可以响应一个智能材料(smartmaterial)致动器的电激励而移动。本专利技术的背景本专利技术是根据致动器技术，这种技术正在广泛的范围内发展，其中包括工业。在此类型的致动器中使用的一个部件是一种电刺激的智能材料致动器。这些智能材料致动器在电刺激时改变形状。这种形状改变能够设计为主要沿一个轴的改变。当此轴尺寸改变时，这种改变被一个杠杆放大，该杠杆与主支承结构制成整体，形成一个带有可使用的位移量的致动器。这种位移可使用于一般目的的工业用途，比如握持器，直线电动机，以及用户用途，比如扬声器。现在，使用于电—机械器件，比如电动机，螺线管和音圈。通常，这些器件具有许多缺点，这就是它们是大型的和沉重的，消耗大量的动力并且不按比例方式做功。对于技术熟练人员已知各种类型的智能材料致动器，传统地，智能材料致动器以两种方式使用，第一种方式直接地作用，以及第二种方式借助一种机械杠杆系统。大多数这些系统具有某种机械的预载荷。这种预载荷大部分使用于捕获在主结构内的智能材料致动器。通常并不认为，施加至智能材料致动器的预载荷能够影响致动器的性能。在这种已知的器件中，当智能材料致动器通电时，该器件的几何形状主要沿着一个预定的轴膨胀。当智能材料器件断电时，该器件的几何形状主要地沿着预定的轴收缩。智能材料的这种膨胀和收缩能够使用于操作一个装置，例如，用于开启或封闭一个握持器或者振动一个扬声器锥体。本专利技术的概述至今尚没有普遍地承认，单独的智能材料致动器类型具有一个最佳的预载荷和/或预载荷范围，在此范围内智能材料致动器提供最佳的功。为了讨论的目的，“功”定义为力/位移乘积，假设输入能是较恒定的。当在智能材料致动器的峰值功区域内使用智能材料致动器时，该智能材料致动器处于其峰值效率。因为对于一个大型智能材料致动器的最佳的预载荷能够超过100磅，使用于产生预载荷力的方法是重要的。智能材料可以设置在一个主支承结构内，该主支承结构带有一个整体的铰链，弹簧，以及至少一个在围绕主支承结构的一个曲线路径内的支臂。最佳的预载荷力能够设计为进入主支承结构和提供一个预载荷调节。大多数已知形状的智能材料致动器提供小的机会以选择不同的铰链轴位置，高的预载荷力和/或结构形状，以达到性能的最佳化。这些任务是一种困难的组合，以达到使廉价的材料使用于智能材料致动器的大量的商业化。本专利技术使一个智能材料致动器的性能最佳化，提供前所未有的性能和灵活性。本专利技术提供一个方法用于测定对于一个机械杠杆系统智能材料致动器的最佳的预载荷。最好，一个智能材料致动器能够捕获在一个刚性的不可弯曲部分和力传送元件之间的位置，智能材料致动器例如，但不局限于借助由带有整体的预载荷机构的一个单块材料机加工。该装置可以包括一个支承，该支承具有一个刚性的不可弯曲部分，至少一个支臂部分，由刚性部分延伸向前，在每个可枢动的支臂上的至少一个表面，该支臂用于相对于支承结构的移动，以及一个力传送元件，相对于至少一个支臂工作上定位。一个刚性的不可弯曲部分能够支承预载荷机构。一个致动器能够在预载荷机构和力传送元件之间工作上接合，以驱动力传送元件沿着一条固定路径移动，引起至少一个可枢动支臂部分响应一次通电时枢动。支承，可枢动支臂和结构的力传送元件能够设计为一个整体结构的刚性的不可弯曲部分。这些部分借助柔性的铰链部分互连，以允许至少一个支臂相对于剩余的支承结构移动。任何非平面的弯曲能够减少机构的有效寿命，以及通过铰链轴传送至至少一个枢动支臂的力的大小。力的减少限制了枢动支臂的位移和力。铰链轴位置和相应的结构形状的选择允许极大能力使装置的性能和尺寸的最佳化，用于特定的用途。当在支承元件内安装时，智能材料能够使用一个力的预加载。例如，智能材料致动器能够夹紧在支承结构内，这时使用一个可调节螺钉支承一端，以允许最佳的力预加载。一个可调节螺钉形状可以容易地使用和允许一个大的可调节能力。根据预加载力，能够设计一个可接受的螺钉形状。以一种适当的方式对智能材料致动器预加载，能够在激励时导致力传送的最大效率，以及在智能材料元件的激励之前允许对装置的开始位置精细的调谐。一定的智能材料具有一个最佳的预载荷，即在该预载荷时致动器实现最大大小的功。预载荷还能够保证在整个膨胀和收缩范围内智能材料致动器保持与装置在相对的末端处接触。使用一个螺纹调节螺钉以便预加载，能够使在装置的相对的末端处组件不需要粘接剂或其它器件以固定地连接智能材料致动器，以及避免在智能材料致动器上的可能的拉伸或扭转移动损坏。螺纹调节螺钉允许在智能材料致动器装配至支承时简单地补偿其尺寸的改变。本专利技术使预载荷最佳化，从而使智能材料致动器能够提供最佳的功，以及若干个适合于装置的预加载机构。在为实践本专利技术而考虑的最佳模式的下列说明结合附图阅读之后，本专利技术的其它用途对于技术熟练人员将变得明确起来。附图的简要说明这里的说明将参照附图，其中类似的图号涉及各图中的类似的部件，以及其中附图说明图1是一种智能材料致动器的性能的一个说明曲线图，示出在通电和断电两种状态下的位移—力关系；图2是位移—阻断力乘积与图1所示力关系的一个说明曲线图；图3是在一种预定的预载荷下一种智能材料致动器的性能的一个说明曲线图4是本专利技术的一个实施例的一个透视图；图5a是本专利技术的另一个实施例的一个透视图；图5b是按照本专利技术的图5a的一个分件图；图6a是本专利技术的另一个实施例的一个侧视图；图6b是按照本专利技术的图6a的一个分件图；图7a是本专利技术的另一个实施例的一个切断的透视图；图7b是按照本专利技术的图7a的一个分件图；图8是本专利技术的另一个实施例的一个切断的透视图；图9是本专利技术的另一个实施例的一个切断的透视图；图10是本专利技术的另一个实施例的一个侧视图。优选的实施例的说明现在参见图1，示出在通电和断电两种状态下的一个智能材料致动器的一个位移—力关系的曲线图。对于断电的曲线，智能材料致动器是短路或断电的。断电的曲线是取自由10开始的一个力和在100结束的一个力。压缩位移在由力10至100之间的各个点注出。这些点随后标绘为图1内曲线图上的线条，并以菱形指示此系列。对于通电的曲线，智能材料致动器连接至一个传送正确激励电压的电源。通电的曲线取自由10开始的一个力和在100结束的一个力。这些点随后标绘为图1内曲线图上的线条，并以方形指示此系列。由曲线图可以看出，通电的和断电的函数不是直线的，也不是彼此平行的线条，这样意味在一个给定力下在通电和断电状态之间的三角形位移能够大于或小于另一点的三角形位移。现在参见图2，示出由图1内曲线图导出的三角形位移—力乘积的曲线图。此曲线图指示在力40处的一个峰值功。这就是，力乘以三角形位移的乘积在力40处是它的最大值，指示位移和力是峰值的。现在参见图3，示出一个位移—力的曲线图，该曲线图使用与图1和图2所示相同的数据。观察图2后可以看出，峰值功位于力40处。一个直角三角形10重叠在曲线图上，三个线段形成为AB，BC，CA，其中最大的位移是线段CA，阻断力线段AB和致动器工作线段BC。位移线段CA与图2内所示功值的峰值对准。这是一个点，在其周围智能材料致动器能够最佳地预加载，希望至少至功值峰值的40％以内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，该装置包括：　　　　一个支承结构，该支承结构限定一个刚性的不可弯曲部分和一个可移动部分；　　　　一个智能材料致动器，用于在第一位置和第二位置之间驱动支承结构的可移动部分；以及　　　　预加载机构，用于以一个足够的预载荷力对智能材料致动器预加载，以达到支承结构的功输出的最佳化，其中功输出定义为在支承结构的无限寿命内位移和力的一个函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-4-4 60/460,5481.一种装置，该装置包括一个支承结构，该支承结构限定一个刚性的不可弯曲部分和一个可移动部分；一个智能材料致动器，用于在第一位置和第二位置之间驱动支承结构的可移动部分；以及预加载机构，用于以一个足够的预载荷力对智能材料致动器预加载，以达到支承结构的功输出的最佳化，其中功输出定义为在支承结构的无限寿命内位移和力的一个函数。2.按照权利要求1的装置，其特征在于，预加载机构使功输出最佳化至一个效率，在来自智能材料致动器的功输入的约60％至约90％之间。3.按照权利要求1的装置，其特征在于，预加载机构使功输出最佳化至一个效率，大于来自智能材料致动器的功输入的60％。4.按照权利要求1的装置，其特征在于，预加载机构使功输出最佳化至一个效率，在来自智能材料致动器的功输入的约75％至约90％之间。5.按照权利要求1的装置，其特征在于，预加载机构使功输出最佳化至一个效率，大于来自智能材料致动器的功输入的75％。6.按照权利要求1的装置，其特征在于，预加载机构使功输出最佳化至一个效率，大于来自智能材料致动器的功输入的90％。7.按照权利要求1的装置，其特征在于，预加载机构使功输出最佳化至一个峰值载荷的20％以内，该峰值载荷是借助来自智能材料致动器的功输入的力—位移乘积与力曲线的关系确定的。8.按照权利要求1的装置，其特征在于，预加载机构定位在支承结构的刚性的不可弯曲部分和智能材料致动器之间。9.按照权利要求8的装置，其特征在于，预加载机构还包括一个可调节的螺纹螺钉，该螺钉在支承结构的刚性的不可弯曲部分和智能材料致动器的一端之间延伸。10.按照权利要求8的装置，其特征在于，预加载机构还包括一个可调节的楔块，该楔块在支承结构的刚性的不可弯曲部分和智能材料致动器的一端之间定位。11.按照权利要求10的装置，其特征在于，可调节的楔块还包括一个第一半圆楔块部分，一个第二辅助半圆楔块部分，一个中楔块部分，以及一个调节螺钉，从而使螺钉的调节移动中楔块部分相对于第一和第二半圆楔块部分彼此接近和分离，以及调节施加至智能材料致动器的预载荷的大小。12.按照权利要求10的装置，其特征在于，可调节的楔块还包括一个第一纵向楔块部分，该部分可与支承结构的刚性的不可弯曲部分接合，以及一个第二纵向楔块部分，该部分可与智能材料致动器的一端接合，第一楔块部分具有一个横向延伸的倾斜的锯齿表面，以及第二楔块部分，具有一个辅助的横向延伸的倾斜的锯齿表面，用于与第一楔块部分工作上互锁地连接，从而使一个楔块部分相对于另一个楔块部分的横向移动调节施加至智能材料致动器的预载荷的大小。13.按照权利要求10的装置，其特征在于，可调节的楔块还包括一个第一凸轮表面部分，一个第二辅助的凸轮表面部分，一个凸轮螺钉，该螺钉定位在第一和第二凸轮表面部分之间，从而使凸轮螺钉的调节引起两个凸轮表面部分彼此相对地移动，以及调节施加至智能材料致动器的预载荷的大小。14.按照权利要求8的装置，其特征在于，预加载机构定位在支承结构的刚性的不可弯曲部分和支承结构的可移动部分之间。15.按照权利要求14的装置，其特征在于，预加载机构还包括支承结构的刚性的不可弯曲部分，该支承结构具有一个可分离的可调节的刚性的不可弯曲腹板，该腹板可以与支承结构的至少一个刚性的不可弯曲支臂工作上连接，从而使腹板相对于至少一个支臂的调节允许以施加在智能材料致动器上的一个预定的预载荷在腹板和支承结构的至少一个支臂之间的锁定连接。16.按照权利要求15的装置，其特征在于，预加载机构还包括一个腹板，该腹板具有一个第一锯齿部分，可以与成形在至少一个支臂上的一个辅助的第二锯齿部分连接，用于彼此工作上互锁地连接，从而使腹板相对于至少一个支臂的移动调节施加至智能材料致动器的预载荷的大小。17.按照权利要求15的装置，其特征在于，预加载机构还包括一个腹板，该腹板具有至少一个可调节的螺钉，可以与形成在至少一个支臂内的至少一个相关的螺纹孔工作上接合，用于彼此工作上互锁地连接，从而使螺钉的调节引起腹板相对于至少一个支臂移动，以及施加预载荷至智能材料致动器。18.按照权利要求1的装置，其特征在于，智能材料致动器是一种压电致动器。19.一种方法，用于在第一和第二位置之间驱动一个支承结构的一个可移动部分，以便使智能材料致动器的预载荷最佳化，该方法包括下列步骤在一个智能材料致动器的通电和断电时相对于一个预定范围施加的力测量支承结构的位移；评价力—位移乘积与力的关系，以确定对于力—位移乘积的一个峰值；以及预加载智能材料致动器至一个值，该值在力—位移乘积的峰值的至少40％以内。20.按照权利要求19的方法，其特征在于，预加载步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰夫默勒，约翰布盖尔，基思A索恩希尔，马克P乌德舒恩，
申请(专利权)人：瓦伊金技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]