專(zhuān)利名稱(chēng)：形狀記憶合金纜線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及纜線(xiàn)、繩索、編織物、和其它包括多個(gè)互相協(xié)作以實(shí)現(xiàn)功能 的線(xiàn)絲的復(fù)合材料(此處統(tǒng)稱(chēng)為“纜線(xiàn)”)；更具體地，本發(fā)明涉及包括多條形狀記憶合 金線(xiàn)絲的致動(dòng)纜線(xiàn)、自適應(yīng)結(jié)構(gòu)纜線(xiàn)或阻尼纜線(xiàn)。
背景技術(shù)：
使用天然材料和合成材料制成的結(jié)構(gòu)拉伸纜線(xiàn)長(zhǎng)期以來(lái)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)，從而用于 各種應(yīng)用。例如，纜線(xiàn)在土木工程建筑中用于電力纜線(xiàn)、橋梁支撐和礦井，在海運(yùn)和船 舶領(lǐng)域中用于打撈(或救援)/恢復(fù)、牽引、船舶下錨、快艇索具和石油平臺(tái)，在航空領(lǐng) 域用于輕型航空器的控制纜線(xiàn)和宇航員系索，在娛樂(lè)領(lǐng)域用于諸如纜車(chē)和滑雪吊索。通 常，這些纜線(xiàn)都如下地構(gòu)成由鋼絲螺旋狀地纏繞成線(xiàn)束，線(xiàn)束進(jìn)而圍繞芯部盤(pán)繞。但 令人擔(dān)心的，傳統(tǒng)纜線(xiàn)通常是靜態(tài)構(gòu)件，不具備調(diào)整的能力或另外進(jìn)行修改的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明關(guān)注該問(wèn)題并提供了一種活性材料纜線(xiàn)，其適于用作致動(dòng)器、自適應(yīng)結(jié) 構(gòu)性構(gòu)件、阻尼器，等等。與相同標(biāo)稱(chēng)外徑的單體桿相比，本發(fā)明的纜線(xiàn)提供了更好的 疲勞性能并在彎曲時(shí)更靈活，關(guān)于后者，本發(fā)明的纜線(xiàn)允許更緊湊的纏繞(例如，更緊 的彎曲半徑)。SMA線(xiàn)絲的纜線(xiàn)構(gòu)造很大程度上解決了與生產(chǎn)SMA結(jié)構(gòu)元件相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題， 并由此為這種生產(chǎn)帶來(lái)了優(yōu)勢(shì)。首要地，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，將傳統(tǒng)SMA材料聯(lián)接到其本身 一般需要專(zhuān)門(mén)的焊接技術(shù)和激光加工來(lái)生產(chǎn)復(fù)雜形狀和機(jī)械卷邊，以便實(shí)現(xiàn)到其他結(jié)構(gòu) 的附接。此外，作為單體材料，SMA具有比例方面的問(wèn)題，包括(1)大截面的條通常 在性能上比線(xiàn)絲差，這是因?yàn)殡y以在材料處理過(guò)程中控制通過(guò)截面的淬火率和不切實(shí)際 的冷處理過(guò)程，在SMA線(xiàn)絲中這兩個(gè)問(wèn)題得到顯著優(yōu)化。(2)與大條SMA相關(guān)聯(lián)的成 本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于和線(xiàn)絲相關(guān)聯(lián)的成本，并且(3)熱響應(yīng)時(shí)間與體積表面積比成比例，也就是 說(shuō)，與條的直徑成比例，這導(dǎo)致大的條的響應(yīng)遲鈍。
在本發(fā)明的第一個(gè)方面，纜線(xiàn)表現(xiàn)為緊湊的、高力度、低成本致動(dòng)器。此處， 如前所述，纜線(xiàn)構(gòu)造與同等直徑的桿相比，提供了更快的熱響應(yīng)，這是由于纜線(xiàn)具有更 好的表面/體積比。本發(fā)明的纜線(xiàn)包括多條縱向互相接合并且協(xié)同地起作用的線(xiàn)絲，其 中至少兩條線(xiàn)絲包括形狀記憶合金材料。本發(fā)明的第二個(gè)方面是有關(guān)基于SMA的纜線(xiàn)，該纜線(xiàn)適于用作阻尼元件。此 處，SMA線(xiàn)絲處于奧氏體相中，其中，能量被吸收并被超彈性地耗散，并且可進(jìn)一步構(gòu) 成可變形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的第三個(gè)方面是關(guān)于一種靈巧纜線(xiàn)致動(dòng)器，該致動(dòng)器包括前述致動(dòng)器 纜線(xiàn)；至少一個(gè)傳感器，該至少一個(gè)傳感器可操作以檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)狀況；以及控制 器，該控制器通信地耦接到所述至少一個(gè)傳感器和纜線(xiàn)，并構(gòu)造成在檢測(cè)到狀況時(shí)引起變化。通過(guò)參考后續(xù)對(duì)本發(fā)明各種特征的詳細(xì)說(shuō)明和其中所包括的例子，本發(fā)明可更 容易地被理解。


本發(fā)明的(一個(gè)或多個(gè))優(yōu)選實(shí)施例將參照按示例性比例繪制的附圖被詳細(xì)描 述，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的末端的透視圖，其中纜線(xiàn)包括盤(pán)繞到線(xiàn) 束中的多條形狀記憶合金線(xiàn)絲，并且多個(gè)線(xiàn)束圍繞芯部盤(pán)繞；圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的剖面圖，其中纜線(xiàn)包括盤(pán)繞到線(xiàn)束中的 多條形狀記憶合金線(xiàn)絲和鋼絲，并且多個(gè)線(xiàn)束圍繞芯部盤(pán)繞；圖3a是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的正視圖，其中纜線(xiàn)具有外部螺旋構(gòu)造， 限定外部右向普通捻；圖3b是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的正視圖，其中纜線(xiàn)具有外部螺旋構(gòu)造， 限定外部左向普通捻；圖3c是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的正視圖，其中纜線(xiàn)具有外部螺旋構(gòu)造， 限定外部右向順捻；圖3d是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的正視圖，其中纜線(xiàn)具有外部螺旋構(gòu)造， 限定外部左向順捻；圖3e是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的正視圖，其中纜線(xiàn)具有外部螺旋構(gòu)造， 限定外部右向混合捻；圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的正視圖，其中纜線(xiàn)具有外部螺旋構(gòu)造， 特別地限定線(xiàn)束的螺旋角；圖5a是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的剖面圖，其中纜線(xiàn)包括繞單個(gè)芯部盤(pán)繞 并具有涂層的多層形狀記憶合金線(xiàn)絲以及線(xiàn)絲之間的潤(rùn)滑劑；圖5b是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的剖面圖，其中纜線(xiàn)包括繞單個(gè)芯部盤(pán)繞 的多層形狀記憶合金線(xiàn)絲，并且在各層中間具有護(hù)套；圖6是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的靈巧纜線(xiàn)致動(dòng)器的正視圖，該致動(dòng)器包括部分 示出的基于SMA的纜線(xiàn)、耦接到芯部的熱電元件、操作耦接到該元件的控制器、以及通 信地耦接到纜線(xiàn)外部和控制器的傳感器；圖7是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的纜線(xiàn)的正視圖，其中纜線(xiàn)具有中空管的芯部， 該芯部流體耦接到流體源；圖8a是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的滯后回線(xiàn)，其示出了如圖3a、圖3b所示纜線(xiàn)的 應(yīng)變與所施加應(yīng)力的關(guān)系，該纜線(xiàn)限定了淺的線(xiàn)/線(xiàn)束螺旋角；圖8b是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的滯后回線(xiàn)，其示出了如圖4所示纜線(xiàn)的應(yīng)變與 所施加應(yīng)力的關(guān)系，該纜線(xiàn)限定了較大的螺旋角；和圖9是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的球形結(jié)構(gòu)的透視圖，該球形結(jié)構(gòu)包括多個(gè)形狀 記憶合金纜線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式下述對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，決不意圖限制本發(fā)明，及其應(yīng)用或使用。參見(jiàn)圖1-9，示出了基于形狀記憶合金的纜線(xiàn)10的各種構(gòu)造；然而如 前所述，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的有利之處可通過(guò)其他類(lèi)似的幾何形式來(lái)加以各種利用， 諸如繩、編織物、束等。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，此處所使用的術(shù)語(yǔ)“纜線(xiàn)”包括了這些其他的 幾何形式，使得本發(fā)明總體上闡述了包括多條縱向接合并協(xié)同地起作用的形狀記憶合金 (SMA)線(xiàn)絲12的纜線(xiàn)10。根據(jù)SMA材料所處的相，纜線(xiàn)10可被用作致動(dòng)器、自適應(yīng)結(jié) 構(gòu)性構(gòu)件、阻尼器、或其他應(yīng)用，其中，纜線(xiàn)10的前述功能和特性被有利地加以利用。 本發(fā)明關(guān)于SMA材料進(jìn)行描述和說(shuō)明，然而，在本發(fā)明的一些方面中，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到其他 等同的展現(xiàn)出類(lèi)似形狀記憶效應(yīng)的活性材料也可以用于取代SMA或作為其補(bǔ)充。I.活性材料的詳述和功能如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)“活性材料”應(yīng)被賦予其由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理 解那樣的通常含義，并包括在暴露于或隔絕于激活信號(hào)時(shí)在基本性質(zhì)(例如，化學(xué)性質(zhì) 或固有的物理性質(zhì))中呈現(xiàn)可逆變化的任何材料或復(fù)合物。適用于本發(fā)明的活性材料 包括但不限于形狀記憶材料(例如，形狀記憶合金、鐵磁形狀記憶合金和電活性聚合物 (EAP)等)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，這些類(lèi)型的活性材料具有快速移位的能力，或記憶其原有形 狀和/或彈性模量的能力，通過(guò)施加外部的刺激可以隨后恢復(fù)這些原有形狀和/或彈性模 量。因此，從原有形狀的變形是一個(gè)臨時(shí)狀態(tài)。更特別地，形狀記憶合金(SMA’ S)通常是指這樣的一組金屬材料，其展示出 在受到適當(dāng)?shù)臒岽碳r(shí)具有恢復(fù)預(yù)先設(shè)定形狀或尺寸的能力。形狀記憶合金能夠經(jīng)歷相 變，其中，它們的屈服強(qiáng)度、剛度、尺寸和/或形狀作為溫度的函數(shù)而變化。術(shù)語(yǔ)“屈 服強(qiáng)度”是指材料顯示出發(fā)生了離開(kāi)應(yīng)力和應(yīng)變的比例性的特定偏離時(shí)的應(yīng)力。通常， 在低溫或馬氏體(無(wú)擴(kuò)散)相中，形狀記憶合金處于低對(duì)稱(chēng)單斜晶B19’結(jié)構(gòu)中，具有 12個(gè)能量相等的晶格對(duì)應(yīng)變體，其可偽塑性變形。當(dāng)暴露于一些更高的溫度時(shí)，將轉(zhuǎn)變 成奧氏體相或母相，其具有B2(立方體)晶體結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)變使得合金元件回到其變形 前的形狀。僅在受熱時(shí)表現(xiàn)出此類(lèi)形狀記憶效應(yīng)的材料稱(chēng)為具有單程形狀記憶。那些在 重新冷卻時(shí)也表現(xiàn)出形狀記憶的材料稱(chēng)為具有雙程形狀記憶行為。形狀記憶合金存在于幾個(gè)不同的依賴(lài)于溫度的相中。如前所述，這些相中最常 用的是所謂馬氏體相和奧氏體相。在下述討論中，馬氏體相通常是指更容易變形的低溫 相，而奧氏體相通常是指更堅(jiān)硬的高溫相。當(dāng)形狀記憶合金處于馬氏體相并被加熱時(shí)， 合金開(kāi)始變成奧氏體相。這一現(xiàn)象開(kāi)始時(shí)的溫度通常稱(chēng)為奧氏體起始溫度As。這一現(xiàn)象 完成時(shí)的溫度被成為奧氏體結(jié)束溫度Ap當(dāng)形狀記憶合金處于奧氏體相并被冷卻時(shí)，合金開(kāi)始變成馬氏體相，這一現(xiàn)象 開(kāi)始時(shí)的溫度通常稱(chēng)為馬氏體起始溫度Ms。奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體結(jié)束時(shí)的溫度被稱(chēng)為 馬氏體結(jié)束溫度Mf。通常，形狀記憶合金在它們的馬氏體相時(shí)相對(duì)更加柔軟并更容易變 形，在奧氏體相時(shí)則相對(duì)更加堅(jiān)固、堅(jiān)硬和/或更加剛性?？紤]到前述情況，適用于形 狀記憶合金的激活信號(hào)是熱激活信號(hào)，其大小足夠?qū)е略隈R氏體相和奧氏體相之間的轉(zhuǎn) 變。根據(jù)合金成分和處理的歷史過(guò)程，形狀記憶合金可表現(xiàn)出單程形狀記憶效應(yīng)、固有的(或內(nèi)因的)雙程效應(yīng)或非固有的(或外因的)雙程形狀記憶效應(yīng)。經(jīng)退火的形狀 記憶合金通常只表現(xiàn)出單程形狀記憶效應(yīng)。對(duì)低溫變形后的形狀記憶材料隨后進(jìn)行充分 加熱將引起馬氏體至奧氏體型的轉(zhuǎn)變，并且材料將恢復(fù)至原先的經(jīng)退火的形狀。因此， 僅在加熱時(shí)觀(guān)察到單程形狀記憶效應(yīng)。包括了展現(xiàn)出單程記憶效應(yīng)的形狀記憶合金成分 的活性材料不會(huì)自動(dòng)重組，而往往在判定需要使裝置重置時(shí)要求外部的機(jī)械力。固有的和非固有的雙程形狀記憶材料都具有的特點(diǎn)是在受熱從馬氏體相到奧 氏體相時(shí)具有形狀轉(zhuǎn)變，在從奧氏體相冷卻回到馬氏體相時(shí)也具有另外的形狀轉(zhuǎn)變。具 有固有的形狀記憶效應(yīng)的活性材料由形狀記憶合金成分制造而成，作為上述相變的結(jié) 果，其將導(dǎo)致這些活性材料使它們自身自動(dòng)重組。固有的雙程形狀記憶行為必須通過(guò)加 工來(lái)引入到形狀記憶材料中。此類(lèi)過(guò)程包括在處于馬氏體相中時(shí)使材料最大程度地變 形，在受約束或負(fù)載情況下加熱并冷卻，或進(jìn)行表面改性，例如激光退火、拋光或噴丸 硬化。一旦材料被賦予雙程形狀記憶效應(yīng)，則低溫態(tài)和高溫態(tài)之間的形狀變化一般是可 逆的并能在很多次熱循環(huán)中得以保持。與之相對(duì)的，具有非固有的雙程形狀記憶效應(yīng)的 活性材料是復(fù)合物或多組分材料，其將具備單程效應(yīng)的形狀記憶合金成分和另一個(gè)元件 組合起來(lái)，該另一個(gè)元件提供恢復(fù)力以重組成原來(lái)的形狀。形狀記憶合金在被加熱時(shí)記憶其高溫形式的溫度可通過(guò)少量變化合金成分和 通過(guò)熱處理來(lái)進(jìn)行調(diào)整。例如，在鎳鈦形狀記憶合金中，其可從高于約100°c到低于 約-100°c來(lái)變化。形狀恢復(fù)過(guò)程發(fā)生僅幾度的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)化的開(kāi)始和終結(jié)可被控制于 一度或兩度之內(nèi)，這取決于所期望的應(yīng)用和合金成分。形狀記憶合金的機(jī)械性質(zhì)在跨越 其轉(zhuǎn)變的溫度范圍上變化極大，通常為系統(tǒng)提供形狀記憶效應(yīng)、超彈 性效應(yīng)和高阻尼能 力。適宜的形狀記憶合金材料包括但不限于，鎳鈦基合金，銦鈦基合金，鎳鋁基合 金，鎳鎵基合金，銅基合金(例如，銅鋅合金，銅鋁合金，銅金合金，和銅錫合金)，金 鎘基合金，銀鎘基合金，銦鎘基合金，錳銅基合金，鐵鉬基合金，鐵鉬基合金，鐵鈀基 合金，以及其它類(lèi)似的材料。合金可以是雙元的、三元的或任何更高階的，只要合金成 分能表現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)即可，例如，在形狀取向、阻尼能力等等中的變化。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，形狀記憶合金在被加熱到高于它們的馬氏體至奧氏體相變溫度 時(shí)，其模量將增加2.5倍并且尺寸變化(當(dāng)在馬氏體相中時(shí)，從引入的偽塑性變形恢復(fù)) 多達(dá)8% (取決于預(yù)應(yīng)變的量)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，熱引發(fā)的SMA相變是單向的，因此，一 旦去除所施加的場(chǎng)，則需要偏置力回復(fù)機(jī)構(gòu)(例如彈簧)使SMA回到其起始構(gòu)造。焦耳 加熱(或電阻加熱)可用于使整個(gè)系統(tǒng)電可控。由對(duì)SMA加載或卸載所引起的、應(yīng)力誘發(fā)的SMA中的相變(當(dāng)溫度高于入時(shí)) 本質(zhì)上是雙向的。也即是說(shuō)，當(dāng)SMA處于奧氏體相中時(shí)，施加足夠的應(yīng)力將導(dǎo)致SMA 變化到其較低模量的馬氏體相，其中，SMA可顯示出多達(dá)8%的“超彈性”變形。去除 所施加的應(yīng)力將導(dǎo)致SMA返回其奧氏體相，這樣將恢復(fù)其起始形狀和較高的模量。鐵磁形狀記憶合金(FSMA’ S)是SMAs的子類(lèi)。這些材料可具有與傳統(tǒng)SMA 材料相似的特性，具有在應(yīng)力或熱量的誘發(fā)下在馬氏體和奧氏體相之間的轉(zhuǎn)變。此外， 鐵磁形狀記憶合金是鐵磁性的且具有強(qiáng)磁晶態(tài)各向異性，這允許外部磁場(chǎng)影響場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)的 馬氏體變體的取向/比率(或分?jǐn)?shù)，fraction)。當(dāng)磁場(chǎng)被移除時(shí)，材料可表現(xiàn)出完全雙程、部分雙程或單程形狀記憶。對(duì)于部分或單向形狀記憶，外部刺激、溫度、磁場(chǎng)或應(yīng) 力可允許材料恢復(fù)到其初始狀態(tài)。完美的雙程形狀記憶可通過(guò)連續(xù)的功率供應(yīng)用于比例 控制。單程形狀記憶在軌填充(rail filling)應(yīng)用中最有用。在汽車(chē)應(yīng)用中，通常通過(guò)軟 磁芯電磁體產(chǎn)生外部磁場(chǎng)，不過(guò)也可采用一對(duì)亥姆霍茲(Helmholtz)線(xiàn)圈用于快速響應(yīng)。電活性聚合物包括那些響應(yīng)于電場(chǎng)或機(jī)械場(chǎng)而具有壓電、熱電或電致伸縮性質(zhì) 的聚合物材料。例如，具有壓電聚(亞乙烯基氟化三氟乙烯)共聚物的電致伸縮接枝彈 性體。這種組合具有產(chǎn)生可變量的鐵電-電致伸縮分子復(fù)合物系統(tǒng)的能力。這些可以操 作為壓電傳感器或甚至是電致伸縮致動(dòng)器。適于用作電活性聚合物的材料可以包括任何充分絕緣的聚合物或橡膠(或其組 合)，其響應(yīng)于靜電力而變形，或者其變形導(dǎo)致電場(chǎng)的變化。適宜用作預(yù)應(yīng)變聚合物的示 例性材料包括硅樹(shù)脂彈性體、丙烯酸彈性體、聚亞安酯、熱塑性彈性體、包括PVDF的 共聚物、壓敏粘合劑、氟橡膠、包括硅樹(shù)脂和丙烯酸部分(acrylic moieties)的聚合物，等 等。例如，包括硅樹(shù)脂和丙烯酸部分的聚合物可包括共聚物(其包括硅樹(shù)脂和丙烯酸 部分)、聚合物混合物(其包括硅樹(shù)脂彈性體和丙烯酸彈性體)。II.SMA纜線(xiàn)致動(dòng)器的說(shuō)明和使用
在本發(fā)明的第一個(gè)方面中，纜線(xiàn)10可用作柔性致動(dòng)器和/或自適應(yīng)結(jié)構(gòu)性拉伸 構(gòu)件，其能夠受驅(qū)動(dòng)地連接至例如褶皺之類(lèi)的自由主體14，該自由主體14進(jìn)一步適于連 接到結(jié)構(gòu)性組件(圖7)。當(dāng)受到激活時(shí)，纜線(xiàn)10可操作以操縱(例如平移、彎曲和/或 旋轉(zhuǎn)或“扭曲”)主體14以達(dá)到期望的位置、取向、構(gòu)造或形狀。為此，纜線(xiàn)10構(gòu)造 成關(guān)于預(yù)想的功能和主體質(zhì)量來(lái)產(chǎn)生足夠的致動(dòng)力。此處，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，基于所采用的 活性材料，實(shí)現(xiàn)所述致動(dòng)力所必需的SMA線(xiàn)絲12的規(guī)格、截面積、長(zhǎng)度和/或其它構(gòu)造 可容易地被本領(lǐng)域技術(shù)人員所確定，因而，本文并不對(duì)選擇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)討論。在該構(gòu)造中，SMA線(xiàn)絲12處于標(biāo)準(zhǔn)的馬氏體相中，以便被熱激活；也就是說(shuō)， 線(xiàn)絲材料被選擇成具有高于室溫(或預(yù)期工作溫度)的轉(zhuǎn)變溫度。這樣，線(xiàn)絲12耦接到 熱信號(hào)源16(圖6和圖7)，熱信號(hào)源可操作以產(chǎn)生和輸送足以激活材料的信號(hào)。在其他 實(shí)施例中，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，信號(hào)可以是電的、應(yīng)力相關(guān)的、磁的，等等，這取決于所采用 的特定活性材料。在所示實(shí)施例中，線(xiàn)絲12通過(guò)硬線(xiàn)(圖6)、流體流(圖7)、或被動(dòng) 地通過(guò)環(huán)境熱能(例如，來(lái)自太陽(yáng)或毗鄰的發(fā)熱系統(tǒng))與源16耦接。還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，線(xiàn) 絲12可以是SMA和其它耐用材料(例如鋼)的混合；可以是超彈性和形狀記憶SMA的 混合；或最終，可以在纜線(xiàn)10上具有可變的SMA組分，以補(bǔ)償線(xiàn)絲應(yīng)變、線(xiàn)絲長(zhǎng)度和 跨截面上的溫度這些方面中的差異。轉(zhuǎn)向纜線(xiàn)10的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，在所示實(shí)施例中示例性地描述了各種捻形式和截面形 式，其中具有不同的線(xiàn)絲組成的功能性分級(jí)的截面是可能的。圖1和圖2示出了基本的 纜線(xiàn)設(shè)計(jì)，其中多條線(xiàn)絲12繞著芯部18螺旋地纏繞，以形成線(xiàn)束20。芯部18支撐線(xiàn)束 20的線(xiàn)絲成為標(biāo)稱(chēng)的圓形截面(圖2和圖5)。然后，多個(gè)線(xiàn)束20可以繞著另一軸向線(xiàn) 束20或細(xì)長(zhǎng)的柔性構(gòu)件被螺旋地纏繞，該細(xì)長(zhǎng)的柔性構(gòu)件作為纜線(xiàn)芯部18(圖1和圖2) 而起作用。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，螺旋的線(xiàn)束20是纜線(xiàn)10的主要負(fù)載承受元件。纜線(xiàn)10中的線(xiàn)絲可以只包括SMA線(xiàn)絲12或可以進(jìn)一步包括非SMA線(xiàn)絲22 (圖 2)?？砂ǚ荢MA線(xiàn)絲22以提供增加的結(jié)構(gòu)完整性，充當(dāng)回復(fù)彈簧，或以另外的方式調(diào)整纜線(xiàn)10的性能。至于結(jié)構(gòu)完整性，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，許多的線(xiàn)絲12、22和線(xiàn)束20并行 地支撐拉伸負(fù)載，以便提供冗余度和更寬容的失效模式。應(yīng)該知道，SMA線(xiàn)絲12的直徑可以是一致的或可變的，但這些線(xiàn)絲協(xié)同地構(gòu)造 成產(chǎn)生所需要的致動(dòng)力，而線(xiàn)絲12的(一個(gè)或多個(gè))長(zhǎng)度構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)致動(dòng)器10的期望行 程。至于后者，還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，例如，由沿著纜線(xiàn)長(zhǎng)度在不同位置處連結(jié)的(splicing)電 的、熱的和/或機(jī)械的連接，或由不同的絕對(duì)線(xiàn)絲長(zhǎng)度所提供的不同活性長(zhǎng)度，可以用 于實(shí)現(xiàn)有差別和成比例的致動(dòng)。此外，SMA線(xiàn)絲12可包括線(xiàn)10的縱向段，其還具有常 規(guī)的縱向段。優(yōu)選地，線(xiàn)絲12、22通過(guò)塑性變形至與期望幾何形狀一致的螺旋形基準(zhǔn)構(gòu)造， 以避免由于失效線(xiàn)絲的回彈而形成毛邊。然而，在優(yōu)選實(shí)施例中，SMA線(xiàn)絲12可具有非 螺旋狀的永久形狀，從而使得當(dāng)致動(dòng)時(shí)，隨著線(xiàn)絲12嘗試達(dá)到被激活的非螺旋狀輪廓， 導(dǎo)致纜線(xiàn)10經(jīng)歷線(xiàn)性和/或轉(zhuǎn)動(dòng)的移位。更特別地，在如圖(圖4和圖5)所示的標(biāo)準(zhǔn)纜線(xiàn)構(gòu)造中，線(xiàn)束18中線(xiàn)絲12的 每一層22(包括外部線(xiàn)絲12)都具有一致的螺旋構(gòu)造，其限定了螺旋角α和捻的方向 (然而，再次注意，本發(fā)明包括其它幾何形式，例如直捆、編織物、織繩等)。線(xiàn)束20 中的線(xiàn)絲12、22的螺旋結(jié)構(gòu)相對(duì)于給定層22中的線(xiàn)束20的線(xiàn)絲的螺旋結(jié)構(gòu)可沿相反的 方向(普通捻)或相同的方向(順捻)來(lái)加以放置，這影響到線(xiàn)和纜線(xiàn)的軸線(xiàn)之間形成的 角度。如圖3a-e所示，例如，外部線(xiàn)絲/線(xiàn)束的螺旋構(gòu)造可呈現(xiàn)右向普通捻、左向普通 捻、右向順捻、左向順捻、或右向混合捻。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，螺旋角和捻有助于確定纜線(xiàn)10 的軸向剛度、存儲(chǔ)的彈性能量、彎曲/扭曲順從度、外部光滑性、耐磨性以及冗余度。 例如，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，螺旋角直接與纜線(xiàn)10的總行程成比例，并與其屈服負(fù)載成反比。
芯部18可以是軸線(xiàn)，其中，只有線(xiàn)絲12的互相纏繞的層構(gòu)成了線(xiàn)束20;由 一條或多條線(xiàn)絲12、22或線(xiàn)束20自身(圖2)構(gòu)成；或由非活性單體構(gòu)件制成。芯部 18由具有適宜柔性和可壓縮性的材料形成，其與其他因素一起使得纜線(xiàn)10能夠?qū)崿F(xiàn)最小 的卷繞半徑并具有應(yīng)變適應(yīng)性。例如，在本發(fā)明中，芯部18可由橡膠、泡沫材料、鋁、 銅、塑料、棉、另外的處于馬氏體相或奧氏體相中的形狀記憶合金、或上述的組合、以 及其它類(lèi)似材料形成。在優(yōu)選實(shí)施例中，芯部18還具有加熱和/或冷卻元件，其構(gòu)造成致動(dòng)或耗散來(lái) 自纜線(xiàn)10中剩余(一個(gè)或多個(gè))線(xiàn)束或(一條或多條)線(xiàn)絲的熱量。在這種構(gòu)造中，芯 部18由導(dǎo)熱材料形成，并與源16熱耦接。例如，如圖6所示，芯部18可以與熱電元件 16a熱耦接。當(dāng)將要發(fā)生焦耳加熱時(shí)，選擇芯部18并與源16的電壓范圍協(xié)作，以提供期 望的電阻以提高功率效率；例如，可包括至少一條鎳鉻合金線(xiàn)絲?？商鎿Q地，芯部18可 具有限定了內(nèi)部空間24的柔性導(dǎo)管，其中，空間24與源16流體耦接，可操作以將加熱 的或冷卻的流體引導(dǎo)至空間24中(圖8)。優(yōu)選的纜線(xiàn)10進(jìn)一步包括線(xiàn)間元件，其縱向地與線(xiàn)絲12的至少一部分接合，居 于線(xiàn)絲12的至少一部分之間，并可操作以改變線(xiàn)絲12的至少一部分之間的互相作用。尤 其是，該元件可以是一種線(xiàn)絲表面狀況(例如，紋理)、分隔件26(圖5b)、潤(rùn)滑劑28(圖 5a)、護(hù)套30 (圖5b)、或線(xiàn)涂層32 (例如作為翅片的碳納米管等)，其促進(jìn)了致動(dòng)，提升 了性能，保護(hù)了縫隙間的纜線(xiàn)部件、或另外還延長(zhǎng)了纜線(xiàn)10的壽命。例如，纜線(xiàn)10可進(jìn)一步包括凡士林潤(rùn)滑劑28以減少相鄰線(xiàn)絲12、22 (圖5a)之間的摩擦系數(shù)。在單獨(dú)的線(xiàn)束20和/或線(xiàn)絲12、22將被分別致動(dòng)時(shí)，潤(rùn)滑劑28優(yōu)選地是熱絕緣和/或電絕緣的。 相反地，為了使得能夠從單個(gè)線(xiàn)束20或線(xiàn)絲12、22(例如，芯部)更均勻的致動(dòng)，潤(rùn)滑 劑28是導(dǎo)熱和/或?qū)щ姷?。除?rùn)滑劑28之外或替代潤(rùn)滑劑28，線(xiàn)絲12、22可被涂覆或處理，以具有期望 的表面狀況(圖5a)。例如，可以采用涂層32以修改(例如增強(qiáng))疲勞/熱-機(jī)械界面 性質(zhì)。此外，表面狀況可構(gòu)造成修改相鄰線(xiàn)絲12之間的摩擦系數(shù)?？商鎿Q地，應(yīng)該認(rèn) 識(shí)到，護(hù)套30(例如，聚四氟乙烯(Tefl0nTM)66)可用于覆蓋單獨(dú)的SMA線(xiàn)束20或線(xiàn)絲 12、22 (圖5b)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，通過(guò)更改線(xiàn)束/線(xiàn)絲到線(xiàn)束/線(xiàn)絲的摩擦貢獻(xiàn)，纜線(xiàn)10的 響應(yīng)可被調(diào)整。進(jìn)一步，涂層32可用于修改線(xiàn)絲12的輻射率或其他傳熱性質(zhì)。最后， 應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，敏感的(例如，光敏感的、EMF敏感的，等等)涂層32可被縱向接合并與 合適的(例如，光纖等)芯部18—起使用，使得光或其它介質(zhì)的經(jīng)過(guò)導(dǎo)致涂層32產(chǎn)生熱 能。如圖5b進(jìn)一步所示，例如，可提供附接到芯部18和/或貫穿線(xiàn)束20的縱向分 隔件26，以通過(guò)修改或防止線(xiàn)絲的相互作用來(lái)幫助或阻礙加熱或冷卻。在操作中，纜線(xiàn)10優(yōu)選為靈巧纜線(xiàn)致動(dòng)器系統(tǒng)100的一部分，該系統(tǒng)進(jìn)一步包 括控制器102和至少一個(gè)傳感器104，控制器102在源16和SMA線(xiàn)絲12中間并耦接至 這兩者，至少一個(gè)傳感器104通信地耦接到控制器102 (圖6)。優(yōu)選的控制器102被可編 程地構(gòu)造成選擇性地導(dǎo)致線(xiàn)絲12被暴露于信號(hào)。例如，控制器102可構(gòu)造成在收到預(yù)定 需求后激活線(xiàn)絲12并持續(xù)預(yù)定時(shí)間段(例如，10秒)?？刂破?02優(yōu)選構(gòu)造成單獨(dú)控制 每一個(gè)線(xiàn)絲12，這使得能夠改變致動(dòng)力。在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括冷卻裝置，并 且控制器102操作地耦接到冷卻裝置(未示出)，該冷卻裝置可操作以降低線(xiàn)絲12的溫 度，以便加速線(xiàn)12的去激活。傳感器104可操作以探測(cè)感興趣的狀況(例如，應(yīng)變、溫度、位移、電阻、電 流、電壓、或力)，并通信地耦接到控制器102，并且構(gòu)造成向控制器102發(fā)送數(shù)據(jù)信 號(hào)?？刂破?02和傳感器104協(xié)同地構(gòu)造成當(dāng)探測(cè)到某一狀況時(shí)或者當(dāng)確定了不相符的狀 況時(shí)(例如通過(guò)進(jìn)一步與預(yù)定閾值進(jìn)行比較)，確定何時(shí)發(fā)生了致動(dòng)情況或去激活情況。 在優(yōu)選模式中，控制器102可構(gòu)造成在通過(guò)傳感器104探測(cè)到纜線(xiàn)10中的溫度或應(yīng)變超 過(guò)SMA線(xiàn)絲12的安全操作范圍的情況下使纜線(xiàn)10去激活。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，傳感器104和 纜線(xiàn)10可以一體形成。例如，纜線(xiàn)10可具有牢固固定的外部涂層32，形成外部涂層32 的材料的電阻與所經(jīng)歷的溫度和/或應(yīng)變成比例。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)電阻，就可以確定纜 線(xiàn)10中的溫度和/或應(yīng)變?？刹捎美|線(xiàn)10來(lái)提供靈巧的結(jié)構(gòu)性構(gòu)件，其適于修改整個(gè)結(jié)構(gòu)的局部和/或全 局的幾何形狀和/或剛度，例如關(guān)于預(yù)加應(yīng)力混凝土梁；或適于提供有價(jià)值的信息，例 如，當(dāng)用于內(nèi)置的溫度感測(cè)時(shí)。III.SMA纜線(xiàn)阻尼器的說(shuō)明和使用在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，纜線(xiàn)10可用作阻尼元件或能量吸收元件，其例如可 用于振動(dòng)抑制和土木工程結(jié)構(gòu)的地震保護(hù)。在這種構(gòu)造中，SMA線(xiàn)絲12處于標(biāo)準(zhǔn)奧氏 體相，也就是說(shuō)，線(xiàn)絲12具有低于室溫或預(yù)期操作溫度的轉(zhuǎn)變溫度。這樣，線(xiàn)絲12 —般展示出超彈性的行為，其中，術(shù)語(yǔ)“超彈性”是材料指在機(jī)械負(fù)載/卸載循環(huán)中具有 從應(yīng)變恢復(fù)的能力，通常經(jīng)由滯后回線(xiàn)(hysteresis loop)(圖8a、圖8b)。另外，阻尼纜 線(xiàn)10的構(gòu)造類(lèi)似于前述的致動(dòng)器纜線(xiàn)10的結(jié)構(gòu)性構(gòu)造(圖1-7)。在該構(gòu)造中，多條纜線(xiàn)10可被用于構(gòu)成可調(diào)節(jié)的能量吸收結(jié)構(gòu)200，例如可伸 縮的殼或球(圖9)。在這個(gè)意義上說(shuō)，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，該結(jié)構(gòu)(例如，球)的擠壓特性可 通過(guò)激活被改變，使得SMA纜線(xiàn)10被用于調(diào)整坍塌響應(yīng)。結(jié)構(gòu)200的幾何和纜線(xiàn)10中 的超彈性變形相互協(xié)作，以更有效地吸收和耗散能量。更特別地，如圖8a、圖8b所示，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，隨著超彈性纜線(xiàn)10在奧氏體相中 被初始地拉伸，從而被致使轉(zhuǎn)變至馬氏體相，之后進(jìn)一步在馬氏體相中被拉伸，超彈性 纜線(xiàn)10吸收能量；當(dāng)負(fù)載被釋放時(shí)，纜線(xiàn)10通過(guò)在馬氏體相中收縮，轉(zhuǎn)變回奧氏體相， 并進(jìn)一步收縮回其母奧氏體形狀，從而釋放能量。能量的不同在于由圖8a所示的回路所 界定的區(qū)域，其就是由該系統(tǒng)所提供的能量耗散。在圖8b中，具有較低屈服負(fù)載但具有 較高應(yīng)變能力的纜線(xiàn)產(chǎn)生了相似的滯后回線(xiàn)和能量耗散量。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)期望能量吸收和耗散時(shí)，(一個(gè)或多個(gè))結(jié)構(gòu)200可以是可 展開(kāi)的，而在其他時(shí)間則保持于存儲(chǔ)空間(未示出)中。結(jié)構(gòu)200優(yōu)選地儲(chǔ)存在收縮狀 態(tài)(滯后回線(xiàn)的頂部)，并在展開(kāi)時(shí)擴(kuò)展至較大的能量吸收構(gòu)造。此外，展開(kāi)可被調(diào)整， 從而使處于展開(kāi)的結(jié)構(gòu)200可以吸收特定的最大能量；例如，當(dāng)結(jié)構(gòu)200可以是適于在實(shí) 際的車(chē)輛緩沖器之前作為偽緩沖器的罩的情形中，該結(jié)構(gòu)可基于預(yù)期沖擊事件的嚴(yán)重程 度而可變地可展開(kāi)。
作為阻尼器，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，纜線(xiàn)10具有廣泛的應(yīng)用，包括作為負(fù)載傳動(dòng)裝置的 震動(dòng)吸收或抽動(dòng)限制纜線(xiàn)。此處，例如，纜線(xiàn)10可用于牽引拖車(chē)(未示出)，或使用起 重機(jī)(也未示出)舉起重的負(fù)載。在剛加載時(shí)，SMA材料優(yōu)選地保持于點(diǎn)P，沿著滯后 回線(xiàn)剛好在轉(zhuǎn)變之前，從而使得任何附加的應(yīng)變(例如，來(lái)自快速定向(或回轉(zhuǎn)))可操 作，以便立刻開(kāi)始使材料轉(zhuǎn)變至馬氏體相。如果快速定向在轉(zhuǎn)變完全發(fā)生前停止，則應(yīng) 認(rèn)識(shí)到，能量耗散將與不完全的回線(xiàn)所到達(dá)的深度成比例。還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，纜線(xiàn)10可用作遠(yuǎn)程柔性致動(dòng)(例如磨床等)的動(dòng)力傳動(dòng)元件， 或帶張緊器。關(guān)于后者，帶(例如，鏈條等)驅(qū)動(dòng)器(未示出)可包括至少一個(gè)大號(hào)的 馬氏體SMA段，例如由環(huán)形纜線(xiàn)10形成。該段被加熱以使其縮小至工作狀態(tài)。其可以 在以后被再加熱以占據(jù)驅(qū)動(dòng)器的其他部分中的松弛?？商鎿Q地，該段可處于其超彈性的 奧氏體相。超彈性SMA段可用于保證即使在長(zhǎng)期使用后，帶中仍具有恒定的張力；應(yīng) 該認(rèn)識(shí)到，帶由于磨損等會(huì)變得松弛，從而使帶中的張力減少，拉伸的SMA段將會(huì)收縮 回去，以減少松弛并且潛在地保持帶的張力恒定。在另一個(gè)例子中，至少一個(gè)，更優(yōu)選地，多個(gè)交織的超彈性纜線(xiàn)10可用于在撞 擊事件的過(guò)程中耗散能量，在一個(gè)實(shí)施例中可用于防彈背心。此處，再一次地，纜線(xiàn)10 優(yōu)選預(yù)應(yīng)變以便保持成剛好位于滯后回線(xiàn)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)之前。受到?jīng)_擊時(shí)，子彈或其它射入 物引起進(jìn)一步的局部應(yīng)變和沖擊波遍及整個(gè)背心散布。在另一實(shí)施例中，纜線(xiàn)10可形成 車(chē)輛(未示出)的結(jié)構(gòu)性構(gòu)件，并且被取向和構(gòu)造成以便在撞擊時(shí)吸收能量。也就是說(shuō)， 隨著纜線(xiàn)10經(jīng)歷沖擊產(chǎn)生的波動(dòng)應(yīng)力波，并總體上隨著纜線(xiàn)10被致使承受由外來(lái)物體的 總體沖擊和彈回所產(chǎn)生的張性加載/卸載，能量被增量地吸收和耗散。最后，應(yīng)該認(rèn)識(shí)至|J，在超彈性模式中，SMA可提供如下益處，例如，用于保持結(jié)構(gòu)(例如，橋梁、通信 塔、拉繩等)的穩(wěn)定性，以及作為用于繩索或與座椅和懸掛柱組合在一起的振動(dòng)支架/隔 離器。在后面的情況中，線(xiàn)絲的摩擦也有助于總的能量耗散，并且超彈性回路被調(diào)整以 使耗散最大化。最后，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，結(jié)構(gòu)200可進(jìn)一步包括馬氏體(或形狀記憶)SMA線(xiàn)絲12， 其構(gòu)造成在被激活時(shí)改變結(jié)構(gòu)200的輪廓或幾何形狀，從而使得結(jié)構(gòu)200的能量吸收和耗 散能力得到增強(qiáng)。上述說(shuō)明使用了示例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明(包括最佳模式)，也使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 實(shí)施和應(yīng)用本發(fā)明。本發(fā)明的專(zhuān)利范圍由所附權(quán)利要求限定，并可能包括本領(lǐng)域技術(shù)人 員采用的其他示例。如果這些其他示例具有與權(quán)利要求的文字表述相同的結(jié)構(gòu)元件，或 者它們包含了與權(quán)利要求的文字表述并無(wú)實(shí)質(zhì)性不同的等同結(jié)構(gòu)元件，那么這些其它示 例也被認(rèn)為是在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。此外，術(shù)語(yǔ)“第一” “第二”，和諸如此類(lèi)，在本文中并不表示任何順序、數(shù) 量、或重要性，而只是用來(lái)使一個(gè)元件區(qū)分于另一個(gè)，本文中的術(shù)語(yǔ)“該”、“一”、 “一個(gè)”和“一種”(以及諸如此類(lèi)表述)均不用于表示數(shù)量限制，而只是用于表示至 少一個(gè)所參考的物體(或項(xiàng)目)的存在。所有指向給定部件或測(cè)量結(jié)果的相同數(shù)量的范 圍都包括端點(diǎn)值，并可以獨(dú)立地組合。
權(quán)利要求
1. 一種纜線(xiàn)，其適于用作致動(dòng)器、自適應(yīng)結(jié)構(gòu)性構(gòu)件、或阻尼器，所述纜線(xiàn)包括多條縱向互相接合并協(xié)同起作用的線(xiàn)絲，其中，所述線(xiàn)絲中的至少兩條包括形狀記憶合金材料，所述形狀記憶合金材料在暴露于和/或隔絕于激活信號(hào)時(shí)可操作以經(jīng)歷可 逆變化。
2.如權(quán)利要求1所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述至少兩條線(xiàn)絲處于正常的馬氏體相 中，并作為所述變化的結(jié)果而產(chǎn)生致動(dòng)力，所述致動(dòng)力可操作以導(dǎo)致所述纜線(xiàn)收縮、彎 曲和/或扭曲。
3.如權(quán)利要求2所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述線(xiàn)絲的一部分可操作以產(chǎn)生對(duì)抗所述 致動(dòng)力的回復(fù)力。
4.如權(quán)利要求1所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述線(xiàn)絲是彈性的，并且所述形狀記憶 合金材料處于正常的奧氏體相中，以便在暴露于和/或隔絕于應(yīng)力激活信號(hào)時(shí)被引起變 化。
5.如權(quán)利要求1所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述至少兩條線(xiàn)絲具有不同的屬性，以便 在暴露于或隔絕于所述信號(hào)時(shí)非同時(shí)地和/或非一致地變化。
6.如權(quán)利要求5所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述不同屬性選自基本由以下組成的組 形狀記憶合金材料的不同成分、不同的直徑、以及不同的預(yù)應(yīng)變。
7.如權(quán)利要求1所述的纜線(xiàn)，進(jìn)一步包括線(xiàn)間元件，所述線(xiàn)間元件縱向地與所述線(xiàn)絲 的至少一部分接合，居于所述線(xiàn)絲的至少一部分之間，并可操作以改變所述線(xiàn)絲的至少 一部分之間的互相作用。
8.如權(quán)利要求7所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述元件選自由以下組成的組線(xiàn)絲表 面紋理、分隔件、潤(rùn)滑劑、護(hù)套、和線(xiàn)絲涂層。
9.如權(quán)利要求7所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述至少兩條線(xiàn)絲都處于所述馬氏體相 中，且所述元件是不導(dǎo)熱和/或不導(dǎo)電的，以便使所述至少一部分熱絕緣和/或電絕緣。
10.如權(quán)利要求1所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述線(xiàn)絲的一部分具有芯部，且其余的 線(xiàn)絲縱向接合到所述芯部的外部。
11.如權(quán)利要求10所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述芯部由選自以下組成的組中的材 料形成鎳鉻合金、橡膠、硬泡沫材料、鋁、銅、塑料、棉、光纖材料、和形狀記憶合金ο
12.如權(quán)利要求10所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述至少兩條線(xiàn)絲都處于正常的馬氏體 相中，具有不同的活性長(zhǎng)度，并縱向接合到所述芯部的外部，以便在不同的縱向點(diǎn)處產(chǎn) 生致動(dòng)力。
13.如權(quán)利要求10所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述芯部是中空的，以便限定內(nèi)部空 間，且所述纜線(xiàn)進(jìn)一步包括流體源，所述流體源連通地耦接到所述空間并構(gòu)造成輸送被 加熱或被冷卻的流體至所述空間中，以便分別在處于所述馬氏體相時(shí)熱激活所述至少兩 條線(xiàn)絲，或在處于所述奧氏體相時(shí)從所述至少兩條線(xiàn)絲中耗散熱能。
14.如權(quán)利要求10所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述芯部熱耦接到熱電元件，且所述熱 電元件構(gòu)造成加熱和/或冷卻所述芯部。
15.如權(quán)利要求10所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述其余的線(xiàn)絲的至少一部分沿著第一 方向繞所述芯部的外部纏繞，以便具有限定螺旋角和第一外部線(xiàn)束表面的螺旋結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求15所述的纜線(xiàn)，其特征在于，所述其余的線(xiàn)絲的一部分進(jìn)一步沿著第 二方向繞所述第一表面纏繞，以便具有限定第二螺旋角的第二螺旋結(jié)構(gòu)，并且所述第一 方向或角分別與所述第二方向或角不同。
17.一種能量吸收和耗散系統(tǒng)，包括可變形的結(jié)構(gòu)，其至少部分地由至少一條纜線(xiàn)形成，所述纜線(xiàn)進(jìn)一步包括多條縱向互相接合的線(xiàn)絲，其中，至少兩條線(xiàn)絲包括形狀記憶 合金材料，以便在暴露于和/或隔絕于激活信號(hào)時(shí)被引起變化。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)包括可伸縮的殼、震動(dòng)吸收器、牽引 纜線(xiàn)、帶或鏈條驅(qū)動(dòng)段、防彈背心、或拉繩。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括存儲(chǔ)空間和展開(kāi)致動(dòng)器，所述結(jié)構(gòu)在所述 存儲(chǔ)空間中被保持于變形的狀態(tài)，所述展開(kāi)致動(dòng)器構(gòu)造成選擇性地從所述空間中展開(kāi)所 述結(jié)構(gòu)。
20.—種靈巧纜線(xiàn)致動(dòng)器，包括纜線(xiàn)，其由多條縱向互相接合并協(xié)同起作用的線(xiàn)絲形成，其中，所述線(xiàn)絲中的至少 兩條包括形狀記憶合金材料，所述形狀記憶合金材料在暴露于和/或隔絕于激活信號(hào)時(shí) 可操作以經(jīng)歷可逆變化；至少一個(gè)傳感器，其可操作以檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)狀況；以及控制器，其通信地耦接到所述至少一個(gè)傳感器和所述纜線(xiàn)，并構(gòu)造成在檢測(cè)到所述 狀況后，引起所述變化和/或控制所述變化的程度。
21.如權(quán)利要求20所述的致動(dòng)器，其中，所述傳感器選自基本上由以下組成的組 應(yīng)變、溫度、位移、電阻、電流、電壓、或力的測(cè)量?jī)x器。
22.如權(quán)利要求20所述的致動(dòng)器，其中，所述纜線(xiàn)和傳感器是一體形成的。
23.如權(quán)利要求20所述的致動(dòng)器，其中，所述控制器單獨(dú)地耦接到所述至少兩條線(xiàn)絲 中的每一條，以便分別地導(dǎo)致其變化。
全文摘要
一種適于用作致動(dòng)器、自適應(yīng)結(jié)構(gòu)性構(gòu)件或阻尼器的纜線(xiàn)，該纜線(xiàn)包括多條在縱向互相接合并協(xié)同地起作用的形狀記憶合金線(xiàn)絲。
文檔編號(hào)H01B13/00GK102017022SQ200980116301
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者A·L·布朗, B·里德倫, C·P·亨利, C·S·納穆杜里, J·A·肖, J·C·烏利尼, J·H·阿斯, K·A·斯特羅姆, N·D·曼凱姆, N·L·約翰遜, P·E·克拉杰夫斯基, P·W·亞歷山大, R·布拉馬約蘇拉, R·斯蒂芬森, S·M·奈克, W·R·羅杰斯, X·高 申請(qǐng)人:密執(zhí)安大學(xué)評(píng)議會(huì), 通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司