DE102015122826A1 - Vorrichtung für einen kostengünstigen, drahtlosen Aktuator unter Verwenden von SMA und MRC - Google Patents

Vorrichtung für einen kostengünstigen, drahtlosen Aktuator unter Verwenden von SMA und MRC Download PDF

Info

Publication number
DE102015122826A1
DE102015122826A1 DE102015122826.2A DE102015122826A DE102015122826A1 DE 102015122826 A1 DE102015122826 A1 DE 102015122826A1 DE 102015122826 A DE102015122826 A DE 102015122826A DE 102015122826 A1 DE102015122826 A1 DE 102015122826A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
circuit
actuator
coil
sma
mrc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102015122826.2A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102015122826B4 (de
Inventor
Moshe Laifenfeld
Vladimir Suplin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102015122826A1 publication Critical patent/DE102015122826A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102015122826B4 publication Critical patent/DE102015122826B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/061Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
    • F03G7/0614Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using shape memory elements
    • F03G7/06147Magnetic shape memory alloys, e.g. ferro-magnetic alloys
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/065Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like using a shape memory element
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14Inductive couplings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12Inductive energy transfer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14Plug-in electric vehicles

Abstract

Ein System und Verfahren zum drahtlosen Steuern eines Aktuators aus einer Formgedächtnislegierung (SMA) unter Verwenden von Magnetresonanzkopplung (MRC). Der SMA-Aktuator ist Teil einer Empfängerschaltung, welche eine Aktuatorspule umfasst, wobei der SMA-Aktuator in einer bestimmten Form konfiguriert ist. Das System umfasst eine Senderschaltung, welche eine Senderspule und einen Controller aufweist, wobei die Senderspule einen Wechselstrom empfängt, der bewirkt, dass die Senderspule ein oszillierendes Magnetfeld in Resonanz mit der Aktuatorspule in der Empfängerschaltung generiert und magnetisch mit dieser gekoppelt ist. Der Strom, der in der Aktuatorspule induziert wird, verursacht Wärme, welche den SMA-Aktuator derart neu konfiguriert, dass die Betätigung bereitgestellt wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein System und Verfahren zum drahtlosen Steuern eines Aktuators aus Formgedächtnislegierung (SMA) und insbesondere ein System und Verfahren zum drahtlosen Steuern eines SMA-Aktuators unter Verwenden von Magnetresonanzkopplung (MRC).
  • Diskussion der verwandten Technik
  • Viele moderne Systeme verwenden Sensoren, Aktuatoren, Controller, Teilsysteme, Busse usw., die eine elektrische Verkabelung benötigen, um die Geräte zu betätigen. In dem Maße wie die Anzahl von Fahrzeugsystemen zunimmt, nimmt auch die Verkabelung zu, die notwendig ist, um diese Systeme zu unterstützen. Es gibt jedoch eine gewisse Anzahl von Nachteilen beim Bereitstellen von Kabeln, insbesondere von vielen Kabeln. Beispielsweise weist in einem Fahrzeug der elektrische Leiter der Kabel, wie etwa Kupfer, ein erhebliches Gewicht auf. In dem Maße wie das Gewicht eines Fahrzeugs zunimmt, verringert sich die Kraftstoffeffizienz. Ferner ist die Verkabelung in einem Fahrzeug für Schäden anfällig, was die Garantiekosten des Fahrzeugs erhöht. Auch reduziert die Notwendigkeit einer Verkabelung in dem gesamten Fahrzeug die Flexibilität bei Konstruktion und Herstellung des Fahrzeugs. Ferner erfordert mindestens ein Teil der Verkabelung in einem Fahrzeug häufig eine regelmäßige Wartung. Auch kommen durch die Verkabelung erhebliche Ausgaben und Kosten hinzu. Ferner verursacht während der Herstellung des Fahrzeugs das Zusammenfügen der Kabelbäume häufig Probleme durch Abbrechen oder Verbiegen von Anschlussstiften. Daher wäre es wünschenswert, die Verkabelung in einem Fahrzeug zu beseitigen oder zu reduzieren.
  • Formgedächtnislegierungen (SMA), wie etwa Nickel-Titan-(NiTi)Legierungen, die allgemein als Nitinol bezeichnet werden, sind Legierungen, die in der Technik wohlbekannt sind. Eine SMA kann eine Phasenänderung durchlaufen, während sie ein Festkörper bleibt, was man als Martensit- und Austenitphasen bezeichnet. Wenn sich die SMA unter einer Übergangstemperatur befindet, die durch die bestimmte Legierung definiert ist, befindet sich die SMA in der Martensitphase, in der sie je nach ihrer Größe und Form an eine bestimmte Konfiguration angepasst und in dieser Form bleiben kann. Wenn die SMA über die Übergangstemperatur hinaus erhitzt wird, wie etwa durch elektrischen Strom, geht die SMA von der Martensitphase in die Austenitphase über, wodurch sie veranlasst wird, in ihre ursprüngliche oder „Grund-” Konfiguration zurückzukehren. Die SMA bleibt in der Grundkonfiguration, nachdem die Wärme entfernt wurde, es sei denn, sie wird in eine andere Konfiguration gezwungen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein System und Verfahren zum drahtlosen Steuern eines Aktuators aus einer Formgedächtnislegierung (SMA) unter Verwenden von Magnetresonanzkopplung (MRC). Der SMA-Aktuator ist Teil eines Empfängerresonanzkreises, welcher eine Aktuatorspule und einen Kondensator umfasst, wobei der SMA-Aktuator in einer bestimmten Form konfiguriert ist. Das System umfasst eine Senderschaltung, die eine Senderspule und einen Controller aufweist, wobei die Senderspule einen Wechselstrom empfängt, welcher bewirkt, dass die Senderspule ein oszillierendes Magnetfeld in Resonanz mit der Aktuatorspule in der Empfängerschaltung generiert und magnetisch mit dieser gekoppelt ist. Der Strom, welcher in der Aktuatorspule induziert wird, fließt in den SMA-Aktuator, welcher wiederum Wärme generiert, die den SMA-Aktuator derart neu konfiguriert, dass die Betätigung bereitgestellt wird.
  • Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen hervorgehen, wenn sie zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen gesehen werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs, welches eine Senderspule und eine Vielzahl von drahtlosen SMA-Aktuatoren umfasst;
  • 2 ist ein schematisches Diagramm einer Magnetresonanzkopplungs-Schaltung, die eine drahtlose Leistungssenderschaltung, die eine Senderspule aufweist, und eine Empfängerschaltung, die einen SMA-Aktuator aufweist, umfasst;
  • 3 ist ein schematisches Diagramm einer Empfängerschaltung für eine Magnetresonanzschaltung, die eine SMA-Aktuatorspule und einen Kondensator umfasst; und
  • 4 ist ein schematisches Diagramm einer Empfängerschaltung für eine Magnetresonanzschaltung, die eine SMA-Aktuatorspule umfasst.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGBEISPIELE
  • Die folgende Diskussion der Ausführungsbeispiele der Erfindung über ein System und Verfahren zum drahtlosen Steuern eines Aktuators aus einer Formgedächtnislegierung (SMA) unter Verwenden von Magnetresonanzkopplung (MRC) ist rein beispielhafter Art und keineswegs dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen einzuschränken. Beispielsweise weist die vorliegende Erfindung eine bestimmte Anwendung für SMA-Aktuatoren in einem Fahrzeug auf. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass der SMA-Aktuator und das diesbezügliche System der Erfindung, wie es hier beschrieben wird, eine Anwendung in vielen anderen Industrien haben kann, wie etwa in der Luftfahrtindustrie.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt ein System und Verfahren zum drahtlosen Betätigen eines SMA-Aktuators über Magnetresonanzkopplung (MRC) vor. Wie der Fachmann gut verstehen wird, stellt die Magnetresonanzkopplung ein nahezu statisches Magnetfeld zwischen zwei oder mehreren Spulen bereit, wobei die Spulen derart abgestimmt sind, dass sie in der gleichen Resonanzfrequenz mitschwingen. Ein Wechselstrom wird an einer der Spulen bereitgestellt, welcher ein oszillierendes Magnetfeld erzeugt. Das oszillierende Magnetfeld wird von der anderen Spule empfangen, welches einen oszillierenden Strom in dieser Spule induziert. Der Strom, welcher in der anderen Spule induziert wird, fließt in den SMA-Aktuator, welcher wiederum Wärme generiert, welche den SMA-Aktuator neu konfiguriert, um die Betätigung bereitzustellen.
  • 1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs 10, welches eine elektronische Steuereinheit (ECU) 12 für ein bestimmtes Teilsystem des Fahrzeugs 10, wie etwa einen Motor-Controller, umfasst. Eine Basisspule 14, die hier manchmal als Senderspule bezeichnet wird, wird in das Fahrzeug 10 an einer gewünschten Stelle eingebaut und reagiert auf ein AC-Signal von der ECU 12, um ein oszillierendes Magnetfeld zu generieren. Bei diesem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel und wie nachstehend ausführlicher besprochen wird, steuert die ECU 12 über die Spule 14 eine Reihe von SMA-Aktuatoren 16, die jeweils eine Aktuatorspule 18 umfassen, durch Magnetresonanzkopplung. Insbesondere wird die Basisspule 14 derart gesteuert, dass sie selektiv in einer bestimmten Frequenz resonant mitschwingt und ein oszillierendes Magnetfeld erzeugt, welches zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt auf eine oder mehrere der Spulen 18 abgestimmt ist, welche dann verwendet werden kann bzw. können, um den Aktuator 16 zu betätigen. Mit anderen Worten kann die ECU 12 auf eine gewisse Anzahl der Aktuatoren 16 abgestimmt werden, wobei jeder der Aktuatoren 16 eine andere Resonanzfrequenz aufweist und von der ECU 12 unabhängig betätigt wird. Um eine möglichst effiziente Leistungsübertragung von der Basisspule 14 zu den Aktuatorspulen 18 bereitzustellen, ist es wünschenswert aber nicht notwendig, dass alle SMA-Aktuatoren 16 innerhalb der Spule 14 positioniert sind, und zwar bevorzugt in der gleichen Ebene wie die Spule 14.
  • Die hier besprochenen SMA-Aktuatoren 16 bieten die Möglichkeit, die teuren Aktuatoren, welche derzeit in Fahrzeugen verwendet werden, wie etwa Elektromagneten, zu ersetzen. Ein SMA-Aktuator kann relativ kostengünstig mit hoher Zuverlässigkeit, geringem Gewicht, geräuscharmem Betrieb und ohne mechanische Einzelteile hergestellt werden. Da die SMA-Aktuatoren 16 drahtlos und sensorlos sind, gibt es zahlreiche Anwendungen, bei denen ein derartiger Aktuator verwendet werden kann, welche nicht ohne Weiteres eine Verkabelung zulassen, wie etwa aggressive Umgebungen in hydraulischen Leitungen und Tanks und andere hermetisch versiegelte Umgebungen. Mögliche Anwendungen für einen SMA-Aktuator der hier besprochenen Art umfassen Fahrzeug-Lüftungsklappensteuerung, Ventilatorsteuerung, drahtlose Seitenspiegel, Becherhalterring usw. Ferner kann ein SMA-Aktuator Aktuatoren mit Gleitkontakten ersetzen, wie etwa Ventilatoren, elektrische Sitze usw. Ebenso können SMA-Aktuatoren verteilt sein, um sich an die Innenausstattung anzupassen, um Strukturen zu reparieren, als haptische Rückmeldung zu dienen, usw.
  • Auf Grund der Größe, des Gewichts und anderer Anforderungen der Basisspule 14 kann es wünschenswert sein, für einige Anwendungen die Basisspule 14 aus dem Fahrzeug 10 zu entfernen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel werden eine Senderspule und geeignete Schaltungen, wie hier beschrieben, getrennt von dem Fahrzeug 10 bereitgestellt, um die Aktuatoren 16 zu steuern.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm einer MRC-Schaltung 30, welche eine Senderschaltung 32 und eine Aktuator- oder Empfängerschaltung 34 umfasst. Die Senderschaltung 32 umfasst eine Basisspule 36 und einen Controller bzw. eine ECU 38. Die ECU 38 umfasst eine variable Stromquelle 40, welche einen Wechselstrom (AC) bereitstellt, welcher durch einen variablen Abstimmkondensator 42 abgestimmt wird, welcher bewirkt, dass die Spule 36 ein oszillierendes Magnetfeld in einer bestimmten Frequenz erzeugt. Die Quelle 40 und der variable Kondensator 42 können selektiv durch die ECU 38 gesteuert werden, um verschiedene Ansteuerfrequenzen bereitzustellen, so dass die Basisspule 36 auf mehrere Resonanzfrequenzen abgestimmt werden kann. Bei einem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel kann die ECU 38 eine Pulsweitenmodulation (PWM) verwenden, um die Frequenz des Stroms zu variieren, welche von der Quelle 40 bereitgestellt wird, was die Resonanzfrequenz der Spule 36 ändert.
  • Die Empfängerschaltung 34 umfasst eine Aktuatorspule 50, an der ein Strom in Reaktion auf das oszillierende Magnetfeld induziert wird, welches von der Basisspule 36 durch Magnetresonanzkopplung empfangen wird, wie es hier beschrieben wird. Der Strom, welcher von der Spule 50 generiert wird, kann von der Senderschaltung 32 detektiert werden, wie es hier besprochen wird. Wenn das Magnetfeld oszilliert, erzeugt die Aktuatorspule 50 ein AC-Signal, welches durch einen Abstimmkondensator 52 auf eine bestimmte Resonanzfrequenz abgestimmt ist, so dass die Resonanzfrequenz der Spule 50 eine starke Magnetkopplung mit der Basisspule 36 bereitstellt, wenn sich das oszillierende Magnetfeld auf der abgestimmten Frequenz der Spule 50 befindet. Die Empfängerschaltung 34 umfasst auch einen SMA-Aktuator 56 und eine Feder 58 oder ein gewisses anderes geeignetes Vorspannungsgerät, wobei die Feder 58 den Aktuator 56 in einer bestimmten Position hält oder konfiguriert, während sich der SMA-Aktuator 56 in seiner Martensitphase befindet. Ein Belastungswiderstand 54 bildet den aktiven Widerstand des SMA-Aktuators ab. Bei einem anderen nachstehend besprochenen Ausführungsbeispiel ist der SMA-Aktuator die Spule 50. Der Stromfluss durch die Spule 50 in Reaktion auf die Magnetresonanzkopplung mit der Spule 36 fließt auch durch den SMA-Aktuator 56, was bewirkt, dass die Temperatur des Aktuators 56 über die Übergangstemperatur der bestimmten Legierung ansteigt, wodurch der Aktuator 56 dazu veranlasst wird, in seine Austenitphase überzugehen und gegen die Vorspannung der Feder 58 in seine Gedächtnis- oder Grundkonfiguration zurückkehrt. Ohne die Feder 58 würde der Aktuator 56 in seiner Grundkonfiguration bleiben, nachdem die Wärme entfernt wurde. Die Funktionsweise einer Formgedächtnislegierung auf diese Art und Weise in Reaktion auf einen Steuerstrom ist für den Fachmann hinlänglich verständlich.
  • Die Änderung der Form oder Länge des SMA-Aktuators 56, wenn er in seine Gedächtnisposition übergeht, kann die Resonanzfrequenz der Spule 50, welche von der ECU 38 detektiert wird, über die Magnetkopplung mit der Spule 36 ändern. Genauer gesagt ändert der SMA-Aktuator 56 die reflektierte Impedanz der Empfängerschaltung 34 an der Senderschaltung 32. Wenn die Spule 50 aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt wird, dann verursacht diese Änderung eine Änderung der Induktivität der Spule 50 und somit eine Änderung ihrer Resonanzfrequenz. Die ECU 38 kann die Frequenz der Quelle 40 ändern und/oder die Kapazität des Kondensators 42 variieren, um die Schwingungsfrequenz der Spule 36 an die neue Resonanzfrequenz der Empfängerschaltung 34 anzupassen, um den Aktuator 56 in Reaktion auf diese Änderungen der Resonanzfrequenz der Spule 50 in der betätigten Position zu halten. Die Senderschaltung 32 kann derart kalibriert sein, dass sie eine einfache Steuerung der Resonanzfrequenz bereitstellt, welche sich direkt auf die Länge des SMA-Aktuators 56 auswirkt. Eine Steuerung der Feinabstimmung des SMA-Aktuators 56 kann bereitgestellt werden, wie nachstehend ausführlicher besprochen wird, wobei möglicherweise ein Positionssensor, wie etwa ein Codierer, notwendig sein kann.
  • Solange die Magnetkopplung zwischen den Spulen 36 und 50 bewahrt wird, bleibt der SMA-Aktuator 56 in seiner Speicherposition. Wenn der Strom in Reaktion darauf, dass die Spule 36 auf eine andere Resonanzfrequenz abgestimmt wird oder ausgeschaltet wird, entfernt wird, bringt die Vorspannung der Feder 58 den SMA-Aktuator 56 in seine Ausgangsposition oder -Konfiguration zurück. Auf diese Art und Weise ist der Aktuator 56 in der Lage, eine Betätigung eines bestimmten Geräts bereitzustellen. Die Form des Aktuators 56 kann auf beliebige geeignete Art und Weise für ein beliebiges bestimmtes Gerät ausgelegt sein.
  • Die obige Diskussion bespricht, wie die Kombination der Induktivität, welche von der Spule 50 bereitgestellt wird, des Widerstands, welcher von der Belastung 54 bereitgestellt wird, und der Kapazität, welche von dem Kondensator 52 bereitgestellt wird, die Resonanzfrequenz der Empfängerschaltung 34 definiert. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte der SMA-Aktuator 56 eine, zwei oder alle diese Eigenschaften für eine bestimmte Aktuatorbauform aufweisen, was möglicherweise die Anzahl der Bauteile in der Empfängerschaltung 34 einschränkt.
  • Beispielsweise kann bei einem alternativen Ausführungsbeispiel die Spule 50 selber der SMA-Aktuator sein, welcher die Form ändert, wie etwa der sich zusammenzieht oder die Länge ändert, wenn der Strom, welcher durch die Magnetresonanzkopplung induziert wird, durch diesen fließt. 3 ist ein schematisches Diagramm einer Empfängerschaltung 70 ähnlich wie die Empfängerschaltung 34, wobei die gleichen Elemente mit der gleichen Bezugszahl identifiziert sind, und das dieses Ausführungsbeispiel zeigt. Bei der Empfängerschaltung 70 wird die Spule 50 durch eine SMA-Aktuatorspule 72 ersetzt, welche die induktive Kopplung bereitstellt und aus einer geeigneten Formgedächtnislegierung hergestellt wird. Wenn sich die Form oder Länge der Spule 72 in Reaktion auf die Wärme ändert, welche durch den Stromfluss durch diese hindurch generiert wird, ändern sich die Magneteigenschaften der Spule 72, und somit kann sich die Magnetkopplung zwischen den Spulen 36 und 72 verringern oder verloren gehen. Somit kann es notwendig sein, dass die Senderschaltung 32 diese Änderung detektiert und die Schwingungsfrequenz der Spule 36 wie zuvor besprochen ändert. Die Senderschaltung 32 kann den SMA-Aktuator auf einer bestimmten Länge halten, und demnach kann eine Feinabstimmung des SMA-Aktuators erreicht werden.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm einer Empfängerschaltung 80 ähnlich wie die Empfängerschaltung 34, wobei die gleichen Elemente mit der gleichen Bezugszahl identifiziert sind. Bei dieser Bauform ist der SMA-Aktuator nicht nur als Spule 82 konfiguriert, um die notwendige Induktivität bereitzustellen, sondern die parasitäre Kapazität, welche durch die Aktuatorspule 82 bereitgestellt wird, stellt auch die Kapazität bereit, welche für die Magnetkopplung benötigt wird.
  • Der SMA-Aktuator 56 kann wie zuvor besprochen basierend auf dem Widerstand, der Resonanzfrequenz, der Phase der reflektierten Impedanz der Empfängerschaltung und/oder der Leistung durch die ECU 38 wie folgt abgestimmt werden. Die Impedanz der Ersatzschaltung ist folgendermaßen definiert:
    Figure DE102015122826A1_0002
    wobei
    Figure DE102015122826A1_0003
    und wobei κ ein Kopplungsfaktor ist, Z die Impedanz ist, LT die Induktivität der Spule 36 ist, LR die Induktivität der Spule 50 ist, CT die Kapazität des Kondensators 42 ist, CR die Kapazität des Kondensators 52 ist, und RSMA der Widerstand des Aktuators 56 ist.
  • Wenn
    Figure DE102015122826A1_0004
    und die Spannung VL an der Spule 36 überwacht wird, kann der Widerstand RSMA erfasst werden, oder seine Differenz kann folgendermaßen bestimmt werden:
    Figure DE102015122826A1_0005
  • Wenn LSMA(/nom) = LR, dann ist die Phase der Spannung VT an der Spule 32 eine Funktion der Länge und des Widerstandes wie folgt:
    Figure DE102015122826A1_0006
  • Ein Phasenregelkreis (PLL) kann die Phase, welche beispielsweise für den Fall einer runden Spule eine quadratische Beziehung zum Durchmesser der Spule 50 aufweist, folgendermaßen entnehmen: L = K × μ0 × N2π × D2/4l (6)
    Figure DE102015122826A1_0007
  • Durch Kompensieren der Resonanzfrequenz kann ein rein ohmscher Widerstand erreicht werden. Daher wirkt sich das Steuern von Vref direkt durch eine Änderung der Länge des SMA-Aktuators 56 aus, wobei: α' = f(K, CR, VCO gain) (8)
    Figure DE102015122826A1_0008
  • Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt rein beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird aus dieser Diskussion und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen ohne Weiteres erkennen, dass diverse Änderungen, Modifikationen und Variationen daran vorgenommen werden können, ohne Geist und Umfang der Erfindung, wie sie in den nachstehenden Ansprüchen definiert wird, zu verlassen.

Claims (7)

  1. Eine Betätigungsschaltung mit Magnetresonanzkopplung (MRC), umfassend: – eine Senderschaltung, welche einen Controller, eine Basisspule, eine variable Stromquelle und einen Abstimmkondensator umfasst, wobei die variable Stromquelle der Basisspule selektiv einen vorbestimmten Wechselstrom in Kombination mit einer Kapazität, welche von dem Abstimmkondensator bereitgestellt wird, derart bereitstellt, dass sie ein oszillierendes Magnetfeld in einer vorbestimmten Frequenz generiert; und – mindestens eine Empfängerschaltung, welche einen Aktuator aus einer Formgedächtnislegierung (SMA) und eine Aktuatorspule umfasst, wobei der Controller die Frequenz des oszillierenden Magnetfeldes selektiv derart bereitstellt, dass diese durch MRC auf die Aktuatorspule derart abgestimmt wird, dass sie den SMA-Aktuator erhitzt und bewirkt, dass sich dessen Konfiguration ändert.
  2. Die MRC-Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Empfängerschaltung einen variablen Kondensator in elektrischer Kommunikation mit dem SMA-Aktuator und der Aktuatorspule beinhaltet, wobei der SMA-Aktuator in der mindestens einen Empfängerschaltung als ohmsche Last wirkt.
  3. Die MRC-Schaltung nach Anspruch 1, wobei der SMA-Aktuator in der Empfängerschaltung sowohl als Induktivität, als auch als parasitäre Kapazität wirkt.
  4. Die MRC-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Senderschaltung eine Feinabstimmung der Aktuatorspule basierend auf dem Widerstand, der Resonanzfrequenz, der Phase der reflektierten Impedanz der Empfängerschaltung und/oder der Leistung bereitstellt.
  5. Die MRC-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine Empfängerschaltung eine Vielzahl von Empfängerschaltungen ist, wobei der Controller die Frequenz des oszillierenden Magnetfeldes derart ändert, dass sie selektiv auf alle Empfängerschaltungen abgestimmt ist.
  6. Die MRC-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die MRC-Schaltung eine Fahrzeugschaltung ist und der Aktuator ein Fahrzeugaktuator ist.
  7. Die MRC-Schaltung nach Anspruch 6, wobei sich die Senderschaltung separat von dem Fahrzeug befindet, und sich die Empfängerschaltung in dem Fahrzeug befindet.
DE102015122826.2A 2015-01-14 2015-12-23 Vorrichtung für einen kostengünstigen, drahtlosen Aktuator unter Verwenden von SMA und MRC Active DE102015122826B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/597,143 2015-01-14
US14/597,143 US9777715B2 (en) 2015-01-14 2015-01-14 Apparatus for cost effective wireless actuator using SMA and MRC

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102015122826A1 true DE102015122826A1 (de) 2016-07-14
DE102015122826B4 DE102015122826B4 (de) 2022-12-01

Family

ID=56233831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015122826.2A Active DE102015122826B4 (de) 2015-01-14 2015-12-23 Vorrichtung für einen kostengünstigen, drahtlosen Aktuator unter Verwenden von SMA und MRC

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9777715B2 (de)
CN (1) CN105790449B (de)
DE (1) DE102015122826B4 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018217973A1 (de) * 2018-10-22 2020-04-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Sensorsystem und Verfahren zum Erfassen von Verformungen eines Materials

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2639726C2 (ru) * 2012-10-16 2017-12-22 Конинклейке Филипс Н.В. Беспроводная индуктивная передача мощности
US11242148B2 (en) * 2016-06-07 2022-02-08 Astronics Connectivity Systems & Certification Co Repair and replacement mechanism for personal control units on aircraft
CN108089057B (zh) * 2018-01-26 2019-09-17 吉林大学 一种用于超低温光电输运测试的测试平台
DE102018126713A1 (de) * 2018-10-25 2020-04-30 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Detektieren eines Temperaturanstiegs bei einem Elektromotor
CN113992244A (zh) * 2021-10-27 2022-01-28 维沃移动通信有限公司 电子设备和控制方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5170801A (en) * 1990-10-02 1992-12-15 Glaxo Inc. Medical capsule device actuated by radio-frequency (rf) signal
US8220259B1 (en) * 2007-12-21 2012-07-17 Rockwell Collins, Inc. Shape-memory alloy actuator
US20100277121A1 (en) * 2008-09-27 2010-11-04 Hall Katherine L Wireless energy transfer between a source and a vehicle
CN102917904B (zh) * 2010-03-31 2016-07-06 凯毅德股份公司 用于机动车辆的致动器和锁定装置
US20120217819A1 (en) * 2010-10-27 2012-08-30 Equos Research Co., Ltd. Electric power transmission system and antenna
US9231412B2 (en) * 2010-12-29 2016-01-05 National Semiconductor Corporation Resonant system for wireless power transmission to multiple receivers
WO2013002240A1 (ja) * 2011-06-30 2013-01-03 矢崎総業株式会社 給電システムの設計方法及び給電システム
DE102013201990B4 (de) * 2012-02-12 2021-11-04 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren zum Aktivieren von auf Wärme ansprechenden aktiven Materialien mittels drahtloser Übertragung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018217973A1 (de) * 2018-10-22 2020-04-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Sensorsystem und Verfahren zum Erfassen von Verformungen eines Materials

Also Published As

Publication number Publication date
CN105790449B (zh) 2019-02-22
US9777715B2 (en) 2017-10-03
US20160201655A1 (en) 2016-07-14
DE102015122826B4 (de) 2022-12-01
CN105790449A (zh) 2016-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015122826B4 (de) Vorrichtung für einen kostengünstigen, drahtlosen Aktuator unter Verwenden von SMA und MRC
DE102005052750B4 (de) Verfahren und Systeme zum Schalten zwischen mehreren Zuständen unter Verwendung zumindest einer ternären Eingabe und zumindest einer diskreten Eingabe
DE112010004598T5 (de) Elektrischgeschaltetes (Shift-By-Wire) Fahrstufenauswahlsystem für ein Schaltgetriebeund Aktuator hierfürAktuator hierfür
DE102016103766B4 (de) Bedienelement mit elektrischer Auswertung des haptischen Feedbacks, sowie ein Testverfahren und Ansteuerverfahren
DE112013007719T5 (de) Automatikabgleichschaltung für Hochfrequenzstromversorgung
DE102010060589A1 (de) Elektromotorische aktive dynamische Vibrationsabsorptionsvorrichtung für ein Fahrzeug
DE102019218943A1 (de) Leistungs-einspeisungs-vorrichtung für sitze
DE102015104780A1 (de) Drahtlose Leistungsversorgungsvorrichtung
DE102011055558B4 (de) Struktur einer blende für eine motorhalterung, die mit einem magnetorheologischen fluid gefüllt ist
DE102014110861B4 (de) System und Verfahren zum Bewältigen eines Störgeräuschs und einer Vibration in einem Fahrzeug unter Nutzung einer elektrodynamischen regenerativen Kraft und Fahrzeug, welches dasselbe aufweist
EP2043238A1 (de) Elektromagnetische Antriebsvorrichtung
DE102019211466B3 (de) Hydraulikeinheit mit variabler Verdrängung sowie Verfahren zum Betreiben einer Hydraulikeinheit
DE102005013293B4 (de) Magnetresonanzanlage mit einer Hochfrequenzquelle
DE102017203442A1 (de) Vorrichtung zum Entladen eines Hochspannungsbusses
EP2248242B1 (de) Anordnung zum versorgen zumindest eines gerätes in einem schaltschrank, oder einem installationsgehäuse mit hilfsenergie
EP3113081A1 (de) Funk-transponder und verfahren zur abstimmung eines funk-transponders
DE202007009033U1 (de) Elektronische Zustandserfassungseinrichtung
EP3521131B1 (de) Sensor, system und verfahren zum erfassen von metallteilen
DE102010055347A1 (de) Selbstabgleichende Statorantenne zur optimierten kontaktlosen Energieübertragung bei Nahfeldtelemetrieanlagen
DE102010063112A1 (de) Vorrichtung zum induktiven Heizen eines Kraftstoffeinspritzventils
DE102013216322A1 (de) Elektronische Vorrichtung
WO2015161910A1 (de) Schaltung zur temperaturkompensation
EP3635862B1 (de) Gesteuerte lastvorrichtung und herstellungsverfahren für eine gesteuerte lastvorrichtung
DE112014002013T5 (de) Überlängenaufnahmevorrichtung und Spuleneinheit
DE102018124801A1 (de) Integriertes flachdrahtleistungsverteilungssystem für ein fahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R082 Change of representative

Representative=s name: SCHWEIGER, MARTIN, DIPL.-ING. UNIV., DE

R020 Patent grant now final