SMA致动器组件

领域

本发明总体上涉及形状记忆合金(SMA)致动器组件，并且特别地涉及由SMA线驱动的旋转致动器或电机。

背景

微型旋转致动器在各种领域中都有广泛的应用，例如用于驱动智能手机中的弹出式相机、无人机中的摇摄相机(panning camera)、微型泵(例如，用于医疗设备)、相机快门或光圈快门、触觉设备/机构和医疗设备的电机。SMA线可以特别地用作微型旋转致动器中的致动器。由于其高能量密度，SMA线可以施加相对较高的力，同时在旋转致动器中占用相对较小的空间。仍然需要有效地利用SMA线的收缩力来生成输出扭矩的改进SMA旋转致动器。

概述

根据本发明，提供了一种SMA致动器组件，包括：旋转部分，该旋转部分布置成围绕旋转轴线旋转；可移动部分，该可移动部分被布置成在垂直于旋转轴线的平面内并沿着旋转部分的边界移动，其中旋转部分和可移动部分中的一个在垂直于旋转轴线的平面内包围(surround)旋转部分和可移动部分中的另一个；以及三根或更多根SMA线，该SMA线被布置成在收缩时沿着旋转部分的边界移动可移动部分，使得可移动部分和旋转部分之间的接触驱动旋转部分围绕旋转轴线连续旋转，其中三根或更多根SMA线的布置能够向可移动部分施加扭矩。

根据本发明，还提供了一种SMA致动器组件，包括：旋转部分，该旋转部分被布置成绕旋转轴线旋转；可移动部分，该可移动部分被布置成在垂直于旋转轴线的平面内并沿着旋转部分的边界移动，其中旋转部分和可移动部分中的一个在垂直于旋转轴线的平面内包围旋转部分和可移动部分中的另一个；以及一根或更多根SMA线，该SMA线被布置成在收缩时沿着旋转部分的边界移动可移动部分，使得可移动部分和旋转部分之间的接触驱动旋转部分围绕旋转轴线连续旋转，以及控制器，该控制器被配置成：测量一根或更多根SMA线的电特性，并基于电特性确定旋转部分的角度位置。

根据本发明，还提供了一种SMA致动器组件，包括：旋转部分，该旋转部分被布置成绕旋转轴线旋转；可移动部分，该可移动部分被布置成在垂直于旋转轴线的平面内并沿着旋转部分的边界移动，其中旋转部分和可移动部分中的一个在垂直于旋转轴线的平面内包围旋转部分和可移动部分中的另一个；以及一根或更多根SMA线(可选地，两根或更多根SMA线)，该SMA线被布置成在收缩时沿着旋转部分的边界移动可移动部分，使得可移动部分和旋转部分之间的接触驱动旋转部分围绕旋转轴线连续旋转。SMA致动器组件还可以包括支承装置，该支承装置允许可移动部分在垂直于旋转轴线的平面内移动，并限制可移动部分围绕旋转轴线旋转。SMA致动器组件可以包括本文描述的和/或在从属权利要求中阐述的任何其他特征。

本发明的另外的方面在从属权利要求中列出。

附图简述

现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的某些实施例，在附图中：

图1是SMA致动器组件的示意性平面图；

图2a和图2b是SMA致动器组件的示意性侧视图实施例；

图3a和图3b是SMA致动器组件的另一实施例的示意性平面图和侧视图；

图4是另一SMA致动器组件的示意性平面图；和

图5是另一SMA致动器组件的示意性透视图。

详细描述

概括地说，本发明提供由形状记忆合金(SMA)线驱动的连续驱动电机。本发明使用SMA线平移地移动可移动构件，这又可以导致旋转部分旋转。本发明可以有利地实现对旋转部分的旋转速度和位置的精细控制，并且可以实现连续驱动旋转。本发明可以，例如，用于致动电机，该电机用于驱动智能手机中的弹出式相机、无人机中的摇摄相机、微型泵(例如，用于医疗设备)、相机快门或光圈快门、触觉设备/机构和医疗设备。应当理解，这是本文描述的致动器组件的示例应用/用途的非穷举性和非限制性列表。

SMA致动器组件

图1示出了根据本发明实施例的SMA致动器组件1的示意性平面图。图2a和图2b示出了SMA致动器组件1的不同实施例的示意性横截面图。SMA致动器组件1包括支撑结构10、可移动部分20和旋转部分40。SMA致动器组件1还包括SMA线30。支撑结构10被用作参考点来描述本文中旋转部分40和可移动部分20的移动。当SMA致动器组件1包括在诸如智能手机、无人机或任何其他设备的设备中时，支撑结构10可以相对于设备的主体固定。然而，一般来说，支撑结构10不一定需要是静止的，并且可以相对于这样的设备或在这样的设备内移动。在一些实施例中，旋转部分40可以相对于设备的主体固定。

旋转部分40被布置成绕旋转轴线R旋转。在图1和图2中，旋转轴线R在z方向上延伸，因此沿着旋转轴线R的移动在本文中也被称为沿着z轴的移动。与旋转轴线R正交的平面在本文中也被称为x-y平面。旋转轴线R可以相对于支撑结构10固定。因此，旋转部分40可以被布置成相对于支撑结构10围绕旋转轴线R旋转。旋转部分40可以被布置成仅相对于支撑结构10围绕旋转轴线R旋转，因此旋转部分40相对于支撑结构10的平移移动可以受到限制。

可移动部分20被布置成在垂直于旋转轴线R的平面(例如x-y平面)内移动。在一些实施例中，可移动部分20可以在移动范围内在平面内自由移动，即，沿着x轴的平移、沿着y轴的平移和围绕z轴的旋转可以在移动范围内相对不受限制。在替代实施例中，可移动部分20可以具体地沿着平面内的受限路径移动，如将在下面进一步详细解释的。在又一些替代实施例中，可移动部分20可以具体地在x方向和y方向上移动，而不允许围绕z轴旋转。在任一情况下，可移动部分20可以沿着旋转部分40的边界45在x-y平面内移动。例如，在图1的实施例中，可移动部分20可以沿着旋转部分40的圆形边界45移动。

SMA线30驱动可移动部分20的移动。SMA材料具有以下性质：SMA材料在加热时经历固态相变，这导致SMA材料收缩。当SMA的温度增加到超出发生SMA材料从马氏体相转变到奥氏体相所处的温度范围时，发生一定范围的收缩。相反，在冷却SMA线30使得其中的应力减小时，SMA线30在张紧力(例如，来自SMA线30中相对的SMA线或来自弹簧或其他弹性元件)下膨胀。这允许可移动部分20在相反的方向上移动。

因此，可移动部分20相对于支撑结构10在x-y平面内的位置可以通过选择性地改变SMA线30的温度来控制。这可以通过使提供电阻加热的选择性驱动电流或电压(例如脉宽调制(PWM)控制信号)通过SMA线30来实现。通过驱动信号直接提供加热。冷却通过减小或停止该驱动信号来提供，以允许SMA线30通过与周围环境的传导、对流和辐射来冷却。

SMA线30被布置成在收缩时移动可移动部分20。例如，SMA线30可以在一端连接到支撑结构10，在另一端连接到可移动部分20。SMA线30可以在x-y平面内平移地移动可移动部分20，特别是沿着旋转部分40的边界45移动可移动部分20。在所描绘的实施例中，SMA线沿着圆形路径移动可移动部分20，以便沿着旋转部分40的边界45移动可移动部分20。通常，对于旋转部分40和/或可移动部分20的其他几何形状，可移动部分20的移动路径可以是非圆形的。当可移动部分20围绕旋转部分40移动时，可移动部分20与旋转部分40保持恒定接触。可移动部分20的移动驱动旋转部分40的旋转。例如，如图1所示，可移动部分20在方向22上的平移移动驱动旋转部分40围绕旋转轴线R的旋转46。

因此，SMA致动器组件1能够生成连续旋转。旋转部分40可以不间断地无限旋转。因此，SMA致动器组件1可以被用于需要旋转或扭矩的任何应用中。由于SMA的高能量密度，使用SMA线30最终驱动旋转具有使用相对较少的电功率提供具有相对较高扭矩的旋转的附加益处。与利用其它致动器(诸如感应线圈)的电机相比，SMA致动器组件1还可以被制造成是紧凑的。

支承装置

下面更详细地描述SMA致动器组件1的部件，特别是支撑结构10、可移动部分20和旋转部分40，以及限定这些部件相对于彼此的移动的支承装置。

旋转部分40可相对于支撑结构10围绕旋转轴线R旋转。SMA致动器组件1可以包括位于旋转部分40和支撑结构10之间的支承装置1040。支承装置1040允许旋转部分40相对于支撑结构10围绕旋转轴线R旋转。支承装置1040限制旋转部分40相对于支撑结构10(例如在x-y平面内和/或沿着旋转轴线R)的平移移动。支承装置1040还限制关于x轴或y轴的倾斜。在所描绘的实施例中，支承装置1040包括在旋转部分40和支撑结构10之间的平面轴承(plain bearing)，即旋转部分40和支撑结构10中的每一个都包括彼此直接支承的支承表面。一般来说，任何其他合适类型的轴承(诸如滚子轴承(roller bearing)或滚珠轴承(ball bearing))都可以用来代替平面轴承。

如图2a所示，旋转部分40可以包括旋转轴41和从动部分42。旋转轴41和从动部分42相对于彼此固定地布置。

旋转轴41可以输出由SMA致动器组件1生成的旋转。当SMA致动器组件1包括在设备中时，旋转轴41可以连接到设备的要旋转的部分，诸如连接到智能手机中的弹出式相机或无人机的摇摄相机。在所描绘的实施例中，旋转轴41插入支撑结构10中的孔径中，从而限制旋转部分40在x-y平面内的移动以及旋转部分40关于x轴和y轴的倾斜。旋转轴41的插入到支撑结构10的孔径中的部分因此形成在旋转部分40和支撑结构10之间的支承装置1040的一部分。

在图2a的实施例中，从动部分42包括支承表面，该支承表面直接支承在支撑结构10的对应的支承表面上，从而限制旋转部分40沿z轴的移动。这些支承表面因此形成在旋转部分40和支撑结构10之间的支承装置1040的一部分。支承装置1040可选地还包括弹性元件(未示出)，诸如挠性弹簧或其他弹簧，以朝向彼此推压支承表面。

可移动部分20能够相对于旋转轴线R在x-y平面内移动(并且因此能够相对于旋转部分40并相对于支撑结构10在x-y平面内移动)。在图2a的实施例中，在可移动部分20和支撑结构10之间的支承装置1020允许在x-y平面内的移动。支承装置1020可以限制可移动部分20沿z轴(因此沿旋转轴线R)的移动。所描绘的实施例的支承装置1020包括平面轴承1020a，该平面轴承1020a允许在x-y平面内的移动(并限制沿z轴的移动)。平面轴承1020a包括可移动部分20的支承表面，该支承表面直接支承在支撑结构10的对应支承表面上。

可选地，SMA致动器组件1包括支承装置，该支承装置将可移动部分20的移动限制到沿着旋转部分40的边界45的路径。在图2a的实施例中，例如，在可移动部分20和支撑结构10之间的支承装置1020包括凸轮轴1020b，该凸轮轴1020b将可移动部分20的移动限制到圆形路径(该圆形路径沿着旋转部分40的边界延伸)。支承装置1020可以包括多个这样的凸轮轴1020b。通常，可以使用能够将可移动部分20的移动限制到沿着旋转部分40的边界的路径的任何支承装置(诸如包括在可移动部分20和/或支撑结构10中的圆形轨道中被引导的滚珠的滚珠轴承)来代替凸轮轴1020。

支承板

图2b描绘了其中旋转部分40还包括支承板43的替代实施例。支承板43相对于从动部分42和旋转轴41固定。在一些实施例中，支承板43与旋转部分40一体形成。支承板43包括在x-y平面内延伸的支承表面，该支承表面抵靠支撑结构10，从而提供在旋转部分40和支撑结构10之间的支承装置1040的一部分。支承板43还包括在x-y平面内延伸的支承表面，该支承表面抵靠可移动部分20，从而在旋转部分40和可移动部分20之间提供支承装置2040。

与图2a的实施例相比，在可移动部分20和支撑结构10之间没有支承装置1020。相反，在可移动部分20和旋转部分40之间的支承装置2040允许可移动部分20在x-y平面内移动。支承装置2040可以限制可移动部分20沿z轴(因此沿旋转轴线R)的移动。

可以提供弹性元件，诸如挠曲弹簧或其他弹簧，以施加弹簧力，该弹簧力将可移动部分20推靠在支承板43上。弹性元件可以例如连接在可移动部分20和支撑结构10之间。弹簧力还可以将支承板43推靠在支撑结构10上，从而确保支承装置2040和1040的支承表面保持彼此接触。

弹性元件可以施加弹簧力，以将可移动部分40推靠在支承板32上，并将支承板43推靠在支撑结构10上，从而在SMA线30不通电时限制旋转部分40相对于可移动部分20的移动。因此，在SMA线30没有收缩的情况下，借助于平面轴承中的摩擦力，支承板43可以被限制旋转，并且可移动部分20可以被限制移动。可选地，SMA线30可以相对于x-y平面成角度，以便在收缩时对抗弹性元件的弹簧力。这可以减小SMA线30收缩时平面轴承处的摩擦力。

作为提供弹性元件的替代或附加，SMA线30也可以相对于x-y轴成角度，以便朝向彼此推压任何上述平面轴承。

在替代实施例(未示出)中，可移动部分20可以包括支承板43(并且可选地与支承板43一体形成)。支承板43的表面可以抵靠旋转部分40，从而在可移动部分20和旋转部分40之间提供支承装置2040。

齿轮

在使用中，从动部分42与可移动部分20接触。如下面将更详细地解释的，可移动部分20的移动可以通过与旋转部分40的接触(特别是通过与从动部分42的接触)来驱动旋转部分40的旋转。旋转部分40可以包括与可移动部分20的互补接触表面接触的接触表面(例如在从动部分42上)。接触表面可以被构造成限制，即约束或甚至防止沿着旋转部分40的边界45在旋转部分40和可移动部分20之间的滑动。在所描绘的实施例中，因此防止了在围绕旋转轴线R的切向方向上的滑动。

在所描绘的实施例中，从动部分42是内齿轮42a，可移动部分20包括外齿轮22a。齿轮22a、齿轮42a包括互补齿，即旋转部分40的齿和可移动部分20的齿相互啮合。外齿轮22a包括比内齿轮42a更多数量的齿。特别地，外齿轮22a包括比内齿轮42a多至少一个的齿。例如，外齿轮22a可以包括数量大于10个、优选大于25个、进一步优选大于50个的齿。内齿轮42a可以包括例如比外齿轮22a少至少1个的齿，或者比外齿轮少2个或更多个的齿。

在替代实施例中，可移动部分20和旋转部分40不包括互补齿。相反，可移动部分20和旋转部分40可以包括限制沿旋转部分40的边界45在可移动部分20和旋转部分40之间滑动的表面。例如，表面可以是相对粗糙的，以限制它们之间的滑动。

多个可移动部分

如图3a和图3b中示意性描绘的，SMA致动器组件1可以可选地包括第二可移动部分20’。第二可移动部分被布置成在x-y平面内并沿着旋转部分40的边界45移动。在所描绘的实施例中，第二可移动部分40’在x-y平面内包围旋转部分40。SMA致动器组件1还包括三根或更多根另外的SMA线30’。该三根或更多根另外的SMA线30’相对于第二可移动部分20’的布置可以如关于相对于可移动部分20的三根或更多根SMA线30所描述的那样。三根或更多根另外的SMA线30’被布置成在收缩时使第二可移动部分20’沿着旋转部分40的边界45移动，使得第二可移动部分20’和旋转部分20之间的接触驱动旋转部分40围绕旋转轴线R连续旋转。使用多个可移动部分(具有多组SMA线30)可以增加驱动旋转部分40的扭矩。

优选地，与可移动部分20和旋转部分40之间的接触区域相比，第二可移动部分20’和旋转部分40之间的接触区域围绕旋转轴线R在直径上相对。由可移动部分20、可移动部分20’在相对于旋转轴线R的径向方向上施加到旋转部分40的力F1、力F1’可以相等且相反。因此，在相对于旋转轴线R的径向方向上作用在旋转部分40上的净力可以为零。这可以减小在支撑结构10和旋转部分40之间的支承装置1040中的摩擦力。在一些实施例中，可能不需要限制旋转部分40在x-y平面内的平移移动的支承装置。

如图3b所示，第二可移动部分20’可以沿着旋转轴线R相对于可移动部分20偏移，特别是在可移动部分20、可移动部分20’在x-y平面内包围旋转部分40的实施例中。

SMA线的布置

SMA线30的布置能够向可移动部分20施加扭矩。例如，SMA线30的布置包括能够向可移动部分20施加力偶的至少两根SMA线。SMA线30可以用平行但不共线的力分量向可移动部分20施加力。

这允许SMA线30控制施加到可移动部分20的扭矩，从而调节可移动部分20相对于支撑结构10的旋转。特别地，SMA线30能够沿着旋转部分40的边界45移动可移动部分20，而使可移动部分20相对于支撑结构没有任何净旋转。这意味着在旋转部分40的一次或更多次旋转的过程中，可移动部分20不围绕旋转轴线R旋转。这可以在没有限制可移动部分20围绕旋转轴线R旋转的任何支承装置的情况下实现，因为SMA线30能够施加扭矩。因此，SMA线30的布置在没有限制可移动部分20围绕旋转轴线R旋转的任何支承装置的情况下，允许使用SMA致动器组件1，降低了SMA致动器组件1的制造成本/复杂性。如果可选地使用限制可移动部分20围绕旋转轴线R旋转的这种支承装置(诸如图2b中的凸轮轴1020b)，那么SMA线30的布置至少减少了作用在这种支承装置上的力，从而减少了这种支承装置的疲劳或损坏的风险。

在图1的实施例中，SMA致动器组件包括总共四根SMA线30。每根SMA线30连接在支撑结构10和可移动部分20之间。

每根SMA线30保持张紧，从而在可移动部分20和支撑结构10之间在垂直于旋转轴线R的方向上施加力。在操作中，SMA线30在垂直于旋转轴线R的两个正交方向上，即在x-y平面内，相对于支撑结构10移动可移动部分20，如下文进一步描述的。

SMA线30可以各自垂直于旋转轴线R延伸。在一些实施例中，SMA线30在公共平面内延伸，这有利于使SMA致动器组件1的沿着旋转轴线R的尺寸最小化。这种布置还使在在平行于旋转轴线R的方向上作用在可移动部分20(以及支撑可移动部分20的任何支承装置)上的力最小化。

替代地，SMA线30可被布置成相对于垂直于旋转轴线R的正交方向以非零角度倾斜，该角度优选是小的。在这种情况下，SMA线30在操作中生成力的沿旋转轴线R的分量，该分量可能倾向于使可移动部分20在平行于旋转轴线R的方向上偏斜或移动。力的这种分量可以被支承装置抵抗以提供在垂直于旋转轴线R的正交方向上的移动。相反，在沿着旋转轴线R的方向上提供可接受的小偏斜或移动的SMA线30的倾斜程度可以取决于支承装置沿旋转轴线R的刚度。因此，在支承装置具有沿旋转轴线R的高刚度的情况下，例如当支承装置包括平面轴承或滚珠轴承时，相对高的倾斜度是允许的。

在支承装置包括平面轴承或滚珠轴承的情况下，甚至可能希望SMA线30在平行于旋转轴线R的方向上以显著的分量倾斜，使得SMA线30中的张力将可移动部分20推到平面轴承或滚珠轴承上。

不管SMA线30是垂直于旋转轴线R还是相对于垂直于旋转轴线R的平面以小角度倾斜，致动器组件1都可以被制作得非常紧凑，特别是在沿着旋转轴线R的方向上。SMA线30本身非常细(通常直径为25μm的数量级)，以确保快速加热和冷却。SMA线30的布置几乎不增加致动器组件1的占用面积，并且可以在沿着旋转轴线R的方向上做得非常细，因为SMA线30基本上铺设在垂直于旋转轴线R的平面内，在该平面内SMA线30保持操作。然后，沿着旋转轴线R的高度取决于其它部件(诸如下面描述的连接元件33)的厚度和允许制造所需的高度。

SMA线30在一端通过相应的连接元件33a连接到可移动部分20，在另一端通过连接元件33b连接到支撑结构10。连接元件33a、连接元件33b压接SMA线30以机械地保持它，可选地通过使用粘合剂来加强。连接元件33a、连接元件33b还提供与SMA线30的电连接。连接元件33a、连接元件33b例如可以是压接构件。然而，可以替代地使用用于连接SMA线30的任何其他合适的装置。

如图1所示，SMA线30可以具有如下围绕旋转轴线R的布置。

每根SMA线30沿着可移动部分20的一侧布置。因此，SMA线30在围绕旋转轴线R的不同角度位置处布置成环。因此，四根SMA致动器线30包括布置在旋转轴线R的相对侧上的第一对SMA线和布置在旋转轴线R的相对侧上的第二对SMA线。第一对SMA线能够选择性地驱动以在所述平面内在第一方向上相对于支撑结构10移动可移动部分20，并且第二对SMA线能够选择性地驱动以在所述平面内在横向于第一方向的第二方向上相对于支撑结构10移动可移动部分20。在除了平行于SMA线30以外的方向上的移动可以通过组合这些对的SMA致动器线30的致动，以提供横向方向上的移动的线性组合来驱动。观察该移动的另一种方式是，在环中彼此相邻的任何一对SMA线30的同时收缩将驱动可移动部分20在将这两根SMA线30一分为二的(图1中的对角线)方向上的移动。

结果是，SMA线30能够被选择性地驱动，以在垂直于旋转轴线R的两个正交方向上将可移动部分20相对于支撑结构10移动到在移动范围内的任何位置。移动范围的大小取决于SMA线30的几何形状和在它们的正常操作参数内的收缩范围。

SMA线30沿着可移动部分20的相应侧的布置有助于提供紧凑的布置，因为从该侧看，每根SMA线30很大程度上或完全配合在可移动部分20的轮廓内，这与例如线沿旋转轴线R径向延伸的布置不同(该布置将增加SMA致动器组件的占用面积)。然而，由于不是径向的，所以每根SMA线30在两个正交方向的平面内围绕旋转轴线R单独地向可移动部分20施加扭矩。这种扭矩可能潜在地增加对需要抵抗任何净扭矩，同时允许在该平面内移动的任何支承装置的要求。

然而，由于没有线是共线的，所以线可以被布置成当一起操作时施加抵消扭矩。围绕旋转轴线R的相继的SMA线30被连接，以在围绕旋转轴线R的交替方向(in alternatesenses)上向可移动部分20施加力。即，当从旋转轴线R向外观察时，一根SMA线30在其左端连接到支撑结构10，并且在其右端连接到可移动部分20，但下一根SMA线30在其左端连接到可移动部分20，并且在其右端连接到支撑结构10，等等。结果，围绕旋转轴线R的相继的SMA线30也在围绕旋转轴线R的交替方向上施加扭矩。即，一根SMA线30在逆时针方向上向可移动部分20施加力，但下一根SMA线30在顺时针方向上向可移动部分20施加力，等等。

这意味着第一对SMA线30在所述平面内围绕旋转轴线R在第一方向上(例如逆时针地)对可移动部分20生成净扭矩，并且第二对SMA线30在所述平面内围绕旋转轴线R对可移动部分20生成在相反的方向上(例如顺时针)的净扭矩。结果，对于每根SMA线30中的任意加热程度，扭矩趋于抵消。

此外，通过这种布置，原则上可以实现移动到移动范围内的任何位置，而无需在两个正交方向的平面内围绕旋转轴线R向可移动部分20施加任何净扭矩。为了理解这一点，可以将第一对SMA线30与第二对SMA线30分开考虑。为了移动到二维中的任何给定位置，可以通过第一对SMA线30中的应力范围(以及因此通过在第一方向上的扭矩范围)获得从第一对SMA线30取得的移动。类似地，可以通过第二对SMA线30中的应力范围(以及因此通过在第二方向上的扭矩范围)获得从第二对SMA线30取得的移动。这意味着，可以通过适当选择每个SMA线30中的应力(这基于与期望位置和SMA线30的布置相关的简单几何计算)来平衡扭矩。

相反，如果所有的SMA线30被连接以围绕旋转轴线R在相同的方向上向可移动部分20施加力，那么，不管SMA线是如何被驱动的，它们将总是围绕旋转轴线R生成净扭矩。

当在作为沿着x轴和y轴的移动的线性组合的其他方向上移动可移动部分20时，某种程度的平衡是该布置的自然效果，并且实际上通过适当选择在每根SMA线30中生成的力，可以使SMA线30不生成围绕旋转轴线R的净扭矩。此外，SMA线30可以被控制以抵消由于可移动部分20与旋转部分40的接触而在可移动部分20上导致的任何扭矩。这样，在SMA致动器组件1的操作期间，作用在可移动部分20上的扭矩(由来自SMA线30的力和由于与旋转部分40接触而导致的力导致)可以为零。

围绕旋转轴线R的扭矩的这种减小降低了可移动部分20围绕旋转轴线R旋转的趋势。围绕旋转轴线R的扭矩的减小或平衡降低了对支承装置的限制。事实上，在一些实施例中，限制可以降低到不需要支承装置的程度，并且可移动部分20替代地由SMA线30本身支撑。

特别要注意的是，在这采用仅单组四根SMA线30的致动器布置10中可以实现这些益处，这提供了非常简单和紧凑的布置。

在该SMA致动器组件1中，SMA线30在公共平面内延伸，这有利于使致动器组件1沿着旋转轴线R的尺寸最小化。替代地，SMA线30可以沿着旋转轴线R彼此偏移，并且如果它们满足更一般的要求(即当在该方向上观察时，四根SMA线30在垂直于旋转轴线R的假想平面上的投影具有图1所示的布置)，则仍然获得上述益处。

替代的SMA线布置

SMA致动器组件1的上述实施例包括总共四根SMA线30。然而，在SMA致动器组件1的一些实施例中，可以使用更少的SMA线30。例如，上述布置的SMA线30中的一根可以由弹簧或其他弹性元件代替。替代地，SMA致动器组件1可以包括总共三根SMA线30，其中第一SMA线和第二SMA线被布置成在收缩时分别在x-y平面内的第一方向和第二(正交)方向上向可移动部分施加力，并且第三SMA线被布置成在收缩时在x-y平面内的第三方向上向可移动部分施加力，以便对抗由第一SAM线和/或第二SAM线施加的力。因此，第三SMA线可以例如在(将x轴和y轴一分为二的)对角线方向上施加力。第三SMA线可以在第三方向以外的方向上延伸，并且SMA致动器组件还可以包括中间元件，该中间元件被配置成使第三SMA线中的张力沿着第三方向重新定向。

例如，中间元件可以包括挠曲臂，该挠曲臂的一端连接到支撑结构，另一端连接到可移动部分，其中挠曲臂被布置成允许另一端相对于支撑结构在第三方向上移动。第三SMA线可以连接到挠曲臂，并且被配置成在收缩时使挠曲臂偏转，从而在第三方向上推压挠曲臂的另一端。

替代地，中间元件可以被布置在第三SMA线和可移动部分之间，其中第三SMA线围绕与中间元件的接触区域弯曲，从而在接触区域的任一侧形成两个SMA部分，这两个SMA部分相对于彼此成角度。

原则上，本发明的实施例可以只需要两根SMA线30来控制两个自由度，特别是沿着沿旋转部分的边界45的路径的移动(第一自由度)和围绕旋转轴线R的扭矩(第二自由度)。

其中不需要控制扭矩的本发明的实施例(诸如包括用于确定SMA线的角度位置的控制器的那些实施例)可以包括用于沿着沿旋转部分的边界的路径移动可移动部分的单根SMA线。单根SMA线可能就足够了，因为可移动部分可以沿着该路径在一个自由度内移动。替代地，在这样的实施例中可以提供两根SMA线。可选地，这样的实施例中的支承装置可以限制可移动部分围绕旋转轴线的旋转，从而避免需要控制可移动部分围绕旋转轴线的扭矩。

测量旋转部分的角度位置

使用SMA线30来最终驱动旋转部分40的旋转的另一优点是，SMA线30可以被用于测量旋转部分的角度位置。

众所周知，SMA线30的长度与SMA线的电特性有关，特别是与SMA线30的电阻的测量值有关。因此，每根SMA线30的长度是相应SMA线30的电特性的函数。致动器组件1可以包括被配置成测量电特性的控制器。例如，控制器可以向每根SMA线30施加具有已知振幅的电流脉冲，并测量相应的SMA线30两端的电压，以获得相应SMA线的电阻的测量值。替代地，感测电阻器可以与SMA线30串联连接，具有已知振幅的电压脉冲可以被施加到SMA线和感测电阻器两者，并且SMA线两端的电压可以被测量以获得相应SMA线的电阻的测量值。通常，可以使用适合用于确定SMA线的电特性的任何方法。

测量SMA线30的电特性可以允许确定可移动部分20的位置。这是因为可移动部分20的位置直接取决于SMA线30的长度。例如，参照图1，可以测量顶部的SMA线30的长度(或收缩/伸长的程度)以确定可移动部分20的x坐标，并且可以测量左边SMA线30的长度(或收缩/伸长的程度)以确定可移动部分20的y坐标。注意，除了SMA线30的长度之外的参数，诸如环境温度，也可以影响SMA线30的电特性。因此，也可以考虑其他这样的参数，以将测量的电特性转换成SMA线的长度。

在特别有利的实施例中，SMA线30包括两对相对的SMA线。每对SMA线包括在相反方向上对可移动部分30施加力的两根SMA线30。每对SMA线中的SMA线30可以是平行的。参照图1的示例，顶部的SMA线30和底部的SMA线30构成第一对SMA线，并且左边的SMA线30和右边的SMA线30构成第二对SMA线30。通常，两对SMA线30可以在不平行的方向上，例如在彼此垂直的方向上，对可移动部分施加力。

利用相对的SMA线的优点是可以更精确地确定可移动部分20的位置，从而最终确定旋转部分40的角度位置。例如，参照图1，第一对SMA线(即，顶部的SMA线30和底部的SMA线30)中的SMA线之间的电阻的测量值的差异可以提供可移动部分20的x坐标的测量值。第二对SMA线(即，左边的SMA线30和右边SMA线30)中的SMA线之间的电阻的测量值的差异可以提供可移动部分20的y坐标的测量值。环境参数(诸如环境温度)可以同等地影响每对SMA线中的两根SMA线，因此这种环境参数对可移动部分20的位置的测量结果的影响可以通过具体地确定相对的SMA线的电特性的差异来抵消。因此，根据SMA线30的电特性可以更准确地确定可移动部分20的平移位置。注意，测量SMA线的电特性包括测量电特性的差异，即，为了本发明的目的，不需要电特性的绝对测量结果。SMA线的电阻的测量值可以是绝对电阻的测量值或相对电阻(即，一根SMA线相对于另一根相对的SMA线的电阻)的测量值。

可移动部分20的平移位置可以被用于确定旋转部分的角度位置。参照图1，可移动部分20围绕旋转部分40完整旋转一周(full revolution)可以导致旋转部分40旋转1个或更多个齿。在其中旋转部分40包括95个齿并且可移动部分包括100个齿的特定示例中，可移动部分20每旋转一周因此导致旋转部分40旋转18度(360度的5％)。在该特定示例中，可移动部分20的绝对平移位置因此可以精确地被用于确定旋转部分40在18度角内的角度位置。使用已知技术可以相对精确地测量SMA线的长度，这最终允许以高精度确定旋转部分40的角度位置。

在一些实施例中，根本不需要确定可移动部分20的平移位置，并且可以例如使用合适的数学方程或查找表来直接根据SMA线30的电特性的测量值确定旋转部分40的角度位置。使用线性平移的SMA致动器组件

SMA致动器组件1的另一实施例如图4所描绘。图4的SMA致动器组件可以包括以上关于图1-图3描述的任何特征，尽管出于说明清晰的原因仅描绘了旋转部分40。

通常，SMA致动器组件1包括被布置成围绕旋转轴线R旋转的旋转部分40和被布置成在垂直于旋转轴线R的平面内并沿着旋转部分40的边界移动的可移动部分20，其中旋转部分和可移动部分中的一个在垂直于旋转轴线R的平面内包围旋转部分和可移动部分中的另一个。SMA致动器组件1还包括一根或更多根SMA线，该一根或更多根SMA线被布置成在收缩时沿着旋转部分的边界移动可移动部分，使得可移动部分和旋转部分之间的接触驱动旋转部分围绕旋转轴线R连续旋转。

SMA致动器组件1可以包括本申请中所描述的任何附加特征。

如图4所示，SMA致动器组件还包括线性可移动部分60，诸如齿条(rack)60。线性可移动部分60可沿着垂直于旋转轴线R的移动轴线62移动，特别是沿着图4中的x轴移动。线性可移动部分60是线性可移动的。可以限制线性可移动部分60的旋转或沿移动轴线62以外的轴线的移动。

线性可移动部分60与旋转部分40接触，使得旋转部分40的旋转驱动线性可移动部分60的线性移动。例如，线性可移动部分60可以包括与旋转部分40中的齿互补的齿。替代地，线性可移动部分60可以包括接触表面，并且该接触表面和旋转部分40的对应的接触表面之间的摩擦可以驱动线性可移动部分60沿着移动轴线62的移动。

尽管图4中没有示出，但是线性可移动部分60可以沿着旋转轴线R相对于可移动部分20偏移。因此，线性可移动部分60可以有效地堆叠在可移动部分20之上。

与使用单根SMA线作为线性输出致动器相比，图4的SMA致动器组件1提供了具有增加的冲程和双向驱动的线性输出致动器。另一优点是线性输出致动器可以提供连续(即不间断)线性致动。线性输出致动器的位置可以通过控制SMA线30的收缩来被精确地控制。使用线性平移的另一SMA致动器组件

SMA致动器组件100的另一实施例如图5所描绘。该SMA致动器组件100包括如上面关于图1-图3描述的致动器组件1和几个另外的特征。

特别地，致动器组件100包括线性可移动部分102，该线性可移动部分102可沿着旋转部分40的旋转轴线R(特别是沿着图5中的z轴)线性移动。致动器组件100包括螺旋支承装置104，用于将旋转部分40的旋转转换成线性可移动部分102的线性移动。

在该示例中，螺旋支承装置104形成如下。套环106从旋转部分40延伸。套环106和旋转部分40可以形成为单件。套环106具有中空的圆柱形形状，并且具有与轴线R共线的轴线。线性可移动部分102具有圆柱形形状，也具有与轴线R共线的轴线。线性可移动部分102沿着套环106的至少一部分长度安装在套环106内部。套环106包括螺旋槽106a，该螺旋槽106a接纳设置在线性可移动部分102上的突起(即“销”)102a。通常，可以有多组槽和销。

可以理解，可以替代地使用其它类型的螺旋支承装置104。例如，螺旋支承装置103可以包括滚珠轴承，或者可以包括被布置成将小幅度运动限制为近似螺旋运动的挠曲件。

致动器组件100包括限制装置108，该限制装置108被配置成引导线性可移动部分沿轴线R移动，即，限制在x方向和/或y方上的移动，并限制围绕x、y和z(R)轴线的旋转。在该示例中，限制装置108包括在z方向上彼此偏移的一对十字形轴承108a、108b，如图5所描绘。同样，可以替代地使用其他类型的限制装置108。

致动器组件100还包括另一限制装置(图5中未示出)，该另一限制装置防止旋转部分40在z方向上(相对于支撑结构10)移动。该另一限制装置可以对应于如上文参照图2a所描述的支承表面和弹性元件。替代地，该另一限制装置可以由一对相对的支承表面(例如与旋转部分40和/或套环102相互作用的支承表面)形成。

因此，在操作中，旋转部分40(如上所述)旋转，并且套环102也旋转，并且使得线性可移动部分102沿着轴线R在一个方向或另一方向上移动(取决于旋转的方向)。

在其他示例中，可以使用机构(例如齿轮)来使线性可移动部分102的移动轴线相对于旋转部分40的旋转轴线R偏移。

具有线性移动的SMA致动器组件的应用

上面参照图4和图5所描述的SMA致动器组件1、100可特别地用于移动诸如智能手机的便携式电子设备中的相机(或相机的一部分)。

例如，线性可移动部分102可以对应于(微型)相机模块，并且SMA致动器组件100可以被布置成将相机模块102从屏幕下方移动到屏幕的一侧(例如，设备的顶部)。因此，可以提供相机功能，而不需要屏幕中的凹口或需要相机通过屏幕捕捉图像。

替代地，可移动部分102可以对应于在z方向上与图像传感器间隔开的一个或更多个光学元件(例如，透镜)。通过线性移动这些光学元件102，相机可以在不使用时具有小的z尺寸(即“高度”)，并且在使用时具有更长的TTL(总轨道长度)。这种相机可以被称为“弹出式相机”。

替代的实施例

在图1的实施例中，可移动部分20包围旋转部分40。在替代实施例(未示出)中，旋转部分40可以在x-y平面内包围可移动部分20。例如，SMA线30可以连接到图1中编号为“40”的部分，以便在x-y平面内移动该部分。编号为“20”的部分可围绕旋转轴线旋转。SMA线30可以沿着编号为“20”的部分的内边界移动编号为“40”的部分，从而驱动编号为“20”的部分围绕旋转轴线旋转。在具有第二可移动部分20’的实施例中，旋转部分也可以在x-y平面内包围第二可移动部分20’。

上述支承装置1020、1040和2040包括平面轴承。润滑剂或其他减阻剂(frictionreducer)可以设置在平面轴承的支承表面上，以便减少支承表面之间的摩擦。在替代实施例(未示出)中，一些或所有的支承装置1020、1040和2040可以包括其他类型的轴承，诸如滚珠轴承或滚子轴承。支撑结构10和可移动部分20之间的支承装置1020还可以包括挠曲件装置，以引导可移动部分20相对于支撑结构10移动。使用平面轴承以外的轴承还可以减少支撑结构10、可移动部分20和旋转部分40之间的摩擦。通常，不需要使用支承装置。例如，可移动部分20可以完全由SMA线30支撑。例如，在图3的实施例中，旋转部分40可以完全由两个可移动部分20、20’支撑。

在上述实施例中，SMA线的布置能够向可移动部分施加扭矩。在替代实施例中，SMA线的布置不需要能够施加扭矩。SMA线可以被布置成在收缩时沿着旋转部分的边界在垂直于旋转轴线的平面内移动可移动部分。可以使用两根或更多根SMA线来实现平面内两个自由度的移动。支承装置可以允许可移动部分在垂直于旋转轴线的平面内移动，并限制可移动部分围绕旋转轴线旋转。

术语“形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)线”可以指包含SMA的任何元件。SMA线可以具有适合于本文所描述的目的的任何形状。SMA线可以是长形的，并且可以具有圆形的横截面或任何其他形状的横截面。横截面可以沿SMA线的长度变化。还可能的是，SMA线的长度(无论如何定义)可以与它的其它尺寸中的一个或更多个相似。SMA线可以是易弯的，或者换句话说，可以是柔性的。在一些示例中，当在两个元件之间以直线连接时，SMA线只能施加将两个元件推在一起的张紧力。在其他示例中，SMA线可以围绕元件弯曲，并且当SMA线在张紧状态下趋于变直时，SMA线可以向元件施加力。SMA线可以是梁状的或刚性的，并且能够对元件施加不同的力(例如非张力)。SMA线可以包括或可以不包括不是SMA的材料和/或零件。例如，SMA线可以包括SMA的芯和非SMA材料的涂层。除非上下文另有要求，否则术语“SMA线”可以指充当单个致动元件的SMA线的任何配置，例如，该单个致动元件可以被单独地控制以产生作用于元件的力。例如，SMA线可以包括机械地并联和/或串联布置的SMA线的两个或更多个部分。在一些布置中，SMA线可以是较大的一段SMA线的一部分。这种较大的一段SMA线可以包括可单独控制的两个或更多个部分，从而形成两根或更多根SMA线。

本领域技术人员将理解，本公开不应限于在优选实施例的本描述中公开的特定配置和方法。本领域技术人员应认识到，本发明具有广泛的应用范围，并且在不脱离所附权利要求所限定的任何发明构思的情况下，实施例可以进行宽范围的修改。