NO20130018A1

NO20130018A1 - Aktivering av legerte materialer med hukommelseseffekt ved bruk av ultrakondensatorer

Info

Publication number: NO20130018A1
Application number: NO20130018A
Authority: NO
Inventors: Gangbing Song; Devendra Patil; Garrett Lewis; Claudio Olmi
Original assignee: Univ Houston
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2013-01-30
Also published as: GB201300320D0; BR112013001522A2; NO346854B1; GB2497437B; US9787131B2; WO2012012000A1; BR112013001522B1; US20120019216A1; GB2497437A

Abstract

Et system 307, i noen utførelsesformer, innbefatter en kraftforsyning 310. Kraftforsyningen 310 innbefatter en ultrakondensator 318 innrettet for å bli ladet av en DC- eller likestrømskilde 312. Kraftforsyningen 310 innbefatter også en første bryter 316 som aktiverer lading av ultrakondensatoren 318 av likestrømskilden 312 når den er i en lukket posisjon og deaktiverer lading av ultrakondensatoren 318 når den er i en åpen posisjon. Kraftforsyningen 310 innbefatter videre en andre bryter 320 innrettet for å aktivere utlading av ultrakondensatoren 318 når den er i en lukket posisjon og for å deaktivere utlading av ultrakondensatoren 318 når den er i en åpen posisjon. Når ultrakondensatoren 318 utlades, blir en strøm tilført for å aktivere et formhukommelseslegeringselement 322.

Description

KRYSSREFERANSE TIL BESLEKTET SØKNAD

[0001] Denne søknaden tar prioritet fra den granskede patentsøknaden US 12/841,998 med tittelen "Actuation of Shape Memory Alloy Materials Using Ultracapacitors", innlevert 22. juli 2010, som inntas her som referanse i sin helhet.

BAKGRUNN

[0002] Denne bakgrunnsdelen er ment for å introdusere leseren for forskjellige tekniske aspekter som kan være beslektet med forskjellige aspekter ved foreliggende oppfinnelse, som vil bli beskrevet og/eller krevet beskyttelse for nedenfor. Denne redegjørelsen antas å være nyttig for å gi leseren bakgrunnsinformasjon for å lette en bedre forståelse av de forskjellige aspekter ved foreliggende oppfinnelse. Det må derfor forstås at denne redegjørelsen skal leses i dette lys, og ikke som innrømmelse av kjent teknikk.

[0003] Dypvannsakkumulatorer gir en tilførsel av trykksatt arbeidsfluid for styring og drift av undervannsutstyr, for eksempel ved hjelp av hydrauliske aktuatorer og motorer. Undervannsutstyret kan inkludere, men er ikke begrenset til utblåsningssikringer (BOP'er) som stenger av brønnhullet for å sikre en olje- eller gassbrønn mot tilfeldige utslipp til miljøet, sluseventilerforstrømningsregulering av olje eller gass til overflaten eller andre steder under vann, elektrohydrauliske ventilstyringer eller hydraulisk aktiverte koblinger og tilsvarende anordninger.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0004] Forskjellige trekk, aspekter og fordeler med foreliggende oppfinnelse vil forstås bedre når den følgende detaljerte beskrivelsen leses med støtte i de ved-lagte figurene, der like henvisningstegn representerer like deler i alle figurene, hvor:

[0005] Figur 1 er en skjematisk skisse av en utførelsesform av en undervanns BOP-stabelenhet med én eller flere formhukommelseslegerings-(SMA = Shape Memory Alloy)-baserte hydrauliske akkumulatorer;

[0006] Figur 2 er en skjematisk skisse av en utførelsesform av en SMA-tråd eller -vaier som blir anvendt for å løfte en vekt;

[0007] Figur 3 er en graf av en SMA som skifter fra en austenittfase til en martensittfase og tilbake;

[0008] Figur 4 er en perspektivskisse av en utførelsesform av en SMA-basert hydraulisk akkumulator;

[0009] Figur 5 er en skjematisk skisse av en utførelsesform av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren i figur 4 med tilhørende kraftforsyning, styringsenhet og føler;

[0010] Figur 6 er en skjematisk skisse av en utførelsesform av en SMA-basert drivanordning innrettet for å drive en mineralutvinningskomponent;

[0011] Figur 7 er en perspektivskisse av en utførelsesform av en SMA-basert hydraulisk akkumulator med perforerte aktiveringsplater, vaier- eller trådføringer og vaier- eller trådklemmer;

[0012] Figur 8 er en snittet perspektivskisse av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren i figur 7, og illustrerer en andel av SMA-trådene eller -vaierne fjernet for å vise innvendige detaljer;

[0013] Figur 9 er en tverrsnittsskisse av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren i figur 7;

[0014] Figur 10 er en perspektivskisse av en andel den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren i figur 7 tatt innenfor linjen 10-10, som illustrerer detaljer ved vaier- eller trådføringene;

[0015] Figur 11 er en perspektivskisse av en utførelsesform av en perforert topplate for den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren i figur 7, og illustrerer en vaier- eller trådføring trukket vekk fra et par av vaier- eller tråd-åpninger i den perforerte topplaten;

[0016] Figur 12 er en perspektivskisse av en utførelsesform av en vaier- eller trådføring;

[0017] Figur 13 er en perspektivskisse av en andel av en utførelsesform av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren i figur 7 tatt innenfor linjen 13-13, som illustrerer detaljer ved vaier- eller trådklemmene;

[0018] Figur 14 er en perspektivskisse av en utførelsesform av en perforert bunnplate for den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren i figur 7, og illustrerer en vaier- eller trådføring og en vaier- eller trådklemme trukket vekk fra vaier- eller tråd-åpninger i den perforerte bunnplaten;

[0019] Figur 15 er en perspektivskisse av en utførelsesform av en vaier- eller trådklemme, og illustrerer et par av vaier- eller trådfastspenningsplater og en isolerende vaier- eller trådhylse;

[0020] Figur 16 er en perspektivskisse av en utførelsesform av én av vaier-eller trådfastspenningsplatene i figur 15;

[0021] Figur 17 er et grunnriss av en utførelsesform av vaier- eller trådklemmen i figur 15;

[0022] Figur 18 er et forenklet blokkdiagram som illustrerer en utførelsesform av en SMA-basert anvendelse med SMA-elementer som kan bli aktivert av kraftforsyninger innrettet for å levere en aktiveringsladning til SMA-elementene via én eller flere ultrakondensatoren

[0023] Figurene 19-21 er skjematiske kretsdiagrammer som viser virkemåten til en ultrakondensatorbasert kraftforsyning, ifølge en utførelsesform;

[0024] Figur 22 er et mer detaljert skjematisk kretsdiagram som viser en annen utførelsesform av den ultrakondensatorbaserte kraftforsyningen;

[0025] Figur 23 er et mer detaljert skjematisk kretsdiagram som viser en ytterligere utførelsesform av den ultrakondensatorbaserte kraftforsyningen;

[0026] Figur 24 er et flytdiagram av en utførelsesform av en fremgangsmåte for aktivering av et SMA-element ved bruk av en ultrakondensatorbasert kraftforsyning; og

[0027] Figur 25 er en graf som viser eksempler på utladningsprofiler for ultrakondensatorer.

DETALJERT BESKRIVELSE AV KONKRETE UTFØRELSESFORMER

[0028] Én eller flere konkrete utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet nedenfor. Disse beskrevne utførelsesformene er kun eksempler på foreliggende oppfinnelse. I et forsøk på å gi en kortfattet beskrivelse av disse utførelseseksemplene er heller ikke alle trekk ved en faktisk realisering nødvendigvis beskrevet her. Det må forstås at i utviklingen av en hvilken som helst slik faktisk realisering, som i ethvert utviklings- eller konstruksjonsprosjekt, en rekke utførelsesspesifikke beslutninger må tas for å oppnå utviklerens spesifikke mål, så som overhold av systemrelaterte og forretningsrelaterte føringer, som kan variere fra én realisering til en annen. Videre må det forstås at en slik utviklingsjobb kan være komplisert og tidkrevende, men likevel vil være en rutinemessig utviklings-, tilvirknings- og produksjonsjobb for fagmannen på bakgrunn av denne beskrivelsen.

[0029] Ved introduksjon av elementer i forskjellige utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse er bruken av bestemte og ubestemte entallsformer og "nevnte" ment å bety at det kan være ett eller flere av elementene. Ordene "omfatte", "innbefatte", "inkludere", "ha" er ment inkluderende og betyr at det kan være ytterligere elementer utover de angitte elementene. Videre er ord som "øvre", "nedre", "ovenfor", "nedenfor" og variasjoner av disse anvendt for å lette beskrivelsen, men innebærer ikke noen som helst bestemt orientering av komponentene.

[0030] Akkumulatorer kan være delt inn i en gassdel og en hydraulikkfluiddel som fungerer etter et felles prinsipp. Det generelle prinsippet er å forlade gassdelen med trykksatt gass til et trykk som er lik eller noe lavere enn det forventede minimumstrykket for å betjene undervannsutstyret. Fluid kan bli tilført akkumulatoren i den separate hydraulikkfluiddelen, og med det komprimere gassdelen og således øke trykket i den trykksatte gassen og hydraulikkfluidet sammen. Hydraulikkfluidet som tilføres akkumulatoren blir derfor lagret ved et trykk som er ekvivalent med forladningstrykket og er tilgjengelig for å utføre hydraulisk arbeid. Imidlertid kan effektiviteten til gassladede akkumulatorer som blir anvendt i undervannsmiljøer avta etter hvert som vanndypet øker. Dette tapet av effektivitet er et resultat, i hvert fall delvis, av en økning av den hydrostatiske trykkpåvirkningen som virker på den forladede gassdelen, som tilveiebringer kraften til akkumulatorene gjennom gassens kompressibilitet.

[0031] Forladingsgassen kan sies å fungere som en fjær som er sammenpresset når gassdelen har sitt minste volum og største trykk og avlastet når gassdelen har sitt største volum og laveste trykk. Akkumulatorer kan bli forladet i fravær av hydrostatisk trykk og forladningstrykket kan være begrenset av trykkoppdemmingsevnen og de strukturelle designgrensene til akkumulatortanken ved omgivelsesbetingelser på overflaten. Som beskrevet over vil imidlertid akkumulatorenes effektivitet avta etter hvert som de blir anvendt på dypere vann siden virkningen av hydrostatisk trykk gjør at gassen komprimeres, slik at et gradvis mindre volum av gass gjenstår for å lade hydraulikkfluidet. Gassdelen må derfor være utført slik at gassen fortsatt gir nok kraft til å betjene undervannsutstyret under hydrostatisk trykk også når hydraulikkfluidet nærmer seg utlading og gassdelen har sitt største volum og laveste trykk.

[0032] For eksempel kan akkumulatorer på overflaten gi et maksimalt arbeidsfluidtrykk på 207 bar (3000 psi). Ved et havdyp på 305 meter (1000 fot) er omgivelsestrykket omtrent 32 bar (465 psi). For at en akkumulator skal gi et differensialtrykk på 207 bar på 305 meters dyp må den derfor forlades til 207 bar pluss 32 bar, eller 239 bar. Ved et vanndyp på litt over 1220 meter (4000 fot) er omgivelsestrykket nesten 138 bar (2000 psi). Forladingen må derfor være 207 bar pluss 138 bar, eller 345 bar. Med andre ord vil forladingen være nesten det dobbelte av akkumulatorens arbeidstrykk. Eventuelt fluid som blir pumpet inn for lagring kan gjøre at trykket overstiger arbeidstrykket og kan resultere i akkumulatorsvikt. Ved gradvis høyere hydrostatiske driftstrykk har akkumulatoren derfor høyere trykkoppdemmingskrav ved ikke-operasjonelle (f.eks. uten hydrostatisk omgivelsestrykk) betingelser.

[0033] Gitt den begrensede strukturelle kapasiteten til akkumulatoren til på en sikker måte å inneslutte den forladede gassen kan operatører av denne typen utstyr være tvunget til å jobbe under effektivitetsgrensene til systemene. For eksempel, når dypvannssystemer er nødt til å anvende hydrauliske akkumulatorer, vil operatører ofte legge til ytterligere akkumulatorer i systemet. Noen akkumulatorer kan bli ladet til 34 bar, 138 bar, 345 bar eller høyere trykk, basert på systemkrav. Når utstyret innledningsvis blir senket ned i vannet kan alle akkumulatorer fungere normalt. Etter hvert som utstyret blir senket til dypere vann (f.eks. over 305 meter), kan akkumulatorene med en forlading på 34 bar bli uvirksomme som følge av den hydrostatiske komprimeringen av gassladningen. I tillegg kan det hydrostatiske trykket virke på alle de andre akkumulatorene og med det redusere disses effektivitet. Den reduserte effektiviteten til de gassladede undervannsakkumulatorene reduserer mengden og tempoet til arbeid som kan bli utført på større vanndyp. For undervannsutstyr konstruert for å fungere på vanndyp over 1525 meter må således antallet gassladede akkumulatorer økes med 5 til 10 ganger. Tilleggingen av disse akkumulatorene øker undervannsutstyrets størrelse, vekt og kompleksitet, i tillegg til å skape hundrevis av potensielle ytterligere sviktpunkter, som alle øker kostnaden og den potensielle risikoen for utstyrssvikt.

[0034] Utførelsesformene som vises her baserer seg ikke på gass for å tilveiebringe kraft for akkumulatoren. I stedet tilveiebringes kraften av tråder eller vaiere av en legering med formhukommelse (SMA-tråder eller -vaiere) som virker i strekk på et stempel. I tillegg kan baksiden av stempelet balanseres med det hydrostatiske trykket på et hvilket som helst vanndyp. Dette kan oppnås gjennom bruk av en "skipskiste", som er en gummiblære som overfører hydrostatisk trykk (fra vanndypet) til et fluid (f.eks. det dielektriske fluidet på baksiden av SMA-akkumulatorstempelet) på den andre siden. Dette innebærer at SMA-materialet klarer seg med å generere en redusert mengde kraft (sammenliknet med ikke-balanserte akkumulatorer) siden det ikke er nødt til å overvinne det hydrostatiske trykket, og en unngår tap av effektivitet som følge av vanndyp. I tillegg er den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren ikke begrenset til konstant trykkutmating siden aktiveringsstrømmen for SMA-materialene kan justeres. Videre kan kraftutgangen fra SMA-materialene justeres uten at det er nødvendig med pumper eller ventiler. Dette kan muliggjøre justering av utgangstrykket fra akkumulatoren, noe som øker utstyrets fleksibilitet ytterligere. I tillegg kan en i betydelig grad redusere lekkasjebaner ved hjelp av de viste utførelsesformene. Som vil bli beskrevet nærmere nedenfor kan den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren bli anvendt i forskjellige typer utstyr.

[0035] Videre, i samsvar med noen av de viste utførelsesformer, kan en SMA-basert hydraulisk akkumulator, så vel som andre SMA-baserte systemer, drives eller aktiveres ved hjelp av et kraftsystem som innbefatter én eller flere elektriske tolagskondensatorer, også omtalt som superkondensatorer eller ultrakondensatorer. Som en vil forstå er "ultrakondensatorer" elektrokjemiske kondensatoranordninger som gir høy energitetthet (f.eks. typisk fra et hundretalls til et tusentalls ganger høyere) sammenliknet med tradisjonelle dielektriske kondensatorer. Som vil bli beskrevet i detalj nedenfor gjør noen fordeler som ultrakondensatorer oppviser fremfor tradisjonelle kondensatorer og batterier dem spesielt ideelle for å forsyne kraft i visse undervannsanvendelser, så som de ovennevnte SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene.

[0036] Med henblikk på det ovennevnte viser figur 1 en undervanns BOP-stabelenhet 10, som kan innbefatte én eller flere store SMA-baserte hydrauliske akkumulatorer 12 og/eller én eller flere små SMA-baserte hydrauliske akkumulatorer 13. De små SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 13 kan fungere tilsvarende som de store SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene beskrevet her, bortsett fra at de små SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 13 kan bli anvendt for mindre størrelser og kapasiteter enn de store SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12. Som illustrert kan BOP-stabelenheten 10 være montert på en brønnhodeenhet 14 på havbunnen 15. BOP-stabelenheten 10 kan være koblet inline mellom brønnhodeenheten 14 og en flytende rigg 16 gjennom et undervannsstigerør 18. BOP-stabelenheten 10 kan sørge for kriseinneslutning av fluidtrykk dersom et plutselig trykkspark kommer seg ut fra brønnhullet 20. BOP-stabelenheten 10 kan derfor være innrettet for å hindre skade på den flytende riggen 16 og undervannsstigerøret 18 fra fluidtrykk som overstiger den dimensjonerende kapasiteten. BOP-stabelenheten 10 kan også innbefatte en nedre stigerørspakke 22, som kan koble undervannsstigerøret 18 til en BOP-pakke 24.

[0037] I noen utførelsesformer kan BOP-pakken 24 innbefatte en ramme 26, utblåsningssikringer28 og SMA-baserte hydrauliske akkumulatorer 12, som kan bli anvendt for å tilveiebringe et reservehydraulikkfluidtrykk for å aktivere utblåsningssikringene 28. De SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12 kan være innlemmet i utblåsningssikringspakken 24 for å maksimere den tilgjengelige plassen og holde vedlikeholdsganger åpne for arbeid på komponenter i den undersjøiske BOP-pakken 24. De SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12 kan være anordnet i parallell dersom svikt av én SMA-basert hydraulisk akkumulator 12 vil kunne gjøre de ytterligere SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12 uvirksomme.

[0038] Generelt er formhukommelseslegeringer (SMA-legeringer) materialer som har evne til å returnere til en forbestemt form når de varmes opp. Mer spesifikt, når SMA-legeringer er kaldere enn sin omvandlingstemperatur, har de forholdsvis lav flytestyrke og kan bli deformert til og beholde en hvilken som helst ny form forholdsvis enkelt. Når SMA-legeringer blir varmet opp til over deres omvandlingstemperatur, gjennomgår de imidlertid en endring i krystallstruktur som gjør at de returnerer til sin opprinnelige form med mye større kraft enn fra deres lavtemperaturtilstand. Under faseomvandling kan SMA-legeringer enten generere en forholdsvis stor kraft mot eventuell motstand de møter eller gjennomgå en betydelig dimensjonsendring dersom de er uhindret. Denne formhukommelsesegenskapen kan tilveiebringe en unik mekanisme for fjernaktivering.

[0039] Ett spesifikt formhukommelsesmateriale er en legering av Nikkel og Titan kalt Nitinol. Denne bestemte legeringen kjennetegnes blant annet ved lang levetid før utmatting og høy korrosjonsbestandighet. Den kan derfor være spesielt nyttig som en aktiveringsmekanisme i de tøffe driftsforholdene som møtes i undersjøiske mineralutvinningsanvendelser. Som en aktuator er den i stand til opptil omtrent 5% tøyningsgjenopprettelse eller omtrent 500 MPa tilbakeføringsspenning med mange sykluser, avhengig av materialsammensetningen. For eksempel kan en Nitinol-tråd eller -vaier med diameter 0,5 mm generere så mye som omtrent 6,8 kilogram (15 pund) kraft. Nitinol har også motstandsegenskaper som gjør at den kan bli aktivert elektrisk ved oppvarming. Med andre ord, når en elektrisk strøm blir ledet rett gjennom en Nitinol-tråd eller -vaier, kan den generere nok varme til å forårsake faseomvandlingen. Andre metoder for å varme opp SMA-tråden eller -vaieren også bli anvendt. Selv om Nitinol er ett eksempel på en SMA-legering som kan bli anvendt i de SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12 og 13 i de viste utførelsesformene, kan hvilke som helst SMA-legeringer med passende overgangstemperaturer og andre egenskaper også bli anvendt. I mange tilfeller kan SMA-legeringens overgangstemperatur velges slik at omgivelsestemperaturene i driftsmiljøet er godt under materialets martensitt-omvandlingspunkt. SMA-legeringen kan således bli aktivert bare med tilsiktet tilførsel av varme.

[0040] De unike egenskapene til SMA-legeringer gjør dem til et mulig valg for aktuatorer. Sammenliknet med piezoelektriske aktuatorer kan SMA-aktuatorer for eksempel tilby en fordel ved at de er i stand til å generere større deformasjoner og krefter ved mye lavere driftsfrekvenser. I tillegg kan SMA-legeringer bli laget i forskjellige former, så som tråder / vaiere og tynne filmer. Spesielt kan SMA-tråder eller -vaiere med diameter mindre enn 0,75 mm bli anvendt for å danne flertrådede kabler for bruk i de SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12. SMA-baserte aktuatorer, så som de SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12 beskrevet her, kan således brukes en lang rekke anvendelser. For eksempel kan SMA-trådene eller -vaierne beskrevet nedenfor bli anvendt i SMA-baserte aktuatorer, så som hydrauliske aktuatorer, pneumatiske aktuatorer, mekaniske aktuatorer osv. Som beskrevet her kan imidlertid bruk av SMA-tråder eller -vaiere gi visse fordeler i tilknytning til undervannsutstyret, så som de SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12 beskrevet i figur 1.

[0041] Figur 2 viser et eksempel på en SMA-tråd eller -vaier 30 som blir anvendt for å løfte en vekt 32. Nærmere bestemt, sett fra venstre mot høyre, illustrerer figur 2 en tidsserie hvorved en elektrisk strøm kan bli tilført gjennom SMA-tråden 30 for gradvis å varme opp SMA-tråden 30 fulgt av gradvis avkjøling av SMA-tråden 30. Spesielt, innledningsvis ved tiden to, går det ingen elektrisk strøm gjennom SMA-tråden 30. Ved tiden to kan SMA-tråden 30 ha en temperatur som er lavere enn overgangstemperaturen til SMA-tråden 30. Følgelig kan SMA-tråden 30 ha blitt forlenget til en deformert form av kraften som påføres på SMA-tråden 30 av vekten 32. Når elektrisk strøm blir påtrykket på SMA-tråden 30, kan temperaturen til SMA-tråden 30 gradvis øke slik at overgangstemperaturen til SMA-tråden 30 overstiges. Når dette skjer, kan SMA-tråden 30 begynne å returnere til sin forbestemte form slik at tyngdekraften som påføres av vekten 32 overvinnes, slik at SMA-tråden 30 løfter vekten 32 som vist ved tiden ti. På et tidspunkt, for eksempel tiden t2, vil kraften som påføres av vekten 32 overvinnes helt slik at SMA-tråden 30 returnerer til sin forbestemte form. Fra tiden to til tiden t2kan således SMA-tråden 30 bli varmet opp, og kan som følge av dette trekke seg sammen og overvinne kraften fra vekten 32. Som beskrevet over, når temperaturen til SMA-tråden 30 øker til over overgangstemperaturen, kan SMA-tråden 30 enten generere en forholdsvis stor kraft mot eventuell motstand som møtes (f.eks. mot kraften fra vekten 32), gjennomgå en betydelig dimensjonsendring når den er uhindret (f.eks. løfte vekten 32), eller generere en viss kraft og gjennomgå en viss dimensjonsendring samtidig (f.eks. løfte vekten 32 til en høyde nedenfor dens forbestemte tilstand).

[0042] Omvendt, ved tiden t3, kan den elektriske strømmen slutte å gå gjennom SMA-tråden 30. Når den elektriske strømmen slutter å gå gjennom SMA-tråden 30, vil temperaturen til SMA-tråden 30 gradvis bli redusert til under overgangstemperaturen til SMA-tråden 30. Når dette skjer, kan kraften fra vekten

32 begynne å deformere SMA-tråden 30, som vist ved tiden t4. På et tidspunkt, for eksmpel tiden ts, kan kraften som påføres av vekten 32 helt overvinne SMA-tråden 30, og forlenge den til den deformerte formen fra tiden to. Fra tiden t3til tiden tskan derfor SMA-tråden 30 bli kjølt ned, og kan som et resultat av dette forlenges som

følge av kraften fra vekten 32. Når temperaturen til SMA-tråden 30 avtar til under overgangstemperaturen, kan SMA-tråden 30 gjennomgå en betydelig dimensjonsendring dersom den er uhindret (f.eks. ved at den lar vekten 32 synke).

[0043] De unike egenskapene til SMA-legeringer er et resultat av den reversible faseomvandlingen mellom deres krystallstrukturer, for eksempel den sterkere høytemperatur austenittfasen og den svakere lavtemperatur martensittfasen. Figur 3 viser en SMA-legering som skifter fra austenittfase til martensittfase og tilbake. Når den avkjøles fra sin høytemperatur austenittfase 34, gjennomgår SMA-legeringen en omvandling til en tvilling-martensittfase 36. Tvilling-martensittfasen 36 kan enkelt deformeres av en ytre kraft. Denne prosessen kalles ofte reversert tvillingdannelse. Martensittfasen 38 blir da reversert når den reverserte tvillingstrukturen vender tilbake ved oppvarming til austenittfasen 34. Den unike evnen til en reversibel krystallinsk faseomvandling gjør at et SMA-objekt enten kan gjeninnta sin innledende varmebehandlede form (opptil omtrent 5% tøyning) når det varmes opp til over en kritisk overgangstemperatur, eller alternativt generere høye gjenopprettelsesspenninger (over 500 MPa). Som vist i figur 3 utviser transformasjonen en hystereseeffekt, ved at omvandlingene ved oppvarming og ved nedkjøling ikke overlapper. Denne hystereseeffekten kan bli ihensyntatt av et tilbakemeldingsstyringssystem med passende hysteresekompensasjon for å oppnå høyere presisjon i enten et posisjonsstyringssystem eller et kraftreguleringssystem.

[0044] Figur 4 viser et eksempel på utførelse av en SMA-basert hydraulisk akkumulator 12. Som illustrert kan den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 innbefatte en ramme 40 gjennom hvilken det kan stå en stang 42. Minst én rammestøtte 44 kan understøtte stangen 42 inne i rammen 40. Spesielt kan stangen 42 stå gjennom åpninger 46 i hver av rammestøttene 44. Nærmere bestemt kan lineære lagre 48 understøtte stangen 42 i rammestøttene 44. De lineære lagrene 48 kan tillate aksial bevegelse langs lengdeaksen 50 til den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12.

[0045] I sammenhengen her henviser betegnelsen "proksimal" i alminnelighet til ender av komponenter i den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 som er nærmere etfluidinnløp/-utløp 52 i den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12. Omvendt henviser betegnelsen "distal" i alminnelighet til ender av komponenter av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 som befinner seg lengre vekk fra fluidinnløpetV-utløpet 52 i den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12.

[0046] Stangen 42 kan være koblet i en distal ende til et første endedeksel 54 og i en proksimal ende til et stempel 56. Stempelet 56 kan sitte inne i og stå i inngrep med en indre sylinder 58, som danner en hydraulisk forsegling innenfor hvilken det kan samle seg fluid 60. Videre kan stempelet 56 være innrettet for å bevege seg aksialt inne i den indre sylinderen 58 når stangen 42 beveger seg aksialt i samme retning, og med det justere det innvendige volumet til den indre sylinderen 58 inne i hvilken fluidet 60 samler seg. Den indre sylinderen 58 kan være koblet i en distal ende til en proksimal rammestøtte 44 og i en proksimal ende til et andre endedeksel 62. Fluidet 60 kan komme inn i og gå ut av et proksimalt parti av den indre sylinderen 58 via fluidinnløpetV-utløpet 52. I tillegg kan i noen utførelsesformer den indre sylinderen 58 være radialt omgitt av en ytre sylinder 64 som kan isolere den indre sylinderen 58 fra tøffe ytre omgivelsesforhold.

[0047] I noen utførelsesformer kan SMA-tråder eller -vaiere 30 være omviklet rundt de første og andre endedekslene 54, 62 som illustrert i figur 4. For eksempel kan SMA-trådene 30 danne et flertall kontinuerlige lengder av flertrådede eller flettede kabler som strekker seg fra det første endedekselet 54 til det andre endedekselet 62, er viklet rundt det andre endedekselet 62, strekker seg fra det andre endedekselet 62 til det første endedekselet 54, og er viklet rundt det første endedekselet 54. SMA-trådene 30 kan således generelt være anordnet på motsatte sider av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12. I andre utførelsesformer kan imidlertid SMA-trådene 30 være anordnet på alle sider av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12.1 noen utførelsesformer, i stedet for å anvende SMA-tråder eller -vaiere 30 som illustrert i figur 4, kan den SMA- baserte hydrauliske akkumulatoren 12 anvende tynne filmer av SMA-materiale, som kan strekke seg fra det første endedekselet 54 til det andre endedekselet 62. Alternativt kan andre strukturer av SMA-materiale bli anvendt.

[0048] I noen utførelsesformer kan måten SMA-trådene 30 er omviklet rundt de første og andre endedekslene 54, 62, forenkles av formen til de første og andre endedekslene 54, 62, som vist i figur 4. Nærmere bestemt kan tverrsnittet til de første og andre endedekslene 54, 62 være hovedsakelig halvsirkulært, som vist. I tillegg kan i noen utførelsesformer fordypninger være ekstrudert i de utovervendte overflatene 66, 68 henholdsvis av det første og det andre endedekselet 54, 62, inne i hvilke SMA-trådene 30 kan være fastgjort. Videre kan i noen utførelsesformer SMA-trådene 30 og/eller fordypningene være belagt med et passende elektrisk ikke-ledende materiale for elektrisk isolasjon av SMA-trådene 30 fra resten av systemet (f.eks. for å bedre sikkerheten til operatørene og andre systemer). Videre kan i noen utførelsesformer andre passende festeanordninger bli anvendt for å feste SMA-trådene 30 til de utovervendte overflatene 66, 68 henholdsvis av det første og det andre endedekslelet 54, 62.

[0049] Den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 kan være utført slik at normale driftstemperaturer er betydelig lavere enn overgangstemperaturen til SMA-trådene 30. På den måten kan SMA-trådene 30 normalt tillates å deformere når de påvirkes av bestemte krefter. Spesielt kan fluidet 60 inne i den indre sylinderen 58 bli trykksatt (f.eks. av hydraulisk og hydrostatisk trykk). Trykket i fluidet 60 kan utøve aksiale krefter Faksiaipå en proksimal flate 70 av stempelet 56 langs lengdeaksen 50. Disse aksiale kreftene Faksiaikan tvinge stempelet 56 til å bevege seg utover (distalt) langs lengdeaksen 50, som illustrert av pilen 72, og med det slippe mer fluid 60 inn i den indre sylinderen 58. Denne aksialbevegelsen av stempelet 56 kan også tvinge stangen 42 og det første endedekselet 54 til å bevege seg utover langs lengdeaksen 50. Det andre endedekselet 62, derimot, kan forbli i en hovedsakelig fastholdt posisjon. Ved normale driftstemperaturer kan derfor SMA-trådene 30 som er viklet rundt de første og andre endedekslene 54, 62 på den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12, bli forlenget som følge av det hydrauliske og/eller hydrostatiske trykket i fluidet 60 inne i den indre sylinderen 58. Spesielt kan denne forlengelsen av SMA-trådene 30 i skje hovedsakelig aksialt langs lengdeaksen 50, igjen som illustrert av pilen 72.

[0050] Når en elektrisk strøm begynner å flyte gjennom SMA-trådene 30, kan imidlertid temperaturen i SMA-trådene 30 begynne å øke. På et tidspunkt kan temperaturen overstige overgangstemperaturen for SMA-materialet anvendt i SMA-trådene 30. Når overgangstemperaturen til SMA-trådene 30 overstiges, kan SMA-trådene 30 begynne å trekke seg sammen mot sin forbestemte form. Sammentrekningen av SMA-trådene 30 kan tvinge de første og andre endedekslene 54, 62 til å bevege seg sammen aksialt langs lengdeaksen 50. Nærmere bestemt kan det andre endedekselet 62 igjen hovedsakelig forbli i sin fastholdte posisjon mens det første endedekselet 54 kan bevege seg aksialt mot det andre endedekselet 62 (dvs. mot den proksimale enden av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12), som illustrert av pilen 74. Når det andre endedekselet 54 beveger seg aksialt nærmere den proksimale enden av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12, kan stangen 42 også bevege seg i samme retning aksialt og kan begynne å presse stempelet 56 i samme aksiale retning. Stempelet 56 kan således begynne å motvirke de aksiale kreftene Faksiaisom utøves av trykket i fluidet 60 inne i den indre sylinderen 58. Stempelet 56 kan derfor begynne å fortrenge fluidet 60 inne i den indre sylinderen 58, slik at fluidet 60 går ut gjennom fluidinnløpet/-utløpet 52.

[0051] På et tidspunkt kan SMA-trådene 30 være gjenopprettet til deres forbestemte form og ytterligere oppvarming ved hjelp av elektrisk strøm gjør ikke at SMA-trådene 30 trekker seg ytterligere sammen. I noen utførelsesformer kan den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 være utført slik at den forbestemte formen til SMA-trådene 30 svarer til en posisjon for stempelet 56 inne i den indre sylinderen 58 som gjør at hovedsakelig hele volumet av fluid 60 tømmes ut fra den indre sylinderen 58. Likeledes kan i noen utførelsesformer den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 være utført slik at formen til SMA-trådene 30 ved maksimal deformasjon svarer til en posisjon for stempelet 56 inne i den indre sylinderen 58 hvor hovedsakelig hele volumet til den indre sylinderen 58 er fylt med væsken 60. Imidlertid kan i andre utførelsesformer den forbestemte formen og formen til SMA-trådene 30 ved maksimal deformasjon svare til andre posisjoner for stempelet 56 inne i den indre sylinderen 58.

[0052] I noen utførelsesformer kan den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 være utført på en litt annen måte. For eksempel kan i noen utførelsesformer den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 ikke innlemme en stang 42 koblet mellom det første endedekselet 54 og stempelet 56. I denne utførelsesformen kan det første endedekselet 54 i stedet være koblet direkte til stempelet 56, som kan bevege seg utover fra den indre sylinderen 58 med en bestemt lengde for å muliggjøre forlengelse og sammentrekning av SMA-trådene 30. I noen utførelsesformer trenger ikke den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 innbefatte et første endedeksel 54. I stedet kan SMA-trådene

30 være omspunnet direkte rundt stempelet 56.

[0053] Det volumet av fluid 60 som den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 kan være i stand til å fortrenge kan variere avhengig av størrelsen til den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12, typen fluid 60 som anvendes, trykket i fluidet 60, typen SMA-materiale anvendt for SMA-trådene 30, osv. I tillegg, selv om den er beskrevet her som å innbefatte et flertall SMA-tråder eller-vaiere, kan den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 innlemme andre realiseringer av SMA-materialene som tilveiebringer aktiveringskraften. For eksempel kan SMA-materialene i noen utførelsesformer være i form av kontinuerlige, tynne filmer som kan være omviklet rundt de første og andre endedekslene 54, 62 til den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12.

[0054] Som angitt over kan den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 bli anvendt i flere forskjellige undervannsanvendelser, så som BOP'er, sluseventiler eller hydrauliske aktuatorer og tilsvarende anordninger. For eksempel, som illustrert i figur 1, kan BOP-stabelenheten 10 innbefatte et flertall SMA-baserte hydrauliske akkumulatorer 12 som jobber i parallell. De SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12 beskrevet her kan i alminnelighet operere ved lavere frekvenser enn tradisjonelle hydrauliske akkumulatorer. Siden de SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12 virker i strekk på stempelet 56 for å tilveiebringe kraft, ikke trenger å overvinne den hydrostatiske trykklasten og ikke taper effektivitet følge av vanndyp, er imidlertid de SMA-baserte hydrauliske akkumulatorene 12 i alminnelighet mer effektive enn tradisjonelle hydrauliske akkumulatorer.

[0055] Figur 5 viser et eksempel på utførelse av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 i figur 4 med tilhørende kraftforsyning 76, styringsenhet 78 og føler 80, som kan være en enkeltstående eller en gruppe av trykk- og/eller forskyvnings- og/eller kraftfølere. Som illustrert kan i noen utførelsesformer SMA-trådene 30 i den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 bli varmet opp med strøm fra kraftforsyningen 76 ved hjelp av aktiveringsledninger 82. Kraftforsyningen 76 kan enten være en vekselstrøms-(AC)-kraftforsyning eller en likestrøms-(DC)-kraftforsyning. I alminnelighet kan bruk av AC-kraft være det enkleste og billigste alternativet (f.eks. ved anvendelse av en transformator). Imidlertid kan bruk av DC-kraft (f.eks. et batteri og en kondensator) være det mest driftssikre alternativet gitt den fjerne karakteren til de fleste undervannsanvendelser. Som vil bli beskrevet i detalj nedenfor med støtte i figurene 18-25 kan kraftforsyningen 76, i én utførelsesform, inkludere en ultrakondensator. For eksempel kan ultrakondensatoren bli ladet av en DC-kilde under styring av en DC-ladestyring. Når den er ladet, kan energien lagret i ultrakondensatoren bli utladet med en styrt hastighet av en utladingsstyring, som kan være atskilt fra eller integrert med DC-ladestyringen. Den utladede energien kan bli anvendt for å drive SMA-trådene 30 til en sammentrukket eller aktivert tilstand (f.eks. overgang til den austenittiske tilstanden).

[0056] I noen utførelsesformer kan tilførselen av strøm til SMA-trådene 30 via aktiveringsledningene 82 være styrt av styringsenheten 78. I noen utførelsesformer kan styringsenheten 78 innbefatte en minneanordning og et maskinlesbart medium med innkodede instruksjoner for å avgjøre hvor mye (om noen) strøm som skal tilføres fra kraftforsyningen 76 til SMA-trådene 30 i den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12. I noen utførelsesformer kan styringsenheten 78 være innrettet for å motta tilbakemelding fra føleren 80 festet til den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 og/eller anvendelsen (f.eks. BOP-stabelenheten 10 i figur 1) i hvilken den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 blir anvendt for å avgjøre om, og hvor mye strøm som skal tilføres til SMA-trådene 30 via aktiveringsledningene 82. For eksempel kan styringsenheten 78 i noen utførelsesformer være innrettet for å motta følermålinger (f.eks. trykkmålinger, temperaturmålinger, strømningsmengdemålinger, forskyvningsmålinger, osv.) fra den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 og/eller anvendelsen i hvilken den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 blir anvendt. Styringsenheten 78 kan anvende følermålingene for å variere mengden strøm som blir forsynt til SMA-trådene 30. I noen utførelsesformer kan styringsenheten 78 inneholde spesifikk kode for å bestemme en relasjon mellom strømmen forsynt til SMA-trådene 30, temperaturen i SMA-trådene 30, mengden deformasjon av SMA-trådene 30 svarende til endringer i temperatur, osv. For eksempel, som beskrevet over, kan deformasjonen av SMA-trådene 30 avhenge av overgangstemperaturen til SMA-materialet anvendt i SMA-trådene 30. Videre, i en utførelsesform hvor SMA-materialet drives ved hjelp av en ultrakondensatorbasert kraftforsyning, kan føleren 80 være innrettet for å oppdage når ultrakondensatoren er fulladet, og kan instruere styringsenheten 78 til å innlede en styrt utlading av energi lagret i ultrakondensatoren for å forsyne strøm til SMA-trådene 30 for aktivering.

[0057] Siden styringsenheten 78 kan være i stand til å justere strømmen som tilføres til SMA-trådene 30, er ikke den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 begrenset til konstant trykkutmating. Videre kan effektutgangen fra den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12 bli justert uten at det er behov for pumper eller ventiler, noe som ytterligere øker fleksibiliteten til den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 12, blant annet.

[0058] De viste utførelsesformene kan også utvides til å inkludere andre typer SMA-baserte drivanordninger innrettet for å drive forskjellige mineralutvinningskomponenter. For eksempel viser figur 6 et eksempel på utførelse av en SMA-basert drivanordning 84 som kan bli anvendt for å drive en mineralutvinningskomponent 86. En kraftforsyning 88, tilsvarende kraftforsyningen 76 illustrert i figur 5, kan være koblet til den SMA-baserte drivanordningen 84, og en styringsenhet 90, tilsvarende styringsenheten 78 illustrert i figur 5, kan være innrettet for å justere kraften fra den SMA-baserte drivanodningen 84 for å styre kraften som genereres av den SMA-baserte drivanordningen 84, og en føler 92, tilsvarende føleren 80 i figur 5, kan være koblet til mineralutvinningskomponenten 86 eller mellom mineralutvinningskomponenten 86 og den SMA-baserte drivanordningen 84. Som beskrevet over kan kraften som genereres av den SMA-baserte drivanordningen 84 være syklisk/periodisk basert på tilførselen av strøm fra kraftforsyningen 88 til den SMA-baserte drivanordningen 84. I alminnelighet kan den SMA-baserte drivanordningen 84 operere ved noe lavere frekvenser, men kan, avhengig av den konkrete utførelsen, være i stand til å generere høye krefter. For eksempel, i noen utførelsesformer, kan mineralutvinningskomponenten 86 være en fluidpumpe innrettet for å drives av den SMA-baserte drivanordningen 84. Andre typer mineralutvinningskomponenter 86 som kan drives av den SMA-baserte drivanordningen 84 kan inkludere, men er ikke begrenset til pumper, kompressorer, ventiler, akkumulatorer, osv. I tillegg kan andre typer utstyr, annet enn mineralutvinningsutstyr, også drives av den SMA-baserte drivanordningen 84 ved hjelp av teknikken som vises her.

[0059] Figur 7 er en perspektivskisse av en annen utførelsesform av en SMA-basert hydraulisk akkumulator 100 med perforerte aktiveringsplater, vaier- eller trådføringer, og vaier- eller trådklemmer. Som illustrert innbefatter den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 100 et flertall SMA-tråder eller vaiere 102 som strekker seg mellom en perforert topp-aktiveringsplate 104 og en perforert bunn-aktiveringsplate 106. Topp- og bunnplatene 104 og 106 er perforert med et flertall vaier- eller tråd-åpninger 105 og 107, som leder SMA-trådene 102 frem og tilbake gjennom de respektive platene 104 og 106. Tråd-åpningene 105 og 107 er innrettet for å opprettholde en ønsket avstand mellom og linjeføring av SMA-trådene 102 mellom platene 104 og 106. I noen utførelsesformer kan én enkelt SMA-tråd eller -vaier 102 være trukket frem og tilbake mellom topp- og bunnplatene 104 og 106. I den illustrerte utførelsesformen er imidlertid én SMA-tråd eller-vaier 102 trukket frem og tilbake mellom topp- og bunnplatene 104 og 106 for hvert sirkulære mønster av tråd-åpninger 105 og 107. Den illustrerte utførelses-formen inkluderer således et antall SMA-tråder 102 for de fem konsentriske sirkulære mønstrene av SMA-tråder 102 som går frem og tilbake mellom topp- og bunnplatene 104 og 106 (dvs. én SMA-tråd 102 for hvert sirkulære mønster). Andre utførelsesformer kan inkludere flere eller færre sirkulære mønstre av SMA-tråder 102. I andre utførelsesformer kan SMA-trådene 102 være anordnet i mønstre av andre typer lukkede former eller flerkanter, så som kvadrater, rektangeler, trekanter, osv., så vel som andre typer anordninger, så som Z-formede eller M-formede mønstre, som ikke nødvendigvis danner en lukket form.

[0060] Ved topplaten 104 og bunnplaten 106 har akkumulatoren 100 et flertall isolerende trådføringer 108 for gradvis å vende SMA-trådene 102 inn i og ut av tråd-åpningene 105 og 107. Som vil bli beskrevet nedenfor kan de isolerende trådføringene 108 følge en buet bane, så som en U-formet bane, som gradvis bøyer SMA-tråden 102 over en krumning på omtrent 180 grader. På denne måten lar de isolerende trådføringene 108 SMA-tråden 102 løpe frem og tilbake flere ganger mellom topp- og bunnplatene 104 og 106, heller enn å kreve et par av trådklemmer ved motsatte ender av hvert enkelt strekk av SMA-tråden 102 mellom platene 104 og 106. For eksempel kan den illustrerte utførelsesformen inkludere ett par av trådklemmer ved motsatte ender av hver SMA-tråd 102 som definerer ett av de sirkulære mønstrene av SMA-tråder 102, mens de isolerende trådføringene 108 er anvendt mellom de motsatte endene av SMA-tråden 102.

[0061] I utførelsesformen i figur 7 er topplaten 104 er bevegelig mens bunnplaten 106 forblir i ro. Spesielt er bunnplaten 106 festet til en underlagsplate 110. Som vil bli beskrevet nedenfor er et stempel i en stempel/sylinder-enhet drevet av et hydraulisk og/eller hydrostatisk fluidtrykk, og driver med det platene 104 og 106 til å bevege seg vekk fra hverandre på en måte som strekker SMA-trådene 102. Når en elektrisk strøm begynner å strømme gjennom SMA-trådene 102, vil imidletid temperaturen i SMA-trådene 102 øke inntil den overstiger overgangstemperaturen for SMA-materialet. Når overgangstemperaturen til SMA-trådene 102 er oversteget, kan SMA-trådene 102 begynne å trekke seg sammen mot sin forbestemte form slik at topp- og bunnplatene 104 og 106 beveges mot hverandre. På denne måten driver den sammentrekkende bevegelsen av platene 104 og 106 stempelet i stempel/sylinder-enheten mot fluidtrykket.

[0062] Figur 8 er en snittet perspektivskisse av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 100 i figur 7, og illustrerer en andel av SMA-trådene 102 fjernet for å vise innvendige detaljer. Som illustrert innbefatter akkumulatoren 100 en stempel/sylinder-enhet 112 med et stempel 111 anordnet i en sylinder 113, og en koblingsstangenhet 115 koblet til stempel/sylinder-enheten 112. Stempel/sylinder-enheten 113 er koblet til bunnplaten 106, mens koblingsstangenheten 115 er koblet til stempelet 111 og topplaten 104. I den illustrerte utførelsesformen innbefatter koblingsstangenheten 115 en øvre koblingsstang 114 og en nedre koblingsstang 116 koblet sammen via et skruelement 118. Tilsvarende er den nedre koblingsstangen 116 koblet til stempelet 111 via et skruelement 120. Den illustrerte akkumulatoren 100 innbefatter også øvre og nedre avstandsstenger 122, avstandsplater 124 og 126 (figur 9) og en stempel/sylinder-fot 128. Stempel/sylinder-foten 128 fastgjør stempel/sylinder-enheten 112 til bunnplaten 106 ved hjelp av bolter 130.

[0063] Som vil bli beskrevet nedenfor beveger topplaten 104, koblingsstangenheten 115 og stempelet 111 seg sammen som reaksjon eller respons på en endring av fluidtrykket i sylinderen 113 og/eller en temperaturendring i SMA-trådene 102 som er tilstrekkelig til å forkorte SMA-trådene 102. Under denne bevegelsen er avstandsstengene 122 og avstandsplatene 124 og 126 fastholdt i forhold til bunnplaten 106 og sylinderen 113 i stempel/sylinder-enheten 112, samtidig som de styrer og begrenser området av bevegelse for topplaten 104, koblingsstangenheten 115 og stempelet 111. For eksempel støtter avstandsstengene 122 avstandsplatene 124 og 126 i stabile posisjoner i forhold til bunnplaten 106 og sylinderen 113, mens avstandsplatene 124 og 126 tillater passasje av koblingsstangenheten 115. Når koblingsstangenheten 115 passerer gjennom avstandsplatene 124 og 126, er koblingsstangenheten 115 i alminnelighet begrenset til bevegelse i aksial retning. Som vil bli beskrevet nedenfor begrenser avstandsstengene 122 og avstandsplaten 126 aksial bevegelse av topplaten 104 innover mot bunnplaten 106. Imidlertid strekker avstandsstengene 122 (eller forlengelsene) seg også gjennom topplaten 104 og muliggjør bevegelse av topplaten 104. Når avstandsstengene 122 (eller forlengelsene) passerer gjennom topplaten 104, er topplaten 104 hovedsakelig begrenset til bevegelse i aksial retning. Virkemåten til akkumulatoren 100 vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor.

[0064] Figur 9 er en tverrsnittsskisse av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 100 i figur 7, og illustrerer to av de fem sirkulære mønstrene av SMA-tråder 102 som strekker seg mellom platene 104 og 106. Som illustrert strekker SMA-trådene 102 seg oppover gjennom tråd-åpningene 105 i topplaten 104, strekker seg videre langs krumningen til trådføringene 108, og strekker seg så nedover gjennom tråd-åpningene 105 i topplaten 104 mot bunnplaten 106. Ved bunnplaten 106 strekker SMA-trådene 102 seg nedover gjennom tråd-åpningene 107 i bunnplaten 106, strekker seg videre langs krumningen til trådføringene 108, og strekker seg så oppover gjennom tråd-åpningene 107 i bunnplaten 106 mot topplaten 104. I noen utførelsesformer kan akkumulatoren 100 inkludere én enkelt, sammenhengende SMA-tråd 102 (eller ett knippe av SMA-tråder) som er trukket seg oppover og nedover mellom topp- og bunnplatene 104 og 106 gjennom alle tråd-åpningene 105 og 107 og tilhørende trådføringer 108. I den illustrerte utførelsesformen kan imidlertid akkumulatoren 100 inkludere en sammenhengende SMA-tråd 102 (eller ett knippe av SMA-tråder) for hvert sirkulære mønster av tråd-åpninger 105 og 106 og tilhørende trådføringer 108 i topp- og bunnplatene 104 og 106. I motsatte ender av hver SMA-tråd 102 (eller hvert knippe av SMA-tråder) har akkumulatoren 100 en trådklemme.

[0065] I bruk beveger topplaten 104 seg som reaksjon eller respons på fluidtrykk i stempel/sylinder-enheten 112 og/eller sammentrekning av SMA-trådene 102. Topplaten 104 beveger seg derfor med koblingsstangenheten 115 og stempelet 111, mens avstandsstengene 122 og avstandsplatene 124 og 126 støtter og styrer topplaten 104, stangenheten 115 og stempelet 111 for å sikre en rettlinjet bevegelse parallelt med SMA-trådene 102. Foreksempel har topplaten 104 stang-åpninger 132 for å muliggjøre passasje av linjeføringsstenger 134 koblet til avstandsstengene 122. Topplaten 104 innbefatter også hylser eller lagre 136 anordnet i stang-åpninger 132 rundt linjeføringsstengene 134. De illustrerte lagrene 136 er ringformede lagre med en sirkulær kant eller leppe 138 anordnet langs en øvre overflate 140 av topplaten 104. For eksempel kan bolter være ført gjennom leppen 138 og inn i topplaten 104 og feste lagrene 136 til topplaten 104.

[0066] I den illustrerte utførelsesformen er linjeføringsstengene 134 koblet til de øvre avstandsstengene 122 via åpninger 142 i den øvre avstandsplaten 124 og åpninger 144 i en øvre andel 148 av avstandsstengene 122. Linjeføringsstengene 134 har også en sirkulær kant eller leppe 146 for å holde den øvre avstandsplaten 124 mot de øvre avstandsstengene 122. Foreksempel kan linjeføringsstengene 134 være skrudd inn i åpningene 144 for å trekke leppen 146 nedover mot den øvre avstandsplaten 124 for å holde den øvre avstandsplaten 124 i press mellom leppen 145 og den øvre andelen 148 av de øvre avstandsstengene 122. Som vil bli beskrevet nærmere nedenfor sitter den øvre avstandsplaten 124 rundt og styrer bevegelsen til koblingsstangenheten 115, og gir med det støtte for aksialbevegelsen av topplaten 104, koblingsstangenheten 115 og stempelet 111. Leppen 146 og/eller den øvre avstandsplaten 124 kan også tjene som en aksial stopper for å begrense aksial bevegelse av topplaten 104 nedover mot bunnplaten 106 under sammentrekning av SMA-trådene 102.

[0067] De øvre og nedre avstandsstengene 122 er koblet sammen rundt den nedre avstandsplaten 126 ved hjelp av bolter 152 (f.eks. gjengede bolter). For eksempel kan boltene 152 stå gjennom den nedre avstandsplaten 126 i åpningene 156 og være skrudd inn i åpninger 156 og 158 (f.eks. gjengede holdere) i de øvre og nedre avstandsstengene 122. Siden boltene 152 er skrudd inn i åpningene 156 og 158, presser de øvre og nedre avstandsstengene 122 den nedre avstandsplaten 126 på plass rundt koblingsstangenheten 115. Som vil bli beskrevet nærmere nedenfor sitter den nedre avstandsplaten 126 rundt og styrer bevegelsen til koblingsstangenheten 115, og gir med det støtte for aksialbevegelsen av topplaten 104, koblingsstangenheten 115 og stempelet 111.

[0068] De nedre avstandsstengene 122 er koblet til sylinderfoten 128 i stempel/sylinder-enheten 112 ved hjelp av bolter 160. De illustrerte boltene 160 strekker seg gjennom sylinderfoten 128, bunnplaten 106 og avstandselementene 162, samtidig som de også er koblet til de nedre avstandsstengene 122 og underlagsplaten 110. Foreksempel kan boltene 160 være skrudd inn i de nedre avstandsstengene 122, samtidig som de er fast koblet (f.eks. sveiset) til underlagsplaten 110. På denne måten holder boltene 160 avstandsstengene 122, stempel/sylinder-enheten 112, bunnplaten 106 og underlagsplaten 110 sikkert på plass i en fastholdt eller stasjonær posisjon i forhold til hverandre. Som følge av dette holder avstandsstengene 122 avstandsplatene 124 og 126 trygt på plass rundt koblingsstangenheten 115, og avstandsstengene 122 holder linjeføringsstengene 134 trygt på plass i stang-åpningene 132 gjennom topplaten 104.

[0069] Linjeføringsstengene 134, de øvre og nedre avstandsstengene 122 og avstandsplatene 124 og 126 samvirker i å støtte og linjeføre koblingsstangenheten 115 og topplaten 104, og begrenser med det bevegelsen til lineær/aksial retning parallelt med SMA-trådene 102. Den nedre koblingsstangen 116 er koblet til en stempelstang 164 på stempelet 111 via skruelementet 120. Foreksempel kan skruelementet 120 ha gjenger 166 koblet med tilhørende gjenger på stengene 116 og 164. Den nedre koblingsstangen 116 står gjennom en åpning 168, som inkluderer en hylse eller et lager 170, i den nedre avstandsplaten 126. Det illustrerte lageret 170 er et ringformet lager med en sirkulær kant eller leppe 172 anordnet langs en øvre overflate 174 av den nedre avstandsplaten 126. For eksempel kan bolter føres gjennom leppen 172 og inn i den nedre avstandsplaten 126 for å feste lageret 170 til den nedre avstandsplaten 126. De øvre og nedre koblingsstengene 114 og 116 er koblet sammen (f.eks. via gjenger 175) i skruelementet 118. Ved den øvre avstandsplaten 124 står den øvre koblingsstangen 114 gjennom en åpning 176, som inkluderer en hylse eller et lager 178. Det illustrerte lageret 178 er et ringformet lager med en sirkulær kant eller leppe 180 anordnet langs en øvre overflate 182 av den øvre avstandsplaten 124. Foreksempel kan bolter føres gjennom leppen 180 og inn og i den øvre avstandsplaten 124 for å feste lageret 178 til den øvre avstandsplaten 124. Den øvre koblingsstangen 114 er koblet til topplaten 104 ved hjelp av en festeanordning, så som en bolt 184, som er skrudd inn i åpninger 186 og 188 i stangen 114 og platen 104. Topplaten 104 har også en nedre overflate 190 med en forsenkning 192 for å motta den øvre koblingsstangen 114, og sørger med det for linjeføring og sideveis støtte for koblingen mellom stangen 114, platen 104 og bolten 104.

[0070] I bruk kan stempelet 111, koblingsstangenheten 115 og topplaten 104 bevege seg lineært vekk (i retningen 196) fra bunnplaten 106 som reaksjon eller respons på fluidtrykk i stempel/sylinder-enheten 112, mens stempelet 111, koblingsstangenheten 115 og topplaten 104 kan bevege seg lineært mot (i retningen 194) bunnplaten 106 som reaksjon eller respons på elektrisk strøm som går gjennom SMA-trådene 102. Som angitt over vil den elektriske strømmen som går gjennom SMA-trådene 102 gradvis øke temperaturen i SMA-trådene 102 inntil temperaturen overstiger SMA-overgangstemperaturen og med det forårsaker sammentrekking av SMA-trådene 102 og således bevegelse av topplaten 104 mot (i retningen 194) bunnplaten 106. Når den elektriske strømmen reduseres eller fjernes, vil temperaturen i SMA-trådene 120 avta og påført eksternt fluidtrykk vil ekspandere/forlenge SMA-materialet, og med det la topplaten 104 bevege seg vekk fra bunnplaten 106. Ved bevegelse i de nedovergående og oppovergående retninger 194 og 196 styres koblingsstangenheten 115 av lagrene 170 og 178 i avstandsplatene 124 og 126, og topplaten 104 styres av lagrene 136 rundt linjeføringsstengene 134. Videre vil tråd-åpningene 105 og 107 i topp- og bunnplatene 104 og 106 opprettholde linjeføringen av og avstanden mellom SMA-trådene 102, trådføringene 108 vil opprettholde en gradvis bøyning av SMA-trådene 102 mellom tilstøtende tråd-åpninger 105 og 107, og trådklemmene vil fastgjøre SMA-trådene 102.

[0071] Figur 10 er en perspektivskisse av en del av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 100 i figur 7 tatt innenfor linjen 10-10, og illustrerer detaljer ved de isolerende trådføringene 108. Som illustrert forløper SMA-trådene 102 langs en buet bane 200 i de isolerende trådføringene 108 mellom tilstøtende tråd-åpninger 105 i topplaten 104. Den buede banen 200 i trådføringene 108 er innrettet for å redusere spenningen i SMA-tråden 102, samtidig som den også muliggjør bruk av en kontinuerlig SMA-tråd 102 over mange tråd-åpninger 105 og 107 heller enn en flerdelt SMA-tråd 102 med en trådklemme ved hver enkelt tråd-åpning 105 eller 107. For eksempel kan den buede banen 200 være en halvsirkulær eller U-formet bane, der SMA-tråden 102 ligger i en fordypning i trådføringen 108. Den buede banen 200 gir således sideveis støtte for SMA-tråden 102.

[0072] Tråd-åpningene 105 og 107, i samvirke med trådføringene 108, opprettholder avstanden mellom og orienteringen av SMA-trådene 102 mellom topp- og bunnplatene 104 og 106. Som illustrert i figur 10 er de isolerende trådføringene 108 anordnet i konsentriske sirkulære mønstre 202, 204, 206, 208 og 210 på den illustrerte topplaten 104 og bunnplaten 106.1 den illustrerte utførelsesformen har hvert sirkulære mønster 202, 204, 206, 208 og 210 en kontinuerlig SMA-tråd 102 (eller et knippe av SMA-tråder) som er trukket frem og tilbake mellom topp- og bunnplatene 104 og 106. Som følge av dette har den illustrerte utførelsesformen flere kontinuerlige SMA-tråder 102 svarende til de fem sirkulære mønstrene 202, 204, 206, 208 og 210. I noen utførelsesformer kan én enkelt SMA-tråd 102 (eller ett knippe av SMA-tråder) være trukket frem og tilbake mellom topp- og bunnplatene 104 og 106 gjennom alle tråd-åpningene 105 og 107. Imidlertid kan tråd-åpningene 105 og 107 være anordnet i et hvilket som helst antall konsentriske sirkulære mønstre (f.eks. 1 til 10) eller andre fordelinger.

[0073] Figur 11 er en perspektivskisse av en utførelsesform av topplaten 104 på den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 100 i figur 7, og illustrerer én trådføring 108 trukket vekk fra et par av tråd-åpninger 105. Topplaten 104 er perforert med et flertall åpninger 105, 132, 188 og 220 av forskjellig størrelse som strekker seg mellom topp- og bunnflatene 140 og 190. Tråd-åpningene 105 muligjør gjennomføring av SMA-trådene 102. Stangpningene 132 muliggjør gjennomføring av linjeføringsstengene 134. Åpningen 188 muliggjør innføring av bolten 184 inn i den øvre koblingsstangen 114. Åpningene 220 muliggjør innføring av festeanordningerfor å feste lagrene 136 til topplaten 104. For eksempel kan bolter eller andre gjengede festeanordninger stå gjennom leppene 138 på lagrene 136 og inn i gjengede åpninger 220.

[0074] Som illustrert i figur 11 innbefatter trådføringen 108 et føringslegeme 222 og et par av isolerende hylser eller avstandsstykker 224. Føringslegemet 222 inkluderer den buede banen 200, som kan være forsenket inn i legemet 222. De isolerende avstandsstykkene 224 er anordnet ved motsatte ender av den buede banen 200 i linjeføring med tilstøtende tråd-åpninger 105 i topplaten 104. I den illustrerte utførelsesformen er de isolerende avstandsstykkene 224 hule sylindriske strukturer laget av et isolerende materiale (f.eks. termisk og/eller elektrisk isolerende materiale), i det den utvendige diameteren til avstandsstykkene 224 er dimensjonert slik at de passer i tråd-åpningene 105 og den innvendige diameteren til avstandsstykkene 224 er dimensjonert for å tillate gjennomføring av SMA-tråden 102. De isolerende avstandsstykkene 224 kan således bli innsatt på en fast måte i tråd-åpningene 105 for elektrisk og/eller termisk å isolere SMA-trådene 102 fra topplaten 104. Tilsvarende kan de isolerende avstandsstykkene 224 bli satt inn på en fast måte i tråd-åpningene 107 for elektrisk og/eller termisk å isolere SMA-trådene 102 fra bunnplaten 106. I noen utførelsesformer kan de isolerende avstandsstykkene 224 være festet i tråd-åpningene 105 og 107 via et gjenget grensesnitt, et vedheftingsmiddel, en presspasning eller en annen passende forbindelse.

[0075] Mens det illustrerte føringslegemet 222 er en uavhengig struktur, kan noen utførelsesformer integrere et flertall føringslegemer 222 med topplaten 104, bunnplaten 106 og/eller avstandsstykkene 224. For eksempel kan platene 104 og 106 være støpt og/eller maskinbearbeidet slik at de innbefatter et flertall tråd-åpninger 105 og 107 og tilhørende føringslegemer 222. Føringslegemene 222 kan være forsenket inn i platene 104 og 106, eller føringslegemene 222 kan rage ut fra platene 104 og 106. Enhver passende oppbygning er imidlertid innenfor rammen til den viste akkumulatoren 100.

[0076] Tilsvarende, mens de illustrerte avstandsstykkene 224 er uavhengige strukturer, kan noen utførelsesformer integrere de isolerende avstandsstykkene 224 med SMA-trådene 102, topplaten 104, bunnplaten 106 eller føringslegemet 222. For eksempel kan et isolerende belegg være påført på SMA-trådene 102, topplaten 104 og/eller bunnplaten 106. Det isolerende belegget kan være begrenset til tråd-åpningene 105 og 107, eller kan strekke seg inn på andre områder av SMA-trådene 102, topplaten 104, bunnplaten 106 eller føringslegemet 222. I én utførelsesform kan hver SMA-tråd 102 inkludere en isolerende hylse eller et isolerende belegg langs hele lengden av SMA-tråden 102. I en annen utførelsesform kan topp- og bunnplatene 104 og 106 være belagt over det hele med et isoleringsmateriale. Som et ytterligere eksempel kan trådføringen 108 være en sammenhengende struktur som inkluderer føringslegemet 222 og avstandsstykkene 224, hvor hele den sammenhengende strukturen er laget av eller belagt med et elektrisk isolerende materiale.

[0077] I den illustrerte utførelsesformen har topp- og bunnplatene 104 og 106 en sirkulær form. I noen utførelsesformer kan topp- og bunnplatene 104 og 106 ha ikke-sirkulære former, så som ovale, rektangulære, trekantede, sekskantede eller andre passende former. Topp- og bunnplatene 104 og 106 kan også ha en rekke forskjellige mønstre eller fordelinger av tråd-åpninger 105 og 107, som kan være basert i hvert fall delvis på formen til platene 104 og 106. For eksempel har de illustrerte sirkulære platene 104 og 106 de konsentriske sirkulære mønstrene 202, 204, 206, 208 og 210 av tråd-åpninger 105 og 107. Som et alternativ kan rektangulære plater 104 og 106 ha rettlinjede rader og kolonner av tråd-åpninger 105 og 107.

[0078] Figur 12 viser et eksempel på utførelse av trådføringen 108. Som illustrert inkluderer trådføringen 108 føringslegemet 222 og paret av isolerende avstandsstykker 224. Føringslegemet 222 har en flat nedre overflate 240 og en buet øvre overflate 242, som inkluderer den buede banen 200 forsenket slik at den definerer en buet fordypning 244 (f.eks. en U-formet fordypning). Den buede fordypningen 244 har en bredde W dimensjonert for å romme SMA-tråden 102. Den buede overflaten 242 har en krumningsradius R, som kan være valgt basert på avstanden mellom tilstøtende tråd-åpninger 105 eller 107, diameteren til SMA-tråden 102 og andre hensyn. Krumningsradien R kan være utformet for å redusere spenning i SMA-trådene 102, samtidig som den også tillater bruk av en sammenhengende lengde av SMA-tråd 102 over flere tråd-åpninger 105 og 107.

[0079] Som illustrert har de isolerende avstandsstykkene 224 en sylindrisk utvendig overflate 246, en ringformet øvre overflate 248, en ringformet nedre overflate 250 og en trådkanal 252 som strekker seg mellom overflatene 248 og 250. Trådkanalen 252 kan være laget like stor som eller større enn diameteren til SMA-tråden 102. De isolerende avstandsstykkene 224 linjefører hovedsakelig trådkanalene 252 med motsatte ender av den buede fordypningen 244 i føringslegemet 222, og definerer med det en U-formet vei gjennom platene 104 og 106 fra én side til en annen. De illustrerte avstandsstykkene 224 kan ha en glatt, sylindrisk utvendig overflate 246 innrettet for å sitte løst eller presspasses inn i tråd-åpningene 105 og 107. Den sylindriske utvendige overflaten 246 av avstandsstykkene 224 kan imidlertid ha overflateruhet, gjenger eller en avsmalning for å muliggjøre en sikrere innfesting i tråd-åpningene 105 og 107. I noen utførelsesformer kan avstandsstykkene 224 strekke seg helt eller delvis (f.eks. 25 til 100 prosent) gjennom tråd-åpningene 105 og 107. Avstandsstykkene 224 kan imidlerdig forbli nær ved, eller i kontakt med føringslegemenet 222 på trådføringene 108.

[0080] Trådføringen 108 kan være laget i hvert fall delvis eller hovedsakelig av metall, keramikk, plast eller en kombinasjon av dette. For eksempel kan føringslegemet 222 og avstandsstykkene 224 være laget av stål med et isolerende belegg. Som et annet eksempel kan føringslegemet 222 og avstandsstykkene 224 være laget i sin helhet av et isolerende materiale, så som en plast eller keramikk. Det isolerende materialet kan være valgt slik at det gir tilstrekkelig elektrisk isolasjon og varmeisolasjon for SMA-materialene anvendt i SMA-trådene 102.

[0081] Figur 13 er en perspektivskisse av en del av en utførelsesform av den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 100 i figur 7 tatt innenfor linjen 13-13, og illustrerer detaljer ved trådklemmene 260. Som illustrert er trådklemmene 260 koblet til motsatte endeandeler 262 og 264 av SMA-tråden 102 (f.eks. en kontinuerlig SMA-tråd) i det sirkulære mønsteret 210. Med andre ord representerer den illustrerte SMA-tråden 102 én enkelt, sammenhengende SMA-tråd 102 som er trukket frem og tilbake mellom topp- og bunnplatene 104 og 106 til en full sirkel (eller en hvilken som helst annen passende form) er fullført, som angitt av de motsatte endeandelene 262 og 264.1 den illustrerte utførelsesformen er et par av trådklemmer 260 anvendt for å fastgjøre de motsatte endeandelene 262 og 264 av hver SMA-tråd 102 anvendt i ett av de konsentriske sirkulære mønstrene 202, 204, 206, 208 og 210. I andre utførelsesformer kan et større eller mindre antall klemmer 260 bli anvendt avhengig av mønsteret av tråd-åpninger 105 og 107 og antallet SMA-tråder 102 trukket frem og tilbake mellom åpningene 105 og 107.

[0082] Figur 14 er en perspektivskisse av en utførelsesform av bunnplaten 106 på den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 100 i figur 7, og illustrerer en trådføring 108 og en trådklemme 260 trukket vekk fra tråd-åpningene 107 i bunnplaten 106. Bunnplaten 106 er perforert med et flertall åpninger 107, 274 og 276 av forskjellig størrelse som strekker seg mellom topp- og bunnflatene 270 og 272. Tråd-åpningene 107 muliggjør gjennomføring av SMA-trådene 102. Åpningene 274 muliggjør gjennomføring av boltene 160. Åpningen 276 muliggjør gjennomføring av boltene for å feste stempel/sylinder-enheten 112 til bunnplaten 106. Åpningene 220 muliggjør gjennomføring av festeanordninger for å feste lagrene 136 til bunnplaten 106. For eksempel kan bolter eller andre gjengede festeanordninger være ført gjennom leppene 138 på lagrene 136 og inn i de gjengede åpningene 220. Som også kan sees er trådføringen 108 linjeført med et par av tråd-åpninger 107 i bunnplaten 106, tilsvarende linjeføringen med tråd-åpningene 105 i topplaten 104 som vist i figur 11. Likeledes er trådklemmen 260 linjeført med en tråd-åpning 107 i bunnplaten 106, tilsvarende linjeføringen med tråd-åpningen 105 i topplaten 104 som vist i figur 13.

[0083] Figurene 15, 16 og 17 illustrerer en utførelsesform av trådklemmen 260

i figurene 13 og 14. Figur 15 er en perspektivskisse av en utførelsesform av trådklemmen 260, og illustrerer motstående trådfastspenningsplater 280, bolter eller festeanordninger 282 som står gjennom trådfastspenningsplatene 280 og et isolerende avstandsstykke eller en isolerende hylse 284. Det isolerende avstandsstykket 284 er innrettet for å posisjonere trådfastspenningsplatene 280 og boltene 282 i en avstand eller offset fra topp- og bunnplatene 104 og 106, og med det elektrisk og termisk isolere trådfastspenningsplatene 280 og boltene 282 fra platene 104 og 106. Avstandsstykket 284 har en sylindrisk utvendig overflate 286, en trådkanal 288, en ringformet øvre overflate 290 og en ringformet nedre overflate 292. Som vil bli beskrevet nedenfor leder trådkanalen 288 SMA-tråden 102 inn mellom de motstående trådfastspenningsplatene 280, som presses sammen rundt SMA-tråden 102 av boltene 282.

[0084] Figur 16 er en perspektivskisse av en utførelsesform av én av trådfastspenningsplatene 280 i figur 15. Fastspenningsplaten 280 har en forside 294, en bakside 296 og et par av åpninger 298 som strekker seg mellom sidene 294 og 296. Åpningene 298 er innrettet for å motta boltene 282. Fastspenningsplaten 280 har også en øvre overflate 300, en nedre overflate 302 og et spor 304 som strekker seg langs siden 294 fra den øvre overflaten 300 til den nedre overflaten 302. Fordypningen 304 er linjeført med trådkanalen 288 i avstandsstykket 284, slik at den kan motta SMA-tråden 102. I noen utførelsesformer kan fordypningen 304 være laget mindre enn (f.eks. 50 til 90 prosent av) radien til SMA-tråden 102.

[0085] Figur 17 er et grunnriss av en utførelsesform av trådklemmen 260 i figur 15. Som illustrert er trådkanalen 288 i avstandsstykket 284 linjeført med sporene 304 i de motstående trådfastspenningsplatene 280 og boltene 282 står gjennom åpningene 298 i de motstående trådfastspenningsplatene 280. I den illustrerte utførelsesformen har boltene 282 gjenger 306 for inngrep med gjenger i hvert fall i den distale trådfastspenningsplaten 280, slik at bolten 282 kan presse platene 280 mot hverandre rundt SMA-tråden 102. I drift kan boltene 282 bli løsnet for å skille trådfastspenningsplatene 280, og således øke mellomrommet mellom fordypningene 304. SMA-tråden 102 kan så bli ført gjennom trådkanalen 288 i avstandsstykket 284 og inn i rommet mellom fordypningene 304. Til slutt kan boltene 282 bli strammet til for å presse sammen trådfastspenningsplatene 280 rundt SMA-tråden 102.

[0086] Trådklemmen 260 kan være laget i hvert fall delvis eller hovedsakelig av metall, keramikk, plast eller en kombinasjon av dette. For eksempel kan fastspenningsplatene 280, boltene 282 og avstandsstykket 284 være laget av stål med et isolerende belegg. Som et annet eksempel kan fastspenningsplatene 280, boltene 282 og avstandsstykket 284 i sin helhet være laget av et isolerende materiale, så som plast eller keramikk. I den illustrerte utførelsesformen kan imidlertid avstandsstykket 284 være laget av et isolerende materiale, mens fastspenningsplatene 280 og boltene 282 kan være laget av et metall eller ikke-isolerende materiale. I noen utførelsesformer kan SMA-tråden 102 være belagt eller omspunnet med et isolerende materiale. Det isolerende materialet kan være valgt slik at det gir tilstrekkelig elektrisk isolasjon og termisk isolasjon for SMA-materialene anvendt i SMA-trådene 102.

[0087] Etter den detaljerte beskrivelsen gitt over av forskjellige utførelsesformer og trekk ved den SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 100 som tilveiebringes her, vil nå utførelsesformer av en ultrakondensatorbasert kraftforsyning som kan bli anvendt for å aktivere SMA-elementer (f.eks. tråder, ledninger, filmer, osv. av en legering med formhukommelse) i den hydrauliske akkumulatoren 100 bli beskrevet og illustrert mer i detalj. Selv om den er beskrevet i forbindelse med en SMA-basert hydraulisk akkumulator (f.eks. 100), må det forstås at den ultrakondensatorbaserte kraftforsyningen kan være innrettet for å drive en hvilken som helst passende SMA-aktivert komponent, og skal ikke anses som begrenset til hydrauliske undervannsakkumulatorer.

[0088] Som angitt over kan ultrakondensatorer (også omtalt som elektriske tolagskondensatorer) tilby flere fordeler fremfor andre løsninger for å drive SMA-aktivert utstyr. For eksempel, selv om en strøm for å aktivere SMA-elementer kan bli levert av en AC- eller DC-kraftforsyning på overflaten, har slike kraftforsyninger typisk en stor formfaktor og er vanskelige og tungvinte å transportere. Avhengig av anvendelsen kan SMA-aktuatorer bli aktivert ved hjelp av DC-kraft eller AC-kraft. For systemer med større SMA-aktuatorer kan for eksempel kraft fra et vekselstrømsnett også bli anvendt for å forsyne energi for å drive et SMA-element. For systemer med mindre SMA-aktuatorer kan spenningen som leveres av et vekselstrømsnett bli redusert til et passende område for å unngå smelting av og/eller skade på SMA-trådene. Imidlertid må det forstås at i visse omgivelser, så som undervannsanvendelser, nettkraft ikke alltid er enkelt tilgjengelig. Dessuten kan andre typer anordninger også bli anvendt for å aktivere SMA-elementer, som vil bli beskrevet nedenfor.

[0089] I noen tilfeller kan batterier (f.eks. blybatterier) bli anvendt for å avhjelpe noen av ulempene knyttet til bruk av tradisjonelle kraftforsyninger eller nettkraft for aktivering av SMA-elementer. Imidlertid har bruk av batterier sine egne ulemper. For eksempel, selv om batterier kan være innrettet for å forsyne strømmen for aktivere SMA-elementer, er lade- og utladingssyklusene til batterier i alminnelighet vanskelig å styre eller regulere. Spesielt er batterier normalt ikke i stand til full utladning, og kan også basere seg på en bestemt type ladesyklus (for gjenopplading) avhengig av typen batteriteknologi som anvendes (f.eks. bly, nikkel-kadmium, nikkel-metallhydrid, litium-ioner, osv.). Videre kan enkelte batterier ha begrenset levetid, noe som betyr at totalkapasiteten til battericellene gradvis avtar etter hvert som batteriet blir ladet opp og utladet gjentatte ganger over tid.

[0090] Som angitt over kan ultrakondensatorer tilby flere fordeler fremfor anvendelser som anvender AC-/DC-kraftforsyninger, nettkraft, batterier og tradisjonelle kondensatorer. Som en vil forstå inkluderer tradisjonelle kondensatorer i alminnelighet et dielektrisk materiale, som danner en isolerende barriere, anordnet mellom to ledende plater eller elektroder. Når et elektrisk felt er tilstede i det dielektriske materialet, vil ladningsbærere (f.eks. elektroner) vandre fra den ene ledende platen til den andre og skape en potensialforskjell over de ledende platene, og således tilveiebringe lagret energi som kan bli utladet og anvendt for å drive en krets eller last.

[0091] Med ultrakondensatorer, heller enn å anvende et tradisjonelt dielektrisk materiale (f.eks. en isolerende barriere), kan hver av to "ledende plater" være dannet av en elektrode og et substrat. Begge platene kan være dannet med bruk av et samme substrat med de samme elektriske egenskaper, derav betegnelsen "elektrisk tolags". I noen utførelsesformer kan substratet inkludere et nanoporøst materiale, som kan være karbonbasert (f.eks. aktivt kull, karbon nanorør, karbon-aerogeler, osv.). Et dielektrisk medium, som kan være veldig tynt og smalt i forhold til det dielektriske materialet i tradisjonelle kondensatorer, kan være anbragt inne i det nanoporøse materialet for å skape et skillemedium for de to platene. Som en vil forstå, som følge av beskaffenheten til nanoporøse materialer (f.eks. med lavtetthetsvolumer av partikler med mellomliggende huller), kan det totale overflatearealet til hver ledende plate være betydelig større enn det til ledende plater som blir anvendt i tradisjonelle kondensatorer. Sammen med det smale dielektriske mediet kan de ledende platene i ultrakondensatorer således oppvise et ledningspotensial (f.eks. en kapsasitans) som i noen tilfeller kan være eksponentielt større enn kapsasitansen som tilveiebringes av tradisjonelle kondensatorer i en pakke av tilsvarende størrelse. Som et eksempel, mens en tradisjonell kondensator normalt lagrer energi i størrelsesorden mikrofarad eller nanofarad, kan ultrakondensatorer av tilsvarende størrelse innrettes for å lagre energi i størrelsesorden farad (f.eks. mellom omtrent 1 til 5000 F eller mer, eller mer spesifikt mellom omtrent 10 og 1000 F, eller enda mer spesifikt mellom omtrent 150 og 300 F).

[0092] Som angitt over tilveiebringer noen utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse en kraftforsyning som anvender én eller flere ultrakondensatorer for å levere energi (f.eks. strøm) for å aktivere et SMA-element, så som en ledning, tråd eller film av en legering med formhukommelse i den ovenfor beskrevne SMA-baserte hydrauliske akkumulatoren 100. Spesielt, som følge av deres høye energipotensial i forhold til tradisjonelle kondensatorer, kan ultrakondensatorer fungere som et midlertidig batteri i en slik kraftforsyning, som kan bli kontinuerlig ladet opp av en DC-kilde, utladet for å levere strøm for å drive SMA-elementene, og så ladet opp nå nytt. Sammenliknet med tradisjonelle DC- eller AC-kraftforsyningsenheter er ultrakondensatorer også normalt mer mobile og enklere å transportere. Ultrakondensatorer kan også ha fleksibilitet til å lades av flere typer kilder, og er i stand til å nå fullades i løpet av en forholdsvis kort tidsperiode, ofte i størrelsesorden sekunder (f.eks. mellom omtrent 1-200 sekunder). Som en vil forstå kan ladetiden være direkte avhengig av kapsasitansens størrelse, spenning, indre motstand, osv. Kun som et eksempel kan en 48V, 11 OF kondensator bli ladet helt ut med en hestighet på 200A på omtrent 30 sekunder, og kan også bli ladet opp med samme hastighet på omtrent like lang tid. I tillegg kan ultrakondensatorer avgi en høy effektutgang og ha lang levetid sammenliknet med batterier, ettersom de normalt ikke har levetidsbegrensningene til enkelte batterier, og kan bli fullt ladet og utladet gjentatte ganger (f.eks. hundrevis eller tusenvis eller også millioner av ladesykluser) med lite om noen forringelse av deres evne til å holde på en full ladning. Videre er ultrakondensatorer også i overensstemmelse med RoHS, mens ikke alle batterier er det. I hvert fall av disse grunnene, blant annet, kan ultrakondensatorer tilby en ideell løsning for aktivering av SMA-elementer i forskjellige anvendelser, så som undervanns mineralutvinningsanvendelser.

[0093] Med disse punktene i minne viser figur 18 et forenklet blokkdiagram av en utførelsesform av en SMA-basert anvendelse 307. Anvendelsen 307 inkluderer flere SMA-lastelementer 322a-322d. Som angitt over kan SMA-elementene være realisert som tråder, ledninger, filmer, osv. av formhukommelseslegering. Som angitt over kan SMA-drevet utstyr, så som den hydrauliske akkumulatoren 100, anvende et hvilket som helst passende antall SMA-elementer. For eksempel, i figur 18, representerer SMA-elementene 322a-322d totalt "N" elementer, i det SMA-lasten 322a representerer et første SMA-element, SMA-lasten 322b representerer et andre SMA-element, osv. Som et eksempel, med henblikk på utførelsesformen av den hydrauliske akkumulatoren vist i figur 7, kan hver konsentriske sirkulære anordning på topp- og bunnplatene 104 og 106 representere én SMA-tråd, og således én SMA-last. Videre kan i noen utførelsesformer SMA-laster være anordnet som en sekvens av plater 104, 106 for å danne én enkelt SMA-last med høyere motstandslast. For eksempel, i en utførelsesform som anvender konsentriske sirkulære mønstre, kan én SMA-last (f.eks. 322a) kan dannes av alle par av 104 og 106 i den ytterste sirkelen.

[0094] I den illustrerte anvendelsen 307 kan hver av SMA-lastene 322a og 322b bli aktivert av separate, respektive ultrakondensatorbaserte kraftforsyninger 310a og 310b. Disse kraftforsyningene er angitt generisk med henvisningstall 310. Som vist kan hver av kraftforsyningene 310a og 310b motta separate, respektive DC-signaler 312a og 312b for lading av én eller flere ultrakondensatorer tilknyttet hver kraftforsyning. Som vil bli beskrevet nærmere nedenfor kan kraftforsyningen 310 inkludere styrekretser (f.eks. kontrollere, regulatorer, osv.) for lading og utlading av ultrakondensatoren for å tilveiebringe en strøm for å aktivere en respektiv SMA-last. Det vil også forstås at DC-signalene 312a og 312b kan bli forsynt fra separate DC-kilder eller fra samme DC-kilde.

[0095] Kraftforsyningen 310c i figur 18 kan være innrettet for å motta et DC-signal 312c og for å lade en ultrakondensator på en måte tilsvarende kraftforsyningene 310a og 310b, bortsett fra at kraftforsyningen 310c kan være innrettet, som vist i figur 18, for å aktivere flere SMA-laster, så som SMA-lastene 322c og 322d. For eksempel, i den illustrerte utførelsesformen, kan et omkoblingselement 305 være tilveiebragt ved utgangen fra kraftforsyningen 310c, og kan være innrettet for å levere en aktiveringsstrøm til enten SMA-lasten 322c eller SMA-lasten 322d, avhengig for eksempel av et styresignal.

[0096] Anvendelsen 307 i figur 18 inkluderer også en styreenhet 308. Som en vil forstå, selv om hver kraftforsyning 310 kan inkludere sine egne respektive styringsenheter og/eller regulatorer (f.eks. for å styre lade- og utladingssyklusene til ultrakondensatorer), kan styreenheten 308 gi ytterligere styresignaler 309 til hver av kraftforsyningene 310. I én utførelsesform kan disse ytterligere styresignalene 309 tjene til å hovedsakelig synkronisere aktiveringen av SMA-lastene 322 som drives av kraftforsyningene 310. For eksempel kan ytterligere kretser i kraftforsyningene 310 (f.eks. lade- og utladingsstyringer og/eller regulatorer) reagere på styresignalene 309 med å styre ladingen og utladingen av sine respektive ultrakondensatorer, slik at deres respektive SMA-laster 322 blir aktivert på en hovedsakelig synkron måte. For eksempel, under styring av styringsenheten 307, kan SMA-lastene bli styrt på en hovedsakelig synkron måte slik at de under aktivering skifter mellom martensitt- og austenitt-tilstanden omtrent samtidig og/eller med omtrent samme frekvens. Dette kan være spesielt fordelaktig i anvendelser så som den hydrauliske akkumulatoren 100 (figur 7), hvor flere SMA-elementer blir anvendt samtidig for å drive en anordning. I én utførelsesform kan styreenheten 308 inkludere et brukergrensesnitt, så som et grafisk brukergrensesnitt, som kan la en operatør styre eller sette forskjellige parametere for aktivering av SMA-elementene 322. Videre skal det bemerkes at i en undervannsanvendelse hvor SMA-elementene 322 befinner seg undervann, styreenheten 308 kan være plassert fjernt fra SMA-elementene (f.eks. på overflaten av en rigg 16).

[0097] Figur 19 illustrerer et kretsskjema og viser en utførelsesform av en ultrakondensatorbasert kraftforsyning 310 som kan være innrettet for å aktivere en last 322, som kan representere et SMA-element, så som en tråd, ledning eller film av en legering med formhukommelse. Virkemåten til kraftforsyningen 310 vil bli beskrevet nærmere nedenfor med støtte i figurene 20 og 21. Som vist i figur 19 kan kraftforsyningen 310 inkludere en DC-forsyningskilde 312, en DC-ladestyring eller-regulator 314, en ladebryter 316, en ultrakondensator 318, en utladingsbryter 320, lasten 322 og en utladingsstyring 324. Eksempler på DC-kilder 312 som kan bli anvendt i forskjellige utførelsesformer inkluderer vindbaserte energikilder (f.eks. plassert på en overflaterigg), kilder for å høste energi fra havstrømmer, kilder for å høste energi fra rørvibrasjoner, undervanns DC-forsyningslinjer eller en hvilken som helst annen passende kilde, eller en kombinasjon av dette. Det må forstås at ultrakondensatorer har fleksibilitet til å kunne lades ved bruk av en rekke forskjellige regulerte og uregulerte energikilder.

[0098] Figur 19 kan representere en innledende tilstand der både ladebryteren 316 og utladingsbryteren 320 er i åpen tilstand og der ultrakondensatoren 318 er i utladet tilstand. I drift kan et styresignal 326 fra DC-ladestyringen 314 og et styresignal 328 fra utladingsstyringen 324 tilveiebringe signalene for å styre tilstanden til de respektive omkoblingselementene 316 og 320.

[0099] Som vist i figur 20 kan, i bruk, ladebryteren 316, ved mottak av et passende styresignal 326, skifte til lukket tilstand, og således skape en kanal for et DC-signal tilveiebragt av DC-forsyningskilden 312 for å lade ultrakondensatoren 318. I én utførelsesform kan DC-forsyningskilden forsyne en likespenning på omtrent 24 VDC. DC-ladestyringen 314, som kan være en regulator, kontroller eller DC-til-DC-omkoblingsomformer, kan være innrettet for å holde spenningen, strømmen og/eller kraften som leveres til ultrakondensatoren 318 på et tilnærmet konstant nivå. Videre kan DC-ladestyringen 314 være innrettet for å motta et område av innmatet likespenning mens den opprettholder et ønsket DC-utgangsnivå til ultrakondensatoren 318. Som et eksempel kan kraftforsyningen 310, i én utførelsesform, motta en DC-innmating med et variasjonsområde på mellom omtrent 3 til 24 volt (VDC), og DC-ladestyringen 314 kan opprettholde sin DC-utgang på et gitt DC-nivå. I én utførelsesform kan utgangen fra DC-ladestyringen 314 bli holdt ved omtrent 46 VDC. I andre utførelsesformer kan utgangen fra DC-ladestyringen 314 være innenfor et variasjonsområde på mellom omtrent 24 VDC til 300 VDC. Kun som et eksempel kan i noen utførelsesformer DC-ladestyringen 314 være en regulator av modell LT1083, LT1084 eller LT1085, eller en ladestyring av modell LT3750 eller LT3751, tilgjengelig fra Linear Technology Corporation i Milpitas, California.

[00100] Som vist i figur 20, når ladebryteren 316 lukkes, vil strømmen, ic, lade ultrakondensatoren 318. Som angitt over kan ultrakondensatoren bli ladet forholdsvis raskt, dvs. (f.eks. mellom 1-200 sekunder). I én utførelsesform kan ultrakondensatoren 318 ha en kapsasitans på mellom omtrent 50 og 500 farad (F). En avfølings- eller tilbakemeldingslinje 330 er tilveiebragt, som vist i figur 20, for å måle spenningen over ultrakondensatoren 318 for å avgjøre når kondensatoren er fulladet. For eksempel kan DC-ladestyringen 314 være innrettet eller programmert for å lagre den kjente spenningen til ultrakondensatoren 318 når den er i en fulladet tilstand, eller kan være innrettet for å oppdage når ultrakondensatoren 318

har nådd sitt fulle ladingspotensial, som kan bli bestemt ved hjelp av følgende uttrykk:

hvor E representerer det fulle lagrede energipotensialet i joule, C representerer kapsasitansverdien til ultrakondensatoren 318 og Vucrepresenterer spenningen over ultrakondensatoren 318.

[00101] For å gi ett eksempel kan ultrakondensatoren 318, i én utførelsesform, ha en kapsasitans på omtrent 250 farad og en spenningsmerking på omtrent 48 volt. Antatt disse betingelsene kan DC-ladestyringen 314 være innrettet for å slutte å lade ultrakondensatoren 318 (f.eks. ved å åpne bryteren 316) når enten spenningen Vucmålt via tilbakemeldingslinjen 330 er 48 VDC, eller når DC-ladestyringen 314 fastslår, basert på spenningen funnet via tilbakemeldingslinjen 330, at ultrakondensatoren 318 er ladet til sitt fulle potensial. I det foreliggende eksempelet kan den fullt ladede ultrakondensatoren 318 for eksempel lagre en energi på omtrent 288 kilojoule (288.000 joule). Selv om kraftforsyningen 310 er vist her med én enkelt ultrakondensator 318, kan noen utførelsesformer av kraftforsyningen 310 også inkludere flere ultrakondensatorer. For eksempel kan flere ultrakondensatorer (f.eks. 2, 3, 4, 5, eller flere) være anordnet i en parallell struktur for å tilveiebringe en ønsket totalkapsasitans.

[00102] Videre til figur 21, når ultrakondensatoren 318 slås fast å være fullladet, blir bryteren 316 åpnet av DC-ladestyringen 314 (ved å sende styresignalet 326), og ladningen lagret i ultrakondensatoren 318 kan bli utladet for å levere en strøm, id, for å aktivere SMA-lasten 322. Under utladingssyklusen kan utladingsstyringen 324 styre hastigheten med hvilken ultrakondensatoren 318 blir utladet. Foreksempel kan ultrakondensatorer318 (uten regulering), som følge av deres høye energitetthet og lagringspotensial, utlade strøm med hastigheter så høye som 200 amperetimer (Ah) eller mer. Som en vil forstå, uten regulering av denne utmatingen, vil slike høye strømnivåer kunne skade SMA-elementet som blir aktivert. I én utførelsesform kan utgangsstrømmen id bli regulert ved periodisk å veksle tilstanden til utladingsbryteren 320 mellom åpen og lukket posisjon. For eksempel kan utladingsstyringen 324 inkludere en pulsbreddemodulerings-(PWM)-signalgenerator/-styring som sender et styresignal 328 til bryteren 320 i form av et PWM-signal. For eksempel kan i én utførelsesform styresignalet 328 være et PWM-signal med en frekvens på mellom omtrent 1 og 500 hertz eller, mer spesifikt, mellom omtrent 1 og 250 hertz, eller enda mer spesifikt, mellom omtrent 1 og 100 hertz. Ved å modulere PWM-signalets frekvens kan en styre strømmen som blir levert til SMA-lasten 322. På denne måten kan ultrakondensatoren 318 bli utladet med en styrt hastighet for å aktivere SMA-lasten 322.

[00103] I én utførelsesform kan motstanden til hver SMA-last 322 være mellom omtrent 0,1 og 1 ohm. Videre må det forstås at ytterligere følere (f.eks. følerne 80 i figur 5 eller følerne 92 i figur 6) også kan være tilveiebragt og kan avføle én eller flere tilstander som angir når SMA-lasten 322 er fullt aktivert (f.eks. gått helt over i austenitt-tilstanden). Disse følerdataene kan bli sendt til utladingsstyringen 324, som kan justere utladingshastigheten, for eksempel for å holde SMA-lasten 322 i dens aktiverte tilstand eller, dersom anvendelsen 307 indikerer at SMA-lasten 322 skal deaktiveres (f.eks. returnerer fra den oppvarmede austenitt-tilstanden til den kaldere martensitt-tilstanden), utladingsstyringen 324 kan styre bryteren 320 til åpen tilstand, hvor den kan forbli inntil SMA-lasten 322 på nytt skal aktiveres. Som en vil forstå, på dette tidspunktet, kan ultrakondensatoren 318, som nå ikke utlades, bli ladet opp av DC-forsyningen 312.

[00104] Når det gjelder omkoblingselementene 316 og 320 kan disse i noen utførelsesformer være realisert med bruk av statiske brytere (f.eks. statiske reléer og/eller transistorer), herunder for eksempel bipolare sjikttransistorer (BJT), MOSFET-transistorer, osv. For eksempel viser figur 22 et mer detaljert kretsskjema av en utførelsesform av kraftforsyningen 310 der hvert av omkoblingselementene 316 og 320 er tilveiebragt som enkeltstående BJT-transistorer. I andre utførelsesformer kan omkoblingselementene 316 og 320 være tilveiebragt i form av MOSFET-transistorer, eller en kombinasjon av MOSFET-transistorer eller BJT-transistorer.

[00105] Som videre illustrert i figur 22 kan kraftforsyningen også inkludere en diode 336 og en induktor 338. Induktoren 338 kan være innrettet for å regulere flyten av strømmen gjennom SMA-lasten 322. For eksempel, i et tilfelle hvor en stor eller uventet strøm blir utladet fra ultrakondensatoren 318, kan induktoren regulere utgangen for å hindre for høy strømgang til SMA-lasten 322, noe som kan hindre gnistdannelse og/eller skade på SMA-lasten 322. Dioden 336 kan være innrettet for å blokkere negativ spenning fra induktoren (f.eks. for å hindre tilbakeflyt av strøm). Kun som et eksempel kan dioden 336 være realisert som en flyback-diode.

[00106] Figur 23 illustrerer en annen utførelsesform av kraftforsyningen 310 der omkoblingselementet 316 er realisert som et par av MOSFET-transistorer 342 og 344, og der omkoblingselementet 320 også er realisert som et par av MOSFET-transistorer 348 og 350. Som en vil forstå kan rygg-mot-rygg-sammenstillingen av MOSFET-transistorer 342, 344 og 348, 350 øke strømgangen samtidig som den reduserer varmebortledningen.

[00107] Figur 24 er et flytdiagram som viser en utførelsesform av en fremgangsmåte 360 for å aktivere et SMA-element med bruk av en ultrakondensatorbasert kraftforsyning (f.eks. 310). Med start i trinn 362 blir en ladebryter (f.eks. bryteren 316) lukket for å innlede lading av en ultrakondensator (f.eks. 318), for eksempel ved å anvende en DC-kilde (f.eks. 312). I trinn 364 overvåkes ultrakondensatorens spenning for å fastslå om full lading er oppnådd. For eksempel, som vist over i figurene 19-21, kan tilbakemeldingssignalet 330 gi en spenningsavlesning (Vuc) til DC-ladekretsene 314. Beslutningslogikk 366 avgjør om ultrakondensatoren 318 er fulladet. Dersom ultrakondensatoren 318 enda ikke er fulladet, returnerer fremgangsmåten 360 til trinn 364, og ultrakondensatoren 318 lades videre. Dersom ultrakondensatoren 318 slås fast å være fulladet, fortsetter fremgangsmåten 360 til trinn 368 og ladebryteren 316 åpnes. Deretter, i trinn 370, blir ultrakondensatoren utladet med en styrt hastighet, for eksempel ved å anvende et PWM-signal, for å levere en aktiveringsstrøm for å aktivere et SMA-element. I noen utførelsesformer kan et beslutningstrinn før trinn 370 avgjøre om SMA-elementet skal aktiveres, og i så fall kan fremgangsmåten 360 fortsette til trinn 370. Dersom SMA-elementet ikke trenger å aktiveres, kan fremgangsmåten returnere til trinn 364 og innta en vedlikeholdsladingsmodus for å opprettholde ladningen i ultrakondensatoren 318 (f.eks. som følge av mulige indre energitap).

[00108] Figur 25 viser en graf 380 som illustrerer fem utladingsprofiler for en ultrakondensator 318. For eksempel kan grafen 380 representere utladingsprofilene til en ultrakondensator med en spenning på omtrent 48 V når den er fullladet og en kapsasitans på 110 farad som utlades med forskjellige strømhastigheter. For eksempel, som vist av kurven 382, ved en utladingsstrøm på 10 ampere (Ah), vil ultrakondensatoren 318 fortsatt ha igjen omtrent halvparten av sin spenning ved full kapasitet, og således omtrent 25% av sitt fulle energipotensial, etter 240 sekunder. Tilsvarende illustrerer kurvene 384, 386, 388, 390 og 392 utladingsprofilet til ultrakondensatoren ved hastigheter på 20, 50, 100, 150 og 200 Ah. Som angitt over kan strømmen som blir levert til SMA-lasten reguleres ved å modulere frekvensen med hvilken utladingsbryteren åpnes og lukkes (f.eks. ved å modulere frekvensen til et PWM-styresignal).

[00109] Som vil forstås er de forskjellige teknikkene beskrevet over og vedrørende aktivering av SMA-elementer (f.eks. tråder, kabler, filmer, osv. av legeringer med formhukommelse) ved bruk av en ultrakondensatorbasert kraftforsyning kun ment som eksempler. Følgelig må det forstås at foreliggende oppfinnelse ikke skal oppfattes som begrenset til kun eksemplene og utførelsesformene beskrevet over. En rekke variasjoner for lading og utlading av en ultrakondensator for å aktivere en SMA-last kan være mulig. Videre må det forstås at de ovenfor beskrevne teknikker for å styre lading og utlading av ultrakondensatoren (f.eks. utført av DC-ladestyringen 314 og utladingsstyringen 324) kan realiseres på en hvilken som helst passende måte. For eksempel kan disse prosessene realiseres ved hjelp av maskinvare (f.eks. passende innrettede kretser), programvare (f.eks. via et dataprogram som inkluderer eksekverbar kode lagret på ett eller flere datamaskinlesbare medier) eller gjennom bruk av en kombinasjon av både maskinvare- og programvareelementer.

[00110] Mens oppfinnelsen kan realiseres med forskjellige modifikasjoner og i alternative former, har konkrete utførelsesformer blitt vist som et eksempel i tegningene og beskrevet i detalj her. Imidlertid må det forstås at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til de konkrete formene som er vist. Tvert imot skal oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor oppfinnelsens ramme og idé, som definert av de vedføyde kravene.

Claims

1. System (307), omfattende: en kraftforsyning (310), omfattende: en ultrakondensator (318) innrettet for å lades av en DC-kilde (312); en første bryter (316) innrettet for å aktivere lading av ultrakondensatoren (318) ved hjelp av DC-kilden (312) når den er i en første lukket posisjon, og for å deaktivere lading av ultrakondensatoren (318) når den er i en første åpen posisjon; og en andre bryter (320) innrettet for å aktivere utlading av ultrakondensatoren (318) når den er i en andre lukket posisjon, og for å deaktivere utlading av ultrakondensatoren (318) når den er i en andre åpen posisjon; der kraftforsyningen (310) er innrettet for å utlade ultrakondensatoren (318) for å tilveiebringe en strøm for å aktivere et formhukommelseslegering-(SMA)-element (322).

2. System ifølge krav 1, der kraftforsyningen (310) omfatter en DC-ladestyring (314) innrettet for å regulere en likespenning tilveiebragt av DC-kilden (312) for å lade ultrakondensatoren (318).

3. System ifølge krav 2, der DC-ladestyringen (314) er innrettet for å sende et første styresignal (326) til den første bryteren (316), og den første bryteren (316) er innrettet for å gå til den første lukkede posisjonen eller den første åpne posisjonen avhengig av tilstanden til det første styresignalet (326).

4. System ifølge krav 3, der DC-ladestyringen (314) er innrettet for å bestemme når ultrakondensatoren (318) er ladet opp til en fulladet tilstand, og, dersom ultrakondensatoren (318) er i fulladet tilstand, for å bevirke den første bryteren (316) til å skifte til den første åpne posisjonen for å deaktivere lading av ultrakondensatoren (318).

5. System ifølge krav 1, der kraftforsyningen (310) omfatter en utladingsstyring (324) innrettet for å utlade ultrakondensatoren (318) ved å tilveiebringe et andre styresignal (328), og det andre styresignalet (328) bevirker den andre bryteren (320) til å gjentatt skifte mellom den andre lukkede posisjonen og den andre åpne posisjonen med en frekvens for å tilveiebringe strømmen for aktivering av SMA-elementet (322).

6. System ifølge krav 5, der det andre styresignalet (328) omfatter et puls-breddemoduleringssignal, og utladingsstyringen (324) omfatter kretser innrettet for å generere pulsbreddemoduleringssignalet.

7. System ifølge krav 6, der pulsbreddemoduleringssignalet har en frekvens på mellom omtrent 1 og 100 hertz.

8. System ifølge krav 6, der strømmen for å aktivere SMA-elementet (322) kan bli justert ved å modulere frekvensen til pulsbreddemoduleringssignalet.

9. System ifølge krav 1, der ultrakondensatoren (318) har en kapsasitans på mellom omtrent 200 til 300 farad.

10. System ifølge krav 1, der SMA-elementet (322) omfatter minst én av: en SMA-tråd eller -vaier, en SMA-kabel, en SMA-film, eller en kombinasjon derav.