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KR20060041164A - 일체형 형상 기억 합금 액츄에이터를 갖는 게이지 포인터 - Google Patents

일체형 형상 기억 합금 액츄에이터를 갖는 게이지 포인터 Download PDF

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KR20060041164A
KR20060041164A KR1020057020849A KR20057020849A KR20060041164A KR 20060041164 A KR20060041164 A KR 20060041164A KR 1020057020849 A KR1020057020849 A KR 1020057020849A KR 20057020849 A KR20057020849 A KR 20057020849A KR 20060041164 A KR20060041164 A KR 20060041164A
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KR
South Korea
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shape memory
memory alloy
housing
gauge pointer
gauge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020057020849A
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English (en)
Inventor
로데릭 맥그리거
안드레이 스질라지
Original Assignee
알프마이어 프레치지온 악티엔게젤샤프트 바우그룹펜 운트 지스템뢰중엔
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알프마이어 프레치지온 악티엔게젤샤프트 바우그룹펜 운트 지스템뢰중엔 filed Critical 알프마이어 프레치지온 악티엔게젤샤프트 바우그룹펜 운트 지스템뢰중엔
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Abstract

활성화될 때 게이지 포인터를 움직이도록 이루어진 형상 기억 합금 요소를 구비하는 작동식 게이지 포인터가 제공된다. 작동식 게이지 포인터는 게이지 포인터 하우징의 주변부 내에 배치된 제 1 형상 기억 합금 요소를 포함한다. 또한, 작동식 게이지 포인터는 온도 보상을 제공하는 제 2 형상 기억 합금 요소, 게이지 포인터를 초기 상태로 복귀시키는 바이어스 부재를 포함할 수도 있다.

Description

일체형 형상 기억 합금 액츄에이터를 갖는 게이지 포인터{GAUGE POINTER WITH INTEGRATED SHAPE MEMORY ALLOY ACTUATOR}
본 발명은 포인터와 같은 게이지 인디케이터용 작동 기구로서 사용되는 인스트루먼트 및 게이지 뿐만 아니라 회전식 액츄에이터에 관한 것으로, 더 자세하게는 형상 기억 합금 액츄에이터에 관한 것이다.
인스트루먼트 패널, 또는 클러스터는 다양한 차량 및 산업 장비에서 통상적으로 발견된다. 종종 이들 패널에서의 인스트루먼트는 시스템 및 그 구성요소들의 상태 또는 거동에 대한 정도를 제공하며, 이 정보는 통상 원격 센서로부터 발생된다. 이러한 인스트루먼트 중 하나는 지시 눈금에서 상대 운동하는 게이지 포인터를 이루는 아날로그 게이지이다. 이러한 눈금의 예는 연료 게이지이며, 라벨 "E" 는 비어있음을 지시하며, 예컨대, "1/4", "1/2", "3/4" 과 같은 다양한 다른 라벨이 연료 레벨의 다른 상태를 나타내며, 라벨 "F" 는 가득차있음을 지시한다. 종래의 게이지 포인터는 일반적으로 포인터를 위치시키기 위해 회전 모터를 사용하고, 지시되는 시스템의 상태를 반영한다. 최신의 회전 모터는 주로 에어 코어 모터 및 스텝퍼 모터로 이루어진다. 이들 모터가 보편적이지만, 형상 인자 및 중량은 경량화, 슬림화 및 더욱 양호한 조명 게이지에 대한 진보에는 방해가 된다. 이러한 특성은 특히 자동차 적용분야에서 더 바람직하며, 이 분야에서는 중량 및 두께의 절약은 비용 및 환경적인 이점이 있으며, 개선된 인디케이터의 가시도는 탑승자의 안전성을 향상시킨다.
형상 기억 합금(SMA) 의 열탄성은 1930년대부터 공지되어 있었지만, SMA의 상업적용도로의 사용은 1990년대까지는 보편적이지 못했다. 오늘날 SMA는 다양한 산업 분야에서 독특하게 적용되고 있는 중이다. 그 일례로는 Taborisskiy 등에 의해 특허허여된 미국 특허 제6,441,745호에 개시된 SMA 작동식 게이지 포인터가 있다. 그러나, Taborisskiy 등에 의해 제안된 포인터 인스트루먼트는 이미 공지된 모터 작동 포인터와 같이 큰 공간 내에 방해가되는 기어 인스트루먼트를 필요로 한다. 또한, Taborisskiy의 게이지 인스트루먼트는 SMA 요소용 열적 보상이 부족하여, 일반적으로 주변 온도의 변동에 민감하다. 보상 인스트루먼트없이, Taborisskiy 의 게이지 인스트루먼트는 통상 신뢰할 수 없는 측정치를 알리는 경향이 있다.
전술한 관점에서, 회전식 액츄에이터의 개선이 요구되며, 더욱 구체적으로는, 게이지 포인터 액츄에이터와 같은 기존의 인스트루먼트 장치에서 상기 문제점 및 다른 문제점을 극복하는 SMA 작동식 게이지 포인터의 개선이 요구된다.
본 발명은 형상 기억 합금 (SMA) 회전식 액츄에이터를 이용하여 회전 운동을 발생시키는 회전식 액츄에이터 및 방법을 제공한다. 다양한 SMA 회전식 액츄에이터의 예시가 개시되어 있지만, 이들은 일반적으로 적용되는 게이지 포인터의 작동을 설명하고 있다. 그러나, 본 발명의 SMA 회전식 액츄에이터는 게이지 포인터를 작동하는 것으로 제한되지 않으며, 이들 액츄에이터는 회전 운동의 발생을 필요로 하는 적절한 적용분야에서 구현될 수도 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예는 형상 기억 합금 작동식 인디케이터를 제공한다. 이 인디케이터는 하우징과 인디케이터 하우징의 주변부 내에 배치된 형상 기억 합금 요소를 갖는다. 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 인디케이터 하우징이 움직인다.
다른 실시예에서, 예시적인 게이지 포인터는 형상 기억 합금 작동식 게이지 포인터 하우징을 포함한다. 이 포인터는 게이지 포인터 하우징의 주변부 (또는 이 주변부보다 크지 않은 면적 또는 영역) 내에 배치된 제 1 및 제 2 형상 기억 합금 요소를 구비하며, 이 제 1 및 제 2 형상 기억 합금 요소는, 제 1 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 게이지 포인터 하우징이 제 1 방향으로 움직이고, 제 2 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 게이지 포인터 하우징이 제 2 방향으로 움직이게 된다.
특정 실시예에서, 제어 시스템이 게이지 포인터의 위치를 조작한다. 이 시스템은 주변부를 갖는 게이지 인디케이터, 이 게이지 인디케이터 주변부 내에 완전히 배치되고, 활성화되면 게이지 인디케이터가 움직이게 되는 형상 기억 합금을 포함한다. 이 시스템은 형상 기억 합금의 작동 후에 게이지 인디케이터의 위치 정보를 나타내는 위치 센서, 및 위치 센서에 의해 제공된 위치 정보와 모니터된 상태를 나타내는 외부 신호에 따라 형상 기억 합금 요소의 활성화를 제어하는 연산 장치 (예컨대, 마이크로컨트롤러) 와 같은 상태 응답 제어 장치를 더 포함한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 하여 하기 실시예에서 상세히 설명된다.
도 1a 는 본 발명의 실시예의 일체형 SMA로 작동식 게이지 포인터의 정면도이다.
도 1b 는 도 1a 의 일체형 SMA로 작동식 게이지 포인터를 사용한 적용을 도시하는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 도 1a 의 SMA로 작동식 게이지 포인터의 일부의 확대 정면도이다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 다른 일체형 SMA로 작동식 게이지 포인터의 사시도이다.
도 4a 는 본 발명의 실시예의 또다른 일체형 SMA로 작동식 게이지 포인터의 정면도이다.
도 4b 는 본 발명의 실시예에 따른 하나 이상의 SMA 요소에 동력을 제공하는 방법의 수의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시예의 일체형 SMA로 작동식 게이지 포인터의 정면도이다.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 SMA 액츄에이터에 의해 작동식 게이지 포인터의 사시도이다.
도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 SMA 회전식 액츄에이터의 예를 도시하는 도면이다.
도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 SMA 작동식 게이지 포인터 제어 시스템의 기능 블록도이다.
동일한 참조 부호가 다수의 도면 전체에서 상응하는 부품에 해당한다.
도 1a 는 본 발명의 실시예에 따른 SMA 작동식 게이지 포인터 (100) 의 정면도를 나타내는 도면이다. 게이지 포인터 (100) 는 주변부(perimeter, 140), 말단부 (105), 및 선단부 (110) 를 갖는 게이지 포인터 하우징 (102) 을 포함한다. 주변부 (140) 내에는 제 1 SMA 요소 (115), 제 2 SMA 요소 (120), 핀 (125), 레버 (130), 및 바이어스 부재 (135) 가 배치된다. SMA '요소' 는 길이방향 축선을 따라 신장 및 수축가능한 기다란 형태의 SMA 재료를 말한다. 이 요소는 와이어의 경우처럼 원형 단면을 가질 수 있으며, 또는 타원형, 정사각형, 직사각형 등의 다양한 단면을 가질 수도 있다. 형상 기억 합금 (SMA) 은 유사-탄성 (pseudo-elasticity) 및 형상 기억 효과와 같은 2개의 아주 독특한 특성을 나타내는 금속을 말한다. 유사-탄성은 SMA 들의 거의 고무와 같은 가요성을 말한다. 형상 기억 효과는 형상 기억 합금이 변형된 후 이를 가열함으로써 간단히 본래의 형상으로 되돌아가는 특유의 성질을 말한다. 예시로서, 제한하는 것은 아니지만, 형상 기억 합금은 NiTi (니켈-티타늄), CuZnAl 및 CuAlNi 등을 포함한다.
대표적인 실시예에서, 핀 (125) 은 게이지 포인터 하우징 (102) 이 핀 (125) 에 대해 운동(즉, 회전) 할 수 있도록 작동가능하게 연결되는 게이지 포인터 하우징 (102) 을 갖는 인스트루먼트 패널에 고정된다. 핀 (125) 은 도 2 에 대해 하기에 기술되는 바와 같이, 제 1 SMA 요소 (115) 에 전력 및 그라운드 리턴 연결체를 제공하도록 구성된다.
도 1b 는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 SMA 작동식 인스트루먼트 장치의 적용예를 도시한다. 이 예에서, 게이지 포인터는 인스트루먼트 게이지 (예컨대, 전압 눈금) 에 대해 장착되어, 차량의 대시보드와 같은 인스트루먼트 어레이의 일부를 형성한다. 여기서, 인스트루먼트 게이지 (20) 는 10 내지 14 볼트의 전압을 나타내고 있는 배터리 게이지이다. 후술하는 바와 같이, SMA로 작동되는 요크 (130) 의 운동은 인스트루먼트 게이지 (20) 에 대한 바늘 (예컨대, 게이지 포인터 하우징 (102)) 의 아치형 운동을 야기한다. 통상, SMA로 작동되는 움직임은 배터리 전압을 측정하는 종래의 제어 및/또는 모니터링 시스템에 의해 얻어진 측정치에 대응한다. 이러한 모니터링 시스템 중 하나는 원격 전압 센서이다. 일부 실시예에서, SMA 피드백 제어 시스템은 게이지 포인터 (100) 를 활성화하여 말단부 (105)(및 주변부 (140) 내에 존재하는 SMA 요소) 를 움직이도록 하여 배터리의 측정 상태를 나타낸다.
다시 도 1a 로 돌아가서, 요크 (130) 는 기단부 (145) 및 아치형 부분 (150) 을 포함한다. 요크 기단부 (145) 는 선단부 (110) 에 연결된다. 요크 (130) 는 선단부 (110) 를 중심으로 회전 운동을 증폭시키는 레버로서 작동하고, 이 회전 운동은 SMA 요소의 활성화에 의해 발생된다. 구조상, 요크 (130) 는 FR4(통상, 인쇄 회로 기판에 사용됨) 와 같은 유리섬유 보강 기판, 또는 충분한 강성을 가지며, 성형 가능한 수개의 플라스틱으로 제조될 수 있다. 또는 요크 (130) 는 강성의 다른 경량재료를 사용하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 요크 (130) 는 요크 피벗 (155) 을 통해 게이지 포인터 하우징 (102) 에 회전가능하게 연결된다. 아치형 부분 (150) 은 외전 사이클로이드 기어 기구 (180) 를 통해 핀 (125) 에 작동가능하게 연결된다. 대부분의 실시예에서, 핀 (125) 은 일반적으로 시판중인 스프링 핀과 같은 원통형상 구조 부재이지만, 다른 구조적 연결 부재와 연결 방법이 당업자에게 용이하게 이해될 수 있으며, 또한 당업자에게 입수가능하다. 즉, 이러한 구조적 연결 부재는 적어도 게이지 포인터 (100) 를 지지할 수있다. 일부 실시예에서, 핀 (125) 은 SMA 액츄에이터에 전력과 그라운드 리턴을 제공하는 전기 도관을 제공한다. 또한, 바이어스 부재 (135) 가 요크 (130) 와 게이지 포인터 하우징 (102) 사이에 배치되고, SMA의 활성화중 복귀력을 저장하고, SMA 요소가 활성화되지 않을 때 저장된 복귀력을 배출하게 구성된다. 바이어스 부재 (135) 가 스프링 클립으로 도시되어 있지만, 등가의 힘을 저장하는 다른 공지 기구로 대체될 수 있다.
제 1 SMA 요소 (115) 는 장착점 (107) 에서 말단부 (105) 에 연결된 제 1 단부를 가지며, 요크 피벗 (155) 에 인접한 요크 베이스 단부 (145) 에서 연결점 (192) 에 연결된 제 2 단부를 갖는다. 유사하게, 제 2 SMA 요소 (120) 는 장착점 (107) 에서 말단부 (105) 에 연결된 제 1 단부를 가지며, 요크 베이스 단부 (145) 에서 연결점 (190) 에 연결된 제 2 단부를 가지며, 이에 의해 제 2 SMA 요소 (120) 는 제 1 SMA 요소 (115) 와 반대되는 구조이다. 제 1 SMA 요소 (115) 와 제 2 SMA 요소 (120) 는 납땜 및 크림핑 (crimping) 등과 같은 적절한 수단에 의해 요크 (130) 에 연결될 수 있다. 제 2 SMA 요소 (120) 는 제 1 SMA 요소 (115) 와 크기, 형상 및 게이지(즉, 단면적) 가 유사한 언파워드 SMA 요소로 구성될 수 있다. 이에 의해, 제 2 SMA 요소 (120) 는 제 1 SMA 요소 (115) 의 작동을 위한 온도 보상을 제공한다. 따라서, 언파워드 제 2 SMA 요소 (120) 가 파워드 제 1 SMA 요소 (115) 에 대해 반대 구조로 배치되므로, 제 2 SMA 요소 (120) 는 SMA 요소 주위의 온도의 증가에 대한 온도 보상을 제공하며, 그렇지 않다면 이들 요소에 뜻하지 않은 수축이 유발될 수 있다. 제 2 SMA 요소 (120) 가 제 1 SMA 요소 (115) 와 반대 관계로 이루어지기 때문에, 증가된 주위 온도에 기인한 SMA 요소 (115) 의 어떠한 수축도 제 2 SMA 요소 (120) 의 상응하는 온도 유도 수축에 의해 상쇄된다.
하나 이상의 실시예에서, 예시적인 외전 사이클로이드 기어 (epicyclic gear) 기구 (180) 는 핀 (125) 에 단단히 연결된 유성 기어 (205) 를 포함한다. 외전 사이클로이드 기어 기구 (180) 는 아치형 부분 (150) 에 연결되는 링 기어 (210) 를 더 포함하며, 유성 기어 (205) 와 결합하도록 구성된다. 유성 기어 (205) 는 종래의 체결 방법을 사용하여 핀 (125) 에 연결될 수 있다. 선택적으로, 유성 기어 (205) 는 핀 (125) 의 일부분으로서 일체로 형성될 수 있다. 유사하게, 링 기어 (210) 는 종래의 체결 방법을 사용하여 아치형 부분 (150) 에 부착될 수도 있다. 또는 링 기어 (210) 가 요크 (130) 의 일부분으로서 일체로 형성될 수 있다. 외전 사이클로이드 기어 기구 (180) 는 다수의 이점을 주는 컴팩트한 저 프로파일의 SMA 작동식 게이지 포인터를 제공한다. 외전 사이클로 이드 기어 기구 (180) 가 핀 (125) 에 대한 게이지 포인터 (100) 의 회전을 2단계로 증폭시키는 컴팩트한 장치라는 것이 하나의 이점이다. 제 1 증폭단계에서, 제 1 SMA 요소 (115) 의 스트로크는 레버인 요크 (130) 를 통해 링 기어 (210) 에 연결되어 증폭된다. 제 2 증폭단계에서, 게이지 포인터 (100) 의 회전은 유성 기어 (205) 와 링 기어 (210) 사이의 비교적 작은 기어비에 의해 증폭된다. 도 1a 의 나머지 부분들은 도 2 를 참조로 하여 설명한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 SMA 요소 (115) 에 전력을 제공하는 방법 및 이 방법에 의해 발생된 기계적인 힘을 이용하는 방법의 일례를 도시한다. 도 2 는 요크 (130) 와 핀 (125) 을 연결하는 외전 사이클로이드 기어 기구 (180) 와 SMA 요소 (115) 에 전력을 전달하는 연결구성을 도시하는 게이지 포인터 (100) 의 일부의 정면도이다. 후자에 대해, 핀 (125) 은 전력을 공급하여, 서로 전기적으로 절연된 내부 연결체 (212) 와 외부 연결체 (220) 각각을 통해 그라운드 리턴으로서 작동한다. 그라운드 리턴 (215) 은 내부 연결체 (212) 에 연결되어 말단부 (105) 에 있는 부착점 (107) 까지 신장한다. 전원 (도시 생략) 이 외부 연결체 (220) 에 연결되어 있고, 이 외부 연결체 또한 유성 기어 (205) 에 전기적으로 연결되어 있다. 전기적 연결을 형성하는 많은 방법중 어떤 하나라도 도전 경로 (225) 에 커플 유성 기어 (205) 를 전기적으로 연결하기 위해 채용될 수도 있다. 예컨대, 비교적 얇고, 탄성이 있는 도전 디스크 (도시 생략), 또는 유사 부재 (도시 생략) 가 유성 기어 (205) 에 단단히 연결될 수 있어 (즉, 이 디스크는 핀 (125) 의 최상부에 동심으로 장착됨) 디스크의 외주가 도전 트레이스 (225) 를 위에 내밀고 있다. 또한, 이 디스크는 접촉 부재 (예컨대, 와이퍼 접촉부) 를 포함하여, 디스크와 도전 트레이스 (225) 사이에 전기 경로를 형성한다. 이러한 구조에서, 아치형 부분 (150) 이 디스크 아래를 움직여 트레이스가 접점을 가로질러 지나감에 따라 디스크의 접촉부는 디스크의 탄성에 의해 도전 트레이스 (225) 와의 접촉을 유지한다. 물론, 접촉 디스크의 최상부면은 전기적으로 절연되어 (예컨대, 절연 물질로 코팅됨) 근처에 있는 SMA 요소 (115, 120) 에의 뜻하지 않은 직접적인 접촉을 방지한다. 따라서, 외전 사이클로이드 기어 기구 (180) 와 핀 (125) 은 적어도 제 1 SMA 요소 (115) 에 전력을 공급하는 컴팩트한 수단을 제공하는 이점이 있다. 이러한 구성으로 게이지 포인터 (100) 내에서 별도의 전력 구성 요소와 연결체가 필요없게 된다.
작동시, 전류가 전술한 전기 경로 (225) 를 통해 제 1 SMA 요소 (115) 에 제공된다. SMA 활성화를 이루기 위해 제공되는 전류량은 원격 시스템 (도 8 참조) 에 의해 지시된 소망하는 게이지의 편향 량에 의해 판정된다. 전류는 제 1 SMA 요소 (115) 의 수축 또는 활성화를 야기한다. 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 '수축' 또는 '활성화' 는 SMA 요소에 충분한 에너지를 제공하여 그 요소를 적어도 부분적으로 마르텐사이트에서 오스테나이트로 상변화시키는 것을 말한다. 제 1 SMA 요소 (115) 의 활성화는 유성 기어 (205) 를 중심으로 시계방향으로 링 기어 (210) 의 구름 (예컨대, 물림(enmesh)) 을 야기한다. 핀 (125) 이 대시보드 (도시 생략) 와 같은 고정 하우징에 장착되면, 게이지 포인터 (100) 는 도 1b 에서 언급된 배터리 센서 등과 같은 상응 센서의 원격 상태를 지시하기 위해 고정 된 하우징에 대해 특정 위치로 회전할 수 있다.
요크 (130) 가 제 1 SMA 요소 (115) 의 수축에 의해 편향되면, 바이어스 부재 (135) 가 하중을 받게 된다. 요크 (130) 가 편향됨에 따라, 바이어스 부재 (135) 가 압축되어, 복귀 에너지를 발생시키고 저장한다. 그러나, 일단 전류가 제 1 SMA 요소 (115) 로부터 제거되면, 바이어스 부재 (135) 에 있는 저장된 복귀 에너지가 방출되고, 이에 의해 요크 (130) 가 초기 위치로 복귀되어, 제 1 SMA 요소 (115) 가 신장된다. 또한, 이러한 일련의 작동으로 게이지 포인터 (100) 는 제 1 SMA 요소 (115) 의 활성화 이전의 초기 상태로 회전된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 SMA 요소 (115) 로의 전력이 중단되거나 또는 차단될때마다 게이지 포인터 (100) 는 초기 상태로 복귀한다. 이 초기 상태는 게이지에 의해 모니터되고 지시되는 시스템의 영점(0) 지시 상태를 나타내는 것으로 한다. 그러나, 본 발명의 선택적인 실시예는 파워-오프 또는 파워-차단 상태와 같은 0 이 아닌 상태 또는 다른 다양한 상태를 포함할 수도 있다. 이러한 선택적인 실시예는 도 4a 에 관해서 하기에 설명한다.
도 3 은 본 발명의 선택적인 실시예에 따른 일체형 SMA 작동식 게이지 포인터의 사시도이다. 도 3 의 작동식 게이지 포인터 (200) 는 도 1a 의 외전 사이클로이드 기어 기구 (180) 와 바이어스 부재 (135) 가 생략된 것을 제외하고는 게이지 포인터 (100) 의 일체형 SMA 액츄에이터와 구조 및 작동이 유사하다. 가요성의 기계 링크 (312) 는 핀 (125) 을 레버 (230) 에 연결한다. 토션 스프링 (305) 은 핀 (125) 을 선단부 (110) 에 탄성적으로 연결시킴으로써 복귀 에너지를 저장하고 방출하는데 사용된다. 가요성의 기계 링크 (312) 는 핀 (125) 주위에 많은 횟수로 감기고 또한 풀려도 치수 안정성이 손상되지 않고 휠 수 있으면 어떠한 재료로도 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 가요성의 기계 링크 (312) 는 스트링 (string) 이다. 플라스틱 스트립, 섬유 또는 나일론 또는 다른 가요성 재료로 형성된 와이어 등의 다른 가요성 재료가 다른 실시예에서 이용될 수 있다.
또한, 토션 스프링 (305) 은 전력을 제공하도록 구성되며, 제 1 경로 및 제 2 경로를 통해 SMA 요소 (115) 에 전기적으로 연결된다. 제 1 경로는 토션 스프링 (305) 을 통해 핀 (125) 의 외부 연결체 (220) 에 있는 단부 (310) 로부터 레버 피벗 (255) 까지 이른다. 제 1 경로는 레버 피벗 (255) 으로부터 단부 (315) 까지 계속되어, 제 1 SMA 요소 (115) 의 일단부에 연결된다. 제 2 경로는 그라운드 리턴 와이어 (215) 를 통해 부착 점 (107)(도시생략) 으로부터 핀 (125) 의 내부 연결체 (212) 까지 이른다. 이들 두 경로는 SMA 요소를 통해 전류가 흐를 수 있는 도전 경로를 제공한다.
동작시, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 등(도 8 참조) 과 같은 연산 장치의 제어하에 제 1 및 제 2 경로를 사용하여 SMA 요소 (115) 에 전류가 제공된다. SMA 요소 (115) 가 수축함에 따라, 레버 (230) 의 기단부 (245) 는 하우징 (102) 에 대해 레버 피벗 (255) 을 중심으로 반시계방향("CCW")으로 회전하며, 이에 의해 핀 (125) 으로부터 레버 (230) 의 말단부 (250) 가 멀어진다. 레버 (230) 가 핀 (125) 에서 멀어지게 편향됨에 따라, 가요성의 기계 링크 (312) 는 핀 (125) 을 중심으로 시계 방향으로 부분적으로 풀리게된다. 기준 프레임에서 보거나 또는 하우징 (102) 과 함께 움직이면서 보면, 가요성의 기계 링크 (312) 가 풀릴 때 겉보기에는 핀 (125) 이 반시계 방향으로 회전하는 것처럼 보인다. 사실, 핀 (125) 은 인스트루먼트 패널 (예컨대, 도 1b 의 인스트루먼트 게이지 (20)) 에 대해 고정되어 있다. 따라서, 이미 반시계 방향으로 감겨진 스트링 또는 다른 가요성 링크가 풀릴 때 예상되는 바와 같이, 레버 (230) 의 말단부 (250) 의 실제 경로는 반경이 증가하는 시계방향이다. 하우징 (102) 이 회전함에 따라, 토션 스프링 (305) 은 핀 (125) 을 중심으로 시계방향으로 체결되어, 복귀 에너지를 저장한다. 전류가 제 1 SMA 요소 (115) 로부터 제거되면, 토션 스프링 (305) 에 저장된 복귀 에너지가 방출되어, 전술한 일련의 운동이 반대로 일어나, 게이지 포인터 (200) 가 초기 상태 (즉, 제 1 SMA 요소 (115) 의 활성화 이전 위치) 로 위치한다. 복귀 에너지의 방출은 가요성의 기계 링크 (312) 가 핀 (125) 주위에 반시계 방향으로 감기도록 하고, 이에 따라 레버 (230) 가 초기 위치로 복귀하여 제 1 SMA 요소 (115) 를 신장시킨다.
도 4a 는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 일체형 SMA 작동식 게이지 포인터 (300) 의 또다른 예시의 평면도이다. 전술한 액츄에이터와 달리, 도 4a 의 SMA 작동식 게이지 포인터 (300) 는 도 1a 의 클립 (135) 또는 도 3 의 토션 스프링 (305) 과 같은 바이어스 부재 이외에 활성의 (active) 반대 SMA 요소 (320) 를 포함한다. 제 2 활성 SMA 요소 (320) 는 제 1 SMA 요소 (115) 에 반대의 관계로 제공된다. 제 1 SMA 요소 (115) 와 제 2 SMA 요소 (320) 는 말단부 (105) 의 공통 부착점 (107) 에 서로 전기적으로 연결된다. 또한, 그라운드 리턴 (215) 이 핀 (125) 의 부착점 (107) 과 내부 연결체 (212) 에 연결된다. 전력이 제 1 SMA 요소 (115) 와 제 2 SMA 요소 (320) 에 별개로 제공된다. 선택적으로, 핀 (125) 상의 별개의 연결체를 통해 전력이 제공될 수도 있다. 도 4a 의 SMA 요소 (115, 320) 에 전력을 제공하는 예시적인 구조가 하기에 기술된다.
도 4b 는 본 발명의 실시예에 따른 하나 이상의 SMA 요소에 동력을 제공하기 위한 수개의 방법의 일례를 도시한다. 이 예시에서는, 핀 (125) 은 도전체 (125a, 125b, 125c) 로서 상징적으로 지시된 3 개의 도전체를 포함하여 이루어지며, 도전체 (125a, 125b) 는 각각의 SMA 요소 (350, 115) 에 전력을 제공한다. 3번째 도전체인 도전체 (125c) 는 그라운드 연결체를 제공하며, SMA 요소 (350, 115) 로부터 그라운드 리턴 (215)(도시 생략) 에 연결된다. 이들 도전체 각각은 서로 전기적으로 절연된다. 도시된 바와 같이, 도전체 (125a) 는 가요성 와이어 (470a) 를 통해 부착점 (472a) 에 연결되며, 유사하게 도전체 (125b) 는 가요성 와이어 (470b) 를 통해 부착점 (472b) 에 연결된다. 가요성 와이어 (470a, 470b) 는 어떤 와이어로부터 게이지 포인터의 다른 도전면 (예컨대, SMA 요소) 에 전기적 단락을 야기하지 않도록 절연될 수 있다.
다른 실시예에서, 가요성 와이어 (470a, 470b) 의 제 1 단부는 핀 (125) 의 중심에서 피드 스루(도시생략) 를 통해 삽입되고, 다중 도전체 (125a, 125b, 125c) 중 하나 이외에 각각의 전원 (예컨대, 도 4b 에 도시되지 않은 제어기로부터 나옴) 에 연결된다. 핀 (125) 과 제 1 동력 연결체 (410) 및 제 2 동력 연결체 (405) 양자 사이에서 게이지 포인터 하우징 (302) 내의 연결은 제 1 SMA 요소 (115) 와 제 2 SMA 요소 (320) 를 통해 각각 연장하는 게이지 포인터 하우징 (302) 에서의 도전 트레이스를 통하는 것과 같은 다른 적당한 수단에 의해 이루어질 수도 있다 (도시생략). 일 실시예에서, 제 1 동력 연결체 (410) 와 제 2 동력 연결체 (405) 는 제 1 전원 장치 및 제 2 전원 장치 (모두 도시 생략) 에 각각 연결되어 제 2 SMA 요소 (320) 와 제 1 SMA 요소 (115) 에 걸쳐 독립적인 작동 제어를 제공한다.
도 4b 에 도시된 바와 같이, 도전 경로 (225a, 225b) 는 부착점 (472a, 472b) 으로부터 각각 연장한다. 도전 경로 (225a, 225b) 는 제 1 동력 연결체 (410) 와 제 2 동력 연결체 (405) 에서 각각 종료한다. 도시되지는 않았지만, 제 2 SMA 요소 (320) 의 일단부가 제 1 동력 연결체 (410) 에 연결되고, 제 1 SMA 요소 (115) 의 일단부가 제 2 동력 연결체 (405) 에 연결된다. 따라서, 도 4b 에 도시된 바와 같이, 2 개 이상의 동력 신호가 도전 경로 (225a, 225b) 와 같은 도전 경로를 경유하여 2 개 이상의 SMA 요소에 가해질 수 있으며, 이들 도전 경로는 본 발명의 특정 실시예의 게이지 포인터 내에 위치된다.
다시 도 4a 에 대해 언급하면, 제어기 (예컨대, 마이크로 프로세서) 가 전술한 전기 경로를 통해서 제 1 SMA 요소 (115) 또는 제 2 SMA 요소 (320) 중 하나에 전류를 제공하면, 게이지 포인터 (300) 가 회전한다. 제 1 SMA 요소 (115) 의 작동은 게이지 포인터 (300) 에 대해 제 1 방향 또는 반시계 방향으로 요크 (330) 를 편향시켜, 제 1 가요성의 기계 링크 (415) 가 핀 (125) 으로부터 부분적으로 풀 리게 된다. 이와 동시에, 제 2 기계 링크 (420) 는 핀 (125) 주위를 부분적으로 감는다. 이러한 감김 (wrapping) 및 풀림 (unwrapping) 작동은 도 3 과 관련하여 설명된 것과 유사하며, 이들 작동은 게이지 포인터 하우징 (302) 의 회전 예컨대, 핀 (125) 에 대한 반시계 방향의 회전을 야기한다. 또한, 제 1 방향으로의 요크 (330) 의 편향은 제 2 SMA 요소 (320) 를 신장한다.
유사하게, 제 2 SMA 요소 (320) 의 활성화는 게이지 포인터 (300) 에 대해 제 1 방향과 반대 방향으로 (즉, 시계방향) 요크 (330) 를 편향시켜, 제 2 가요성의 기계 링크 (420) 가 핀 (125) 으로부터 부분적으로 풀리게 하며, 동시에 제 1 가요성의 기계 링크 (415) 가 핀 (125) 주위에 부분적으로 감기게 한다. 이는 도 4a 에 도시된 경우이며, 이에 의해 제 2 가요성의 기계 링크 (420) 의 풀림 작동이 게이지 포인터 하우징 (302) 을 핀 (125) 에 대해 반시계 방향으로 회전시킨다. 그에 따른 제 2 방향으로의 요크 (330) 의 편향은 제 1 SMA 요소 (115) 의 연신 또는 신장을 야기한다. 이 실시예중 하나의 이점은, 게이지 포인터 (300) 가 동력의 중단 또는 차단에 따른 마지막 상태를 유지한다는 것이다. 어떠한 바이어스 부재도 복귀력을 저장하거나 주지 않기 때문에, 게이지 포인터 (300) 는 마지막 상태를 유지한다. 반대의 SMA 구조의 특징에 따라, 복원력이 대향의 SMA 요소의 활성화에 의해 제공된다. 여기서, 예컨대, 제 2 SMA 요소 (320) 의 활성화에 의해 연장될 때까지 SMA 요소 (115) 는 작동되고 (또는 움직이고), 수축한다(또한, 위치를 유지함). 게이지 포인터 (300) 의 이러한 "운동 및 유지" 의 특성은 초기 상태의 기계적 기억 (memory) 이 요구되는 적용분야에서 바람직할 수 도 있다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 일체형 SMA 작동식 게이지 포인터의 정면도이다. 게이지 포인터 (400) 는, 바이어스 부재 (135) 가 제거되고, SMA 요소 (120) 가 활성의 반대 SMA 요소 (320) 로 대체되는 것을 제외하고는 도 1a 및 도 2 에 이미 기술된 게이지 포인터 (100) 와 유사하다. 게이지 포인터 (400) 는 도 4a 의 게이지 인디케이터 (300) 에 관해 전술한 바와 유사한 제 1 및 제 2 SMA 요소 (115, 320) 의 반대의 활성화를 통해 움직이지만, 게이지 포인터 (100) 에 관해 전술한 바와 같은 외전 싸이클로 (epicyclic) 작동을 포함한다. 전력 및 그라운드 리턴은 이전의 실시예에서 기술된 바와 같은 적절한 수단을 통해 제 1 SMA 요소 (115) 와 제 2 SMA 요소 (320) 에 제공될 수도 있다. 특히, 전력 및 그라운드는 도 4b 에 도시된 바와 같은 방식으로 제공될 수 있다.
도 6 은 본 발명의 특정 실시예에 따른 또다른 SMA 작동식 게이지 포인터를 나타낸다. SMA 작동식 게이지 포인터 (600) 는 도 3 의 SMA 작동식 게이지 포인터 (200) 와 유사하게 작동한다. 도 6 의 SMA 작동식 게이지 포인터 (600) 는 이전 실시예의 컴팩트 설계는 여전히 사용되지만, 요소들은 게이지 포인터 하우징의 물리적 매개변수 내로 제한될 필요가 없다는 점이 게이지 포인터 (200) 와 상이하다. 게이지 포인터 (600) 의 작동 기구는 대시 보드 또는 인스트루먼트 패널과 같은 다른 구조 (도시 생략) 뒤에 위치될 수 있다.
도 6 은 고정 하우징 (680), 니들 (605), 레버 (610), 제 1 SMA 요소 (615) 및 제 2 SMA 요소 (620), 및 토션 스프링 (625) 을 포함하는 일체형이 아닌 작동식 게이지 포인터 (600) 의 사시도이다. 고정 하우징 (680) 은 자동차의 경우에 대시보드와 같은 면에 고정될 수 있다. 여기서, 게이지 포인터 (600) 는 고정 하우징 (680) 에 회전가능하게 고정되는 샤프트로서 핀 (630) 을 포함한다. 레버 (610) 는 팁 단부 (635) 및 베이스 단부 (640) 를 포함하며, 레버 피벗 (645) 을 통해 고정 하우징 (680) 에 회전 가능하게 연결된다. 토션 스프링 (625) 은 고정 하우징 (680) 사이, 예컨대 레버 피벗 (645) 과 핀 (630) 에 부착된다. 가요성의 기계 링크 (650) 는 레버 (610) 의 팁 단부 (635) 와 핀 (630) 을 연결한다.
일례에서, 제 1 SMA 요소 (615) 와 제 2 SMA 요소 (620) 는 반대 구조에 있는 고정 하우징 (680) 과 레버 (610) 사이에 연결된다. 이 구조에서, 제 1 SMA 요소 (615) 는 고정 하우징 (680) 을 통해 전력 및 그라운드 리턴을 수용하며, 이 하우징은 다수의 종래 방식, 또는 전술한 방식과 같이 공급될 수 있다. 제 2 SMA 요소 (620) 는 가 사용되어, 도 1a 의 SMA 요소 (120) 에 대해 전술한 바와 같이, 제 1 SMA 요소 (615) 의 주위 온도 보상을 제공하는 수동의 역할을 한다.
제 1 SMA 요소 (615) 의 활성화는 레버 (610) 를 편향시켜, 가요성의 기계 링크 (650) 를 핀 (630) 으로부터 부분적으로 풀리게 한다. 풀림 작동은, 핀 (630) 과 니들 (605) 을 고정 하우징 (680) 에 대해 회전시킨다. 핀 (630) 이 고정 하우징 (680) 에 대해 회전될 때, 토션 스프링 (625) 이 비틀리며, 이에 의해 복귀 에너지를 발생하고 저장한다. 전류가 제 1 SMA 요소 (615) 로부터 제거된다면, 토션 스프링 (625) 에 저장된 복귀 에너지는 방출되고, 핀 (630) 과 니들 (605) 모두 초기 상태로 다시 회전한다. 핀 (630) 의 회전은 가요성의 기계 링크 (650) 를 핀 (630) 둘레를 감싸게 하며, 또한 레버 (610) 가 그 초기 위치로 복귀하게 하여, 제 1 SMA 요소 (615) 를 신장시킨다.
측정되는 상태를 정확하게 반영하기 위해 게이지 포인터를 위치결정하는 회전도는 인디케이터의 크기 및 형상, 게이지 면 상에서 증가분 측정 유닛 사이의 공간, 및 모니터되는 원격 시스템의 상태 (예컨대, 대기 온도) 등과 같은 수 개의 인자에 따른다. 도 1a 의 예시에서, 모니터링 시스템은 배터리 전압을 검출하도록 이루어진 센서이다. 또한, 차량 전체의 상이한 시스템에 위치된 다양한 센서로부터 검출한 신호가 제어기에 제공됨으로써, SMA 요소 활성화가 마이크로프로세서와 같은 연산 장치에 의해 제어된다. 특정 실시예에서, 제어기는 게이지 인디케이터만을 제어하는 명령을 실행하도록 이루어진 전용 마이크로컨트롤러일 수 있다. 그러나, 차량에 이미 존재하는 다른 제어 시스템 (즉, 엔진 제어기 또는 다른 차량 컴퓨터) 이 SMA의 활성화를 제어할 수 있는데, 이는 본 발명의 게이지 포인터가 낮은 프로세서 커패시티 요구를 갖는 비교적 단순한 입력 및 출력만을 필요로 하기 때문이다. 마이크로프로세서가 다양한 실시예에서 전술한 전력 경로에 출력 전압을 제공할 때, SMA 요소가 활성화된다. 따라서, 활성화를 실행하는 출력 전압은 도 1b 의 배터리 전압과 같은 검출된 상태에 기초한다. 다른 형식의 아날로그 제어 시스템 또는 제어 기구가 마이크로프로세서 대신에 대체될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 일반적인 회전식 액츄에이터를 도시한다. 예시적인 실시예의 대부분이 게이지 포인터를 활성화하는 내용상 회전식 액츄에이터에 대해서 설명하고 있지만, 본 발명의 SMA 회전식 액츄에이터는 게이지 포인터 이외의 적용분야에도 사용될 수 있다.
도 7 의 SMA 회전식 액츄에이터 (700) 는 도 6 에 도시된 바와 같은 요소를 포함한다. 그러나, 도 7 에 도시된 바와 같이, 샤프트 (690) 가 핀 (630) 을 대신한다. 이에 의해, SMA 회전식 액츄에이터 (700) 는 스탠드 얼론 (stand-alone) 액츄에이터이다. 이 예시에서, 레버 피벗 (645) 은 고정 하우징 (680) 에 장착된다. 샤프트 (690) 를 일 방향으로 회전시키면, 가요성의 기계 링크 (650) 가 풀리게 되고, 반면, 샤프트 (690) 를 타 방향으로 회전시키면, 토션 스프링 (625) 이 풀리게 된다(이에 의해 가요성의 기계 링크 (650) 를 감게 됨). SMA 회전식 액츄에이터 (700) 의 기계적 출력인 샤프트 (690) 는 탑재물 (payload)(예컨대, 게이지 포인터, 이가 있는 기어, 또는 회전 운동을 유용한 작업으로 전환할 수 있는 다른 부재) 에 단단히 연결될 수 있다. 또한, SMA 회전식 액츄에이터 (700) 는 이미 기술한 바와 같이, 중심 핀을 통하는 것 이외의 다른 방식으로 SMA 요소 (615, 620) 에 전력과 그라운드 (도시 생략) 를 공급할 수 있다. 당업자는 도 6 의 중심 핀 (630) 을 통하는 것 이외에 SMA 요소 (615, 620) 에 전력과 그라운드를 공급하는 다양한 방법을 인지할 수 있다.
SMA 작동식 게이지 포인터에 대해 이미 언급한 다른 실시예들도 도 7 에 유사하게 기술된 SMA 회전식 액츄에이터를 구현하기 위해 과도한 노력없이 변형될 수 있다. 예컨대, 도 1a 의 SMA 작동식 게이지 포인터 (100) 는, 고정 하우징 (또 는 다른 부동의 표면) 에 요크 베이스 단부 (145) 를 결합하고, 회전 샤프트로 핀 (125)(도 1a 에 도시됨) 을 대체하고, 하우징 (102) 과 그라운드 리턴 (215) 양자를 제거하고, 요크 (130) 와 접촉되는 타단부로부터 수용되는 기계적 에너지를 저장하기 위해 바이어스 부재 (135) 의 일단부에 접촉하고 및/또는 고정하는 다른 지점 (도시 생략) 을 갖는 바이어스 부재 (135) 를 제공하는 것으로 변형될 수 있다. 예컨대, 상기 다른 지점은 고정 하우징 또는 부동의 표면에 연결될 수 있다. 이들 변형예에 의해, SMA 작동식 게이지 포인터 (100) 는 본 발명의 특정 실시예에 따른 SMA 회전식 액츄에이터로서 작동할 수 있다. 본 발명의 SMA 회전식 액츄에이터를 형성하기 위해 유사한 변형예가 다른 SMA 작동식 게이지 포인터에 대해서 이루어질 수 있다.
도 8 은 본 발명에 따른 예시적 클로즈드-루프 (closed-loop) 피드백 시스템 (700) 의 작동을 도시하는 기능적 블록선도이다. 이 실시예에서, 시스템 (700) 은 차량용 배터리 전압의 상태와 같은 상태를 정확히 지시하기 위해 요구되는 회전도를 판정한다. 이 예시에서, 상태 센서는 게이지 포인터의 특정 각 위치를 지시하기 위한 상태를 전달한다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 원격 시스템 (702) 은 모니터링을 필요로 하는 시스템 구성 요소 (예컨대, 배터리) 를 포함한다. 특히, 배터리 (710) 는 원격 시스템 (702) 에 또한 속하는 전압 센서 (712) 와 함께 자동차의 후드 아래 (또는 전압 측정에 적절한 위치) 에 위치될 수 있다. 전압 센서 (712) 는 배터리 (710) 의 전압을 나타내는 전압 데이터 신호를 주기적으로 전송하게 작동한다. 상기 전압 데이터 신호는 제어기 (704) 에서 수신되 고, 이 제어기는 게이지 포인터의 제어를 유효하게 하는 컴퓨터 판독가능한 지시 세트에 따라 작동하는 마이크로 컨트롤러일 수 있다.
여기에 기재된 다양한 실시예 중 하나에 따른 게이지 포인터 (720) 는 자동차의 대시보드 상에서 인스트루먼트 게이지 (706) 에 위치된다. 또한, 인스트루먼트 게이지 (706) 에는 공지된 바와 같이, 반사되어 변조된 빛을 사용하는 포인터의 각 위치를 결정하는 광다이오드와 같은 위치 센서 (722) 가 존재한다. 위치 센서가 위치를 검출하면, 위치 센서 (722) 는 게이지 포인터 (720) 의 각 위치를 나타내는 위치 데이터 신호를 발생시킨다.
작동시, 제어기 (704) 는 예컨대, 기준표에 저장된 또는 원격 상태 지시 신호로 나타내는 기대값 (714) 과 위치 데이터 신호에 의해 나타내는 측정된 각 위치를 비교한다. 전압 센서 (712) 에서 측정된 전압의 이산치를 위해, 해당하는 기대 위치가 참조용의 기준표에 저장될 수 있다. 예컨대, 12.9 볼트가 기준표에 저장된 1200 "측정 유닛" 과 연관되어 있다면, 이후 1200 측정 유닛은 위치 데이터 신호와 관련된 이들 측정 유닛에 대해 비교될 수 있다. 측정 유닛이 동일하다면, 어떠한 보정 작동도 필요하지 않으며, 포인터 (720) 의 각 위치가 정확한 정보를 전달한다. 그러나, 측정 유닛이 일치하지 않는다면, 비교기 (716) 는 작동기 (718) 에 신호를 보내어 포인터 (720) 의 주변부 내에 위치되는 SMA 요소에 전력 신호를 작동시킨다. 즉, 에러를 보정하는 전력 신호가 포인터 (720) 의 액츄에이터 요소에 적용되어 포인터 (720) 의 각 위치를 보정한다. 이 에러를 보정하는 전력 신호는 예컨대, 원격 시스템 (702) 의 상태를 지시하도록 SMA 작동 식 게이지 인디케이터를 적절한 량으로 편향시킬 수 있으며, 이 원격 시스템은 자동차의 수개의 다른 실례로 명명하기 위해 오일 압력, 연료 또는 다른 액체 캐패시티, 또는 엔진 온도를 포함할 수 있다.
각 위치를 검출하기 위해 당분야에 공지된 수개의 방법이 존재하므로, 이하 참조의 특정 방법이 본원에 개시된 발명의 범주를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안된다. 이들 방법이 상이한 물리적 원리를 이용하지만, 이들은 각각 각 위치를 나타내는 신호를 발생시킬 수 있다. 외전 사이클로이드 기어 기구 (180) 의 링 기어 (210) 는 전위차계 (potentiometer) 를 포함하도록 더 적용될 수도 있으며, 이 전위차계는 위치 검출의 일 실시예에서, 핀 (125) 에 대해 게이지 포인터 하우징 (100) 의 배향을 판정하도록 이루어진다. 게이지 포인터 하우징 (100) 의 배향은 링 기어 (210) 를 따르는 위치로부터 연산될 수 있으며, 이 링 기어 (210) 는 유성 기어 (205) 와 맞물린다. 기어가 맞물리는 위치는 전위차계에 의해 그 위치에서 발생된 비저항을 사용하여 판정될 수도 있다.
다른 검출 기술이 전술된 실시예 내에서 사용될 수도 있다. 검출 방법의 예는;
(a) 광학 (optical) 검출. 방위각 방향으로 변하는 비저항을 갖는 표면이 게이지 포인터 하우징 (100) 에 동심으로 연결된다. 또한, 하나 이상의 고정 발광 다이오드(LED) 가 위치되어 반사면을 향해 빔을 전송하고 변조된 반사 빔을 수신한다. 이후, 변조가 디지털 펄스 카운터에 의해 카운터되어 게이지 포인터의 각 위치를 판정한다.
(b) 용량형 (capacitive) 검출. 가변 용량기는 게이지 포인터와 함께 움직이는 전극 및 대시보드에 고정된 전극으로 형성된다. 타이밍 회로는 가변 용량 및 고정된 보정 저항 (calibrated resistance) 에 의해 지배되는 회로의 RC 타임 상수를 측정한다. 따라서, 그에 따른 시간 상수는 운동하는 전극, 및 포인터의 위치를 지시한다.
(c) 저항형 (resistive) 검출. 저항 스트립이 대시보드의 고정 위치에 형성되고, 와이핑 접점이 회전하는 게이지 포인터 하우징 (100) 에 연결되어 회로가 완성된다. 가변 저항 (또는 가변 저항을 가로지르는 압력 강하) 이 측정되어, 게이지 포인터의 각 위치를 판정한다.
상기 검출 요소의 다른 위치 및 다른 검출 원리가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 적용될 수 있다.
설명을 위해 전술한 명세서는 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 용어를 사용하였다. 그러나, 특정한 설명이 본 발명을 실현하기 위해서 요구되지 않는다는 것은 당업자에게 명확할 것이다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예의 전술한 명세서는 설명 및 예시의 목적이다. 이는 본 발명을 개시된 정확한 형태로 철저하게 제한하는 것은 아니며, 다양한 변형 및 변경이 상기의 특징의 관점에서 가능하다. 이들 실시예는 본 발명의 특징 및 실시예를 가장 잘 설명하기 위해서 선택되어 기술된 것이며, 이에 의해 당업자라면 본 발명을 가장 잘 이용할 수 있을 것이며, 또한 다양한 변형예를 갖는 다양한 실시예가 심사숙고되는 특정 분야에 적합하다. 하기의 특허청구범위 및 그의 등가물이 본 발명의 범주를 한정한다.

Claims (30)

  1. 하우징을 갖는 인디케이터, 및
    상기 하우징의 주변부보다 크지 않은 영역 내에 배치된 형상 기억 합금 요소를 구비하며,
    상기 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 상기 인디케이터가 움직이는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 인디케이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 형상 기억 합금 요소에 반대 구조로 이루어져서 상기 인디케이터 하우징의 상기 영역 내에 배치된 제 2 형상 기억 합금 요소를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 인디케이터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 형상 기억 합금 요소에 전류를 공급하기 위해 상기 인디케이터 하우징에 결합된 핀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 인디케이터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 인디케이터 하우징의 상기 주변부 내에 배치되어 형상 기억 합금 요소에 연결된 외전 사이클로이드 기어 (epicyclic gear) 를 더 구비하며, 상기 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 상기 외전 사이클로이드 기어 기구가 움직이고 이에 의해 인디케이터를 움직이는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 인디케이터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 상기 주변부 내에 배치되어 상기 하우징에 연결된 레버를 더 구비하며, 상기 형상 기억 합금 요소는 상기 레버에 연결되어 있어 상기 형상 기억 합금이 활성화되면 상기 레버와 상기 하우징이 움직이는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 인디케이터.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 레버는 상기 하우징의 상기 주변부 내에 완전히 배치되는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 인디케이터.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 상기 주변부 내에 배치되는 바이어스 부재를 더 구비하며, 상기 형상 기억 합금 요소가 비활성화되면, 상기 바이어스 부재는 상기 형상 기억 합금 요소를 신장시키고 상기 하우징을 초기 상태로 움직이게 하는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 인디케이터.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 바이어스 부재는 상기 하우징의 상기 주변부 내에 완전히 배치되는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 인디케이터.
  9. 주변부를 갖는 게이지 포인터 하우징, 및
    상기 게이지 포인터 하우징의 상기 주변부 내에 배치된 제 1 및 제 2 형상 기억 합금 요소를 구비하며, 상기 제 1 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 상기 게이지 포인터 하우징은 제 1 방향으로 움직이고, 상기 제 2 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 상기 게이지 포인터 하우징이 제 2 방향으로 움직이게 되는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 게이지 포인터.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 반대방향인 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 게이지 포인터.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 형상 기억 합금 요소 각각에 전류를 공급하기 위해 상기 게이지 포인터 하우징에 연결된 핀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 게이지 포인터.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 게이지 포인터 하우징의 상기 주변부 내에 배치되어 상기 제 1 및 제 2 형상 기억 합금 요소에 연결된 외전 사이클로이드 기어 기구를 더 구비하며, 상기 제 1 또는 제 2 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 상기 외전 사이클로이드 기어 기구가 움직이고 이에 의해 상기 게이지 포인터 하우징이 움직이게 되는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 게이지 포인터.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 게이지 포인터 하우징의 상기 주변부 내에 배치되어 상기 게이지 포인터 하우징에 연결된 레버를 더 포함하며
    제 1 및 제 2 형상 기억 합금 요소가 상기 레버와 상기 게이지 포인터 하우징에 연결되어 있어, 상기 제 1 또는 제 2 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 레버가 움직이고 이에 의해 상기 게이지 포인터 하우징이 움직이게 되는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 게이지 포인터.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 레버는 상기 게이지 포인터 하우징의 상기 주변부 내에 완전히 배치되는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 작동식 게이지 포인터.
  15. 고정 하우징,
    상기 고정 하우징에 연결된 게이지 포인터,
    상기 고정 하우징과 상기 게이지 포인터에 연결된 레버, 및
    상기 고정 하우징과 상기 레버에 연결된 형상 기억 합금 요소를 구비하며, 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 상기 게이지 포인터가 움직이는 것을 특징으로 하는 작동식 게이지 포인터.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 형상 기억 합금 요소에 반대되는 구조로 상기 고정 하우징에 연결된 제 2 형상 기억 합금 요소를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 작동식 게이지 포인터.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 고정 하우징에 연결되는 바이어스 부재를 더 구비 하며, 상기 형상 기억 합금 요소가 비활성화되면, 상기 바이어스 부재가 상기 형상 기억 합금 요소를 신장시키고 상기 게이지 포인터를 초기 상태로 움직이게 하는 것을 특징으로 하는 작동식 게이지 포인터.
  18. 주변부를 갖는 게이지 인디케이터,
    상기 게이지 인디케이터 주변부 내에 완전히 배치되고, 활성화되면 게이지 인디케이터를 움직이게 하는 형상 기억 합금 요소,
    형상 기억 합금의 작동 후에 상기 게이지 인디케이터의 위치 정보를 나타내는 위치 센서, 및
    상기 위치 센서에 제공된 상기 위치 정보와 원격 상태 지시 신호에 따라 상기 형상 기억 합금 요소의 활성화를 제어하는 상태 응답 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 게이지 인디케이터의 위치를 제어하는 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 위치 센서는 저항형 위치 센서, 용량형 위치 센서 및 광학 위치 센서중 하나인 것을 특징으로 하는 게이지 인디케이터의 위치를 제어하는 시스템.
  20. 게이지 인디케이터의 하우징 내에 전력 신호를 인가하는 단계,
    상기 전력 신호에 따라 상기 게이지 인디케이터 주변부 내에 완전히 배치된 형상 기억 합금(SMA) 요소를 작동시키는 단계, 및
    레버형 부재를 회전시키는 단계를 포함하며,
    상기 레버형 부재가 회전하면 핀이 회전되며, 이에 의해 상기 하우징이 회전하는 것을 특징으로 하는 게이지 인디케이터를 위치시키는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 게이지 포인터의 위치를 검출하는 단계,
    상기 게이지 인티케이터의 위치를 나타내는 정보를 포함하는 위치 신호를 발생시키는 단계, 및
    상기 정보가 상기 위치가 예상 위치와 상이함을 나타내면 상기 전력 신호를 수정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게이지 인디케이터를 위치시키는 방법.
  22. 제 1 앵커 포인트 (anchor point), 제 2 앵커 포인트 및 레버 피벗 포인트,
    축선을 중심으로 회전하도록 된 회전 샤프트,
    상기 회전 샤프트에 연결된 일단부를 갖는 가요성의 기계 링크,
    상기 레버 피벗 포인트에 연결된 제 1 단부, 상기 가요성의 기계 링크의 타단부에 연결된 제 2 단부를 가지며, 상기 레버 피벗 포인트를 중심으로 회전하게 이루어진 레버, 및
    상기 제 1 앵커 포인트 및 상기 제 2 앵커 포인트에 각각 연결되는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 형상 기억 합금 요소를 구비하며,
    상기 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 상기 회전 샤프트가 회전하는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 회전식 액츄에이터.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 가요성의 기계 링크는 상기 회전 샤프트의 일부분의 주위에 감겨, 그 회전 샤프트에 접선 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 회전식 액츄에이터.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 앵커 포인트 및 제 3 앵커 포인트에 각각 연결된 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 제 2 형상 기억 합금 요소를 더 구비하며, 상기 제 2 형상 기억 합금은 상기 형상 기억 합금 요소에 반대 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 회전식 액츄에이터.
  25. 제 22 항에 있어서, 제 3 앵커 포인트에 부착되는 제 1 단부 및 상기 형상 기억 합금 요소가 비활성화되어 신장될 때, 상기 회전 샤프트를 초기 상태로 움직이게 하는 제 2 단부를 갖는 바이어스 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 회전식 액츄에이터.
  26. 제 1 앵커 포인트, 제 2 앵커 포인트 및 피벗 포인트,
    유성 기어 (planet gear),
    상기 유성 기어 내에 배치되어 축선을 중심으로 이 유성 기어와 함께 동시에 회전하도록 상기 유성 기어에 연결된 회전 샤프트,
    링 기어 (ring gear),
    상기 유성 기어와 맞물리게 이루어진 상기 링 기어를 포함하는 제 1 부분 및 상기 피벗 포인트에 연결된 제 2 부분을 포함하며, 상기 피벗 포인트를 중심으로 회전하는 부재, 및
    상기 제 1 앵커 포인트와 상기 제 2 앵커 포인트에 각각 연결된 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 형상 기억 합금 요소를 구비하며,
    상기 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 상기 회전 샤프트가 회전하는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 회전식 액츄에이터.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 앵커 포인트 및 제 3 앵커 포인트에 각각 연결된 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 제 2 형상 기억 합금 요소를 더 구비하며, 상기 제 2 형상 기억 합금은 상기 형상 기억 합금 요소에 반대되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 회전식 액츄에이터.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 부재, 상기 링 기어 및 상기 유성 기어는 상기 형상 기억 합금 요소에 연결되는 외전 사이클로이드 기어 기구를 형성하며, 상기 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 상기 외전 사이클로이드 기어 기구가 움직이고 이에 의해 상기 회전 샤프트가 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 회전식 액츄에이터.
  29. 제 1 앵커 포인트, 제 2 앵커 포인트 및 피벗 포인트,
    제 1 가요성의 기계 링크 및 제 2 가요성의 기계 링크,
    제 1 회전 방향으로 회전할 수 있도록 상기 제 1 가요성의 기계 링크의 제 1 단부에 접선방향으로 연결되며, 또한 제 2 회전 방향으로도 회전할 수 있도록 상기 제 2 가요성의 기계 링크의 제 1 단부에 연결되는 회전 샤프트,
    상기 제 1 가요성의 기계 링크의 제 2 단부에 연결된 제 1 부분, 상기 제 2 가요성의 기계 링크의 제 2 단부에 연결된 제 2 부분, 및 상기 피벗 포인트에 연결된 제 3 부분을 가지며, 상기 피벗 포인트를 중심으로 회전하는 부재, 및
    상기 제 1 앵커 포인트 및 상기 제 2 앵커 포인트에 각각 연결되는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 형상 기억 합금 요소를 구비하며,
    상기 형상 기억 합금 요소가 활성화되면 상기 회전 샤프트가 회전하는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 회전식 액츄에이터.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 제 1 앵커 포인트 및 제 3 앵커 포인트에 각각 연결되는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 제 2 형상 기억 합금 요소를 더 구비하며, 상기 제 2 형상 기억 합금은 상기 형상 기억 합금 요소에 반대되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금 회전식 액츄에이터.
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