8/13/2019 Us 6247678

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US006247678B1( 1 2 ) United States Patent ( 1 0 ) P a t e n t N 0 . 2 U S 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B1

( 4 5 ) D a t e o f P a t e n t : J u n . 1 9 , 2 0 0 1ines e t a l .

ABSTRACT

( 7 4 ) A t t o r n e y , A g e n t , o r F i r m C a l f e e , H a l t e r r i s w o l dLLP( 5 7 )A u i d c o n t r o l v a l v e h a v i n g a s h a p e d memory l l o y SMA)d r i v e n a c t u a t o r i s d i s c l o s e d . The SMA r i v e n a c t u a t o ri n c l u d e s a ? r s t frame s e c t i o n c o u p l e d t o a v a l v e body and?xed i n r e l a t i o n t h e r e t o , a s e c o n d f r a m e s e c t i o n c o u p l e d t oa movable e l e m e n t o f t h e v a l v e body and movable i n r e l a t i o nt o t h e v a l v e b o d y , a n d a m u l t i p l i c i t y o f SMA i r e s e c t i o n sc o u p l i n g t h e ? r s t a n d s e c o n d f r a m e s e c t i o n s f o r moving t h emovable element from a b i a s e d ? r s t p o s i t i o n t o a secondp o s i t i o n When h e a t e d . An e l e c t r i c a l c o n t r o l l e r c o n t r o l s t h eh e a t i n g o f t h e SMA i r e s e c t i o n s b y r e g u l a t i n g c u r r e n tt h e r e t h r o u g h , p r e f e r a b l y u s i n g p u l s e W i d t h m o d u l a t i o n t e c hn i q u e s . The e l e c t r i c a l c o n t r o l l e r may b e g o v e r n e d by ap o s i t i o n m e a s u r e m e n t s i g n a l p r o p o r t i o n a l t o t h e p o s i t i o n o ft h e movable e l e m e n t t o r e g u l a t e c u r r e n t t o t h e SMA r i v ee l e m e n t t o p o s i t i o n t h e movable e l e m e n t t o a d e s i r e d p o s it i o n . T h e p o s i t i o n m e a s u r i n g s i g n a l may b e p r o v i d e d f r o m ap o s i t i o n m e a s u r i n g e l e m e n t i n t e g r a l t o t h e v a l v e a c t u a t o r .

FLUID CONTROL VALVEI n v e n t o r s : A n t o n i o H i n e s , T a m p a , FL ( U S ) ;

T h e o d o r e J . Gausman, C o n c o r d ;W i l l i a m H . G l i m e , P a i n e s v i l l e , b o t h o fOH U S ) ; S t e v e n H . H i l l , Nanaimo( C A ) ; B r u c e S . R i g s b y , C h a r l e s t o W n ,I N ( U S )S w a g e l o k C o m p a n y , S o l o n , OH ( U S )S u b j e c t t o a n y d i s c l a i m e r , t h e t e r m o f t h i sp a t e n t i s e x t e n d e d o r a d j u s t e d u n d e r 3 5U . S . C . 1 5 4 ( b ) b y 0 d a y s .

N o v . 1 , 1 9 9 9

( 5 4 ) SHAPE MEMORYALLOYACTUATED

( 7 5 )

( 7 3 ) A s s i g n e e :( * ) N o t i c e :

( 2 1 ) A p p l . N o . : 0 9 / 4 3 1 , 6 9 4( 2 2 ) F i l e d :( 5 1 ) I n t . C l . 7 F16K 3 1 / 6 42 5 1 / 1 1 ; 2 5 1 / 1 2 9 . 0 4 ; 6 0 / 5 2 75 2 ) U . S . c 1 . 2 5 1 / 1 1 , 1 2 9 . 0 4 ,5 8 ) Field of Search _The v a l v e a c t u a t o r m a y a l s o mclude a t e m p e r a t u r e c o n t r o l l e r

g o v e r n e d b y a n e l e c t r i c a l t e m p e r a t u r e s i g n a l p r o v i d e d b y at e m p e r a t u r e - s e n s i n g d e v i c e i n p r o x i m i t y t o t h e SMA r i v ee l e m e n t t o a c t i v a t e a c o o l i n g d e v i c e f o r r e d u c i n g t h e temp e r a t u r e s u r r o u n d i n g t h e SMA r i v e e l e m e n t When a c t i

2 5 1 / 1 2 9 . 0 5 ; 6 0 / 5 2 7 , 5 2 8 , 5 2 9 , 3 3 7 / 1 4 0( 5 6 ) R e f e r e n c e s C i t e d

U . S . PATENT DOCUMENTS9 6 2 9 / 1 9 6 9 M a t u l i c h e t a 1 v a t e d . A i g i t a l s e l e c t o r s W i t c h m a y b e u s e d f o r g e n e r a t i n gO02 12/1971 Davis _ a d i g i t a l code of a selected heating r a t e Which may g overn

t h e e l e c t r i c a l c o n t r o l l e r t o r e g u l a t e c u r r e n t t o t h e SMA r i v e33444445555556

6 0 / 5 2 7 e l e m e n t . T h e e l e c t r i c a l c o n t r o l l e r may a l s o b e g o v e r n e d b yb o t h a p o s i t i o n measurement and a t e m p e r a t u r e s i g n a l t or e g u l a t e c u r r e n t t o t h e SMA r i v e e l e m e n t a n d t o c o n t r o l t h ec o o l i n g d e v i c e t o p o s i t i o n t h e movable e l e m e n t t o a d e s i r e dp o s i t i o n . The a c t u a t o r m a y i n c l u d e a t l e a s t one bobbin t h a ti s Wound W i t h a m u l t i p l i c i t y o f W i r e W i n d i n g s . A o n d u c t i v em a t e r i a l m ay b e a p p l i e d t o t h e s u r f a c e o f g r o o v e d s e c t i o n s

561 * 6/1981 Wang35 5/1986 Hosoda e t a 1 . .520 6/1988 Heim t a 1 . .8 1 5 2 / 1 9 8 9 Honma543 2/1990 Romanelli e t a 1 . .3 7 1 5 / 1 9 9 3 Coffee .9 6 3 9 / 1 9 9 4 Dietiker .

R o b e r t 6 0 / 5 2 76/1998 Jacobsen e t a 1 . .

312 * 12/1998 Krumme t a 1 .148 * 11/1997389 . . . . .5 2 / 1 6 7 _ 1 o f t h e b o b b m o n t o WhlCh t h e SMA i r e Wmdmgs a r e418 2 / 1 9 9 9 Nakayama e t a 1 _ _ Wound. A l t e r n a t i v e l y , t h e SMA ire may be coated With a9 4 1 * 2 / 2 0 0 1 S c h e u r e n b r a n d e t a 1 , 2 5 / 1 2 9 _ 0 4 conductive m a t e r i a l and t h e n W o und about t h e bobbin andt h e r e a f t e r , t h e c o n d u c t i v e m a t e r i a l m ay b e removed f r o m t h e

s u r f a c e o f t h e SMA i r e n o t i n c o n t a c t W i t h t h e b o b b i n .P r i m a r y E x a m i n e r J o s e p h A . KaufmanA s s i s t a n t ExaminerEric K e a s e l 3 0 C l a i m s , 1 0 Drawing S h e e t s

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U . S . P a t e n t J u n . 1 9 , 2 0 0 1 S h e e t 1 0 f 1 0 US , 2 4 7 , 6 7 8 B 15 6 7 0

7 2\ l l 1 | 0 0so\ I l l i I l l / f 4l H I I | \ 4 6 \ . / l | iM \d d W W W I, 4\ I 5 29 0?\ Ix, 4

/' / 1 0

7 4 ' - \ _ l / F T I / /_766 6 \w 6 88 2 f62 _\\ 3 8 / 4

I , I 1~-J43 - - | \~ 26

4 s L|\l h02

' 4 I \l 20F 1 9 . I I x 2 23 4

l - 3 23 0 l 2l 7 M

l 6

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3/21

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4/21

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5/21

U.S. Patent J u n . 1 9 , 2 0 0 1 S h e e t 4 0 f 1 0 U S 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B1

\

154x/ 0000000000000O O O O O O 0 " > 1 5 2OOOOOO\_

/ \ \ \ ~ 1 5 0OOOOOOOOOOOOOO0000000000000| 5 e - \ _ A / 0

2 2

1 1 M I ,r 1 | 1 1 | . IfWWIIF 1 9 . l l h l l l l l i l l l u l l ]I

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6/21

U.S. Patent J u n . 1 9 , 2 0 0 1 S h e e t 5 0 f 1 0 U S 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B11 0 6

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7/21

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8/21

U . S . P a t e n t J u n . 1 9 , 2 0 0 1 S h e e t 7 0 f 1 0

ICOUNT = 6P H M U U I Y = 0IYI I M E R C Y C L EI

C H E C K S W I T C H . S E T P H M U N I - r 3 0 0I 3 0 2

3 0 4fCOUNT = COUNT 3 0 6I

COUNT = 0?Y E SJ0 8

CLOSED = POSP Y I M D U T Y = I 0 0

OPEN = P O S +POSDELTAIVI I M E R C Y C L EP O S > C L O S E I ] ?

Y E S3 1 4

PHMUUTY = P Y I M O NI

T I M E R C Y C L E

P O S Z O P E N ?

I 3 1 8J 3 2 0

YS' 5 [ - 3 2 2PHMDUTY = 0

I 3 2 4T I M E R C Y C L E J3 2 6f

0 0 P E N P O S > H Y S T E R E S I S ?Y E S

PHMDUIY = 1 0 03 2 8f

IV T I M E R C Y C L E I 3 0

3 3 2f" ' 0 P O S 7O P E N > H Y S T E R E S I S ? Y E S

J I I I O

US 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B1

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9/21

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10/21

U.S. Patent J u n . 1 9 , 2 0 0 1 S h e e t 9 0 f 1 0 U S 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B1

4 0 0 4 0 2I f ,14 /F i g . 1 0 A

F i g . 1 0 84 0 0

4 0 60 40 40 6 4 0 6

F i g . 1 0 c

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11/21

U.S. Patent J u n . 1 9 , 2 0 0 1 S h e e t 1 0 0 f 1 0 U S 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B1

6

eeeeeeee

aaeaeaaaeaeeaaeeae

eeeeeeeeee

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12/21

US 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B11

SHAPE MEMORYALLOYACTUATEDFLUID CONTROL VALVE

BACKGROUND OF THE INVENTIONThe p r e s e n t i n v e n t i o n r e l a t e s t o t h e ? e l d o f ? u i d c o n t r o l

v a l v e s , i n g e n e r a l , a n d m o r e p a r t i c u l a r l y t o e l e c t r i c a l l yc o n t r o l l e d , s h a p e memory a l l o y e l e m e n t a c t u a t e d ? u i d c o nt r o l v a l v e s .

I n g e n e r a l , m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s e s , l i k e t h o s e i n v o l v e di n t h e s e m i c o n d u c t o r i n d u s t r y , f o r e x a m p l e , u s e ? u i d c o n t r o lv a l v e s i n t h e l i q u i d o r g a s d e l i v e r y s y s t e m s t h e r e o f .T y p i c a l l y , t h e s e v a l v e s a r e e i t h e r p n e u m a t i c a l l y c o n t r o l l e d o rh y d r a u l i c a l l y c o n t r o l l e d . A p r e s e n t o b s t a c l e i n t h e u s e o f t h e? u i d c o n t r o l v a l v e s i s t h e s u r g e o f ? o W a s s o c i a t e d W i t h t h er a p i d o p e n i n g o f t h e v a l v e . T h e r e s u l t i n g t u r b u l e n c e a n dr a p i d p r e s s u r e r i s e i n t h e e x i t i n g ? u i d i s u n d e s i r a b l e f o r o t h e rs y s t e m c o m p o n e n t s . F o r e x a m p l e , i n t h e s e m i c o n d u c t o ri n d u s t r y s u c h t u r b u l e n c e and r a p i d p r e s s u r e r i s e c a n c a u s ep a r t i c l e s t i r u p t h a t c a n l e a d t o c o n t a m i n a t i o n d e p o s i t s ont h e W a f e r s , W h i c h c a u s e s h i g h r e j e c t i o n r a t e s ( i . e . , l o Wy i e l d s ) . As r e s u l t , s e v e r a l d i f f e r e n t methods h a v e b e e n u s e dt o b e t t e r c o n t r o l t h e r a t e o f o p e n i n g o f t h e v a l v e . A m on gt h e s e a r e t h e use o f a v a r i a b l e o r i ? c e Which alloWs t h e valvep i s t o n t o be d r i v e n a t a sloWer r a t e , t h e use o f a s o l e n o i d t oc o n t r o l t h e ? o W o f t h e ? u i d t o t h e a i r o p e r a t o r , and t h e u s eo f a m e t e r i n g v a l v e t o l i m i t t h e ? u i d ? o W i n t h e d e l i v e r ys y s t e m .

R e c e n t l y , e l e c t r i c a l l y d r i v e n ? u i d c o n t r o l v a l v e s u t i l i Z i n ga s h a p e d memory a l l o y SMA) d r i v e e l e m e n t h a v e b e e np r o p o s e d f o r u s e i n t h e ? u i d d e l i v e r y s y s t e m s o f manufact u r i n g p r o c e s s e s . Shape memory a l l o y s a r e m a t e r i a l s t h a t a r cc a p a b l e o f l a r g e a n d r e p e a t a b l e p h a s e - t r a n s f o r m a t i o ni n d u c e d s t r a i n s . One s u c h v a l v e i n t e g r a t e s a s i n g l e s h a p ememory a l l o y W i r e i n t o i t s v a l v e h o u s i n g W i t h i n t h e b i a s i n gs p r i n g p o r t i o n t h e r e o f . As p r o p o s e d , t h e s i n g l e SMA i r e i se s s e n t i a l l y a r o d h a v i n g a d i a m e t e r o f a p p r o x i m a t e l y o n eq u a r t e r o f a n i n c h . A p e c i a l poWer s u p p l y W i t h l o W v o l t a g ea n d h i g h c u r r e n t r e q u i r e m e n t s W o u l d b e r e q u i r e d t o h e a tsuch a l a r g e d i a m e t e r / m a s s o f W i r e o r r o d . I n a d d i t i o n , onceh e a t e d t h e l a r g e mass o f m a t e r i a l Would c o o l v e r y s l o W l yr e s u l t i n g i n a n u n d e s i r a b l e s l o W c l o s i n g o f t h e v a l v e .A n o t h e r t y p e o f SMA r i v e n ? u i d c o n t r o l v a l v e p r o v i d e s f o ra n SMA i r e Wrapped a r o u n d t h e body o f t h e v a l v e b u t s t i l li n t e g r a l t o t h e v a l v e . B o t h o f t h e s e t y p e s p r o v i d e f o rm e c h a n i c a l l y a c t i v e SMA i r e t e r m i n a t i o n s Which m ay l e a dt o m e c h a n i c a l a n d / o r e l e c t r i c a l m a l f u n c t i o n s . None o f t h e s ep r o p o s e d SMA c t u a t e d ? u i d c o n t r o l v a l v e s a p p e a r t o o f f e rcommercially v i a b l e s o l u t i o n s t o t h e a f o r e m e n t i o n e d conc e r n s W i t h p n e u m a t i c a l l y o r h y d r a u l i c a l l y d r i v e n ?uid cont r o l v a l v e s p r e s e n t l y u s e d .

The p r e s e n t i n v e n t i o n i n c l u d e s a s p e c t s Which overcomet h e d r a W b a c k s o f t h e p r i o r p r o p o s e d SMA c t u a t o r ? u i dc o n t r o l v a l v e s and o f f e r s f u r t h e r a s p e c t s n o t a s y e t c o n s i de r e d i n t h e p r i o r a r t .

SUMMARY OF THE INVENTIONI n a c c o r d a n c e W i t h t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a ? u i d c o n t r o l

v a l v e h a v i n g a s h a p e memory a l l o y SMA) d r i v e n a c t u a t o rc o m p r i s e s a v a l v e body i n c l u d i n g a m o v a b l e e l e m e n t p o s it i o n a b l e i n r e l a t i o n t o t h e v a l v e body t o c o n t r o l ? u i d ? o Wfrom an i n l e t p o r t t o a n o u t l e t p o r t t h e r e t h r o u g h ; a b i a smeans f o r f o r c i n g t h e movable e l e m e n t t o a ? r s t p o s i t i o n ;and a v a l v e a c t u a t o r i n c l u d i n g a ? r s t f r a m e s e c t i o n c o u p l e dt o t h e v a l v e body a n d ?xed i n r e l a t i o n t h e r e t o ; a s e c o n df r a m e s e c t i o n c o u p l e d t o t h e movable e l e m e n t a n d movablei n r e l a t i o n t o t h e v a l v e b o d y ; a n d a m u l t i p l i c i t y o f SMA i r e

1 5

25

35

45

55

6 5

2s e c t i o n s c o u p l e d b e t W e e n t h e ? r s t a n d s e c o n d f r a m e s e c t i o n sf o r moving t h e movable e l e m e n t f r o m t h e b i a s e d ? r s tp o s i t i o n t o a s e c o n d p o s i t i o n When h e a t e d . The v a l v e ma yf u r t h e r i n c l u d e a n e l e c t r i c a l c o n t r o l l e r f o r c o n t r o l l i n g t h eh e a t i n g o f t h e SMA i r e s e c t i o n s b y r e g u l a t i n g c u r r e n tt h e r e t h r o u g h . The v a l v e a c t u a t o r m a y b e e n c l o s e d W i t h in ah o u s i n g W h i c h i n c l u d e s o p e n i n g s f o r a l l o W i n g a i r t o ?oWt h r o u g h t h e v a l v e a c t u a t o r .

I n a c c o r d a n c e W i t h a n o t h e r a s p e c t o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n , a n e l e c t r i c a l l y c o n t r o l l e d ? u i d c o n t r o l v a l v ei n c l u d e s a p o s i t i o n m e a s u r i n g e l e m e n t f o r p r o v i d i n g ameasurement p r o p o r t i o n a l t o t h e p o s i t i o n o f t h e movablee l e m e n t , a n d a n e l e c t r i c a l c o n t r o l l e r g o v e r n e d b y t h e p o s it i o n measurement t o r e g u l a t e c u r r e n t t o t h e SMA r i v ee l e m e n t t o p o s i t i o n t h e movable e l e m e n t t o a d e s i r e d p o s it i o n . I n one embodiment o f t h i s a s p e c t , t h e p o s i t i o n meas u r i n g e l e m e n t i s i n t e g r a l t o t h e v a l v e a c t u a t o r a n d c o mp r i s e s o p p o s i t e l y d i s p o s e d c o n d u c t i v e p l a t e s t h a t a r e p a r t o ft h e v a l v e a c t u a t o r a s s e m b l y a n d t h a t form a c a p a c i t i v ee l e m e n t , t h e c a p a c i t a n c e o f W h i c h c h a n g i n g i n p r o p o r t i o n t ot h e p o s i t i o n o f t h e movable e l e m e n t . The e l e c t r i c a l c o n t r o ll e r i n c l u d e s means o r s e n s i n g t h e c a p a c i t a n c e o f t h e c a p a c it i v e e l e m e n t a n d c o n v e r t i n g i t i n t o a n e l e c t r i c a l s i g n a lr e p r e s e n t a t i v e o f t h e p o s i t i o n o f t h e m o v a b l e e l e m e n t .

I n y e t a n o t h e r a s p e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a t e m p e r at u r e c o m p e n s a t e d , e l e c t r i c a l l y c o n t r o l l e d ? u i d c o n t r o l v a l v ei n c l u d e s a t e m p e r a t u r e s e n s i n g means d i s p o s e d i n p r o x i m i t yt o t h e SMA r i v e element t o measure t e m p e r a t u r e andg e n e r a t e a n e l e c t r i c a l t e m p e r a t u r e s i g n a l r e p r e s e n t a t i v et h e r e o f , c o o l i n g means f o r r e d u c i n g t h e t e m p e r a t u r e s u rr o u n d i n g t h e SMA r i v e e l e m e n t When a c t i v a t e d , a n d at e m p e r a t u r e c o n t r o l l e r g o v e r n e d b y t h e e l e c t r i c a l t e m p e r at u r e s i g n a l t o a c t i v a t e t h e c o o l i n g means. I n one embodimento f t h i s a s p e c t , t h e c o o l i n g means m ay b e s e l e c t e d from t h eg r o u p c o n s i s t i n g o f a r o t a r y f a n , a P i e Z o - f a n c o o l i n g d e v i c ea n d a P e l t i e r c o o l i n g d e v i c e . I n a n o t h e r embodiment o f t h i sa s p e c t , t h e t e m p e r a t u r e c o n t r o l l e r a c t i v a t e s t h e c o o l i n gmeans a s a f u n c t i o n o f t h e e l e c t r i c a l t e m p e r a t u r e s i g n a l anda t e m p e r a t u r e s e t p o i n t .

I n y e t a n o t h e r a s p e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a n e l e c t r ic a l l y c o n t r o l l e d ?uid c o n t r o l v a l v e i n c l u d e s a means f o rs e l e c t i n g a r a t e o f h e a t i n g t h e SMA r i v e e l e m e n t , a n d a ne l e c t r i c a l c o n t r o l l e r g o v e r n e d by t h e s e l e c t i n g means t or e g u l a t e c u r r e n t t o t h e SMA r i v e e l e m e n t . I n one embodiment o f t h i s a s p e c t , t h e e l e c t r i c a l c o n t r o l l e r i n c l u d e s meansf o r r e g u l a t i n g c u r r e n t t o t h e SMA r i v e e l e m e n t by p u l s eW i d t h m o d u l a t i o n o f t h e c u r r e n t . I n a n o t h e r embodiment o ft h i s a s p e c t , a d i g i t a l s e l e c t o r s W i t c h i s u s e d f o r g e n e r a t i n g ad i g i t a l c o d e r e p r e s e n t a t i v e o f t h e s e l e c t e d r a t e . I n t h i se m b o d i m e n t , t h e e l e c t r i c a l c o n t r o l l e r i s a d i g i t a l c o n t r o l l e rg o v e r n e d by t h e d i g i t a l r a t e s e l e c t i o n c o d e t o m o d u l a t e t h ec u r r e n t t o t h e SMA r i v e e l e m e n t .

I n y e t a n o t h e r a s p e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , t h e e l e ct r i c a l c o n t r o l l e r o f t h e ? u i d c o n t r o l v a l v e i s g o v e r n e d b y b o t ht h e p o s i t i o n m e a s u r e m e n t a n d t h e t e m p e r a t u r e s i g n a l t or e g u l a t e c u r r e n t t o t h e SMA r i v e e l e m e n t a n d t o c o n t r o l t h ec o o l i n g means t o p o s i t i o n t h e movable element t o a d e s i r e dp o s i t i o n . I n one embodiment o f t h i s a s p e c t , a ? r s t means i sg o v e r n e d by t h e p o s i t i o n m e a s u r e m e n t a n d a p o s i t i o n s e tp o i n t t o g e n e r a t e a t e m p e r a t u r e s e t p o i n t , and a second meansi s g o v e r n e d b y t h e t e m p e r a t u r e s i g n a l a n d t h e t e m p e r a t u r es e t p o i n t t o r e g u l a t e c u r r e n t t o t h e SMA r i v e e l e m e n t a n d t oc o n t r o l t h e c o o l i n g means t o p o s i t i o n t h e movable e l e m e n tt o a p o s i t i o n r e p r e s e n t e d b y t h e p o s i t i o n s e t p o i n t . I n a n o t h e rembodiment o f t h i s a s p e c t , t h e s e c o n d means r e g u l a t e sc u r r e n t t o t h e SMA r i v e element based on a d i f f e r e n c e oft h e t e m p e r a t u r e s e t p o i n t a n d t e m p e r a t u r e s i g n a l o f o n e

8/13/2019 Us 6247678

13/21

US 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B13

p l u r a l i t y and c o n t r o l s t h e c o o l i n g means based on a d i f f e re n c e o f t h e t e m p e r a t u r e s e t p o i n t a n d t e m p e r a t u r e s i g n a l o ft h e o t h e r p o l a r i t y .

I n y e t a n o t h e r a s p e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a methodf o r c o n ? g u r a t i n g a bobbin o f n o n - c o n d u c t i v e m a t e r i a lWound W i t h a m u l t i p l i c i t y o f SMA i r e Windings f o r a SMAd r i v e n v a l v e a c t u a t o r c o m p r i s e s t h e s t e p s o f r e m o v i n gg r o o v e s e c t i o n s from t h e b o b b i n f o r a c c e p t a n c e o f t h em u l t i p l i c i t y o f SMA i r e W i n d i n g s , a p p l y i n g a c o n d u c t i v em a t e r i a l t o t h e s u r f a c e a r e a o f t h e g r o o v e d s e c t i o n s , a n dW i n d i n g t h e SMA i r e W i n d i n g s o n t o t h e c o n d u c t i v eg r o o v e d s u r f a c e s . I n a c c o r d a n c e W i t h y e t a n o t h e r a s p e c t o ft h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a method f o r p r e p a r i n g t h e SMA i r ef o r a n SMA r i v e n v a l v e a c t u a t o r c o m p r i s e s t h e s t e p s o fc o a t i n g t h e SMA i r e s u r f a c e W i t h a c o n d u c t i v e m a t e r i a l ,and Winding t h e c o a t e d SMA i r e a r o u n d t h e a t l e a s t oneb o b b i n , a n d r e m o v i n g t h e c o n d u c t i v e m a t e r i a l f r o m t h es u r f a c e o f t h e SMA ire n o t i n c o n t a c t With t h e a t l e a s t oneb o b b i n .

B R I E F DESCRIPTION OF THE DRAWINGSFIG. 1 i s a n i s o m e t r i c c r o s s - s e c t i o n a l i l l u s t r a t i o n o f a ?uid

c o n t r o l v a l v e h a v i n g a s h a p e memory a l l o y SMA) d r i v e na c t u a t o r s u i t a b l e f o r embodying t h e p r i n c i p l e s o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n .

F I G . 2 i s a c r o s s - s e c t i o n a l i l l u s t r a t i o n o f t h e t o p p o r t i o n o ft h e v a l v e a c t u a t o r embodiment shoWn i n F I G . 1 r e v e a l i n gg r e a t e r d e t a i l t h e r e o f .

F I G . 3 i s a c r o s s - s e c t i o n a l i l l u s t r a t i o n o f t h e t o p p o r t i o n o fan a l t e r n a t e embodiment o f t h e v a l v e a c t u a t o r shoWn i n FIG.1 .

F I G . 4 i s a c u t aWay i s o m e t r i c vieW o f bobbin s e c t i o n s o ft h e a l t e r n a t e embodiment o f F I G . 3 .

F I G . 5A s a n i l l u s t r a t i o n o f t h e embodiment o f F I G . 1s h o W i n g a v e n t e d h o u s i n g s u r r o u n d i n g t h e v a l v e a c t u a t o rt h e r e o f .

F I G . 5B i s a n i l l u s t r a t i o n o f t h e embodiment o f F I G . 1W i t h t h e h o u s i n g p o r t i o n t h e r e o f c u t aWay a n d s h o W i n g ac o o l i n g f a n a s s e m b l y .

FIG. 6 i s a c i r c u i t schematic o f an e l e c t r i c a l c o n t r o l l e rs u i t a b l e f o r embodying a n e l e c t r i c a l c o n t r o l o f t h e ? u i dc o n t r o l v a l v e embodiment o f F I G . 1 .

F I G . 7 i s a n exemplary ?oW h a r t s u i t a b l e f o r u s e i nprogramming t h e e l e c t r i c a l c o n t r o l l e r o f F I G . 6 .

F I G . 8 i s a f u n c t i o n a l b l o c k d i a g r a m s c h e m a t i c o f a n o t h e rembodiment o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .

F I G . 9 i s a b l o c k d i a g r a m s c h e m a t i c o f y e t a n o t h e rembodiment o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .

F I G . 9 A s a g r a p h i l l u s t r a t i n g s u i t a b l e c o n t r o l r a n g e s f o rt h e embodiment shoWn i n F I G . 9 .

FIGS. 10A, 10B and 10C a r e c r o s s - s e c t i o n a l vieWs o f abobbin s e c t i o n i l l u s t r a t i n g v a r i o u s s t a t e s o f a method s u i ta b l e f o r e m b o d y i n g y e t a n o t h e r a s p e c t o f t h e p r e s e n t i n v e nt i o n .

FIG. 11A nd 11B a r e tWo vieWs of an i l l u s t r a t i o n of SMAW i r e Wound a r o u n d t h e tWo bobbin s e c t i o n s W i t h c o n d u c t i v ec o a t e d a n d n o n - c o a t e d W i r e p o r t i o n s s u i t a b l e f o r e m b o d y i n gy e t a n o t h e r a s p e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .

DESCRIPTION OF THE PREFERREDEMBODIMENT

I n F I G . 1 i s shoWn by a n i s o m e t r i c c r o s s - s e c t i o n a l i l l u st r a t i o n a ? u i d c o n t r o l v a l v e 1 0 h a v i n g a s h a p e memory a l l o ySMA) d r i v e n a c t u a t o r . The ? u i d c o n t r o l v a l v e 1 0 i n c l u d e s

10

1 5

25

35

45

55

6 5

4a v a l v e body p o r t i o n 1 2 a n d a v a l v e a c t u a t o r p o r t i o n 1 4e x t e r n a l t o t h e v a l v e body a n d r e m o v a b l e t h e r e f r o m . Thet e r m ? u i d a s used i n t h i s d e s c r i p t i o n i s n o t be l i m i t e d t o? u i d s i n t h e l i q u i d s t a t e , b u t i s a l s o i n t e n d e d t o i n c l u d e ? u i d si n t h e g a s e o u s s t a t e and c o m b i n a t i o n s o f ? u i d s i n t h eg a s e o u s a n d l i q u i d s t a t e s . The v a l v e body 1 2 b e i n g d e s c r i b e db e l o W i s o f t h e d i a p h r a g m t y p e a n d i s o n l y u s e d b y Way o fe x a m p l e . I t i s u n d e r s t o o d t h a t a n y t y p e o f ? u i d v a l v e m ay b eu s e d W i t h t h e v a l v e a c t u a t o r p o r t i o n 1 4 i n c l u d i n g , b u t n o tl i m i t e d t o , b e l l o W s v a l v e s , g a t e v a l v e s , n e e d l e v a l v e s , b a l lv a l v e s , a n d p i n c h v a l v e s , f o r e x a m p l e . I t i s u n d e r s t o o d t h a tsome m o d i ? c a t i o n ma y b e d e s i r e d f o r a d a p t a t i o n o f t h ep r e s e n t embodiment t o o t h e r t y p e v a l v e s , l i k e f o r r o t a t i o n a lm o t i o n , f o r e x a m p l e , b u t a n y s u c h m o d i ? c a t i o n i s c l e a r l yW i t h i n t h e a b i l i t y o f a n y o n e s k i l l e d i n t h e p e r t i n e n t a r t g i v e nt h e d e s c r i p t i o n o f t h e p r e s e n t e m b o d i m e n t . I n a d d i t i o n , t h eterm c o n t r o l should n o t be l i m i t e d t o v e r n i e r o r v a r i a b l ec o n t r o l v a l v e s b u t a l s o t o o n - o f f v a l v e s a s W e l l .

I n t h e p r e s e n t e m b o d i m e n t , t h e v a l v e body 1 2 i n c l u d e s a ni n l e t p o r t 1 6 a n d o u t l e t p o r t 1 8 . F l u i d i s p e r m i t t e d t o ?o Wt h r o u g h t h e v a l v e body 1 2 f r o m t h e i n l e t p o r t 1 6 t o t h e o u t l e tp o r t 1 8 a s c o n t r o l l e d by t h e p o s i t i o n o f a movable e l e m e n t20 Which m ay b e t h e v a l v e s t e m , f o r e x a m p l e . The v a l v ebody 1 2 f u r t h e r i n c l u d e s a b o n n e t n u t 22 h a v i n g a c a v i t y 24l o n g i t u d i n a l l y d i s p o s e d t h e r e i n . The v a l v e s t e m 2 0 e x t e n d sfrom a n o p e n i n g i n t h e i n l e t p o r t 1 6 a t t h e o r i ? c e 17 t h e r e o fu p t h r o u g h t h e c a v i t y 2 4 a n d p r o t r u d e s t h r o u g h t h e b o n n e tn u t 2 2 a t o p e n i n g 2 6 . Aportion o f t h e v a l v e s t e m 20 e x t e n d sb e y o n d t h e b o n n e t n u t 2 2 t h r o u g h t h e o p e n i n g 2 6 t o b ea t t a c h e d t o t h e v a l v e a c t u a t o r 1 4 .

S t i l l f u r t h e r , i n t h e p r e s e n t e m b o d i m e n t , t h e v a l v e b o d y 1 2i n c l u d e s a c a v i t y a r e a 32 Which e x t e n d s betWeen t h e i n l e tp o r t 1 6 a n d o u t l e t p o r t 1 8 t o p e r m i t ? u i d t o ?o W t h e r et h r o u g h . a n d a d i a p h r a g m 30 Which i s d i s p o s e d o v e r a n de x t e n d s a c r o s s t h e c a v i t y 3 2 . I n t h i s embodiment a v a l v es p r i n g 3 4 i s d i s p o s e d W i t h i n t h e c a v i t y 2 4 a r o u n d t h e s t e m20 t o b i a s t h e stem With a mechanical f o r c e i n t h e c l o s e dp o s i t i o n . I n p a r t i c u l a r , t h e b i a s s p r i n g 34 may r e s t on t h ev a l v e s t e m 20 i n t h e c o m p r e s s i o n s t a t e f o r c i n g t h e v a l v es t e m 20 a g a i n s t t h e diaphragm 30 W i t h a doWnWard f o r c e t oc l o s e o f f t h e ? o W o f ? u i d from t h e i n l e t p o r t 1 6 . I t i su n d e r s t o o d t h a t W h i l e t h e s p r i n g 34 i n t h e p r e s e n t embodiment b i a s e s t h e movable e l e m e n t 20 t o a c l o s e d p o s i t i o n i tmay n a s i m i l a r manner b i a s t h e stem i n an open p o s i t i o n o rsome o t h e r po s i t i o n d e p e n d i n g upon t h e v a l v e t y p e a n dp a r t i c u l a r a p p l i c a t i o n t h e r e o f W i t h o u t d e v i a t i n g f r o m t h ep r i n c i p l e s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .

F o r t h i s embodiment, t h e v a l v e a c t u a t o r 14 c o m p r i s e s a? r s t o r i n n e r frame s e c t i o n made u p o f tWo m e t a l g u i d e p o s t s40 and 42 and tWo m e t a l s e c t i o n s 44 a n d 4 6 s u p p o r t e d a t t h et o p o f t h e g u i d e p o s t s 4 0 a n d 4 2 , r e s p e c t i v e l y . T h e g u i d e p o s t s40 a n d 4 2 a r e t r a n s v e r s e l y a n d removably a f f i x e d t o t h e ? a tt o p p o r t i o n o f t h e b o n n e t a d a p t e r 4 8 a n d s p a c e d a p a r t f r o mo n e a n o t h e r . A o b b i n 50 i s d i s p o s e d betWeen t h e m e t a ls e c t i o n s 44 and 46 o f t h e ?xed frame i n a t r a n s v e r s ea l i g n m e n t t o t h e g u i d e p o s t s 4 0 a n d 4 2 . An a d d i t i o n a l m e t a ls e c t i o n 5 2 m ay b e d i s p o s e d b e t W e e n t h e s e c t i o n s 44 a n d 4 6t o s u p p o r t t h e b o b b i n 50 f s t r u c t u r a l l y d e s i r e d . On o p o f t h es e c t i o n s 44 a n d 46 i s s u p p o r t e d a n o n - c o n d u c t i v e member5 4 h a v i n g a s u b s t a n t i a l l y ? a t t o p s u r f a c e 5 6 . T h i s i n n e rf r a m e s e c t i o n c o m p r i s i n g t h e m e m b e r s 4 0 , 4 2 , 4 4 , 4 6 , 5 0 ,a n d 54 i s ?xed i n r e l a t i o n t o t h e v a l v e body 1 2 .The valve a c t u a t o r 14 a l s o i n c l u d e s a second o r o u t e rf r a m e s e c t i o n c o m p r i s i n g a bottom m e t a l l ic s e c t i o n 6 0Which s o r i e n t e d s u b s t a n t i a l l y p a r a l l e l t o t h e ? a t s u r f a c e o ft h e b o n n e t a d a p t e r 4 8 a n d i n c l u d e s h o l e s 6 2 a n d 6 4 t o s l i d eo v e r t h e g u i d e p o s t s 4 2 a n d 4 0 , r e s p e c t i v e l y . T h e t o p o f t h e

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v a l v e s t e m 28 s a f f i x e d t o t h e m e t a l s e c t i o n 60 by a r e t a i n i n gc l i p a n d s p r i n g W a s h e r c o m b i n a t i o n W h i c h p e r m i t s t h e t o p o ft h e s t e m 2 8 t o p r o t r u d e t h r o u g h t h e m e t a l s e c t i o n 6 0 a n d b econnected t h e r e t o . T h i s o u t e r frame s e c t i o n i n c l u d e s tWoa d d i t i o n a l m e t a l s e c t i o n s 66 and 68 Which a r e connected a tt h e bottom t o t h e s e c t i o n 60 on e i t h e r s i d e t h e r e o f and e X t e n du p W a r d l y t h e r e f r o m s u b s t a n t i a l l y p a r a l l e l t o t h e g u i d e p o s t s40 and 4 2 . Af?Xed betWeen t h e m e t a l s e c t i o n s 6 6 a n d 6 8 a tt h e t o p t h e r e o f i s a s e c t i o n o f n o n - c o n d u c t i v e m a t e r i a l 70h a v i n g a s u b s t a n t i a l l y ? a t b o t t o m s u r f a c e o p p o s i t e l y d i sp o s e d t h e s u r f a c e 5 6 o f t h e n o n - c o n d u c t i v e p o r t i o n 5 4 . Themembers 6 0 , 6 6 , 6 8 a n d 70 o f t h e o u t e r f r a m e s e c t i o n f o r ma s u b s t a n t i a l l y r e c t a n g u l a r f r a m e s e c t i o n . At a p r e d e s i g n e dl o c a t i o n someWhere betWeen t h e t o p a n d b o t t o m o f t h e m e t a ls e c t i o n s 66 and 68 a r e a t t a c h e d tWo m e t a l s e c t i o n s 74 and7 6 , r e s p e c t i v e l y . The m e t a l s e c t i o n s 7 4 a n d 7 6 i n c l u d e h o l e s7 8 a n d 8 0 , r e s p e c t i v e l y , f o r p a s s i n g t h e g u i d e p o s t s 4 2 a n d4 0 , r e s p e c t i v e l y , t h e r e t h r o u g h . A c c o r d i n g l y , t h i s o u t e r f r a m es e c t i o n i s movable W i t h r e s p e c t t o t h e v a l v e body 1 2 a n dg u i d e d a l o n g i t s movement b y t h e g u i d e p o s t s 4 0 a n d 4 2u t i l i Z i n g t h e h o l e s 6 4 a n d 6 2 i n s e c t i o n 6 0 a n d 80 a n d 7 8 i ns e c t i o n s 7 6 a n d 7 4 , r e s p e c t i v e l y .

S t i l l f u r t h e r , t h e s e c t i o n s 74 and 76 a r e used t o s u p p o r t asecond bobbin member 82 t h e r e b e t W e e n i n a n o r i e n t a t i o nWhich i s t r a n s v e r s e t o t h e g u i d e p o s t s 40 a n d 4 2 . A u r t h e rs t r u c t u r a l member 84 may b e d i s p o s e d b e t W e e n s e c t i o n s 74a n d 76 t o s u p p o r t t h e s e c o n d bobbin member 82 i f d e s i r e d .While t h e v a r i o u s s t r u c t u r a l f r a m e members h a v e beend e s c r i b e d a s m e t a l l i c i n t h e p r e s e n t embodiment, i t i su n d e r s t o o d t h a t t h e s e members m a y b e c o n s t r u c t e d fromo t h e r m a t e r i a l s , l i k e c e r a m i c , p l a s t i c o r a n y p o l y m e r , f o re X a m p l e , o r a n y c o m b i n a t i o n t h e r e o f W i t h o u t d e v i a t i n g f r o mt h e p r i n c i p l e s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .

I n t h e p r e s e n t e m b o d i m e n t , t h e members o f t h e f r a m es e c t i o n s o f t h e v a l v e a c t u a t o r 1 4 ma y b e a f f i x e d t o g e t h e ru s i n g a n y c o n v e n t i o n a l method l i k e s c r e W s , r i v e t s , o r t h el i k e f o r e a s e i n m a n u f a c t u r i n g . I f i t makes s e n s e , t h e s emembers may a l s o b e W e l d e d t o g e t h e r i n t h e m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s . M o r e o v e r , i n t h e p r e s e n t e m b o d i m e n t , t h e b o b b i n s50 a n d 8 2 m ay b e c y l i n d r i c a l i n s h a p e a n d made o f a ni n s u l a t i n g o r n o n - c o n d u c t i n g m a t e r i a l , l i k e p o l y p h e n y l e n es u l p h i d e , f o r e x a m p l e .

F o r t h i s embodiment, t h e v a l v e a c t u a t o r 14 i n c l u d e s am u l t i p l i c i t y o f SMA i r e s e c t i o n s c o u p l e d b e t W e e n t h e o u t e ra n d i n n e r f r a m e s e c t i o n s f o r moving t h e movable s t e me l e m e n t 20 f r o m i t s b i a s e d p o s i t i o n t o a n o t h e r p o s i t i o n Whenh e a t e d . I n t h e p r e s e n t embodiment t h e m u l t i p l i c i t y o f SMAW i r e s e c t i o n s c o m p r i s e a s i n g l e SMA i r e Wound a m u l t ip l i c i t y o f t i m e s a b o u t t h e tWo b o b b i n members 50 a n d 8 2 .The bobbin members 50 and 82 m a y i n c l u d e g r o o v e s t h e r e i nf o r a c c e p t i n g t h e SMA W i r e Windings 9 0 . I n somee m b o d i m e n t s , t h e g r o o v e d a r e a s o f t h e b o b b i n members 50a n d 82 ma y i n c l u d e a c o a t i n g o f a n e l e c t r i c a l l y c o n d u c t i v em a t e r i a l . A e c h n i q u e f o r p r o v i d i n g t h e e l e c t r i c a l l y c o n d u ct i v e m a t e r i a l o n t o t h e b o b b i n s p a r t i c u l a r l y i n t h e g r o o v e ds u r f a c e a r e a s t h e r e o f i s found s u p r a .

The SMA i r e u s e d f o r t h e W i n d i n g s 9 0 i n t h e p r e s e n tembodiment c o m p r i s e s a N i c k e l - T i t a n i u m a l l o y and h a s ad i a m e t e r Which i s v e r y s m a l l on t h e o r d e r o f 0 . 0 1 5 i n c h e s ,f o r e X a m p l e . The b o b b i n s 50 a n d 8 2 a r e a l s o r e l a t i v e l y s m a l li n d i a m e t e r t o o f f e r a r a t i o o f t h e Winding r a d i u s t h e r e o f t ot h e d i a m e t e r o f t h e SMA i r e t h a t i s s u b s t a n t i a l l y l e s s t h a n5 0 : 1 . I n p r a c t i c e , t h i s r a t i o W i l l more t h a n l i k e l y n o t b e l e s st h a n 5 : 1 . A c t u a l l y , t h e r a d i i o f t h e c y l i n d r i c a l b o b b i n s 5 0 a n d82 a r e on t h e o r d e r o f 0 . 2 i n c h e s . The SMA ire i st e r m i n a t e d a t i t s e n d s Which a r e m e c h a n i c a l l y i n a c t i v er e g i o n s o f t h e W i r e t o p r o v i d e a r e s t r a i n t t o s t r a i n When t h e

10

1 5

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6 5

6a c t i v e p o r t i o n o f t h e W i r e i s h e a t e d . I n t h e p r e s e n te m b o d i m e n t , t h e s e t e r m i n a t i o n s a r e a c c o m p l i s h e d b y d i sp o s i n g t h e W i r e e n d s t h r o u g h r e s p e c t i v e h o l e s i n t h e o u t e re d g e s o f t h e b o b b i n s e c t i o n , s a y 5 0 , f o r e X a m p l e , a n dWedges a r e p r o v i d e d i n t o t h e h o l e s o f t h e b o b b i n t o Wedget h e W i r e end p o i n t s i n p l a c e t o form a r e s t r a i n t t o s t r a i n .Under t h e s e c o n d i t i o n s , t h e o u t e r movable f r a m e s e c t i o ni s s u p p o r t e d f r o m t h e i n n e r f r a m e s e c t i o n b y t h e m u l t i p l i c i t yo f SMA i r e s e c t i o n s 90 Wound a b o u t t h e b o b b i n s e c t i o n s50 a n d 8 2 o f t h e r e s p e c t i v e f r a m e s e c t i o n . S i n c e t h e o u t e rframe s e c t i o n i s c o n n e c t e d t o t h e movable stem e l e m e n t 20v i a s e c t i o n 6 0 , t h e n t h e b i a s i n g o f t h e s t e m 20 doWnWard b yt h e s p r i n g 34 f o r c e s t h e m u lt i p l ic i t y o f W i r e s e c t i o n s 9 0 t o b ee X t e n d e d When i n t h e l o W t e m p e r a t u r e p h a s e .

The t o p p o r t i o n o f t h e v a l v e a c t u a t o r 1 4 i s shoWn i ng r e a t e r d e t a i l i n t h e c r o s s - s e c t i o n a l i l l u s t r a t i o n o f F I G . 2 .R e f e r r i n g t o F I G . 2 , t h e s u bs t a n t i a l l y ? a t s u r f a c e s 5 6 a n d 7 2o f t h e n o n - c o n d u c t i v e t o p p o r t i o n s 5 4 a n d 7 0 , r e s p e c t i v e l y ,h a v e c o n d u c t i v e m a t e r i a l 9 4 a n d 9 6 d i s p o s e d r e s p e c t i v e l yt h e r e o n s u c h t h a t t h e y f o r m c o n d u c t i v e p l a t e s Which a r eo p p o s i t e l y d i s p o s e d f r o m o n e a n o t h e r a n d i n s u l a t e d f r o mt h e i r r e s p e c t i v e f r a m e s e c t i o n s t o f o r m a n i n t e g r a l c a p a c i t i v ee l e m e n t W i t h i n t h e v a l v e a c t u a t o r a s s e m b l y 1 4 . C o n t a c t s 9 8a n d 1 0 0 a t t h e c o n d u c t i v e p l a t e s 9 4 a n d 9 6 , r e s p e c t i v e l y ,p e r m i t a t t a c h m e n t o f W i r e l e a d s 1 0 2 a n d 1 0 4 , r e s p e c t i v e l y ,Which a r e c o u p l e d t o p o s i t i o n measuring e l e c t r o n i c s on ap r i n t e d c i r c u i t b o a r d 1 0 6 Which ma y b e mou nted on t o p o ft h e n o n - c o n d u c t i v e s e c t i o n 70 a s shoWn i n F I G . 2 . Thee l e c t r o n i c s o f t h e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d 1 0 6 W i l l becomeb e t t e r u n d e r s t o o d f r o m t h e d e s c r i p t i o n f o u n d h e r e i n b e l o W .

I n a d d i t i o n , t h e t e r m i n a t e d e n d s 108 a n d 1 1 0 o f t h e SMAW i r e W i n d i n g 9 0 a r e shoWn a t t a c h e d t h r o u g h r e s p e c t i v eh o l e s a t e i t h e r e n d o f t h e b o b b i n 5 0 . As d e s c r i b e d a b o v e , t h ee n d s 108 and 1 1 0 a r e t e r m i n a t e d by Wedging a m e t a l l i cc o n d u c t i v e member i n t o t h e h o l e s 1 1 2 a n d 1 1 4 . The SMAW i r e e n d i n g s a l o n g W i t h t h e m e t a l l i c c o n d u c t i v e W e d g e sm a y X i t t h e h o l e s 1 1 2 a n d 114 a n d b e a t t a c h e d t o W i r e l e a d s1 1 6 a n d 1 1 8 , r e s p e c t i v e l y , a t t h e p o i n t s 1 2 0 a n d 1 2 2 . T h e s ec o n n e c t i o n s a t 1 2 0 a n d 1 2 2 a r e p r e f e r a b l y p e r f o r m e d b yc r i m p i n g u s i n g a c o n v e n t i o n a l c r i m p i n g t o o l . B u t i t i su n d e r s t o o d t h a t o t h e r Ways o f a t t a c h i n g t h e c o n n e c t i n g l e a d s1 1 6 a n d 1 1 8 m ay b e u s e d s u c h a s s o l d e r i n g , W e l d i n g ,b r a Z i n g , a n d W r a p p i n g , f o r e X a m p l e . T h e l e a d s 1 1 6 a n d 1 1 8c o n n e c t e d t o t h e e n d s o f t h e SMAWire W i n d i n g a r e p r o v i d e dt o i n p u t c o n n e c t i n g p a d s o n t h e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d 1 0 6 t op r o v i d e h e a t i n g o f t h e SMA i r e s e c t i o n s 9 0 b y r e g u l a t i n gc u r r e n t t h e r e t h r o u g h a s W i l l become more a p p a r e n t from t h ed e s c r i p t i o n h e r e i n b e l o W . I n some a p p l i c a t i o n s , t h e p r i n t e dc i r c u i t board 106 m a y be made from a ? e x i b l e membranep r i n t e d c i r c u i t b o a r d .The SMA i r e used f o r t h e p r e s e n t embodiment i s an i c k e l t i t a n i u m a l l o y W i t h a 50-50 p e r c e n t r a t i o based ona t o m i c n u m b e r . A u i t a b l e SMA i r e f o r t h i s p u r p o s e i sm a n u f a c t u r e d by D y n a l l o y , I n c . u n d e r t h e t r a d e name F l e X in o l T M . On h e o t h e r h a n d , i t i s u n d e r s t o o d t h a t t h e r e a r e manyt y p e s a n d a l l o y m i X t u r e s o f s h a p e memory a l l o y W i r e s t h a tmay b e u s e d i n t h e p r e s e n t embodiment W i t h o u t d e v i a t i n gfrom t h e b r o a d p r i n c i p l e s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n . S i n c e av e r y t h i n d i a m e t e r W i r e on t h e o r d e r o f 0 . 0 1 5 i n c h e s i s b e i n gu s e d f o r t h e p r e s e n t e m b o d i m e n t , o n l y a r e l a t i v e l y s m a l lamount o f c u r r e n t i s needed t o h e a t t h e W i r e t o r e a c h i t st r a n s f o r m a t i o n t e m p e r a t u r e Which m a y be on t h e o r d e r o f7 0 C . t o 9 0 C . When t h e W i r e r e a c h e s t h i s t e m p e r a t u r e , i tu n d e r g o e s a p h a s e c h a n g e f r o m t h e l o W t e m p e r a t u r e p h a s et o t h e h i g h t e m p e r a t u r e p h a s e W h e r e i n i t b e g i n s a c o n t r a c t i o no f i t s l e n g t h . I n a d d i t i o n t o u s i n g a r e l a t i v e l y s m a l l amounto f c u r r e n t , t h e t h i n d i a m e t e r SMA i r e i s m u c h morem a n a g e a b l e f o r t h e r m o d y n a m i c a n d m a n u f a c t u r i n g p u rp o s e s .

8/13/2019 Us 6247678

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US 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B17

A c c o r d i n g l y , t h e m u l t i p l i c i t y o f W i n d i n g s a b o u t t h e b o bb i n s e c t i o n s i n t h e p r e s e n t embodiment m e c h a n i c a l l y a c t a sa m u l t i p l i c i t y o f s i n g l e W i r e s e c t i o n s c o u p l e d b e t W e e n t h et W o f r a m e s e c t i o n s a n d t h e f o r c e g a i n e d by e a c h W i r e s e c t i o ni s a d d i t i v e . T h e r e f o r e , t h e r e s u l t i n g e m b o d i m e n t p r o v i d e sf o r b o t h a m e c h a n i c a l a d v a n t a g e and a n e l e c t r i c a l a d v a n t a g eo f h a v i n g o n e l o n g , t h i n W i r e . I n a d d i t i o n , t h o s e p o r t i o n s o ft h e SMA i r e c o n t i g u o u s W i t h t h e bobbin s e c t i o n s o f f e r nor e a l m e c h a n i c a l a d v a n t a g e a n d t h e r e f o r e a r e m e c h a n i c a l l yi n a c t i v e upon t h e h e a t i n g t h e r e o f b e c a u s e o f t h e o r i e n t a t i o no f t h e f o r c e f a c t o r s . T h e r e f o r e , i t Would b e p r e f e r a b l e t oremov e them from t h e e l e c t r i c a l c i r c u i t a s W e l l , and t h i s m a yb e a c c o m p l is h e d b y p l a t i n g t h e g r o o v e d s e c t i o n s o f t h eb o b b i n e l e m e n t s t o a l l o W a n e l e c t r i c a l p a t h Which b y p a s s e st h e t h i n W i r e Winding i n e a c h c a s e .

I n o p e r a t i o n , t h e embodiment d e s c r i b e d i n c o n n e c t i o nW i t h F I G S . 1 a n d 2 p r o v i d e s f o r h e a t i n g o f t h e SMA i r eW i n d i n g s 9 0 b y r e g u l a t i n g c u r r e n t t h e r e t h r o u g h u s i n g t h ee l e c t r o n i c s o f t h e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d 1 0 6 , W h i c h W i l l b ef u r t h e r e x p l a i n e d h e r e i n b e l o W . As t h e SMA i r e W i n d i n g sa r e h e a t e d t h r o u g h i t s t r a n s f o r m a t i o n t e m p e r a t u r e , t h e SMAW i r e c h a n g e s p h a s e f r o m t h e l o W t e m p e r a t u r e p h a s e t o t h eh i g h t e m p e r a t u r e p h a s e a n d b e g i n s a c o n t r a c t i o n o f l e n g t h a ta r a t e t h a t i s a f u n c t i o n o f t h e c u r r e n t r e g u l a t e d t h e r e t h r o u g h .As c o n t r a c t i o n be g i n s , t h e o u t e r f r a m e member o f t h e v a l v ea c t u a t o r 1 4 W h i c h i s s u p p o r t e d b y t h e SMA i r e W i n d i n g sb y b o b b i n 8 2 b e g i n s m o v i n g a W a y f r o m t h e v a l v e b o d yp u l l i n g t h e s t e m o r movable e l e m e n t 20 a l o n g W i t h i to v e r c o m i n g t h e f o r c e o f t h e s p r i n g 3 4 . I n s o d o i n g , t h e v a l v estem 20 s u n s e a t e d and a l l o W s t h e diaphragm t o move abovet h e c a v i t y 3 2 a n d p e r m i t ? u i d t o Ho w f r o m t h e i n l e t p o r t 1 6t o t h e o u t l e t p o r t 1 8 v i a c a v i t y 3 2 i n t h e v a l v e body 1 2 . T h i smovement W i l l c o n t i n u e a t a r a t e c o n t r o l l e d by t h e c u r r e n tc o n d u c t e d t h r o u g h t h e SMA i r e W i n d i n g s 9 0 u n t i l t h ev a l v e stem 20 r e a c h e s a f u l l open p o s i t i o n .

D u r i n g t h i s m o v e m e n t , t h e c o n d u c t i v e p l a t e s 9 4 a n d 9 6 o ft h e i n t e g r a l l y f o r m e d c a p a c i t i v e e l e m e n t b e t W e e n t h e o u t e rand i n n e r f r a m e s o f t h e v a l v e a c t u a t o r 14 move a p a r t fromo n e a n o t h e r , t h u s c a u s i n g a c h a n g e i n c a p a c i t a n c e , Which sd e t e c t e d b y t h e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d 1 0 6 t h r o u g h a p o s i t i o nc o n t r o l c i r c u i t , Which W i l l b e f u r t h e r d e s c r i b e d h e r e i n b e l o W .C u r r e n t may c o n t i n u e t o b e r e g u l a t e d t h r o u g h t h e SMA i r eWindings t o m a i n t a i n t h e movable e l e m e n t 20 i n a n openp o s i t i o n . Once c u r r e n t i s removed f r o m t h e W i r e W i n d i n g s9 0 , t h e W i n d i n g s b e g i n t o c o o l t h r o u g h t h e t r a n s f o r m a t i o nt e m p e r a t u r e , a n d a s t h e y r e a c h t h e l o W t e m p e r a t u r e p h a s e ,b e g i n t o expand i n l e n g t h a s a r e s u l t o f t h e t e n s i o n t h e r e o nc a u s e d by h e b i a s e l e m e n t 3 4 . A c c o r d i n g l y , t h e b i a s e l e m e n t34 W i l l c o n t i n u e t o f o r c e t h e W i r e W i n d i n g s t o e x t e n d andf o r c e t h e moving e l e m e n t 20 t o s e a t on t h e d i a p h r a g m 3 0 ,t h u s c l o s i n g o f f t h e ? u i d ? o W f r o m t h e i n l e t p o r t 1 6 t o t h eo u t l e t p o r t 1 8 o f t h e v a l v e body 1 2 . T h i s p r o c e s s W i l l b er e p e a t e d e a c h t i m e t h e v a l v e i s demanded t o b e o p e n e d a n dc l o s e d .

I n FIGS. 3 and 4 i s shoWn a n a l t e r n a t e embodiment i nWhich t h e s e c o n d f r a m e s e c t i o n i s g u i d e d t h r o u g h i t s movement a l o n g t h e i n s i d e o f t h e ? r s t o r ?xed f r a m e s e c t i o n .R e f e r r i n g t o F I G . 3 a b o b b i n e l e m e n t 130 s d i s p o s e d on t o po f t h e t W o m e t a l g u i d e p o s t s 44 a n d 4 6 a n d a f f i x e d i n p l a c e .T h i s bobbin e l e m e n t 130 s c u r v e d on t o p t o a c c e p t t h e SMAW i r e W i n d i n g s 9 0 , b u t h a s a s u b s t a n t i a l l y ? a t b o t t o m s u r f a c e1 3 2 . A e c o n d b o b b i n e l e m e n t 134 i s d i s p o s e d on t o p a n db e t W e e n t h e l o n g i t u d i n a l m e t a l f r a m e members 6 6 a n d 6 8 o ft h e s e c o n d f r a m e s e c t i o n . The b o b b i n e l e m e n t 134 s c u r v e don t h e b o t t o m t o a c c e p t t h e SMA i r e W i n d i n g s 9 0 , b u t h a sa s u b s t a n t i a l l y ? a t t o p s u r f a c e a r e a 136 Which i s o p p o s i t e l yd i s p o s e d from t h e s u r f a c e 1 3 2 . S u r f a c e a r e a s 132 a n d 136

10

1 5

25

35

45

55

6 5

8h a v e d i s p o s e d t h e r e o n c o n d u c t i v e m a t e r i a l 1 3 8 a n d 1 4 0 ,r e s p e c t i v e l y , t o f o r m t h e p l a t e s o f a c a p a c i t or s e p a r a t e d b ya i r . The c a p a c i t o r e l e m e n t i s i n t e g r a l t o t h e a c t u a t o r assemb l y .

S t i l l i n F I G . 3 , SMA i r e i s Wound a m u l t i p l i c i t y o f t i m e sa b o u t t h e b o b b i n s 1 3 0 a n d 1 3 4 , p r e f e r a b l y i n t o g r o o v e s 1 4 2c u t i n t o t h e c u r v e d s u r f a c e s t h e r e o f . F I G . 4 i l l u s t r a t e s by c u taWay vieW h e tWo b o b b i n s 130 and 134 and t h e g r o o v e s 142c u t from t h e c u r v e d s u r f a c e s t h e r e o f . F I G . 4 a l s o r e v e a l s t h ec o n d u c t i v e p l a t e s 1 3 8 a n d 1 4 0 f o r m i n g t h e i n t e g r a l c a p a c it i v e e l e m e n t o f t h i s embodiment o f t h e a c t u a t o r 1 4 . R e t u r ni n g t o F I G . 3 , t h e e n d s o f t h e SMA i r e W i n d i n g s a r et e r m i n a t e d i n t o h o l e s d i s p o s e d o n t h e t o p s u r f a c e o f t h eb o b b i n 1 3 0 . M e t a l c o n t a c t s 1 4 8 a n d 150 Wedge t h e W i r ee n d s i n t o t h e h o l e s 144 a n d 1 4 6 , r e s p e c t i v e l y , W h i l e a t t h esame t i m e , making a n e l e c t r i c a l c o n n e c t i o n t h e r e t o . LeadW i r e s 116 a nd 1 1 8 m a y be c o n n e c t e d t o t h e m e t a l c o n n e c t o r s1 4 8 a n d 1 5 0 , r e s p e c t i v e l y .

This a l t e r n a t e embodiment o p e r a t e s i n a s i m i l a r manner a st h e embodiment d e s c r i b e d i n c o n n e c t i o n W i t h FIGS. 1 a n d2 , e x c e p t t h a t t h e s e c o n d f r a m e s e c t i o n i s g u i d e d t h r o u g h i t smovement a l o n g t h e i n s i d e o f t h e ? r s t o r ?xed f r a m e s e c t i o n ,ie t h e bobbin o f t h e ?xed f r a m e s e c t i o n i s e x t e r n a l t o t h esecond o r movable frame s e c t i o n .

I n FIGS. 5A nd 5B s shoWn a valve a c t u a t o r cover o rh o u s i n g 1 5 0 t h a t m ay b e a d d e d t o t h e v a l v e a s s e m b l y 1 0 t op r o t e c t t h e a c t u a t o r a s s e m b l y a n d e l e c t r o n i c s f r o m t h ea d v e r s e e l e m e n t s o f t h e e x t e r n a l e n v i r o n m e n t . I n t h e p r e s e n te m b o d i m e n t , t h e h o u s i n g 1 5 0 may b e o f a c y l i n d r i c a l s h a p ef o r ? t t i n g o v e r a n d e n c l o s i n g t h e v a l v e a c t u a t o r 1 4 a n da t t a c h i n g t o t h e p e r i p h e r y o f t h e b o n n e t n u t 2 2 o f t h e v a l v ebody 1 2 . T o p e r m i t a i r t o H o w t h r o u g h t h e i n s i d e o f t h eh o u s i n g 1 5 0 , o p e n i n g s 1 5 2 a r e p r o v i d e d , p r e f e r a b l y a t t h et o p 1 5 4 a n d b o t t o m 1 5 6 p o r t i o n s t h e r e o f . H o t a i r g e n e r a t e dW i t h i n t h e h o u s i n g p r i m a r i l y f r o m t h e h e a t i n g o f t h e SMAW i r e s e c t i o n s may ? oW upWard a n d e x i t t h r o u g h t h e o p e ni n g s 1 5 2 a t t h e t o p p o r t i o n 1 5 4 o f t h e h o u s i n g . C o o l e ro u t s i d e a i r m a y b e draWn i n t o t h e e n c l o s u r e from t h eo p e n i n g s a t t h e b o t t o m p o r t i o n 1 5 6 . T h i s n a t u r a l c o n v e c t i v ea i r H o w i l l a i d i n c o o l i n g t h e i n s i d e o f t h e e n c l o s ur e d u r i n go p e r a t i o n o f t h e v a l v e a c t u a t o r 1 4 .

W h i l e t h e h o u s i n g 1 5 0 i s shoWn c y l i n d r i c a l i t i s u n d e rs t o o d t h a t t h e h o u s i n g m ay t a k e upon a n y s h a p e s o l o n g a si t can ? t o v e r and e n c l o s e t h e a c t u a t o r assembly 14 and bec a p a b l e o f a t t a c h i n g t o t h e v a l v e b o d y 1 2 . I n a d d i t i o n , t h e a i r?oW p e n i n g s 1 5 2 may a k e upon a n y s h a p e , l i k e h o l e s , s l o t sa n d t h e l i k e , s o l o n g a s t h e o p e n i n g s accommodate s u f ? c i e n ta i r ?oW t h r o u g h t h e h o u s i n g 1 5 0 .I n some environments, i t may be d e s i r a b l e t o add ac o o l i n g d e v i c e t o t h e a s s e m b l y 1 0 t o m a i n t a i n t h e t e m p e r at u r e o f t h e a i r s u r r o u n d i n g t h e SMA i r e s e c t i o n s 9 0 beloWa p r e s e t temperature a n d / o r t o c o o l t h e Wire t o e n s u r e ad e s i r e d r a t e o f c l o s u r e o f t h e movable element 2 0 . Such ac o o l i n g d e v i c e may b e o f t h e t y p e t h a t f o r c e s a i r a b o u t t h eW i r e s e c t i o n s 90 t o m a i n t a i n t h e s u r r o u n d i n g a i r a t a temp e r a t u r e a t o r beloW h e p r e s e t t e m p e r a t u r e a n d / o r t o c o o l t h eW i r e a t t h e d e s i r e d r a t e . Acooling d e v i c e o f t h i s t y p e ma y b es e l e c t e d from t h e group c o n s i s t i n g o f a r o t a r y f a n and aP i e Z o - f a n , f o r e x a m p l e . T h e c o o l i n g d e v i c e may b e d i s p o s e da t t h e h o u s i n g 150 o r on t h e a c t u a t o r assembly 14 W i t h i n t h eh o u s i n g f o r f o r c i n g a i r t o How h r o u g h t h e h o u s i n g o p e n i n g s1 5 2 a n d a r o u n d t h e SMA i r e s e c t i o n s 9 0 . T h u s , Whena c t i v a t e d t h e c o o l i n g d e v i c e W o u l d b e c a p a b l e o f r e d u c i n gt h e t e m p e r a t u r e i n s i d e t h e h o u s i n g 1 5 0 a n d t o a l l o W t h e W i r et o c o o l a t t h e d e s i r e d r a t e .

I n some e n v i r o n m e n t s , i t m a y b e p r e f e r a b l e t o e l i m i n a t et h e o p e n i n g s a n d m a i n t a i n t h e h o u s i n g c l o s e d f r o m t h e

8/13/2019 Us 6247678

16/21

US 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B19

e n v i r o n m e n t . I n t h e s e c a s e s , a s o l i d - s t a t e r e f r i g e r a t i n gd e v i c e , l i k e a P e l t i e r c o o l i n g d e v i c e , f o r e x a m p l e , may b eused a s a n a l t e r n a t i v e t o f o r c e d a i r c o o l i n g , i f d e s i r e d .

I n t h e p r e s e n t embodiment, a c o n v e n t i o n a l r o t a r y f a n 160may be mounted on a n i n t e r n a l W a l l o f t h e housing 150 a sshoWn i n t h e c u t aWay i l l u s t r a t i o n o f F I G . 5 B . The f a n 160may b e d i s p o s e d i n c l o s e p r o x i m i t y t o t h e SMA i r es e c t i o n s 90 t o f o r c e a i r a c r o s s t h e W i n d i n g s and c o o l t h et e m p e r a t u r e o f t h e W i r e a n d s u r r o u n d i n g a i r t h e r e o f . W i r el e a d s 162 and 164 m a y c o n n e c t t h e motor o f t h e f a n 160 t oa t e m p e r a t u r e c o n t r o l l e r on t h e PC oard 1 0 6 . The temperat u r e c o n t r o l o f t h e W i r e s 9 0 a n d a i r s u r r o u n d i n g themu t i l i Z i n g t h e c o o l i n g d e v i c e 1 6 0 W i l l b e d e s c r i b e d i n g r e a t e rd e t a i l h e r e i n b e l o W .A u i t a b l e embodiment o f t h e c o n t r o l e l e c t r o n i c s o f t h ePC b o a r d 106 f o r t h e v a l v e a c t u a t o r o f t h e p r e s e n t embodi

ment s shoWn s c h e m a t i c a l l y i n F I G . 6 . R e f e r r i n g t o F I G . 6 ,t h e c i r c u i t s o f t h e PC b o a r d 1 0 6 c o m p r i s e a t W o - W i r e d i g i t a lt h e r m o m e t e r a n d t h e r m o s t a t i n t e g r a t e d c i r c u i t shoWn t U 1 ,Which may b e o f t h e t y p e m a n u f a c t u r e d by D a l l a s Semic o n d u c t o r u n d e r t h e Model N o . DS1721S; a b i n a r y codedr o t a r y DIP s W i t c h U 2 , Which may b e o f t h e t y p e manufact u r e d b y G r a y h i l l I n c o r p o r a t e d u n d e r t h e Model N o .94HAB10; a t h r e e - t e r m i n a l p o s i t i v e v o l t a g e r e g u l a t o r i n t eg r a t e d c i r c u i t U 3 , W h i c h may e o f t h e t y p e m a n u f a c t u r e d b yNational Semiconductor under t h e Model No.L M 7 8 L 0 5 A C M ; a m i c r o c o n t r o l l e r U 4 , Which m ay b e o f t h et y p e m a n u f a c t u r e d b y A t m e l , I n c . u n d e r t h e Model N o .A T 9 0 S 2 3 1 3 - 4 S I ; a t i m e r i n t e g r a t e d c i r c u i t U 5 , Which mayb e o f t h e t y p e m a n u f a c t u r e d b y P h i l l i p s S e m i c o n d u c t o ru n d e r t h e Model No. NE555, tWo poWer MOSFET e m ic o n d u c t o r s W i t c h e s Q1 a n d Q 2 , W h i c h may b e o f t h e t y p em a n u f a c t u r e d b y I n t e r n a t i o n a l R e c t i ? e r u n d e r t h e ModelN o . IRLR/U024N; a n d ? n a l l y , t W o S c h o t t k y b a r r i e r r e c t i ?e r s D 1 a n d D2, Which m ay a l s o b e o f t h e t y p e m a n u f a c t u r e dby I n t e r n a t i o n a l R e c t i ? e r u n d e r t h e Model N o . B 1 3 0 / B , f o re x a m p l e . The p r i n t e d c i r c u i t b o a r d 1 0 6 m ay a l s o i n c l u d e an u m b e r o f i n p u t / o u t p u t c o n n e c t i o n s J 1 J 8 f o r i n p u t t i n gpoWer from a poWer s o u r c e , i n p u t t i n g s i g n a l s f o r measurem e n t a n d o u t p u t t i n g s i g n a l s f o r c o n t r o l o f t h e h e a t i n g o f t h eSMA i r e 9 0 a n d t h e c o o l i n g d e v i c e 1 6 0 .

Outside poWer from a poWer source may e co nnected t ot h e c o n n e c t i o n p o i n t s J 4 a n d J 5 , J 4 b e i n g t h e s u p p l y a n d J 5b e i n g t h e r e t u r n . The o u t p u t poWer m a y b e from a d i r e c tc u r r e n t v o l t a g e s o u r c e o f s a y 9 t o 1 2 v o l t s , f o r e x a m p l e . Thei n t e g r a t e d c i r c u i t U 3 , Which i s a s e r i e s p a s s , s t e p doWnv o l t a g e r e g u l a t o r r e g u l a t e s t h e h i g h e r s u p p l y d i r e c t c u r r e n t( D C ) v o l t a g e , s u p p l i e d f r o m t h e i n p u t c o n n e c t o r J 4 , doWn o5 v o l t s DC, W h i c h i s s u p p l i e d t o t h e o t h e r i n t e g r a t e d c i r c u i t sU1, U4 a n d U5 i n c l u d e d on t h e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d . Thec o u p l e d c a p a c i t o r s t o t h e i n t e g r a t e d c i r c u i t U 3 , C 1 , C5 a n dC 6 , p r o t e c t U3 f r o m v o l t a g e t r a n s i e n t s W h i c h may b einduced on t h e poWer s o u r c e s u p p l y l i n e and a s s i s t s t h er e g u l a t o r t o s u p p l y s u b s t a n t i a l l y a c o n s t a n t 5 v o l t v o l t a g el e v e l t o t h e r e m a i n i n g c i r c u i t r y o n t h e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d .A l l r e t u r n s from t h e v a r i o u s i n t e g r a t e d c i r c u it s a r e c o n n e c t e dt o t h e r e t u r n c o n n e c t o r J 5 . The s u b s t a n t i a l l y c o n s t a n t 5 v o l ts u p p l y i s d e s i g n a t e d a s V c c .

C o n n e c t i o n p o i n t s J 6 a n d J 7 a r e c o n n e c t e d t o t h e c a p a c it i v e p l a t e s v i a t h e l e a d W i r e s 1 1 6 a n d 1 8 f o r m o n i t o r i n g t h ec a p a c i t a n c e o f t h e i n t e g r a l c a p a c i t i v e e l e m e n t t h r o u g h t h ei n t e g r a t e d c i r c u i t U 5 . T h e 5 5 5 i n t e g r a t e d t i m e r c i r c u i t U 5 ,u t i l i Z i n g t h e i n t e g r a l c a p a c i t o r a n d a p p r o p r i a t e v a l u e d r e s i st o r s R 9 , R10 a n d R 1 1 , i s c o n ? g u r e d c o n v e n t i o n a l l y a s av a r i a b l e o s c i l l a t o r c i r c u i t Which g e n e r a t e s a n e l e c t r i c a l f r eq u e n c y s i g n a l a t p i n 3 t h e r e o f . T h e f r e q u e n c y o f t h e o u t p u te l e c t r i c a l s i g n a l a t p i n 3 o f U5 v a r i e s i n p r o p o r t i o n t o t h e

10

1 5

25

35

45

55

6 5

1 0e x t e r n a l c a p a c i t a n c e t h a t i s a measure o f t h e p o s i t i o n o f t h emovable e l e m e n t o f t h e v a l v e b o d y . The c a p a c i t o r C4 a c r o s sc o n n e c t o r s J 6 a n d J 7 i s u s e d f o r t r i m m i n g t h e e x t e r n a lc a p a c i t a n c e .

I n o p e r a t i o n , a s t h e movable element o f t h e v a l v e movesaWay f r o m i t s c l o s e d p o s i t i o n , t h e p l a t e s o f t h e i n t e g r a lc a p a c i t i v e e l e m e n t move f u r t h e r a p a r t o r t o g e t h e r , d e p e n di n g o n t h e e m b o d i m e n t , a n d t h e c a p a c i t a n c e t h e r e o f c h a n g e sa c c o r d i n g l y . T h i s c h a n g e i n c a p a c i t a n c e i s p i c k e d u p a t t h ec o n n e c t o r s J 6 a n d J 7 a n d a p p l i e d t o t h e i n t e g r a t e d c i r c u i t U5a t p i n s 2 a n d 6 . The r e s i s t o r s R9 a n d R11 a n d e x t e r n a li n t e g r a l c a p a c i t a n c e make u p a n RC i m e c o n s t a n t t o t h e 555t i m e r c i r c u i t U5 W h i c h , i n t u r n , r e n d e r s t h e o u t p u t f r e q u e n c ys i g n a l a t p i n 3 t h e r e o f . A c c o r d i n g l y , a s t h e p o s i t i o n /c a p a c i t a n c e c h a n g e s , t h e RC t i m e c o n s t a n t c h a n g e s , a n d t h eo u t p u t f r e q u e n c y v a r i e s i n p r o p o r t i o n t h e r e t o . T h e o u t p u tf r e q u e n c y s i g n a l i s c o u p l e d t o a n i n p u t p i n , p i n 9 , o f t h em i c r o c o n t r o l l e r U 4 . T h i s f r e q u e n c y s i g n a l p r o v i d e s a n e l e ct r i c a l s i g n a l r e p r e s e n t a t i v e o f t h e p o s i t i o n o f t h e m o v a b l ee l e m e n t o f t h e v a l v e body 1 2 .

S i n c e t h e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d 1 0 6 i s d i s p o s e d on t h ev a l v e a c t u a t o r i n p r o x i m i t y t o t h e SMA i r e s e c t i o n 9 0 , t h ea m b i e n t t e m p e r a t u r e s u r r o u n d i n g t h e s e W i r e s e c t i o n s may b emeasured by a t e m p e r a t u r e s e n s o r d i s p o s e d on t h e p r i n t e dc i r c u i t b o a r d . T h i s i s a c c o m p l i s h e d i n t h e p r e s e n t embodim e n t b y t h e i n t e g r a t e d c i r c u i t U 1 , W h i c h i n c l u d e s i n t e r n a l l ya t e m p e r a t u r e s e n s i n g e l e m e n t a n d d i g i t a l e l e c t r o n i c s f o rc o n v e r t i n g t h e t e m p e r a t u r e measurement i n t o a d i g i t a l c o d eW h i c h i s s e r i a l l y o u t p u t t h e r e f r o m a t p i n 1 , d e s i g n a t e d a s t h eSDA i g n a l , a n d c o u p l e d t o p i n 8 o f t h e m i c r o c o n t r o l l e r U 4 ,Which s con?gured a s a n i n p u t d a t a p i n . I n a d d i t i o n , a s e r i a ld i g i t a l c o d e , SCL, may b e s e n t t o p i n 2 o f t h e i n t e g r a t e dc i r c u i t U1 f r o m p i n 1 1 o f t h e m i c r o c o n t r o l l e r , W h i c h i sc o n ? g u r e d a s a d i g i t a l o u t p u t . P u l l - u p r e s i s t o r s R5 a n d R 6 ,W h i c h may b e o f t h e v a l u e 2 0 K S 2 , c o u p l e t h e s i g n a l l i n e sSDA n d SC L t o t h e Vcc s u p p l y . A c c o r d i n g l y , s e r i a l d a t ar e p r e s e n t i n g a t e m p e r a t u r e s e t t i n g may b e p r o v i d e d b y t h em i c r o c o n t r o l l e r U4 v e r SCL o t h e i n t e g r a t e d c i r c u i t U1.T h i s t e m p e r a t u r e s e t t i n g o r s e t p o i n t may b e u s e d b y t h ec i r c u i t U1 t o compare W i t h t h e d i g i t a l c o d e o f t h e t e m p e r at u r e m e a s u r e m e n t i n t e r n a l l y p r o v i d e d . The m i c r o c o n t r o l l e rU4 may l s o send a s e r i a l code o v e r SCL o U1 t p i n 2 t oc o n t r o l t h e r a t e i n Which t h e t e m p e r a t u r e d a t a i s s e n t back ot h e m i c r o c o n t r o l l e r f r o m p i n 1 o f U 1 .

The c i r c u i t U1 i s con?gured t o measure t h e c u r r e n tt e m p e r a t u r e a n d c o m p a r e i t t o t h e t e m p e r a t u r e s e t p o i n t l e v e lc o n t r o l l e d by t h e m i c r o c o n t r o l l e r U 4 v i a SCL. When t h ec u r r e n t t e m p e r a t u r e measurement o f U1 r e a c h e s t h e p r e d et e r m i n e d t e m p e r a t u r e s e t p o i n t , t h e c i r c u i t U1 o u t p u t s as i g n a l o v e r p i n 3 t o t u r n t h e MOSFET W i t c h Q1 o n . PoWerf r o m t h e e x t e r n a l s u p p l y i s p r o v i d e d t o t h e c o o l i n g f a n 1 6 0o r o t h e r c o o l i n g d e v i c e v i a l e a d W i r e 162 from t h e c o n n e c t o rJ 1 . T h e c o o l i n g d e v i c e r e t u r n p a t h i s p r o v i d e d t h r o u g hc o n n e c t o r J 2 v i a l e a d W i r e 164 o t h e i n p u t o f Q 1 . The o u t p u to f Q1 i s c o u p l e d t o g r o u n d t h r o u g h t h e S c h o t t k y b a r r i e rr e c t i ? e r D 2 , Which s u s e d t o p r o t e c t t h e MOSFET 1 f r o mr e v e r s e v o l t a g e s. When t h e s W i t c h Q1 i s t u r n e d o n by U 1 ,poWer f r o m t h e e x t e r n a l s u p p l y i s p r o v i d e d t o t h e c o o l i n gd e v i c e 160 t o c o o l t h e a m b i e n t a i r s u r r o u n d i n g t h e SMAW i r e s e c t i o n s 90 o f t h e v a l v e a c t u a t o r 1 4 .

I n t h i s m a n n e r , t h e c i r c u i t s U 1 , Q1 a n d D 2 a n d c o o l i n gd e v i c e 160 f o r m a t e m p e r a t u r e c o n t r o l l o o p f o r t h e a m b i e n ta i r s u r r o u n d i n g t h e SMA i r e s e c t i o n s 9 0 s u c h t h a t When h ea m b i e n t t e m p e r a t u r e t h e r e a t r e a c h e s t h e s e t p o i n t p r ogrammed i n t o t h e t e m p e r a t u r e c o n t r o l l e r U1 b y t h e m i c r oc o n t r o l l e r U 4 , t h e c o o l i n g d e v i c e i s a c t i v a t e d t o r e d u c e t h et e m p e r a t u r e back doWn o t h e t e m p e r a t u r e s e t p o i n t o r t h e r eu n d e r i f h y s t e r e s i s i s p r o v i d e d .

8/13/2019 Us 6247678

17/21

US 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B11 1

I n t h e p r e s e n t embodiment, a s e l e c t o r s w i t c h U 2 i s u s e dt o accommodate a s e l e c t i o n o f h e a t i n g r a t e s o f t h e SMA i r es e c t i o n s 9 0 . D i g i t a l o u t p u t s f r o m t h e b i n a r y c o d e d r o t a r yDIP s W i t c h U2 a r e p r o v i d e d t o c o r r e s p o n d i n g i n p u t c o n ? gu r e d p o r t s o f t h e m i c r o c o n t r o l l e r U 4 . The p a r t i c u l a r DIPs W i t c h b e i n g u s e d f o r t h e p r e s e n t e m b o d i m e n t h a s e i g h tp o s i t i o n s a n d o u t p u t s a b i n a r y c o d e d d e c i m a l s i g n a l o v e r i t sp i n s 1 , 4 , a n d 3 . P i n 5 i s c o u p l e d t o t h e g r o u n d c o n n e c t i o na n d p i n 6 i s l e f t u n c o n n e c t e d . The m i c r o c o n t r o l l e r U4m o n i t o r s t h e b i n a r y c o d e d s i g n a l s o f p i n s 1 , 4 a n d 3 t h r o u g ht h e i n p u t p i n s 1 2 , 1 3 a n d 1 4 , r e s p e c t i v e l y . A c c o r d i n g l y , ap l u r a l i t y o f d i f f e r e n t h e a t r a m p i n g p r o ? l e s f o r t h e SMA i r es e c t i o n s and movement o f t h e movable e l e m e n t m a y bes e l e c t e d from t h e s e l e c t o r s W i t c h U2.

T h e m i c r o c o n t r o l l e r U4 i s programmed t h r o u g h embedd e d s o f t W a r e t o p e r f o r m l o g i c a l s t e p s i n a t i m e l y f a s h i o n . I tm o n i t o r s i t s i n p u t s a n d c o n t r o l s t h e o u t p u t s t h e r e o f a c c o r di n g t o p r e p r o g r a m m e d l o g i c a l i n s t r u c t i o n s e m b e d d e d i nd i g i t a l c o d e i n t h e memory t h e r e o f . Y1 i s a 4 m e g a h e r t Zc e r a m i c r e s o n a t o r Which p r o v i d e s t h e m i c r o c o n t r o l l e r W i t h ac l o c k i n g s i g n a l t h r o u g h p i n s 4 a n d 5 t h e r e o f . A o n n e c t i o nfrom t h e s e r i e s c o m b i n a t i o n o f R2 a n d C2 p r o v i d e a r e s e ts i g n a l a t p i n 1 o f t h e m i c r o c o n t r o l l e r U 4 e a c h t i m e t h es u p p l y v o l t a g e t o t h e PC b o a r d 1 0 6 i s a c t i v a t e d . When t h es u p p l y v o l t a g e i s r e m o v e d , t h e PC b o a r d e l e c t r o n i c s a r ed e a c t i v a t e d . T h u s , i n o n e e m b o d i m e n t , t h e s u p p l y v o l t a g e t ot h e PC b o a r d 106 m a y b e u s e d t o o p e r a t e t h e movablee l e m e n t o f t h e v a l v e a s s e m b l y 1 0 t o i t s open a n d c l o s e dp o s i t i o n s . C a p a c i t o r C3 i s u s e d t o p r o t e c t t h e m i c r o c o n t r o ll e r U4 a g a i n s t t r a n s i e n t v o l t a g e s a n d i s d i s p o s e d c l o s e t o t h ec i r c u i t U4 b e t W e e n t h e s u p p l y Vcc a n d g r o u n d .

I n a d d i t i o n , o u t p u t p i n 1 5 o f t h e m i c r o c o n t r o l l e r U4 i sc o u p l e d t o t h e g a t e o f t h e MOSFET W i t c h Q2 t h r o u g h t h er e s i s t o r R3 f o r s W i t c h i n g Q2 o n a n d o f f , a n d t h e g a t e o f Q2i s c o u p l e d t o g r o u n d t h r o u g h t h e r e s i s t o r R 8 . T h e o u t p u tc o n n e c t o r s o f t h e p r i n t e d c i r c u i t board J 3 and J 8 a r e conn e c t e d t o t h e tWo e n d s o f t h e SMA i r e Winding 9 0 . Thee x t e r n a l v o l t a g e s u p p l y i s c o n d u c t e d t h r o u g h c o n n e c t o r J 3 t oo n e e n d o f t h e W i r e Winding 9 0 v i a c o n n e c t o r J 3 , a n d t h er e t u r n from t h e o t h e r end i s connected t o c o n n e c t o r J 8 . Ac u r r e n t c o n d u c t i o n p a t h f r o m J 8 t o g r o u n d i s p r o v i d e dt h r o u g h t h e MOSFET W i t c h Q2 When c t i v a t e d . The S c h o tt k y b a r r i e r r e c t i ? e r D 1 p r o v i d e d i n s e r i e s t o t h e c o n d u c t i o np a t h t o g r o u n d p r o t e c t s t h e MOS F E T s W i t c h Q2 a g a i n s ta d v e r s e v o l t a g e t r a n s i e n t s o v e r t h e e x t e r n a l s u p p l y l i n e . I nt h e p r e s e n t e m b o d i m e n t , t h e m i c r o c o n t r o l l e r U4 r e g u l a t e st h e c u r r e n t t h r o u g h t h e SMA i r e s e c t i o n s b y s W i t c h i n g Q2o n a n d o f f u s i n g a p u l s e W i d t h m o d u l a t e d s i g n a l , t h e p u l s eb e i n g v a r i e d a c c o r d i n g t o t h e s e l e c t e d h e a t i n g o r ramp r a t ebased on t h e code o f U2.

T h u s , i n o p e r a t i o n , When t h e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d 1 0 6 i ss u p p l i e d W i t h a d i r e c t c u r r e n t v o l t a g e f r o m 9 t o 1 6 v o l t s , f o re x a m p l e , t h e SMA i r e i s s u p p l i e d W i t h a p u l s e W i d t hm o d u l a t e d v o l t a g e v i a t h e m i c r o c o n t r o l l e r U4 n d s W i t c h Q2based on t h e s e l e c t e d h e a t r a t e code o f U2. I n t u r n , t h e SMAWire c o n t r a c t s a t a c e r t a i n r a t e a c c o r d i n g t o t h e s e l e c t e dh e a t i n g r a t e o f t h e W i r e , W h i c h i s r e g u l a t e d b y t h e p u l s eWidth modulated c u r r e n t d r i v e . That i s , a s t h e c u r r e n t i sv a r i e d t h r o u g h t h e W i r e , t h e t e m p e r a t u r e o f t h e W i r e a l s ov a r i e s . The d u t y c y c l e o f t h e p u l s e W i d t h m o d u l a t e d c u r r e n ts i g n a l t o t h e SMA ire W i l l cause i t t o c o n t r a c t a t a c e r t a i np r e s p e c i ? e d r a t e .P u l s e Width modul ation o f t h e c u r r e n t t o t h e SMA i r e o ft h e a c t u a t o r i s used because i t i s considered a more e f ? c i e n tWay t o v a r y t h e c u r r e n t t h r o u g h t h e W i r e t h a n v a r y i n g t h ev o l t a g e l e v e l t o t h e W i r e . H o W e v e r , i t i s W e l l u n d e r s t o o d t h a ts i m i l a r r e g u l a t i o n o f c u r r e n t t h r o u g h t h e SMA i r e c a n b e

10

1 5

25

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55

6 5

1 2a c c o m p l i s h e d t h r o u g h p u l s e r a t e m o d u l a t i o n o r o t h e r modul a t i o n t e c h n i q u e s . I n a d d i t i o n , m o d u l a t i o n c a n a l s o o c c u r byv a r y i n g t h e v o l t a g e l e v e l t o t h e W i r e u s i n g s i m i l a r m o d u l at i o n t e c h n i q u e s . A c c o r d i n g l y , a l l o f t h e s e t e c h n i q u e s a r ec o n s i d e r e d e q u i v a l e n t r e g u l a t i o n o f t h e h e a t i n g o f t h e W i r et o o b t a i n a speci?ed c o n t r a c t i o n r a t e t o c o n t r o l t h e r a t e a tWhich t h e movable e l e m e n t i s p o s i t i o n e d aWay f r o m i t sc l o s e d p o s i t i o n . T h e r e f o r e , t h e c i r c u i t r y d e s c r i b e d i n c o nn e c t i o n W i t h t h e embodiment o f F I G . 6 i s s u i t a b l e f o rr e g u l a t i n g c u r r e n t t o t h e SMA i r e W i n d i n g s t o h e a t t h e W i r eWindings and c a u s e them t o c o n t r a c t a t a p r e s e l e c t e d rampi n g o r c o n t r a c t i o n r a t e . An l i g h t e m i t t i n g d i o d e LED)i n d i c a t o r m ay b e c o n t r o l l e d by t h e m i c r o c o n t r o l l e r U4 t oshoW o r b e i l l u m i n a t e d When h e v a l v e h a s f u l l y o p e n e d , i . e . ,t h e movable e l e m e n t h a s r e a c h e d i t s m a xi m u m movementaWay from a c l o s e d p o s i t i o n .A o w c h a r t s u i t a b le f o r u s e i n programming t h e m i c r o

c o n t r o l l e r U4 f t h e c i r c u i t embodiment d e s c r i b e d i n conn e c t i o n W i t h F I G . 6 i s shoWn i n F I G . 7 . F o r t h e p r e s e n tembodiment, t h e m i c r o c o n t r o l l e r U a s a s y s t e m c l o c k r a t eo f a p p r o x i m a t e l y f o u r m e g a h e r t Z a n d i n c l u d e s a t i m e r c y c l ec o n s i s t i n g o f 2 5 6 c o u n t s o f t h e s y s t e m c l o c k . A c c o r d i n g l y ,e a c h t i m e r c y c l e t a k e s a p p r o x i m a t e l y 1 6 . 4 m i l l i s e c o n d s .S t a r t i n g t h e How h a r t a t b l o c k 300 up on poWer t u r n o n , t h em i c r o c o n t r o l l e r i s i n s t r u c t e d t o m o n i t o r t h e d i g i t a l c o d e f r o mt h e s e l e c t o r s W i t c h U2 o v e r d i g i t a l i n p u t l i n e s 1 2 , 1 3 a n d 1 4 .T h i s d i g i t a l c o d e Which s e t s t h e c o n t r a c t i o n r a t e o f t h e SMAW i r e i s s t o r e d i n a d a t a r e g i s t e r l a b e l e d a s PWMON. he d a t ac o d e i n PWMON i l l b e u s e d t o c o n t r o l t h e d u t y c y c l e o ft h e p u l s e W i d t h m o d u l a t e d Waveform c o n t r o l l i n g t h e c u r r e n tr e g u l a t i o n t o t h e SMA i r e W i n d i n g s . I n t h e n e x t b l o c k 3 0 2 ,a d i g i t a l code o f 6 i s s t o r e d i n a d a t a r e g i s t e r l a b e l e d a sCOUNT, a n d t h e d a t a r e g i s t e r c o n t r o l l i n g t h e PWM u t yc y c l e i s s e t t o Z e r o . The n e x t t h r e e i n s t r u c t i o n a l b l o c k s 3 0 4 ,3 0 6 a n d 3 0 8 p r o v i d e t h e p r o g r a m m i n g f o r t h e m i c r o c o nt r o l l e r t o g o t h r o u g h a c o u n t i n g c y c l e Which s e s s e n t i a l ly ad e l a y t i m e o f a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 m i l l i s e c o n d s t o a l l o W t h ec i r c u i t r y on t h e p r i n t e d c i r c u i t b o a r d t o s e t t l e a f t e r poWert u r n o n . More s p e c i ? c a l l y , i n b l o c k 304 t h e t i m e r c o u n t e r i sc y c l i n g t h r o u g h i t s 256 c o u n t s . Each t i m e i t makes ac o m p l e t e c y c l e , t h e n u m b e r i n t h e COUNT e g i s t e r i sdecremented by o n e i n b l o c k 3 0 6 . When h e c o u n t i n t h eCOUNT e g i s t e r i s decremented t o Z e r o a s determined i n3 0 8 , t h e t i m e d e l a y i s c o m p l e t e a n d p r o g r a m m i n g e x e c u t i o nc o n t i n u e s a t block 3 1 0 .

The d a t a code i n a d a t a r e g i s t e r d e s i g n a t e d a s POS i s t h ef r e q u e n c y m o n i t o r e d o v e r p i n 9 f r o m t h e t i m e r c i r c u i t U 5 ,Which i s a measure o f t h e p o s i t i o n o f t h e movable e l e m e n ti n t h e v a l v e b o d y . S i n c e We knoW t h a t a t poWer t u r n on t h emovable e l e m e n t i s b i a s e d i n t h e c l o s e d p o s i t i o n , t h e i n i t i a lPOS a t a i s s t o r e d i n a d a t a r e g i s t e r l a b e l e d a s CLOSED tb l o c k 3 1 0 . A l s o i n b l o c k 3 1 0 , s i n c e i t i s a d v a n t a g e o u s t o h e a tt h e SMA ire a t a c o n s t a n t high r a t e t o i n i t i a t e movement o ft h e movable e l e m e n t aWay f r o m i t s s t a t i c c l o s e d p o s i t io n , t h ePWMDUTY e g i s t e r u s e d t o r e g u l a t e c u r r e n t t o t h e SMAW i r e i s s e t t o f u l l d u t y . Next i n b l o c k 3 1 0 , a f u l l open p o s i t i o nc o d e i s e s t a b l i s h e d b y a d d i n g t h e d i f f e r e n c e i n f r e q u e n c yd e r i v e d c o u n t s , d e s i g n a t e d a s POS e l t a , b e t W e e n t h e c l o s e dp o s i t i o n a n d f u l l o p e n p o s i t i o n o f t h e m o v a b l e e l e m e n t , t ot h e i n i t i a l c l o s e d p o s i t i o n POS r e a d i n g a n d s t o r i n g t h a tr e s u l t , POS+POS d e l t a , i n a d a t a r e g i s t e r d e s i g n a t e d a sOPEN.N e x t , i n b l o c k 3 1 2 , W i t h t h e SMA i r e b e i n g h e a t e d a t f u l ld u t y c y c l e , t h e 2 5 6 c o u n t t i m e r o f t h e m i c r o c o n t r o l l e r c o u n t st h r o u g h i t s c y c l e W h i c h d e ? n e s a ? x e d t i m e i n t e r v a l b yWhich t o c o u n t up t h e c o u n t s o f t h e f r e q u e n c y s i g n a l b e i n gm o n i t o r e d a t p i n 9 f r o m t h e p o s i t i o n t i m e r c i r c u i t U5 a n d

8/13/2019 Us 6247678

18/21

US 6 , 2 4 7 , 6 7 8 B11 3

m o n i t o r t h e c u r r e n t p o s i t i o n o f t h e movable e l e m e n t .A c c o r d i n g l y , t h e accumulated c o u n t s o v e r t h e t i m e i n t e r v a lo f a t i m e r c y c l e become t h e neW p o s i t i o n c o d e t h a t i s s t o r e di n t h e d a t a r e g i s t e r POS. T h e r e f o r e , i n b l o c k 3 1 4 , t h e neWp o s i t i o n c o d e POS i s compared W i t h t h e c o d e i n t h eCLOSED e g i s t e r , i . e . t h e c l o s e d p o s i t i o n , a n d i f n o t g r e a t e r ,a neW o s i t i o n count o r code f o r POS s determined i n block3 1 2 . Once t h e c u r r e n t POS c o d e i s g r e a t e r t h a n t h e c o d e i nt h e C LO S E D r e g i s t e r , t h e 3 1 2 , 3 1 4 l o o p i s e x i t e d a n di n s t r u c t i o n e x e c u t i o n c o n t i n u e d a t b l o c k 3 1 6 . When l o c k314 i s e x i t e d , We knoW t h a t t h e SMA i r e s e c t i o n s a r eh e a t e d t o t h e t r a n s f o r m a t i o n p o in t a n d t h e W i r e i s b e g i n n i n gt o c o n t r a c t b e c a u s e t h e movable e l e m e n t i s p o s i t i o n e d aWayf r o m i t s c l o s e d p o s i t i o n . T h e r e f o r e , i n b l o c k 3 1 6 , i t i s t i m et o s e t t h e d u t y c y c l e o f t h e p u l s e W i d t h m o d u l a t i o n PWMDUTY o t h e c o d e o f t h e p r e s e l e c t e d r a t e from U2 WhichW a s s t o r e d i n PWMON.

While t h e W i r e i s b e i n g h e a t e d a t t h e s e l e c t e d c u r r e n tr e g u l a t e d d u t y c y c l e , t h e m i c r o c o n t r o l l e r g o e s t h r o u g h t h el o o p o f b l o c k s 318 a n d 3 2 0 . A g a i n , i n b l o c k 3 1 8 t h e t i m e rc y c l e i s g o i n g t h r o u g h i t s 2 5 6 c o u n t i n t e r v a l , W h i c h i s t h e?xed i n t e r v a l in Which o a c q u i r e t h e c o u n t s o f t h e f r e q u e n c ys i g n a l f r o m t h e p o s i t i o n t i m e r U 5 , W h i c h i s r e p r e s e n t a t i v e o ft h e neW p o s i t i o n POS o f t h e movable e l e m e n t . I n b l o c k 3 2 0 ,i t i s d e t e r m i n e d Whether t h e neW p o s i t i o n i s g r e a t e r t h a n o re q u a l t o t h e f u l l o p e n p o s i t i o n , i . e . t h e c o d e i n t h e OPENr e g i s t e r . I f n o t , t h e l o o p c o n t i n u e s u n t i l t h e c u r r e n t p o s i t i o nc o d e POS i s g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o t h e f u l l open p o s i t i o nOPEN hereupon b l o c k 320 i s e x i t e d t o b l o c k 3 2 2 . I n t h ei n s t r u c t i o n b l o c k s 3 2 2 t h r o u g h 3 32 , t h e m i c r o c o n t r o l l e r i s i nt h e mode t o s u s t a i n t h e movable element W i t h i n a deadbanda b o u t t h e f u l l open p o s i t i o n . The deadband i s de?ned by ap r e d e t e r m i n e d c o d e s t o r e d i n a r e g i s t e r d e s i g n a t e d a s HYSTERESIS i n t h e H o w c h a r t .S o , i n b l o c k 3 2 2 , t h e d u t y c y c l e r e g i s t e r PWMDUTY ss e t t o Z e r o i n t e r r u p t i n g c u r r e n t t o t h e SMA i r e W i n d i n g s ,t h u s a l l o W i n g t h e W i r e t o c o o l s l i g h t l y . W i t h i n t h e t i m e rc y c l e b l o c k 3 2 4 , t h e c u r r e n t p o s it i o n POS o f t h e m o v a b l ee l e m e n t i s d e t e r m i n e d , a n d i n b l o c k 3 2 6 , t h a t c u r r e n t p o s it i o n POS s s u b t r a c t e d from OPEN and t h e r e s u l t i s c o mp a r e d W i t h d e a d b a n d v a l u e i n t h e r e g i s t e r HYSTERESIS.The b l o c k s 324 a n d 326 a r e c y c l e d u n t i l t h e c u r r e n t p o s i t i o nf a l l s beloW t h e d e a d b a n d v a l u e , i . e . OP E N - P O S i s g r e a t e rthan HYSTERESIS. When h i s c o n d i t i o n occurs a s d e t e rm i n e d b y b l o c k 3 2 6 , t h e d u t y c y c l e r e g i s t e r PWMDUTY ss e t t o 100 p e r c e n t i n b l o c k 328 t o i n i t i a t e h e a t i n g t h e SMAW i r e W i n d i n g a t t h e h i g h e s t r a t e . T h e r e a f t e r , i n b l o c k s 330a n d 3 3 2 , i t i s d e t e r m i n e d i f t h e c u r r e n t p o s i t i o n POS o f t h emovable e l e m e n t h a s r e a c h e d t h e d e a d b a n d c o d e beyond t h ef u l l o p e n p o s i t i o n , i . e . POS-OPEN s g r e a t e r t h a n HYSTERESIS. When t h i s c o n d i t i o n o c c u r s , t h e i n s t r u c t i o ne x e c u t i o n i s r e t u r n e d t o b l o c k 322 Wherein c u r r e n t i sremoved from t h e SMA i r e W i n d i n g , a n d i t i s a l l o W e d t oc o o l . E x e c u t i o n W i l l c o n t i n u e c y c l i n g t h r o u g h s t e p s 3 2 2 t o332 f o r a s l o n g a s poWer i s a p p l i e d t o t h e c i r c u i t r y . WhenpoWer i s removed t o t h e c i r c u it r y o f t h e PC b o a r d 1 0 6 , noc u r r e n t i s s u p p l i e d t o t h e SMA i r e W i n d i n g s , a n d t h e y a r ea l l o W e d t o c o o l under t e n s i o n o f t h e b i a s e l e m e n t and r e t u r nt o t h e i r e x t e n d e d l e n g t h , t h u s r e t u r n i n g t h e m o v a b l e e l e m e n tt o i t s b i a s e d , c l o s e d p o s i t i o n . I n t h i s m a n n e r , t h e v a l v e c a nb e e l e c t r i c a l l y o p e r a t e d t o t u r n on a n d o f f t h e ? u i d ?oWingt h r o u g h t h e v a l v e 1 2 a t a n y s p e c i ? e d r a m p i n g r a t e .F I G . 8 i s a f u n c t i o n a l block diagram o f a n embodiment o fy e t a n o t h e r a s p e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i n Which t h emovable e l e m e n t o f t h e v a l v e m a y be p o s i t i o n e d t o a d e s i r e dp o s i t i o n o t h e r t h a n m e r e l y t h e f u l l o p e n p o s i t i o n . T h ee l e c t r o n i c embodiment d e s c r i b e d i n c o n n e c t i o n W i t h F I G . 6

1 5

25

35

45

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1 4a n d t h e ? o W c h a r t o f F I G . 7 m ay b o t h b e u s e d by Wa y o fe x a m p l e W i t h t h e embodiment o f F I G . 8 , a l b e i t modi?ed t oa c c o m m o d a t e t h e d e s i r e d p o s i t i on c o n t r o l a s p e c t s . R e f e r r i n gt o F I G . 8 , a p o s i t i o n s e t p o i n t 200 m a y b e i n p u t t o a r a t e o fc h a n g e a l g o r i t h m 202 Which may b e s i m i l a r t o t h a td e s c r i b e d i n c o n n e c t i o n W i t h t h e ? o W c h a r t o f F I G . 7 , f o re x a m p l e . The p o s i t i o n s e t p o i n t may b e a d i g i t a l l y c o d e dWord s e l e c t e d b y a d i g i t a l s W i t c h ( n o t s h o W n ) s i m i l a r t o t h a td e s c r i b e d f o r t h e s W i t c h U2 Which i s u s e d i n t h e c i r c u i tembodiment o f FIG. 6 t o s e t t h e h e a t i n g r a t e o r i t m a y b eg e n e r a t e d b y a p r o c e s s c o n t r o l c o m p u t e r ( n o t s h o W n ) e x t e rn a l t o t h e v a l v e a c t u a t o r e l e c t r o n i c s . T h i s d i g i t a l l y coded s e tp o i n t may b e i n p u t t o t h e m i c r o c o n t r o l l e r U4 h r o u g h d i g i t a ll i n e s t h e r e o f c h a r a c t e r i Z e d a s i n p u t s . F o r e x a m p l e , a 3 b i tc o d e Would p r o v i d e f o r 8 p o s s i b l e d e s i r e d p o s i t i o n s , a 4 b i tc o d e Would p r o v i d e f o r 1 6 p o s s i b l e d e s i r e d p o s i t i o n s , a n d s oo n . The m i c r o c o n t r o l l e r U4 may e t e c t When a neW p o s i t i o ns e t p o i n t 200 i s i n p u t t h e r e t o a n d s t o r e t h e c o d e t h e r e o f i n ar e g i s t e r NEWPOS. The c u r r e n t p o s i t i o n s e n s e d from ap o s i t i o n s e n s o r 204 may e computed i n a s i m i l a r manner a st h a t d e s c r i b e d f o r t h e ?oWchart o f F I G . 7 a n d s t o r e d i n t h er e g i s t e r POS. The p o s i t i o n s e n s o r 204 may b e i n t e g r a l t o t h ev a l v e a c t u a t o r a s d e s c r i b e d i n c o n n e c t i o n With t h e embodiments of FIGS. 14 o r a s e p a r a t e sensor therefrom.

I n t h i s p o s i t i o n c o n t r o l a s p e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , t h ec u r r e n t p o s i t i o n POS m ay b e s u b t r a c t e d from t h e d e s i r e dp o s i t i o n s e t t i n g NEWPOS n a n a d d e r f u n c t i o n 2 0 6 r e s u l t i n gi n a n e r r o r 208 Which i s o p e r a t e d on by a p o s i t i o n c o n t r o lf u n c t i o n 2 1 0 . The c o n t r o l f u n c t i o n 210 m a y be a n o n - o f f d i s c r e t e c o n t r o l t h a t may ause t h e valve a c t u a t o r t o move ot h e d e s i r e d p o s i t i o n s e t t i n g a t t h e s e l e c t e d r a t e PWMON sd e s c r i b e d i n b l o c k s 3 1 6 , 318 a n d 320 f o r t h e ? o W c h a r t o fF I G . 7 e x c e p t t h a t t h e NEWPOS e g i s t e r Would b e s u b s t it u t e d f o r t h e OPEN e g i s t e r . I n t h i s e x a m p l e , t h e c o n t r o l l e r210 c o n t r o l s a PWM u r r e n t d r i v e fu n c t i o n 212 by s e t t i n gt h e PWMDUTY e g i s t e r t o t h e PWMON v a l u e .A c c o r d i n g l y , t h e SMA i r e 9 0 o f t h e v a l v e a c t u a t o r i sh e a t e d W i t h t h e c o n s t a n t d u t y c y c l e a s g o v e r n e d b y t h es e l e c t e d h e a t i n g r a t e PWMON. h i s p r o c e s s W i l l c o n t i n u eu n t i l POS becomes e q u a l t o o r g r e a t e r t h a n NEWPOS sd e t e r m i n e d b y b l o c k 3 2 0 a t W h i c h t i m e t h e d u t y c y c l ePWMDUTY s s e t t o Z e r o i n block 320 r e n d e r i n g no f u r t h e rh e a t i n g o f t h e SMA i r e 9 0 . B l o c k s 322 t h r o u g h 332 maybe e x e c u t e d t o m a i n t a i n t h e v a l v e element a t t h e d e s i r e d s e tp o i n t p o s i t i o n NEWPOS, i . e . s u b s t i t u t e NEWPOS f o rOPEN.

F o r t h i s c o n t r o l s t r a t e g y , s h o u l d t h e d e s i r e d p o s i t io n s e tp o i n t 200 b e l e s s t h e c u r r e n t p o s it i o n POS t h e n t h e d u t yc y c l e PWMDUTY n t h e d r i v e r 212 i s s e t t o Z e r o t o p e r m i tt h e SMA i r e t o c o o l and extend t o a neW p o s i t i o n . A s t h eW i r e c o o l s a n d POS r e a c h e s t h e d e s i r e d p o s i t i o n N E W P O S ,t h e n t h e b l o c k s 322 t h r o u g h 332 m ay b e r e - e x e c u t e d t om a i n t a i n t h e d e s i r e d p o s i t i o n s e t t i n g .

I t i s u n d e r s t o o d t h a t o t h e r c o n t r o l s t r a t e g i e s m ay b e u s e df o r t h e p o s i t i o n c o n t r o l l e r 210 o f t h e embodiment o f F I G . 8W i t h o u t d e v i a t i n g f r o m t h e b r o a d p r i n c i p l e s o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n . Some e x a m p l e s o f o t h e r s u i t a b l e p o s i t i o n c o n t r o ls t r a t e g i e s i n c l u d e P r o p o r t i o n a l ( P ) , P r o p o r t i o n a l p l u s I n t eg r a l ( P I ) , P r o p o r t i o n a l p l u s I n t e g r a l p l u s D i f f e r e n t i a l ( P I D ) ,F u Z Z y L o g i c , N e u r a l N e t W o r k , a n d R u l e s b a s e d o n Nonl i n e a r c o n t r o l , t o name j u s t a f e W . With t h e s e c o n t r o ls t r a t e g i e s , t h e o u t p u t o f t h e c o n t r o l l e r 210 Would c o n t r o l t h er a t e o f h e a t i n g o f t h e W i r e 9 0 . I f p u l s e W i d t h m o d u l a t i o n o fc u r r e n t