波动结构
阅读：784发布：2020-05-11
专利汇可以提供波动结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 波动 结构及其制造和使用方法。该波动结构包括弯曲片材和用于使弯曲片材以波动方式 变形 的一个或多个功输入元件，其中弯曲片材的波状轮廓上的一系列点中的每个点至少部分地沿着8字形路径行进。该波动结构可以适合用作固态换能器，其中弯曲片材在不明显违背弹性恢复 力 的情况下提供机械效益，由此获得改善的力、位移和效率特性。，下面是波动结构专利的具体信息内容。
1.一种结构，所述结构包括：
具有波状轮廓的弯曲片材；以及
与所述弯曲片材联系以用于使所述弯曲片材以波动方式变形的一个或多个功输入元件，其中所述波状轮廓上的一系列点中的每个点相对于共同参考框架至少部分地沿着8字形路径行进。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述弯曲片材包括具有各向同性机械性质的材料。
3.根据权利要求1所述的结构，其中所述弯曲片材具有为正弦状的波状轮廓。
4.根据权利要求1所述的结构，其中所述弯曲片材具有从所述弯曲片材的截面观察的波状轮廓，所述截面具有选自下列的形状：圆周、直线和曲线。
5.根据权利要求1所述的结构，其中所述弯曲片材具有从所述弯曲片材的截面观察的波状轮廓，所述波状轮廓具有在垂直于所述截面延伸的方形上以选自下列的方式表征的幅度：大致恒定、单调和波状变化。
6.根据权利要求1所述的结构，其中所述弯曲片材为鞍状。
7.根据权利要求6所述的结构，其中所述弯曲片材是无接头的。
8.一种结构，所述结构包括：
具有鞍点的弯曲片材，其中邻近所述鞍点的所述弯曲片材的截面具有鞍形状；以及连接到具有鞍形状的所述弯曲片材的所述截面的一个或多个功输入元件，用于通过使所述弯曲片材变形而相对于所述鞍点可旋转地重定向所述截面的鞍形状。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的结构，其中所述弯曲片材以波动方式以大致恒定净应变能可变形，由此所述弯曲片材可以在不明显违背弹性恢复力的情况下变形。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的结构，其中所述结构呈下列形式之一：换能器；致动器；传感器；发生器；风扇；泵；扬声器；热机；以及推进系统。
11.根据权利要求1-9中的任一项所述的结构，其中所述结构是用于对与机器联系的一个或多个主体做功的所述机器，由此所述弯曲片材由于以波动方式变形而对所述一个或多个主体做功。
12.根据权利要求11所述的结构，其中所述弯曲片材是机械变换器，所述机械变换器配置成提供所述一个或多个功输入元件和与所述机器联系的所述一个或多个主体之间的机械效益。
13.一种用于对与具有波状轮廓的弯曲片材联系的一个或多个主体做功的方法，所述方法包括使所述弯曲片材变形，其中所述弯曲片材的所述波状轮廓上的一系列点中的每个点相对于共同参考框架至少部分地沿着8字形路径行进，由此所述弯曲片材由于变形而将运动产生的力施加于所述一个或多个主体上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述弯曲片材以大致恒定净应变能变形，由此在不明显违背弹性恢复力的情况下实现所述弯曲片材的变形。
15.一种制造结构的方法，所述方法包括以下步骤：
通过在柔性片材中引入弯曲应力而在柔性片材中形成波状轮廓；以及
提供与所述柔性片材联系的至少一个功输入元件，用于使所述波状轮廓上的一系列点中的每个点相对于共同参考框架沿着8字形路径行进。
16.根据权利要求15所述的方法，其还包括将所述柔性片材联接到支撑件的步骤。
17.根据权利要求15所述的方法，其还包括弹性地平衡所述柔性片材的步骤。
18.根据权利要求15所述的方法，其中在柔性片材中形成波状轮廓的步骤包括在外部对所述柔性片材施加应力的步骤。
19.根据权利要求15所述的方法，其中在柔性片材中形成波状轮廓的步骤包括在所述柔性片材中引起残余应力的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在所述柔性片材中引起残余应力的步骤包括选自下列形成过程中的一个或多个：滚轧、冲击、打平和旋转。
波动结构
[0001] 申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2010年9月27日提交的、澳大利亚临时申请第2010904340号和于2011年4月20日提交的澳大利亚临时申请第2011901482号的权益，上述申请通过引用完整地被合并于本文中。
技术领域
[0003] 本发明总体上涉及包括可波动弯曲片材的结构及其制造和使用方法。特别地，但非排他地，本发明涉及利用波动结构做功的多种多样的机器。本文中所述的本发明的特定实施例包括：换能器、风扇、泵、扬声器、热机和波动推进系统。
背景技术
[0004] 波动推进系统是利用可波动元件做功的机器的典范。在生物学上从某些类型的鱼和鳍刺（ray）受到启发，人造波动推进系统典型地通过波动流体浸没鳍产生推力。不同于常规旋转推进系统，波动推进系统可以在没有旋转轴承和密封件的情况下构造，由于移动部件之间的紧密公差间隙，所述旋转轴承和密封件容易通过磨损、异物侵入和腐蚀而出现故障。在水域环境中，波动推进系统潜在地比常规螺旋桨式推进系统噪声更低、环境损害更小并且更不易受到空化和撞击损伤。
[0005] 尽管波动推进系统有潜在优点并且有数十年的相关研究，但是由于它们的成本、复杂性和性能，即使有也很少在商业上生产。已知的波动推进系统典型地需要许多致动器和复杂的控制系统。例如在Journal of Vibration and Control Vol.12No.12(2006)pp.1337-1359(Low等人)中所述的机器鱼具有20个伺服电机和六个微控制器来致动一对鳍。
[0006] 进一步增加复杂性和潜在的故障点，先前所述的机器鱼的鳍由用滑动接头互连的刚性段制造。滑动接头需要适应致动元件之间的距离变化，所述距离变化是基于鳍的波动推进系统的常见问题。替代方案是由挠性材料构造鳍，所述挠性材料允许在致动元件之间形成松弛，但是这不利地影响系统推进效率和动力操作能力。
[0007] 在Journal of Fluids and Structures 23(2007)pp.297-307(Krylov等人)中描述了可用单致动元件操作并且没有电子控制的比较简单的波动推进系统。它使用马达驱动枢轴臂在具有一个夹紧纵向边缘的橡胶带中生成弹性波。系统简化的缺陷在于橡胶带的总体形状不受限制并且受到倾向于使动力输送欠佳且难以控制的许多因素影响。特别地，由周围流体产生的阻尼随着离马达驱动枢轴臂的距离的增加而减小弹性波的幅度，并且弹性波的反射可能导致相消干涉。
[0008] 在 SICE-ICASE International Joint ConferenceOct.2006pp.5847-5852(Rossiter等人)中提出了能够由较少致动元件驱动的类似于多个波动推进系统的具有波形鳍状元件的设备。该设备包括安装在弹性弯曲梁上的一系列致动元件。致动元件的特定启动序列在梁中点处产生圆形变形路径，其可以用于借助于平台增量地传送固体物体以将来自梁中点的物体卸载到它的圆形变形路径的部分上。非理想地，该设备以非均匀运动传送固体物体，需要高致动力循环地提升被传送物体，并且由于呈弹性和重力形式的潜在能量的未恢复而受到效率损失。
[0009] 如下面将所述，可波动弯曲片材可以用作机械变换器。机械变换器广泛地用于使用机械效益使机械能量源的阻抗匹配负载。类似于改变输入和输出端子之间的电力的电压和电流的比率的电变换器，机械变换器改变机械动力的力和速度的比率。
[0010] 与固态换能器结合使用的机械变换器通常集成在换能器的架构内。提供机械效益的换能器架构的公知类型包括弯折机、杠杆-臂和曲张配置。即使在提供机械效益的配置中使用，在固态换能器中常见的特性在于它们受到的净弹性恢复力渐增地抵抗远离平衡位置的变形。因此，净弹性恢复力减小输出能力并且导致输出畸变。在振荡条件下，净弹性恢复力与换能器的质量和阻尼特性组合以产生频率依赖响应，除了在窄带共振频率下以外典型地导致不良换能器效率。
[0011] 很少报导平衡内部弹性力以减小或消除净弹性及其影响的包含机械变换器的换能器架构。在美国专利第6,236,143号(Lesieutre等人)中描述了一种这样的换能器架构，其使用轴向压缩预弯曲压电弯折元件，由此减小其横向刚度。尽管预弯曲弯折元件内的弹性力可以在一个位置被平衡，但是该架构在操作中受到弹性的影响，原因是它不具有中性稳定变形路径。不具有中性稳定变形路径的换能器架构包括由美国专利第4,010,612号(Sandoval)举例说明的基于连续带的设计、和例如在Proceedings of the 45th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,Structural Dynamics and Materials ConferenceApr.2004,pp.19-22(Murphey等人)中所述的中性弹性带弹簧。尽管克服了与净弹性恢复力相关的缺陷，但是由于仅仅具有在任何指定时间有效的它们的总致动能力的一小部分，因此这些换能器架构具有不良功率密度。此外，由于通常不仅沿着它们的中性稳定路径的耐变形性差，因此中性弹性带弹簧不适合于许多应用。在另一方面，连续带设计倾向于更稳健，但是为保持带张力所需的支撑结构的重量和体积所困扰。
[0012] 鞍状结构尤其可以在架构中发现，但是通常不具有平衡弹性力，使它们不适合作为机械变换器用于机器中。美国专利第4,183,153号(Dickson)描述了通过联接可以用至少部分平衡弹性力产生鞍状结构的挠性材料的特定形状产生的双曲线几何模型。所述的制造方法产生作为潜在故障点的联接部，并且可能产生破坏精细弹性平衡的几何和材料性质的不连续。
[0013] 考虑到现有技术，本发明的目的是解决或至少减轻现有技术的一个或多个缺陷或缺点，或至少为公众提供可使用的替代选择。另外的目的将从以下描述变得明显。
发明内容
[0014] 本发明的实施例涉及包括以波动方式可变形的弯曲片材的结构。
[0015] 在一种形式中，尽管它不需要是唯一的或实际上最宽泛的形式，本发明在于一种结构，所述结构包括：
[0016] 具有波状轮廓的弯曲片材；以及
[0018] 优选地，弯曲片材为鞍状，其中它具有从其圆周截面观察的波状轮廓。在其它配置中，弯曲片材可以具有从其直线或曲线截面观察的波状轮廓，形成更类似鱼鳍的可能波动结构。也可以通过使波状轮廓的幅度在从其被观察的截面垂直延伸的方向上变化的方式影响弯曲片材的形状；在各种配置中该幅度可以是大致恒定的、单调的或波状变化的。
[0019] 在另一种形式中，然而它不需要是最宽泛的形式，本发明在于一种结构，所述结构包括：
[0020] 具有鞍点的弯曲片材，其中邻近鞍点的弯曲片材的截面具有鞍形状；以及[0021] 连接到弯曲片材的截面的一个或多个功输入元件，用于通过使弯曲片材变形而相对于鞍点可旋转地重定向截面的鞍形状。
[0022] 优选地，在上述形式的每一个中，结构是用于对与机器联系的一个或多个主体做功的机器，由此弯曲片材由于以波动方式变形而对一个或多个主体做功。在这些实施例中，弯曲片材可以用作机械变换器，机械变换器配置成提供一个或多个功输入元件和与机器联系的一个或多个主体之间的机械效益。
[0023] 优选地，在上述结构的每一种形式中，弯曲片材以波动方式以大致恒定净应变能可变形，由此弯曲片材可以在不明显违背弹性恢复力的情况下变形。
[0024] 在又一种形式中，然而它不需要是最宽泛的形式，本发明在于一种用于对与具有波状轮廓的弯曲片材联系的一个或多个主体做功的方法，该方法包括使弯曲片材变形，其中弯曲片材的波状轮廓上的一系列点中的每个点相对于共同参考框架至少部分地沿着8字形路径行进，由此弯曲片材以波动方式移动并且由于变形而将运动产生的力施加于一个或多个主体上。
[0025] 在再又一种形式中，然而它不需要是最宽泛的形式，本发明在于一种制造结构的方法，该方法包括以下步骤：
[0026] 通过在柔性片材中引入弯曲应力而在柔性片材中形成波状轮廓；以及[0027] 提供与柔性片材联系的至少一个功输入元件，用于使波状轮廓上的一系列点中的每个点相对于共同参考框架沿着8字形路径行进。
[0028] 优选地，在柔性片材中形成波状轮廓包括通过滚轧、冲击、打平或旋转的形成过程在柔性片材中引起残余应力。备选地或附加地，在柔性片材中形成波状轮廓包括在外部对柔性片材施加应力。
[0029] 本发明的另外形式和特征将从以下详细描述变得明显。
[0030] 定义
[0031] 当在本文中使用时，“片材”表示其厚度比其长度和宽度小的成形产品，无论是否平坦并且无论厚度是否恒定；并且包括在其定义内的以下术语：板、条、箔、薄膜、壳、膜、带、圆盘和圆环。
[0034] 为了可以容易地理解并且实施本发明，现在将参考附图，其中：
[0035] 图1A示出根据本发明的一个方面的结构的透视图；
[0036] 图1B示出图1A中所示的结构在操作中的运动；
[0037] 图2显示图1A的结构的电示意图；
[0038] 图3示出根据本发明的另一个方面的线性换能器的透视图；
[0039] 图4示出根据本发明的另一个方面的泵的部分透明透视图；
[0040] 图5A示出根据本发明的另一个方面的设备的透视图；
[0041] 图5B显示图5A中所示的设备在操作中的运动；
[0042] 图6A示出根据本发明的另一个方面的热机的透视图；
[0043] 图6B示出图6A中所示的热机的放大和部分透明分解透视图；
[0044] 图7显示图6A的热机的流体流动示意图；
[0045] 图8示出根据本发明的另一个方面的周边耦合旋转致动器的部分透明透视图；
[0046] 图9示出根据本发明的另一个方面的摩擦耦合旋转致动器的部分透明透视图；
[0047] 图10A示出根据本发明的另一个方面的另一个结构的部分透明透视图；
[0048] 图10B示出图10A中所示的结构在操作中的运动；
[0049] 图10C示出图10B的放大部分视图；
[0050] 图11A显示图10A中所示的结构的电示意图；
[0051] 图11B显示用于驱动图10A中所示的结构的一系列电波形；
[0052] 图12示出根据本发明的另一个方面的密封泵的部分透明透视图；
[0053] 图13示出根据本发明的另一个方面的搅拌器的部分透明透视图；
[0054] 图14示出根据本发明的另一个方面的声换能器的部分透明透视图；
[0055] 图15A示出根据本发明的另一个方面的旋转限制波动设备的部分透明透视图；
[0056] 图15B在侧视图中示出图15A的旋转限制波动设备的操作运动；
[0057] 图15C显示利用图15A的旋转限制波动设备的直接耦合致动器的侧视图；
[0058] 图16A示出根据本发明的另一个方面的平移限制波动设备的部分透明透视图；
[0059] 图16B在侧视图中示出图16A的平移限制波动设备的操作运动；
[0060] 图16C显示利用图16A的平移限制波动设备的形状耦合致动器的侧视图；
[0061] 图17A示出根据本发明的另一个方面的8字限制波动设备的部分透明透视图；
[0062] 图17B在侧视图中示出图17A的8字限制波动设备的操作运动；
[0063] 图17C显示利用图17A的8字限制波动设备的摩擦耦合致动器的侧视图；
[0064] 图18示出根据本发明的另一个方面的波动推进系统的部分透明透视图；
[0065] 图19示出根据本发明的另一个方面的波动推力器的部分透明透视图；
[0066] 图20是根据本发明的另一个方面的制造结构的方法的总流程图；
[0067] 图21示出根据图20中所示的方法的一个实施例的用于制造图10A的结构的部件的透视图；以及
[0068] 图22示出根据图20中所示的方法的另一个实施例的用于制造图1A的结构的部件的透视图。
具体实施方式
[0069] 图1A示出根据本发明的一个方面的结构100。结构100包括具有分布顺应性、在其中心固定连接到支撑轴120的弯曲片材110。弯曲片材110通过其中的残余应力弯曲，为它提供：波状（并且在优选实施例中正弦状）圆周轮廓112；类似双曲抛物面的总体鞍形状114，鞍形状114具有中心鞍点116，其中正弦状圆周轮廓112在幅度上随着离中心鞍点116的距离增加而增加；以及中性稳定性。结构100还包括呈以单晶（unimorph）方式环形地安装在弯曲片材110上的十二个压电致动器段130的形式的功输入元件。沿着支撑轴120和弯曲片材110延伸的电连接器140将电力提供给致动器段130。可选地，围绕并且联系弯曲片材110的流体150提供主体，当弯曲片材变形时弯曲片材110可以对所述主体做功。
[0070] 图1B显示结构100在操作中的运动，其中致动器段130用于响应电输入的特定系列以波动方式变形弯曲片材110。运动时间系列160显示弯曲片材110的波动变形路径，其中鞍形状114相对于鞍点116可旋转地重定向。表示运动时间系列160期间正弦状圆周轮廓112上的一系列点中的一个点的运动，标记170相对于支撑轴120沿着曲平面外、8字形路径180行进。尽管弯曲片材110可以在不明显违背弹性恢复力的情况下以波动方式变形，但是应当注意鞍形状114由于其双轴曲率而对于其重量具有相当大的稳定性。
[0071] 图2显示结构100的电示意图200，致动器段130在圆周轮廓中描绘。致动器段130与弯曲片材110的正弦状圆周轮廓112一致并且因此具有正弦变化曲率。三相电源210通过电连接器140将电力提供给致动器段130。电源210的每个相连接到依靠正弦状圆周轮廓112的对称性动态地具有曲率的匹配幅度的一组致动器段130。交替致动器段130配置有相反极性，从而匹配由电源210的每个相看到的致动器段130的曲率的表观方向。由电源210启动致动器段130用于使弯曲片材110和致动器段130的正弦变化曲率与由启动产生的圆周弯力的旋转正弦图案对准。
[0072] 有利地，弯曲片材110的波动变形随着大致恒定净应变能或换句话说沿着中性稳定变形路径发生，其中弹性力在弯曲片材110和致动器段130中动态地平衡。因此由致动器段130产生的致动力不可由局部弹性恢复力减小，允许结构100与传统换能器架构相比具有改善的力、位移和畸变特性以及高效率和宽带性能。除了弹性平衡以外，弯曲片材110的波动变形由于运动对称而动态地平衡，使得会导致噪声和振动的由弯曲片材110施加于支撑轴120的力被最小化。
[0073] 通过使用致动器段130变形弯曲片材110使得它的鞍形状114可旋转地重定向，结构100可以用作变形结构，所述变形结构可以例如用作美观显示或改变流体路径中的流体的流动。以类似方式，结构100可以用作用于对流体150做功的机器。这样做时，弯曲片材可以用作机械变换器，提供机械效益以将致动器段130的高应力、低应变膨胀转换成流体150的低力高偏转。为了最大化对流体150做的功，例如可以通过弯曲片材110上的致动器段130的径向定位调节由该布置提供的机械效益的量。
[0074] 当流体150是空气时，结构100可以通过生成气流用作风扇。与常规风扇相比，结构100具有低噪声、低成本和耐沾灰的潜在优点，并且与叶片型压电风扇相比，具有在速度的大范围上高效操作的能力。通过将三相电源210配置成振荡弯曲片材110的波动变形的速度，结构100可以通过生成声能用作扬声器。与常规移动线圈扬声器相比，结构100由于下列原因而具有高效率和低畸变的潜在优点：能够从鞍形状114的任何旋转取向加速弯曲片材110的变形使得不需要定心弹簧和典型地用于管理由定心弹簧生成的振荡的伴随的电和机械阻尼；能够精确地控制弯曲片材110的鞍形状的旋转取向；弯曲片材110能够产生大偏转；以及弯曲片材110的高形状稳定性。结构100当然可以在除了空气以外的流体（例如水）中生成流动和声能。参考图3和4将显而易见，其它功能可以由结构100执行。
[0075] 图3显示线性换能器300，该线性换能器包括结构100、滑动地安装在结构100的支撑轴120上的滑动器310、以及在一端可枢转地连接到结构100的弯曲片材110并且在另一端可枢转地连接到滑动器310的连接杆320。通过使用致动器段130以波动方式变形弯曲片材110，换能器用作线性致动器，其中滑动器310被推动以在支撑轴120上滑动。相反地操作，滑动器310可以由振荡力驱动以便以波动方式变形弯曲片材110，由此致动器段130生成电荷。以该方式，线性换能器可以用作位置传感器或用作发电机。
[0076] 图4示出泵400，该泵包括除了缩短支撑轴120a以外类似于结构100的经修改的结构100a。缩短支撑轴120a固定地连接在上半壳体410和下半壳体420的内部，电连接器140（被遮掩）穿过并且静态地密封在下半壳体420中。透明地显示上半和下半壳体410和
420以展现用于容纳弯曲片材110的波动变形的腔430，并且该腔形成包括流体入口440和流体排出口450的流体流动路径。弯曲片材110的波动变形使流体150（未显示）加速通过腔430。有利地，泵可以密封以消除短时排放。泵也可以通过调制流体150的加速而用作声致动器。
420以展现用于容纳弯曲片材110的波动变形的腔430，并且该腔形成包括流体入口440和流体排出口450的流体流动路径。弯曲片材110的波动变形使流体150（未显示）加速通过腔430。有利地，泵可以密封以消除短时排放。泵也可以通过调制流体150的加速而用作声致动器。
[0077] 图5A示出特别适合用作风扇的设备500。设备500包括类似于结构100的经修改的结构100b，区别在于弯曲片材110在其边缘而不是其中心固定连接到支撑轴120，从而增加它的峰值位移。图5B显示设备500在操作中的运动，运动时间系列510显示弯曲片材110的变形路径。
[0078] 图6A和6B示出根据本发明的另一个方面的热机600，图6B显示放大和部分透明分解图以示出它的结构。热机600包括转子610、上半定子620和下半定子630。上半定子620包括热流体入口621、热流体入口集管623、热流体入口端口626、冷流体出口622、冷流体出口集管624、冷流体出口端口625和鞍状上接触表面627。下半定子630包括热流体出口631、热流体出口集管633、热流体出口端口636、冷流体入口632、冷流体入口集管634、冷流体入口端口635和鞍状下接触表面637。转子610包括可旋转轴611、轴向固定到可旋转轴611的多个中性稳定的鞍状弯曲片材612、以及对称地布置在每个弯曲片材612上并且与其联接的一个或多个环形带613。环形带613具有不同于弯曲片材612的热膨胀系数，从而形成用作用于变形弯曲片材612的功输入元件的热双晶元件614。环形带613的窄宽度被设计成使得热双晶元件614主要在圆周意义上起作用。热双晶元件614夹入上和下接触表面627和637之间，并且带有穿孔，从而形成热流体入口端口626和相应的热流体出口端口636之间的热流体流动路径615（未显示）、以及在冷流体入口端口635和相应的冷流体出口端口625之间的冷流体流动路径616（未显示）。可选地，转子610还包括布置在相邻热双晶元件614之间以及热双晶元件614与上半和下半定子620和630之间的穿孔柔性间隔器以减小摩擦并且减小热和冷流体流动路径615和616之间的流体泄漏。
[0079] 图7显示热机600的流体流动示意图700，热双晶元件614在圆周轮廓中描绘。热流体710将热能提供给热机600以部分地转换成机械功，并且冷流体720允许废热的排出。热和冷流体710和720穿过相应的热和冷流体流动路径615和616，从而引起热双晶元件
614中的温度分布，所述温度分布配置成生成热双晶元件614中的圆周弯力的图案，所述圆周弯力的图案用于以波动方式变形弯曲片材612。为了使弯曲片材612以波动方式变形，热双晶元件614以使得与上半和下半定子620和630滑动地和啮合地接合的方式推压上和下接触表面627和637，由此导致转子610以连续方式旋转。与也沿着中性稳定路径循环地变形有源片材（active sheet）的连续带型热机相比，热机600由于下列原因而能够具有高功率密度：热双晶元件614的紧凑堆叠；以及热双晶元件614的分布式弯折，在任何指定时间允许它们的致动能力的高比例有效。
614中的温度分布，所述温度分布配置成生成热双晶元件614中的圆周弯力的图案，所述圆周弯力的图案用于以波动方式变形弯曲片材612。为了使弯曲片材612以波动方式变形，热双晶元件614以使得与上半和下半定子620和630滑动地和啮合地接合的方式推压上和下接触表面627和637，由此导致转子610以连续方式旋转。与也沿着中性稳定路径循环地变形有源片材（active sheet）的连续带型热机相比，热机600由于下列原因而能够具有高功率密度：热双晶元件614的紧凑堆叠；以及热双晶元件614的分布式弯折，在任何指定时间允许它们的致动能力的高比例有效。
[0080] 在热机600的备选实施例中，弯曲片材612可以设计成以附加或备选方式与上半和下半定子620和630接合。示出使鞍状弯曲片材与相对旋转构件接合的一种备选方式，图8显示周边耦合旋转致动器800，该周边耦合旋转致动器包括经修改的结构100c和透明地显示以展示经修改的结构100c的细节的外壳810。经修改的结构100c类似于结构100，区别在于具有在其相应中心固定连接到支撑轴120的一个以上弯曲片材110以便提供相对于外壳810的稳定性，并且提供增加的功率输出。外壳810包括：多个突起812，用于通过俘获弯曲片材110防止支撑轴120的相对轴向运动；以及内部轮廓814，其大体上为方形，具有从顶部观察与弯曲片材110的轮廓一致的圆形角部。弯曲片材110以波动方式变形导致弯曲片材110在其周边以使得与外壳810滑动地和啮合地接合的方式推压外壳810，由此导致支撑轴120以连续方式相对于外壳810旋转。
[0081] 示出使鞍状弯曲片材与相对旋转构件接合的另一种备选方式，图9显示摩擦耦合旋转致动器900。摩擦耦合旋转致动器900包括结构100、具有上摩擦表面915的上半壳体910、以及具有下摩擦表面925的下半壳体920。结构100的弯曲片材110夹入上和下摩擦表面915和925之间使得它在其正弦状圆周轮廓112的峰和谷处与上半和下半壳体910和
920摩擦地接合。透明地显示上半和下半壳体910和920以展示形成于其中的空隙930，该空隙配置成容纳弯曲片材110的波动变形和支撑轴120的相对旋转。参考图1B和曲平面外、8字形路径180，可以看到弯曲片材110以波动方式变形导致在其正弦状圆周轮廓112的峰和谷处的切向运动，当从上方观察时相对于支撑轴120在相同顺时针意义上起作用。
弯曲片材110在它与上和下摩擦表面915和925接触的区域中的该相同意义切向运动用于在类似滚动运动中同时在上和下摩擦表面915和925上移动弯曲片材110，由此导致支撑轴
120以连续方式相对于上半和下半壳体910和920旋转。
920摩擦地接合。透明地显示上半和下半壳体910和920以展示形成于其中的空隙930，该空隙配置成容纳弯曲片材110的波动变形和支撑轴120的相对旋转。参考图1B和曲平面外、8字形路径180，可以看到弯曲片材110以波动方式变形导致在其正弦状圆周轮廓112的峰和谷处的切向运动，当从上方观察时相对于支撑轴120在相同顺时针意义上起作用。
弯曲片材110在它与上和下摩擦表面915和925接触的区域中的该相同意义切向运动用于在类似滚动运动中同时在上和下摩擦表面915和925上移动弯曲片材110，由此导致支撑轴
120以连续方式相对于上半和下半壳体910和920旋转。
[0082] 图10A示出根据本发明的另一个方面的另一个结构1000。结构1000包括弯曲带1010，该弯曲带由沿着纵向边缘1012固定地或在备选实施例中可枢转地连接到较硬支撑件1020的热可启动形状记忆材料组成。弯曲带1010具有从直线截面观察的正弦状轮廓1014，该正弦状轮廓在横向上从纵向边缘1012在幅度上增加。在所示实施例中，弯曲带1010具有带两个波长的波状轮廓1014，然而备选实施例可以具有带不同数量的波长（包括非整数值）的轮廓。结构1000还包括嵌入或在备选实施例中附连到弯曲带1010的面的多个循环可操作电阻加热元件1030。弯曲带1010的部分的形状记忆可以以特定方式由加热元件1030启动以便用作用于以波动方式变形弯曲带1010的功输入元件。与弯曲带1010联系的流体1040用作散热器，用于通过冷却未由加热元件1030主动加热的弯曲带1010的部分局部地停用弯曲带1010的形状记忆。流体1040也可以用作主体，弯曲带1010在其变形时可以对所述主体做功。可选地，加热元件1030可以与弯曲带1010电绝缘，如后面参考图21所述。
[0083] 图10B显示结构1000在操作中的运动，运动时间系列1050示出弯曲带1010正以波动方式变形。有利地，弯曲带1010通过以波动方式以分布顺应性变形用作完全柔性机构，允许它在没有滑动接头或不形成松弛的情况下操作。进一步有利地，弯曲带1010的弯曲状态允许它以波动方式以大致恒定净应变能变形，由此它可以在不明显违背弹性恢复力的情况下变形。图10C是图10B的放大部分视图。表示运动时间系列1050期间正弦状轮廓1014上的一系列点中的一个点的运动，标记1060相对于支撑件1020沿着曲平面外、8字形路径1070行进。
[0084] 图11A显示结构1000的电示意图1100。一系列电波形1110将电力提供给在纵向轮廓中描绘的加热元件1030。通过检查弯曲带1010可以注意到它的正弦状轮廓1014的每个半波长的三分之一相比于剩余三分之二较直。相应地，加热元件1030在弯曲带1010中配置成具有波长的每六分之一的间隔以用于使用形状记忆效应产生局部拉直应力，从而允许以波动方式变形弯曲带1010。一系列电波形1110包括用于通过电连接器1150分别电连接到弯曲带1010的每个半波长的第三、第二和第一加热元件1030的第一相1120、第二相1130和第三相1140。
[0085] 图11B显示用于驱动结构1000的一系列电波形1110的细节。在它们的最基本形式中，一系列电波形1110的相1120、1130和1140在序列中循环地操作，所述序列的顺序和频率确定弯曲带1010的波动变形的相应方向和速度。可以为了各种目的对相1120、1130和1140的该基本形式进行修改，所述目的包括：最大化能量效率、平滑内周期功率输送、超温保护和超应变保护。这样的修改包括、但不限于：脉冲宽度调制，幅度调制，以及用于提前或延迟相1120、1130和1140之间的顺序操作的时间变量1160。在所示的结构1000的实施例中，一系列电波形1110提供弯曲带1010的开环控制，但是诸如温度或位置反馈的反馈可以被包含以用于闭环控制。
[0086] 将容易理解备选的致动配置和技术可以用作功输入元件，从而以波动方式变形弯曲带1010。例如，可以通过直接使电流通过形状记忆材料或通过沟流与其热联系的合适热流体而启动弯曲带1010的形状记忆。弯曲带1010可以具有形状记忆使得启动导致弯折而不是拉直作用，或者改为由除了形状记忆材料以外的材料组成，用例如下面参考图20所述的其它手段启动。加热元件1030的数量可以变化以提供运动的更大精度或简化制造和操作。此外，可以单独地控制加热元件1030以影响弯曲带1010的形状，在一定范围内包括它的正弦状轮廓1014的幅度和波长特性。
[0087] 结构1000可以通过附连到水运工具用作波动推进系统使得弯曲带1010平行于期望的运动方向浸没在水中。本领域的技术人员将清楚结构1000也可以以类似于结构100的方式用作致动器、传感器、发生器、风扇、泵或扬声器。
[0088] 图12示出密封泵1200，该密封泵包括结构1000和固定连接到结构1000的支撑件1020的壳体1210。透明地显示壳体1210以展示其中的楔形腔1212，所述楔形腔用于容纳弯曲带1010的波动变形并且引导流体1040（未显示）的流动。在备选实施例中，弯曲带1010的前缘和/或后缘可以为锥形以减小拖曳并且最小化末端效应对弯曲带1010的形状的影响。
[0089] 图13显示包括曲线弯曲带1310的搅拌器1300，所述曲线弯曲带由热可启动形状记忆材料组成，固定地附连到较硬的曲线支撑件1320。搅拌器还包括多个加热元件1030，所述加热元件嵌入曲线弯曲带1310中以用于以波动方式变形它，从而搅拌周围流体（未显示）。搅拌器1300类似于结构1000，区别在于曲线弯曲带1310具有从圆周截面而不是直线截面观察的正弦状轮廓1312。在备选实施例中曲线弯曲带1310和刚性曲线支撑件1320可以是不连续的和/或具有变化曲率，其中曲线弯曲带1310具有从曲线截面观察的波状轮廓1312。
[0090] 图14显示根据本发明的另一个方面的声换能器1400。声换能器1400包括由形状记忆材料组成、具有第一边缘1412和相对的第二边缘1414的弯曲片材1410，第一和第二边缘1412和1414都固定连接到框架1420。弯曲片材1410通过由框架1420施加的力生成的剪切应力弯曲，从而形成从弯曲片材1410的直线截面观察的波状轮廓1416。波状轮廓1416具有随着离第一边缘1412的距离增加而大致恒定的幅度，在弯曲片材1410连接到框架1420处的第一和第二边缘1412和1414的附近发生幅度的减小。声换能器1400还包括布置在弯曲片材1410上的多个带状加热器1430和用于将电力传递到带状加热器1430以便启动弯曲片材1410的部分的形状记忆的一系列电极1440。通过将合适的一系列电波形施加到用于控制弯曲片材1410以波动方式变形的速率的一系列电极1440，在与弯曲片材
1410联系的流体（未显示）中生成声能，其中波状轮廓1416上的一系列点中的每个点相对于框架1420至少部分地沿着8字形路径行进。
1410联系的流体（未显示）中生成声能，其中波状轮廓1416上的一系列点中的每个点相对于框架1420至少部分地沿着8字形路径行进。
[0091] 尽管弯曲片材1410通过由框架1420施加的力生成的剪切应力而发生弯曲，但是本领域中已知用于导致片材弯曲的许多其它配置和布置可以用于声换能器1400的备选实施例中；例如，在Physical Review E Vol.75No.1(2006)pp.016609(Concha等人)中描述了使用由弹性基材施加的力使带弯曲的布置。弯曲片材1410具有直带的弯曲图案，但是在声换能器1400的备选实施例中，弯曲片材1410可以具有不同弯曲图案，所述不同弯曲图案也具有可以以波动方式变形的波状轮廓，包括描述为棋盘、波动带和鲱鱼骨的图案。由于这些弯曲图案中的一些具有双轴波状轮廓，因此以可以在不同方向上发生波动变形的方式使弯曲片材1410变形成为可能。
[0092] 图15A、16A、17A和18显示本发明的实施例，其中带由动态地限制其波状轮廓上的至少两个点相对于彼此的一个或多个自由度的机构保持在具有波状轮廓的弯曲形式。在这些实施例的每一个中，带可以由功输入元件以波动方式变形，所述功输入元件作用于限制带的轮廓上的点的机构以便带对周围流体做功。然而，功输入元件可以以其它方式作用于带，在该情况下限制带的轮廓上的点的机构可以用作带对其做功的主体。
[0093] 图15A示出包括弯曲带1510的旋转限制波动设备1500，所述弯曲带具有波状轮廓1512，沿其纵向边缘刚性地和轴向地连接到一对可旋转轴1514。可旋转轴1514可旋转地连接到框架1520并且连接到用于限制它们相对于彼此的旋转的皮带轮机构1530。
[0094] 示出旋转限制波动设备1500在操作中的运动，图15B显示当弯曲带1510以波动方式变形时波状轮廓1512的运动图1540。当弯曲带1510变形时波状轮廓1512上的一系列点1550沿着相应路径1560行进。参考图16B和17B将变得明显的弯曲带1510的变形特性在于一系列点1550中的每个点相对于从框架1520观察的共同参考框架沿着8字形路径行进，所述共同参考框架在与每个点沿其行进的8字形路径一致的路径中移动。
[0095] 类似于线性换能器300，旋转限制波动设备1500可以直接耦合到固体主体以对其做功。图15C显示直接耦合致动器1570，该直接耦合致动器包括旋转限制波动设备1500和固定到弯曲带1510的直接耦合器1580。以波动方式变形弯曲带1510生成直接耦合器1580的运动，在优选实施例中由于直接耦合器1580居中地位于弯曲带1510上，因此所述运动是线性运动。
[0096] 图16A示出平移限制波动设备1600，该平移限制波动设备包括具有波状轮廓1612的弯曲带1610。可平移轴1614轴向地对准并且刚性地连接到弯曲带1610的纵向边缘和纵向中线。可平移轴1614可枢转地连接到滑动器1620，所述滑动器通过以正交方式可平移连接到支撑构件1630和带轮凸轮1622形成止转棒轭（scotch yoke）机构。带轮凸轮1622可旋转地连接到支撑构件1630并且相对于彼此由皮带1624可旋转地限制以用于限制可平移轴1614相对于彼此的平移。
[0097] 示出平移限制波动设备1600在操作中的运动，图16B显示当弯曲带1610以波动方式变形时波状轮廓1612的运动图1640。当弯曲带1610变形时波状轮廓1612上的一系列点1650沿着相应路径1660行进。参考图17B将变得明显的弯曲带1610的变形特性在于一系列点1650中的每个点相对于从支撑构件1630观察的共同参考框架沿着8字形路径行进，所述共同参考框架在与每个点沿其行进的8字形路径的水平分量一致的路径中移动。
[0098] 平移限制波动设备1600可以直接耦合到固体主体以对其做功，或者可以类似于热机600由其波状轮廓1612的形状耦合。图16C显示形状耦合致动器1670，该形状耦合致动器包括平移限制波动设备1600和具有与弯曲带1610滑动地和啮合地接合的波状狭缝1682的形状耦合器1680。带轮凸轮1622的旋转导致形状耦合器1680的线性运动，或者相反地，形状耦合器1680的线性运动导致带轮凸轮1622的旋转。
[0099] 图17A示出类似于平移限制波动设备1600、但是具有附加的一系列止转棒轭机构的8字限制波动设备1700。8字限制波动设备1700包括具有波状轮廓1712的弯曲带1710。动态轴1714轴向地对准并且刚性地连接到弯曲带1710的纵向边缘和纵向中线。动态轴
1714可枢转地连接到水平滑动器1720，该水平滑动器通过以正交方式可平移连接到竖直滑动器1722和凸轮1734形成水平作用止转棒轭机构。竖直滑动器1722又通过经由可枢转连接导向件1724以正交方式可平移连接到支撑构件1630和带轮凸轮1622（由竖直滑动器1722遮掩）形成竖直作用止转棒轭机构。凸轮1734经由2:1比率内部齿轮组（图未示）可旋转地连接到带轮凸轮1622使得水平滑动器1720和因此动态轴1714相对于支撑构件
1630沿着8字形路径行进。带轮凸轮1622可旋转地连接到支撑构件1630并且相对于彼此由皮带1624可旋转地限制以用于限制动态轴1714相对于彼此的8字形路径。
1714可枢转地连接到水平滑动器1720，该水平滑动器通过以正交方式可平移连接到竖直滑动器1722和凸轮1734形成水平作用止转棒轭机构。竖直滑动器1722又通过经由可枢转连接导向件1724以正交方式可平移连接到支撑构件1630和带轮凸轮1622（由竖直滑动器1722遮掩）形成竖直作用止转棒轭机构。凸轮1734经由2:1比率内部齿轮组（图未示）可旋转地连接到带轮凸轮1622使得水平滑动器1720和因此动态轴1714相对于支撑构件
1630沿着8字形路径行进。带轮凸轮1622可旋转地连接到支撑构件1630并且相对于彼此由皮带1624可旋转地限制以用于限制动态轴1714相对于彼此的8字形路径。
[0100] 示出8字限制波动设备1700在操作中的运动，图17B显示当弯曲带1710以波动方式变形时波状轮廓1712的运动图1740。当弯曲带1710变形时波状轮廓1712上的一系列点1750沿着相应路径1760行进。可以看到一系列点1650中的每个点相对于支撑构件1630沿着8字形路径行进。
[0101] 8字限制波动设备1700可以直接耦合或形状耦合到固体主体以对其做功，或者可以改为类似于摩擦耦合旋转致动器900通过摩擦耦合。图17C显示包括8字限制波动设备1700的摩擦耦合致动器1770，所述8字限制波动设备修改成具有附连到弯曲带1710的一系列柔性脚1716以用于增加摩擦并且为动态轴1714提供间隙。摩擦耦合致动器1770还包括摩擦耦合器1780，该摩擦耦合器具有上内表面1782和相对的下内表面1784以用于摩擦地接合柔性脚1716。弯曲带1710以波动方式变形将协同作用切向运动施加于与上和下内表面1782和1784接触的柔性脚1716，从而在类似滚动运动中同时在上和下内表面1782和1784上移动弯曲带1710。防旋转导向件（未显示）通过将摩擦耦合器1780限制到平移路径而防止其旋转。在备选实施例中，如果通过使用至少一个附加8字限制波动设备1700或具有带多个波长的波状轮廓1712的弯曲带1710充分地支撑摩擦耦合器，则可以省略防旋转导向件。
[0102] 在由提供每个设备中的动态限制的机构以波动方式变形时，弯曲带1510、1610和1710的运动可以在波动周期中的两个相对位置分叉成表观前向和后向行进波。在设备1500、1600和1700的备选实施例中，可以提供附加机构以动态地限制相应弯曲带1510、1610和1710上的附加点以便提供其确定性运动，由此扩展设备1500、1600和1700对需要半个以上连续波动周期并且波动的表观方向是重要的应用的适合性。尽管动态地限制弯曲带1510和1610上的附加点的路径涉及额外的复杂性，但是限制弯曲带1710上的附加点可以通过由于路径1760的一致增加适当调相双止转棒轭机构而简单地实现。不同于完全限制弯曲带1510、1610和1710上的附加点的运动，诸如弹簧、导向件或二次致动器的偏压机构可以配置成作用于弯曲带1510、1610和1710以便提供其确定性运动。
[0103] 将领会各种机构可以用于将片材动态地保持在弯曲形式。参考8字限制波动设备1700，四连杆机构可以代替双止转棒轭机构以生成8字形路径1760，并且齿轮、机械连杆或电控制致动器可以代替皮带1624。图18显示波动推进系统1800，示出将弯曲带上的点的运动限制到耦合8字形路径的齿轮耦合、四连杆机构设计。波动推进系统1800包括具有波状轮廓1812的弯曲带1810、以及轴向地对准并且刚性地连接到弯曲带1810的纵向边缘和两个中间位置的动态轴1814。动态轴1814刚性地或在备选实施例中可枢转地连接到连接杆1820，所述连接杆在一端可旋转地连接到第一曲柄臂1830并且在相对端可旋转地连接到第二曲柄臂1832。第一和第二曲柄臂1830和1832可旋转地连接到安装结构1840，第一曲柄臂1830通过也可旋转地连接到安装结构1840的蜗轮组1860和非圆形齿轮组1862连接到驱动轴1850。为了以波动方式以大致恒定净应变能变形弯曲带1810，当驱动轴1850以恒定速度旋转时非圆形齿轮组1862成形为产生动态轴1814的双轴正弦运动。
[0104] 尽管弯曲带1810充分地被限制到具有确定性运动，但是当与相应的第一曲柄臂1830竖直对准时第二曲柄臂1832的每一个的旋转方向可以分叉。由弯曲带1810施加的弹性力用于防止第二曲柄臂1832的旋转分叉，但是在备选实施例中，第一曲柄臂1830和第二曲柄臂1832还可以与非圆形齿轮组耦合，或者不需要任何非圆形齿轮组，与常规差动齿轮组耦合。
[0105] 有利地，波动推进系统1800能够由于弯曲带1810的波状轮廓1812上的动态轴1814的数量和间隔并且由于两个最外侧动态轴1814相对于两个最内侧动态轴1814看到由周围流体提供的负荷的一半而在波动周期上输送恒定功率。波动推进系统1800的另一个优点在于弯曲带1810在没有多个致动器和复杂控制系统的情况下以波动方式可变形，仅仅需要在驱动轴1850的旋转功率输入。
[0106] 图19示出类似于结构1000、但是类似波动推进系统1800机械驱动的波动推力器1900。波动推力器1900包括具有波状轮廓1912的鳍状弯曲片材1910，鳍状弯曲片材1910沿着纵向边缘固定连接到背衬结构1920并且沿着它在纵向间隔处的宽度固定连接到邻近其一端的撑杆1914。撑杆1914在与连接弯曲片材1910一致的中间位置处可枢转地连接到背衬结构1920，并且在另一端可枢转地连接到相应连接杆1930的一端。连接杆1930在另一端可旋转地连接到曲柄轴1940，由此曲柄轴1940的旋转导致撑杆1914将侧向力施加于弯曲片材1910，侧向力用于使弯曲片材1910以波动方式变形，其中它的波状轮廓1912上的一系列点中的每个点沿着8字形路径行进。8字形路径的纵向分量可以归因于弯曲片材
1910的压缩刚度并且通过连接杆1930的接头的运动容纳在撑杆1914中。
1910的压缩刚度并且通过连接杆1930的接头的运动容纳在撑杆1914中。
[0107] 尽管在波动推力器1900中使用的曲柄轴机构具有较少部件数量，但是它由于撑杆1914的非正弦振荡而不会导致弯曲片材1910沿着中性稳定路径变形。当弯曲片材1910变形时在其中形成的弹性力的最终不平衡将振荡扭矩施加于曲柄轴1940上，可以通过将飞轮附连到曲柄轴1940或通过提供平衡振荡扭矩来抑制其影响。其它机构设计当然可以在波动推力器1900的备选实施例中用于以波动方式变形弯曲片材1910，其可以通过以更正弦方式提供撑杆1914的振荡减小曲柄轴1940上的振荡扭矩。
[0108] 图20是根据本发明的另一个方面的制造结构的方法2000的总流程图。方法2000包括通过在其中引起弯曲应力在柔性片材中形成波状轮廓的步骤2010。典型地柔性片材具有在2cm至2m之间的最大尺寸；然而，本发明的实施例也可以在小得多和大得多的尺度上有用，例如作为微型泵或轮船推进器。
[0109] 在步骤2010中使用的柔性片材可以由任何合适的自支撑材料组成，所述自支撑材料通常是具有足以防止来自组合弯曲和致动应力的塑性变形或失效的弹性限度的材料。其它材料选择考虑可以包括抗疲劳性、弹性滞后、应力松弛特性和蠕变特性、以及抗化学性、耐腐蚀性、耐磨性和耐温度极限性。作为可以使用的材料的例子而非限制，结构100的弯曲片材110可以是纸或塑料，热机600的弯曲片材612和环形带613可以是铁、铜、镍或钛基合金，并且波动推力器1900的弯曲片材1910可以是纤维增强弹性体。通常，柔性片材具有恒定厚度并且初始是平坦的和无应力的，然而，可以设计变化以在弯曲配置中影响其稳定特性。优选地，柔性片材具有各向同性机械性质以简化弹性力的平衡，然而，各向异性性质可以有用于将弯曲应力引入柔性片材中。
[0110] 为了执行步骤2010，可以通过由应力构件施加于其上的力将弯曲应力引入柔性片材中。这样的应力构件可以是静态的，例如声换能器1400的框架1420，或动态的，例如波动推进系统1800的动态轴1814。包含可启动应力构件也可以与柔性片材结合以用于导致其弯曲，或改变特定弯曲配置的稳定性。当柔性片材由当保持静止时由于蠕变或应力松弛在经历一段时间后弹性平衡退化的材料构造时，仅仅当需要操作时将弯曲应力引入柔性片材中可能是有利的。备选地或附加地，柔性片材可以由通过形成或制造过程在其中引起的残余应力而弯曲。
[0111] 显示在弯曲力由静态应力构件施加到其上以执行步骤2010之前的柔性片材，图21示出可以用于制造结构1000的部件2100。该部件包括加热器子组件2110和变为弯曲带1010的预成形体2120。加热器子组件2110是包括包封在导热、电绝缘外层2112中的电阻加热元件1030的挠性带加热器。预成形体2120由定形成平坦环形扇区的形状的形状记忆材料组成，并且包括用于插入和固定加热器子组件2110的袋2122、和用于将预成形体
2120固定连接到支撑件1020的唇边2124。预成形体2120中的弯曲应力由于唇边2124和它所固定到的较硬支撑件1020之间的曲率的差异而生成。
2120固定连接到支撑件1020的唇边2124。预成形体2120中的弯曲应力由于唇边2124和它所固定到的较硬支撑件1020之间的曲率的差异而生成。
[0112] 显示在其经历制造过程以用于在其中引起残余应力以执行步骤2010之前的柔性片材，图22示出可以用于制造弯曲片材110的部件2200。部件2200包括狭缝盘2210，该狭缝盘具有径向狭缝2215、和用于在每个径向边缘联接到径向狭缝2215的相对边缘的扇区2220，由此柔性片材圆周地被压缩。优选地，狭缝盘2210和扇区2220尽可能均匀地联接以避免会弱化结构并且破坏精细弹性平衡的几何和材料性质的不连续。更加优选地，通过使用包括机械、热、化学和电磁形成过程以在圆盘的外环形区域中产生压缩的方法在平坦圆盘中引起圆周或径向残余应力将弯曲片材110制造成没有接头。为了该目的适合于圆周地拉伸平坦圆盘的外环形部分的机械形成过程包括：滚轧；打平；非常规旋转（spinning），其中平坦圆盘以足够用于气动弹性颤振的速度旋转以导致塑性变形；以及冲击（peening），包括锤击、喷丸、激光喷丸和点刻。将领会这些形成过程中的许多可以更一般地应用于制造本发明的结构；例如弯曲带1010可以通过冲击由平坦直带形成，根据离纵向边缘1012的距离而密度增加，从而引起残余弯曲应力。
[0113] 残余弯曲应力也可以在片材的制造期间在柔性片材中引起。例如，在Mathematical Intelligencer Vol.23No.2(2001)1337-1359(Henderson等人)中描述了通过改变连续行中的针脚的数量弯曲的由纱钩编的柔性片材作为双曲面的构造。技术人员将领会所述的方法怎样可以应用于其它制造过程，例如针织、编织和打结。在柔性片材中引起残余弯曲应力的另一种方式是利用本领域中已知与不对称复合层压板相关的柔性片材的各向异性。也可能由干燥、固化、冷却等的过程硬化时通过导致可模塑材料中的波状轮廓波动在诸如纸浆或塑料的可模塑材料的柔性片材中引起残余弯曲应力。
[0114] 在柔性片材中形成波状轮廓的步骤2010之后，制造结构的方法2000可以可选地包括针对可接受弹性平衡检查柔性片材的步骤2020。优选地，弹性平衡检查通过测量以波动方式将柔性片材变形到各位置所需的力执行，但是也可以在它以波动方式变形时通过其它方法执行，例如柔性片材的振动分析。典型地，弹性平衡的目标状态是中性稳定的状态使得柔性片材在不明显违背弹性恢复力的情况下可波动。然而在一些情况下，可能理想的是柔性片材具有可以包括一个或多个稳定位置的可变应变能轮廓。例如，施加到线性换能器300的滑动器310的弹性恢复力可以根据其位置定制。
[0115] 如果由步骤2020确定的柔性片材的稳定状态是不可接受的，则可以执行弹性平衡的步骤2030。弹性平衡可以以多种方式实现，包括：改变作用于柔性片材的外力的分布；改变柔性片材中的残余应力的分布；局部地改变柔性片材的几何刚度；以及局部地改变柔性片材的材料刚度。
[0116] 可选地，制造结构的方法2000包括将柔性片材联接到支撑件以用于控制柔性片材相对于其环境的变形路径并且在一些情况下用于传输机械能的步骤2040。在柔性片材中切出孔以容纳支撑件的情况下可能需要柔性片材的弹性平衡的补偿，但是在诸如结构100的其它情况下，可以在弯曲片材110中切出中心孔而不明显改变它的形式或稳定特性。
[0117] 制造结构的方法2000还包括提供与柔性片材联系以用于以波动方式变形它的波状轮廓的功输入元件的步骤2050。通常，功输入元件是用于局部地对柔性片材施加应力以导致波动变形的致动器，然而也可以通过局部地改变柔性片材的几何刚度或材料刚度产生波动运动。致动器可以联接在柔性片材和外部支撑件之间，可以连接在柔性片材上的两个点之间，可以以分布方式作用于柔性片材，或者可以形成柔性片材自身。致动器可以布置成主要与柔性片材的纵向或圆周弯折耦合，或布置成与柔性片材的横向或径向弯折耦合，或它们的组合。技术人员将领会许多替代致动器类型和配置可以用作用于导致柔性片材的至少部分波动的功输入元件。合适的致动器可以包括而不限于：电磁、静电、液压、气动、热双材料、压电、电活化聚合物、形状记忆材料、磁致伸缩和电致伸缩致动器。
[0118] 在附图中，已在鞍状弯曲片材的透视图上显示投影网格线以突出它们的曲率并且不指示本发明的边缘或形成部分。
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