利用活性材料致动的罩展开系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200980116243.9

申请日:

2009.04.27

公开号:

CN102015341A

公开日:

2011.04.13

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B60J 3/02申请日:20090427|||公开

IPC分类号:

B60J3/02; B60J3/00; B60J1/20; B60J11/08

主分类号:

B60J3/02

申请人:

通用汽车环球科技运作公司

发明人:

X·高; N·D·曼凯姆; A·L·布朗; N·L·约翰逊

地址:

美国密执安州

优先权:

2008.05.06 US 12/115700

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司 72001

代理人:

原绍辉

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内容摘要

一种展开和存放罩的系统,包括连接到罩的机械组件,优选地包括多个展开臂和同步装置,在展开状态和存放状态之间可重构,并且还包括具有活性材料元件的致动器,该活性材料元件可操作以当被激活时经历变化,并且可操作以由于所述变化而使组件被重构。

权利要求书

1: 一种利用活性材料激活来展开罩的系统,所述系统包括 : 机械组件,包括多个互连部件,固定联接到罩,且可在展开状态和存放状态之间重 构,其中在展开状态和存放状态中分别展开和存放所述罩 ;以及 致动器,包括活性材料元件,所述活性材料元件可操作以在被激活时经历变化, 所述致动器传动地联接到所述组件且被构造为将线性平移力施加到所述多个部件中 的至少一个部件上从而由于所述变化使所述至少一个部件平移,并且作为所述至少一个 部件的平移的结果,所述组件在展开状态和存放状态之间切换。
2: 根据权利要求 1 所述的系统,其中,所述致动器包括可线性平移的滑块,所述元件 是联接到所述滑块的 SMA 线并且可操作以由于所述变化而使所述滑块平移,所述致动器 还包括对抗元件,所述对抗元件联接到所述滑块且被构造为使所述滑块的平移退回,并 且作为所述滑块的平移的结果,所述罩被展开,当所述滑块的平移被退回时,所述罩被 存放。
3: 根据权利要求 2 所述的系统,其中,所述组件还包括 T 型框,所述 T 型框牢固地联 接到所述罩且枢转地连接到所述滑块,通过操纵所述框来展开罩。
4: 一种利用活性材料激活来展开罩的系统,所述系统包括 : 组件,包括牢固地联接到罩的至少一个滑动槽,牢固地联接到所述至少一个滑动槽 且可相对于所述至少一个滑动槽线性地平移的第一和第二滑块,和分别枢转地连接到所 述第一和第二滑块且限定第一和第二不动的臂枢转点的第一和第二展开臂,并且组件可 在展开状态和存放状态之间重构,其中在展开状态和存放状态中分别展开和存放罩 ;和 致动器,包括活性材料元件,所述活性材料元件可操作以在被激活时经历变化, 所述致动器传动地联接到所述组件且被构造为将线性平移力施加到所述臂上使得由 于所述变化使所述臂枢转,并且作为枢转所述臂的结果,使罩和组件在展开状态和存放 状态之间切换。
5: 根据权利要求 4 所述的系统,其中,所述元件是第一和第二交叉的 SMA 线,每个 SMA 线连接到一个所述第一和第二展开臂和固定的点。
6: 根据权利要求 4 所述的系统,其中,每个展开臂包括可伸缩接合的内臂部分和外臂 部分以及与所述枢转点同心对准的凸轮,每个展开臂被向完全伸展状态偏置,缆线将每 个臂的内部分互连,并且缆线和凸轮协作地被构造成使得随着臂枢转,凸轮接合缆线并 且使内部分缩回。
7: 根据权利要求 4 所述的系统,还包括 : 同步元件,其联接到所述组件,且被构造为由于所述变化而使臂相同地枢转。
8: 根据权利要求 7 所述的系统,其中,每个臂具有围绕枢转点的接合表面,所述同步 元件包括互连所述表面且摩擦接合所述表面的交叉缆线。
9: 根据权利要求 7 所述的系统,其中,所述第一滑块是右旋螺丝,所述第二滑块是左 旋螺丝,所述同步元件包括与螺丝匹配的螺杆。
10: 根据权利要求 7 所述的系统,其中,所述同步元件包括固定地附接在第一臂上的 第一齿条,固定地附接在第二臂上的第二齿条和中间的且从动地联接到第一齿条和第二 齿条的小齿轮或滑轮。
11: 根据权利要求 7 所述的系统,其中,所述组件还包括具有不动的构件枢转点且枢 2 转地联接到所述臂的从动构件,所述致动器被构造为由于所述变化而使所述构件绕所述 枢转点枢转,并且由于绕所述构件枢转点枢转所述构件而使所述臂相同地枢转。
12: 根据权利要求 11 所述的系统,其中,所述致动器包括在与所述构件枢转点间隔开 第一距离 L1 的位置连接到所述构件且在与相应的臂枢转点间隔开第二距离 L2 的位置连接 到所述第一和第二展开臂中的其中一个的第一 SMA 线,所述比率 L1/L2 是预定比率。
13: 根据权利要求 12 所述的系统,其中,第二对抗元件将所述构件与所述第一和第二 展开臂中的另一个互连,并且具有的互连点到所述枢转点的空间关系等于 L1/L2。
14: 根据权利要求 4 所述的系统,还包括 :容纳在所述槽的末端部分内的第一和第二 存放辅助弹簧,从而当所述臂处于展开状态时滑块压缩所述弹簧。
15: 一种利用活性材料激活来展开罩的系统,所述系统包括 : 机械组件,包括多个互连部件,固定连接到罩,且可在展开状态和存放状态之间重 构,其中在展开状态和存放状态中分别展开和存放罩 ;以及 致动器,包括活性材料元件,所述活性材料元件可操作以在被激活时经历变化, 所述致动器传动地联接到所述组件且被构造为将扭矩力施加到所述多个部件中的至 少一个部件上从而由于所述变化使所述至少一个部件可旋转地平移,并且作为所述至少 一个部件的旋转的结果,所述组件在展开状态和存放状态之间切换。
16: 根据权利要求 15 所述的系统,其中,所述组件包括主从动构件以及通过所述构件 枢转地交叉连接的第一和第二展开臂,每个臂限定末端和枢转点,所述构件和臂被协作 地构造为使得当沿第一方向旋转所述从动构件时使得端部在相反的方向上相同地枢转。
17: 根据权利要求 16 所述的系统,其中,通过驱动器来驱动所述从动构件,所述驱 动器包括 SMA 扭矩管致动器、偏置元件、固定连接到所述管致动器且由所述管致动器引 起旋转的从动齿轮以及固定连接到所述从动构件且从动地联接到所述驱动齿轮的从动齿 轮。
18: 根据权利要求 16 所述的系统,其中,所述从动构件包括具有左蜗杆部分和右蜗杆 部分的蜗轮从动轴,所述臂在其枢转点限定轴接合齿轮,并且所述齿轮与左蜗杆部分和 右蜗杆部分相互啮合,从而当所述轴在第一方向旋转时使所述臂枢转。
19: 根据权利要求 16 所述的系统,其中,通过第一和第二滑轮或链轮在中间联接所述 从动构件和臂,所述第一和第二滑轮或链轮通过带或链联接到所述从动构件,所述第一 和第二齿轮分别固定连接到所述第一和第二滑轮或链轮。
20: 根据权利要求 16 所述的系统,其中,通过驱动器和对抗元件驱动所述从动构件, 所述驱动器包括缠绕在第一凸台周围的第一 SMA 线致动器。
21: 根据权利要求 20 所述的系统,其中,所述对抗元件是缠绕在第二凸台周围的第二 SMA 线致动器或者对抗所述第一 SMA 线致动器的扭力弹簧。

说明书


利用活性材料致动的罩展开系统

    背景技术 1. 技术领域
     本发明涉及展开罩、遮阳篷、屏、隔断,窗帘,安全货物梁 / 网等 ( 在此统称为 “罩” ) 的系统,更具体地,涉及利用活性材料驱动和可重构机械组件的展开系统。
     2. 现有技术描述
     各种罩已经发展成为对热能的屏障和 / 或直接接触各种 IR、UV 和太阳光谱的可 见部分。 同样已经发展了展开这些罩的方法以促进展开且增加效率。 然而,现有技术中 仍然存在与传统罩相关的各种问题。 例如,在汽车设置中,通常手动展开内部罩设计, 从而需要拥有者在场。 在拥有者不在场的情况下,不能展开罩。 其结果是,由于经常出 现太阳能通过玻璃,因此停放的车辆温度上升过高 ( 和内表面直接暴露给太阳辐射 ),至 少导致在进入车辆时处于不佳状态和 UV 敏感内部材料的更快老化。 最近,已经开发了具有自动展开机构的车辆罩,以减少操作时间和操作者共享 的能量。 然而,与之相关的机电马达出现了与增加重量、体积、成本、噪音问题和失败 的可能性相关的自身问题。 此外,这些类型的机构还出现了与保管、维修和更换以及建 立附加电池负载相关的问题。
     类似地,通常覆盖整个玻璃区域的外遮阳篷,诸如车辆的前或后挡风玻璃长期 以来被用来阻止来自太阳的辐射热能。 在此仍然存在问题,由于手动展开和大量阴影存 放需要更多时间,十分不便,并且在不使用时需要大量的存储空间
     发明内容
     本发明提供了解决上述问题的展开和存放罩的系统的多个实施例。 除此之外, 所述系统用于提供一种操纵罩的自动方法,不需要占有者 / 用户在场或者出现机电、电 磁或电动液压马达。 更具体地,当受到激活信号时,本发明利用活性 ( 或 “智能” ) 材 料经历的变化实现罩的展开。 这样,本发明用于提供能量保护,这样延迟了车辆的电池 寿命且减少成本。 此外,与传统致动器相比,本发明减少了等效部件重量,并且提供更 强健的设计能力、封装灵活性和适应性。
     在优选的实施例中,本发明提供一种利用活性材料激活展开罩 ( 诸如车辆的外 遮光罩 ) 的系统,通常包括机械组件和活性材料致动器。 所述机械组件包括多个互连部 件,所述机械组件固定联接到罩,且可在展开状态和存放状态之间重构。 所述致动器包 括可操作的在被激活时经历基本属性变化的活性材料元件。 所述致动器传动地联接到所 述组件且被展开为将扭矩力或线性平移力施加到所述多个部件中的至少一个上从而作为 所述变化的结果使所述至少一个部件旋转或线性平移。 作为平移的结果,所述组件可在 展开状态和存放状态之间重构,且作为重构结果展开或存放罩。
     因此,可以理解,与现有技术系统的手动、机电 / 电磁 / 液压展开相比,本发 明提供多个优点。 在此呈现本发明的其它方面,包括利用展开臂、滑块、至少一个滑动槽、同步元件、 SMA 线致动、活性材料扭矩管或缠绕的致动器、齿条和小齿轮、滑轮和 缆线,或链和链轮驱动组件、对抗元件等等。 通过下面的附图和详细描述示出上述和其 它特征。 附图说明 下面参照附图详细描述了本发明的优选实施例,其中 :
     图 1 是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括全展开 状态下的活性材料致动器和机械组件,其中,所述致动器包括 SMA 线,所述组件包括第 一和第二展开臂和滑动槽,以及包括接合所述系统的后挡风玻璃的车辆 ;
     图 1a 是在存放状态下图 1 所示的挡风玻璃、罩和系统的正视图,其中,致动器 被停用 ;
     图 2 是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括全面展 开状态下的活性材料致动器和机械组件,其中,所述组件包括第一和第二滑动槽和延伸 的展开臂 ;
     图 2a 是在存放状态下图 2 所示的罩和系统的正视图,其中,致动器被停用 ;
     图 3 是在展开状态下示出的适用于与本发明的优选实施例一起使用的机械组件 的正视图,包括第一和第二展开臂,其中,每个展开臂限定臂枢转点且包括内部和外部 可伸缩接合部件以及关于该枢转点可旋转的凸轮,并且还包括随着臂旋转将可伸缩内部 部件互联且通过凸轮可接合的缆线,以使可伸缩部件缩回 ;
     图 3a 是在存放状态下图 3 所示的罩和系统的正视图,其中,致动器被停用 ;
     图 4 是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括全面展 开状态下的活性材料致动器和机械组件,其中,所述致动器包括分别连接到各自的展开 臂的第一和第二交叉 SMA 线 ;
     图 4a 是在存放状态下图 4 所示的罩和系统的正视图,其中,致动器被停用 ;
     图 5 是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括活性材 料致动器、机械组件和同步元件,其中,所述机械组件包括限定臂枢转点的第一和第二 展开臂,所述同步元件包括在展开状态下接合臂的枢转点的交叉缆线 ;
     图 6 是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的局部正视图,该系统包括活 性材料致动器、机械组件和同步元件,其中,所述机械组件包括展开状态下的第一和第 二展开臂,所述同步元件包括附接到展开臂的左旋和右旋螺丝以及螺杆 ;
     图 7 是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括活性材 料致动器、完全展开状态下的机械组件和同步元件,其中,所述同步元件包括同步臂和 接合所述组件的第一和第二杆 ;
     图 7a 是在存放状态下图 7 所示的罩和系统的正视图,其中,致动器被停用 ;
     图 8 是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括活性材 料致动器、机械组件和同步元件,其中,所述机械组件包括展开状态下的第一和第二展 开臂,所述同步元件包括连接到所述臂且通过小齿轮互连的第一和第二齿条 ;
     图 8a 是具体示出小齿轮的图 8 所示的同步元件的平面图 ;
     图 9 是具有通过缆线和滑轮系统互联的第一和第二齿条的适用于本发明的优选
     实施例的致动器和同步元件的正视图 ;
     图 9a 是具体示出滑轮和齿条的互联的图 9 所示的致动器和元件的平面图 ;
     图 10 是根据本发明的另一实施例的呈现曲柄和滑块结构的驱动器和同步部件的 正视图,其中通过铰接连杆连接将展开臂连接到滑块,并且对立的第一和第二 SMA 线被 构造为在相反方向平移滑块 ;
     图 10a 是图 10 所示的曲柄和滑块结构的另一实施例的正视图,其中,对抗元件 是与第一线同心排列的压缩弹簧 ;
     图 11 是根据本发明的优选实施例的包括活性材料致动器、 T 型框机械组件和同 步元件的盖和展开系统的正视图,其中,所述活性材料致动器呈现蝴蝶结结构,所述 T 型框机械组件包括完全展开状态下的顶框和中心柱,所述同步元件包括滑块组件 ;
     图 11a 是在存放状态下图 11 所示的罩、 T 型框机械组件、致动器和同步元件的 侧视图 ;
     图 12 是根据本发明的优选实施例的包括用于展开和存放罩的从动构件的罩和交 叉连接驱动机械组件的正视图 ;
     图 13 是适用于本发明的优选实施例的第一和第二展开臂、致动器和组件的部分 示意图,包括从动构件、第一和第二连接杆和在存放状态和以虚线形式叠加的展开激活 状态下的将部件与臂互连的第一和第二 SMA 线,其中,所述线被激活 ; 图 14 是根据本发明的优选实施例的适用于图 12 所示的交叉连接组件且包括活性 材料致动器的驱动器的平面图,所述活性材料致动器包括扭矩管 ;
     图 15 是根据本发明的另一优选实施例的适用于图 12 所示的交叉连接组件且包括 活性材料致动器的驱动器的平面图,所述活性材料致动器包括缠绕的 SMA 线 ;
     图 16 是接合具有枢轴齿轮的第一和第二展开臂且包括接合枢轴齿轮与主从动齿 轮部分的右旋和左旋蜗轮部分的蜗轮驱动器的正视图 ;
     图 17 是根据本发明的优选实施例的机械组件的正视图,包括致动器驱动的主链 轮齿轮和由链相互驱动的并且接合第一和第二展开臂的多个驱动轴 ;
     图 18 是根据本发明的另一优选实施例的机械组件的正视图,包括致动器驱动的 主滑轮和由摩擦带相互驱动并且接合第一和第二展开臂的多个驱动轴 ;
     图 19 是根据本发明的优选实施例的展开系统的局部正视图,所述展开系统还包 括在压缩状态下接合第一展开臂和滑动槽的存放辅助压缩弹簧 ;以及
     图 19a 是图 19 所示系统的局部正视图,其中,弹簧处于去压缩状态。
     具体实施方式
     首先参照图 1 和图 1a,本发明涉及适用于展开和存放罩 12 的系统,包括基于活 性材料的致动器 14 和由致动器 14 驱动的可重构机械组件 16。 尽管在此对于车辆 18( 诸 如汽车 ) 进行描述,但是可以理解,可以在其它设置中利用本发明的益处,其中,期望 利用活性材料更加有效且可靠地展开罩。 例如,可以结合住宅或商业建筑利用本发明的 系统 10,或者选择性地展开货网或安全束,从而保护三维空间或捕获不牢固的对象。 这 样,术语 “罩” 不限于在此示出的实施例,应该包括,例如,凉格棚、遮阳板、遮阳 篷、干扰窗板 ( 还称为 “百叶窗” )、货物床罩、存储井 / 仓罩、隔离物 ( 例如,筛选,安全性,保护和隐私 )、障碍物 ( 例如,声、热、光、流体 ( 如水分,气体,液体 ) 和 / 或气候 )、支撑梁等等。
     在图 1 中,当展开时,罩 12 布置在玻璃表面 20( 例如,汽车挡风玻璃 ) 附近且 被展开为覆盖玻璃表面 20。 在此实施例中,罩 12 被构造为阻挡到表面 20 或一部分轿舱 空间的热传送或者阻挡表面 20 或一部分轿舱空间直接暴露在太阳光线下,并且这样优选 地是具有反光外层 12a 的平面构件。
     在此使用的术语 “存放” 意思是展开之后收起且存放罩 12。 罩 12、致动器 14 和组件 16 被协作地构造成能在可用存储空间内以存放状态下存放 ;例如,如图 1a 所提 出的行李箱罩板之间的内部空间或车辆 18 的行李箱的内部隔间的上后部分。 优选的罩 12 是可弯曲的,从而可被折叠以方便存储 ( 图 1a)。 更优选地,罩主要由柔性材料形成 ( 例如,纤维 ),从而当致动器 14 被停用时,罩 12 能够缠绕在卷轴或支撑杆 22 周围 ( 图 11)。 在此展开中,卷轴 22 还可以具有在杆 22 的端部间隔开的支撑轴承 24,用于使系统 10 向存放状态偏置的扭力弹簧 26( 图 11)。
     本发明的系统 10 利用活性 ( 或 “智能”) 物质的可逆形状、刚度和 / 或切变强度 变化的能力来展开和 / 或存放罩 12,这样,优选地利用相对大位移的活性材料。 在此使 用的术语 “活性材料” (AM) 是本领域的普通技术人员理解的其一般含义,因此包括, 但不限于,在由外部刺激或信号激活时经历可逆的根本 ( 例如,强物理,化学等 ) 属性变 化的任何材料或合成物。 术语 “基于活性材料的致动器” 意思是其主要功能通过至少一 种活性材料中的变化驱动的罩的致动器。 如上所述,基于活性材料的致动器 14 可以与罩 12 进行可操作地连接 ( 图 1 至图 18)。 可以理解,通过选择基于活性材料的致动器,包括在此描述和示出的那些示例性实 施例,可采用本发明的系统 10 和在此公开的操作模式。 然而,可以理解,可以结合本发 明的组件 16 使用其它构造和形式的活性材料致动器,从而本发明包括用于展开罩的任何 基于活性材料的致动器和可重构机械组件的组合。 适用于致动器 14 的活性材料包括但不 限于形状记忆材料、纳米管、电活性聚合物 (EAP)、压电材料、磁流变弹性体和包括磁 流变弹性体的液体和电流变弹性体和包括电流变弹性体的液体。
     然而,如示出的实施例所示,优选的致动器 14 包括热敏活性材料 (AM) 元件 30,诸如形状记忆合金 (SMA)、形状记忆陶瓷 (SMC) 或温敏形状记忆聚合物 (SMP) 线,其中,术语 “线” 意思是包含多种几何形式,诸如丝、条、带、线、片、板、弹簧 等。 图 1 示出致动器 14,其主要由具有足够拉伸强度和激活位移的单个细长 SMA 线 30 构成,连接到组件 16 的可移动部分,从而直接展开和存放。
     这样,优选的元件 30 热联接到激活信号源 32,诸如表示直接加热的太阳或通过 介质的阻抗提供间接加热的车辆 18 的蓄电池 ( 图 1)。 为了激活致动器 14,源 32 将部件 30 从第一温度加热到第二温度。 在第二温度,使部件 30 经历基本属性的变化。 例如, 在部件 30 是 SMA 线的情况下,第二温度可以是材料的奥氏体结束温度,并且所述变化将 导致线长度的改变。 当将部件 30 冷却到低于第二温度的第三温度且经历变化的退回时, 通过将组件 16 的构造退回到存放状态使罩 12 缩回。 在元件 30 是 SMA 线的情况下,第 三温度可以表示马氏体结束温度。
     可以通过元件 30 中的变化直接展开罩 12,或者可以通过被设计为释放存储的能
     量的另一致动器部件 ( 未示出 ) 间接展开罩 12。 一旦展开,则可以将致动器 14 构造为使 得维持被激活的元件 30 中的变化将罩保持在部分展开状态或完全展开状态下。 可选地, 可以触发锁定机构,诸如闩锁或锁销 ( 也未示出 ),以使罩 12 保持在展开状态,同时元件 30 冷却或停用。 为了能够存放,接着释放锁定机构。
     在优选的实施例中,在展开预定时间段后或发生事件 ( 例如,太阳能加载停止 ) 之后,通过活性材料部件 30 的退回动作,自动存放罩 12. 这样,系统 10 还可以包括可通 信地联接到致动器 14 的一个或多个传感器 ( 未示出 )。
     转向本发明的组件 16 的多个实施例,图 1 示出具有多个互连部件的机械组件 16,所述多个互连部件的至少一部分固定连接到罩 12。 在功能上,在此公开的新颖的组 件 16 提供了高效且可靠的装置,用于将活性材料的变化 ( 例如,当激活时 SMA 线 30 的 长度的改变 ) 转换成罩 12 的展开。 这些部件的至少一部分在方向和定位中是 “可重构 的”,从而导致选择性的存放和展开状态。
     更优选地,组件 16 被构造为将线 30 的激活位移增加到结果位移。 在示出的实 施例中,部件通常包括第一和第二相同展开臂 34,存放状态被描述为臂 34 基本处于水平 位置,完全展开状态导致臂 34 被带到基本垂直位置。 臂 34 可以是一体的或者是下面描 述的复合结构。 在图 1 中,SMA 线 30 直接地连接到两个臂 34,且被构造为当激活和去激活时向 臂 34 施加线性平移力。 更具体地,在这种构造中,每个臂 34 限定具有第一长度的致动 器接合短部分 36、相对于车辆 18 不动的固定枢转点 38 和具有比所述第一长度长得多的第 二长度的延伸臂部分 ( 或侧柱 )40。 线 30 将短部分 36 拉向对方,从而使臂 34 关于枢转 点 38 摆动,并且延伸和接合部分长度的差导致机械利益和臂 34 的端部的增加的位移。
     在这种构造中,组件 16 还包括至少一个滑动槽 42,滑动槽牢固地连接到罩 12。 如所示,槽 42 可以通过多个夹 ( 未示出 ) 固定连接到罩 12 的末端边缘,或者可拆卸地连 接到罩 12 的末端边缘。 槽 42 限定轨或道,使第一个第二矩形滑块 44 在其中被携带且线 性平移 ( 图 1 和图 1a)。 展开臂 34 枢转地连接到滑块 44,例如,通过本领域已知的销和 套筒组件。 在操作期间,随着臂 34 摆动,滑块 44 相对臂 34 平移且枢转,通过滑块 44 将臂 34 的旋转位移转换成线性运动。 滑块 44 在完全展开的横向最外层位置 ( 图 1) 平移 到内部存放位置 ( 图 1a)。
     可选地,如图 2 所示,组件 16 可以包括第二槽 46,优选地与第一槽 42 横向邻近 且纵向一致。 在这种构造中,每个槽 42、46 仅接收一个滑块 44,从而大大增加每个滑块 44 的运动范围。 其结果是,在完全存放和展开状态下通过将滑块 44 定位在槽 42 的相对 端而能够利用更长的展开臂 34( 比较图 2 和图 2a),这样,能够展开更长的罩 12。
     在构造为增加罩长度的另一实施例中,每个展开臂 34 还包括可伸缩接合的内臂 子部件 48 和外臂子部件 50,呈现完全伸展和缩回状态 ( 图 3 和图 3a)。 外臂子部件 50 为空心轴套,而内臂子部件 48 的横截面相对于外臂子部件 50 被构造成使得能紧紧地纳入 其中。 臂 34 被偏置向完全伸展状态,例如,通过外套筒子部件 50 内部安置的弹簧 52。 为了实现缩回,凸轮 54 固定连接到臂 34,以使随着臂 34 向存放状态枢转,凸轮 54 在向 下方向绕臂枢转点 38 旋转。 缆线 56 将内子部件 48 互连,通过外子部件 50 限定的内部 空间,并且随着凸轮 54 的旋转接合凸轮 54。 随着臂 34 转动,凸轮 54 增加固定长度缆
     线 56 的行进路径,从而使内子部件 48 缩回且使弹簧 52 压缩 ( 图 3a)。 其结果是,在存 放状态下缩短展开臂 34,例如,到图 1a 所示的长度。
     如图 4 和图 4a 所示,第一和第二 SMA 线 30a 和 30b 可以分别连接到展开臂接合 部分 36 中的相应一个并连接到车辆 18 的固定点。 在此,线 30a 和 30b 固定到位于组件 16 的纵向中心线的相对侧上车辆 18,从而当被激活时在臂 34 上施加相反接合力 ( 向中心 线 ),这样呈现交叉构造。 可以理解,对每个展开臂 34 利用单独的线大大增加了活性材 料的可操作长度。
     在本发明的另一方面,系统 10 优选地包括同步元件 58,且连接到组件 16 且可操 作以保证臂 34 由于激活元件 30 而同样枢转。 例如,如图 5 所示,在臂 34 具有围绕枢转 点 38( 例如,与之同心对准的突出尖头 ) 接合面的情况下,同步元件 58 可以包括摩擦接 合所述表面的交叉带。 如果任意一个臂 34 转动,则使带 60 移动,从而使另一臂在相反 方向同样转动。
     在图 6 所示的本发明的优选实施例中,实现了同步,其中,第一滑块 44 是右旋 螺丝 62,第二滑块 44 是左旋螺丝 64,在槽 42 内携带与螺丝 62、64 匹配且同心对准的螺 杆 66。 在这种构造中,如果使非可旋转滑块 44 之一移动,则杆 66 旋转,杆旋转使得另 一滑块 44 移动。 因此,滑块 44 不能单独移动。
     在图 7 和图 7a 中示出同步元件的另一实施例,其中,具有相对于车辆 12 的不动 的中心枢转点 68α 的细长部件 68 通过铰接连杆 70 连接到臂的致动器接合部分 36。 杆 70、构件 68 和臂 34 之间的连接还具有枢转点以启动相对旋转。 在这种展开中,当致动 器使任意一个臂 34 平移时,还使部件 68 关于中心点 68α 转动,部件 68 的转动使另一臂 34 与第一臂 34 同样平移。
     在图 8 和图 8a 示出的本发明的另一优选实施例中,同步元件 58 包括将臂 34 相 互接合的第一和第二相同齿条 72,以使臂 34 一致地转动。 在这种展开中,每个接合臂部 分 36 固定附接到齿条 72 中的其中一个 ;齿条 72 具有面对的齿 74 且向组件 16 的中心线 延伸 ;最终,将具有固定轴线的自由小齿轮 76 定位在中间且与两组齿 74 啮合,以从动地 连接到齿条 72。 如图 8a 所示,当通过致动器 14 使齿条 72 之一移动时,齿轮 76 关于其 轴旋转,齿轮 76 的旋转使另一齿条 72 与第一齿条一致地移动。
     在第二构造中,颠倒齿条的方位以接合每个臂 34 限定的齿轮齿 ( 图 9)。 更具体 地,每个齿条 72 在枢转点 38 接合固定附接在相应的臂 34 的末端小齿轮 78( 臂 34 的接合 短部分省略 )。 当激活时,第一齿条 72 通过 SMA 线 30 连接到车辆,在被激活时该 SMA 线使得齿条可滑动地移动,以使臂 34 相应地转动。 第一齿条 72 还连接到第二齿条 72, 还通过定位在齿条中间的滑轮 80 可滑动地接合到车辆 18,并且缆线 82 绷紧地缠绕在滑轮 80 周围 ( 图 9a)。 其结果是,当线被激活时,使第二齿条 72 在相反方向一致地移动。
     在图 10 和图 10a 所示的优选实施例中,致动器 14 具有曲柄和滑块构造,其中, 可线性移动滑块 84 通过铰接连杆 86 连接到臂的致动器接合部分 36。 通过第一 SMA 线 30a 接合滑块 84,线 30a 可操作以由于被激活而使滑块 84 平移。 随着滑块 84 移动,使 展开臂 34 部分地由于连杆 86 的固定长度转动。 滑块 84 在方向垂直的道 88 内行进,更 优选地,滑块 84 位于组件 16 的横向中心线。 连杆 86 转动地连接到滑块 84 和臂 34,从 而促进其间的力转移。更优选地,致动器 14 还包括接合到滑块 84 且被构造为使线 30a 引起的滑块 84 的平移退回的对抗元件 90。 对抗元件 90 使罩 12 在展开之后存放,并且优选地具有朝向 存放状态的偏置力。 如图 10 所示,对抗元件 90 可以包括第二 SMA 线 30b 或者与第一线 30a 相对地连接到滑块 84 和车辆 18 的固定点的传统拉力弹簧。 可选地,如图 10a 所示, 与第一线 30a 同心对准的压缩弹簧 90 也可使用。
     在图 11 和图 11a 所示的另一曲柄和滑块构造中,组件 16 可以包括代替连杆 86 和 展开臂 34 的 T 型框结构 92。 通过连接到滑块 84 的中心柱 94 形成结构 92,顶框 96 正交 地固定到柱 94 以使柱 94 平分框 96。 框 96 优选地连接到罩 12 的末端边缘以使随着框 96 相对挡风玻璃 80 移动展开或存放罩 12( 图 11a)。 柱 94 枢转地连接到滑块 84 以促进该移 动。 优选的顶框 96 还在其末端具有第一和第二横向轮 98,以旋转地接合挡风玻璃 20。 更优选地,偏置弹簧 100 接合柱 94 以使顶框 96 向挡风玻璃 20 偏置,并且设置返回弹簧 102 以使 T 型框结构 92 向存放状态偏置 ( 图 11a)。
     图 12 示出组件 16 的另一实施例,其中,具有不动的中心枢转点 104 细长从动臂 或部件 104α 通过铰接连杆 106 连接到致动器接合部分 36。 连杆 106、构件 104 和臂 34 之间的连接还具有能够相对旋转的枢转点。 致动器 14 被构造由于所述变化而使构件 104 绕中心点 104α 转动,并且由于枢转构件 104 而使臂 34 同样转动。 例如,至少一个 SMA 线 30 可以构造为线性地驱动构件 104,如图 13 所示。 更 具体地。 致动器 14 可以包括第一 SMA 线 30a,在与中心点 104α 间隔开第一距离 L1 的 位置连接到从动构件 104,且在与相应的臂枢转点 38 间隔开第二距离 L2 的位置连接到相 应的展开臂 34( 图 13)。 比率 L1/L2 表示考虑了驱动力与位移之间的关系的预定比率。 也就是说,在需要更大的转动力的情况下,可以通过将线 30a 与部件 104 之间的连接点移 动到距离中心点 104α 更近或者移动线 30a 与臂 34 之间的连接点远离臂枢转点 38,来减 小 L1/L2。 更优选地,致动器 14 还包括第二 SMA 线 30b,与第一线 30a 类似,将部件 104 与另一展开臂 34 互连,从而具有与 L1/L2 相同的空间比率。 在这种构造下,优选地 同时激活第一线 30a 和第二线 30b,以协调且合作地产生联合驱动力。
     可选地,可以用对抗元件 90( 例如拉力弹簧 ) 代替第二线 30b,从而当被激活时 抵抗第一线 30a 引起的运动 ( 即,做功以在相反方向转动从动构件 104)。 在此,弹簧 90 呈现足够的弹性模量以使在第一线 30a 去激活时使组件 16 返回到其存放状态,但是弹性 模量没有大到使线 30a 的激活力无法克服。
     在采用可旋转从动构件 104 的其它实施例中,致动器 14 被构造为直接在其上施 加扭矩力。 例如,如图 14 所示,致动器 14 可以包括连接到从动构件 104 的 SMA 扭矩 管 108。 当管 108 内的 SMA 材料被激活时,使构件 104 转动。 更具体地,相互啮合的 第一齿轮 110 和第二齿轮 112 通过第一驱动杆 114 和第二驱动杆 116 将管 108 和构件 104 互连。 可以理解,齿轮 110、112 的可操作半径之间的差能够增加或减小所产生的扭矩力 以及最终的位移。
     优选地设置可操作以将扭矩力施加到构件 104 上的偏置元件 118 以对抗扭矩管 108。 偏置元件 118 可以由第二扭矩管或接合第一杆 114 的扭力弹簧 ( 图 14) 组成。 因 此,驱动的第一齿轮被固定连接到管致动器且通过管致动器使其旋转,从动的第二齿轮 固定连接到从动构件。 图 14 还示出末端驱动杆轴承 120,用于减小从动构件 104 的摩擦
     损失。 可选地,从动构件 104 可以连接到缠绕的致动器 122 而不是扭矩管 108,如图 15 所示。 在这种构造中, SMA 线 30a 缠绕在凸台 124 周围,凸台 124 连接到第一驱动杆 114 且线 30a 固定连接到车辆 18。 类似地,在这方面,偏置元件 118 可以包括扭矩管、 扭力弹簧,或者由缠绕在第二凸台 128 周围的第二线 32b 组成且构造一旦第一致动器 122 停用就使组件 16 回复到其存放状态的第二缠绕致动器 126。
     在图 16 所示的优选实施例中,组件 16 可以包括蜗轮驱动机构 130,其中,所述 蜗轮驱动机构 130 具有主轴 132、左蜗杆部分 134 和右蜗杆部分 136,和驱动部分 138,所 述驱动部分 138 由先前描述的扭矩管 108 或线圈致动器 122 的输出来驱动。 在这种展开 中,每个臂 34 再次限定末端枢转点 38 和在此点的轴接合齿轮 140。 齿轮 140 分别与左蜗 杆部分 134 和右蜗杆部分 136 相互啮合,从而使臂 34 随着轴 132 旋转在存放状态和展开 状态之间相反且一致地转动。 还提供支撑杆轴承 141 以减小摩擦损失。
     在臂 34 限定末端枢转点 38 和接合齿轮 140 的情况下,从动构件 104 可选地可以 是主链轮齿轮 ( 图 17)。 在这种构造中,第一和第二驱动轴 142 通过链 144 连接到主链 轮齿轮 104 和展开臂 34 中间。 链 144 具有仅与驱动轴 142 中的其中一个的交叉接合,以 使此轴 142 相对于另一轴逆向旋转。 轴 142 包括固定附接在一端的链携带的驱动轴链轮 146 和固定附接在另一端的臂接合齿轮 148。 可以理解,在这种构造中,也可以实现增加 和降低处理 ;例如,在轴链轮 146 比主链轮直径小的情况下,如图 17 所示,位移增加。
     可选地,如图 18 所示,从动构件 104 可以类似地具有代替主链轮齿轮的主滑轮 104。 在这种构造中,用摩擦带 150 代替链 144,且通过滑轮构件 152 将驱动轴链轮 146 固定附接在一端。 在此,可以理解,在带中必须保持适当的拉力以确保同步。
     最终,可以理解,在不脱离本发明的范围的情况下,可以将各种其它附属物添 加到系统 10,例如,位于槽 42 中的横向端弹簧 154 可以用于提供存放辅助。 如图 19 和 图 19a 所示,在展开状态下通过滑块 44 使端 154 压缩,从而滑块 44 和臂 34 向存放状态 偏置。
     所有引用的专利、专利申请和其它参考文献通过参考的方式合并于此。 然而, 如果本申请中的术语与合并的参考的术语矛盾或冲突,则本申请的术语优先级在与其冲 突的合并的参考中的术语之上。
     上述本发明的优选形式仅用作说明,且不应该用于作为解释本发明的范围的限 制。 在不脱离本发明的精神的情况下,本领域的技术人员可以容易地对示例性实施例和 操作方法做出明显修改。 发明人特此声明他们想要依靠等同原则将本发明所属领域的合 理范围确定和评估为没有明显偏离权利要求限定的文字范围之外的任何系统和方法。
    

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1、10申请公布号CN102015341A43申请公布日20110413CN102015341ACN102015341A21申请号200980116243922申请日2009042712/11570020080506USB60J3/02200601B60J3/00200601B60J1/20200601B60J11/0820060171申请人通用汽车环球科技运作公司地址美国密执安州72发明人X高ND曼凯姆AL布朗NL约翰逊74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人原绍辉54发明名称利用活性材料致动的罩展开系统57摘要一种展开和存放罩的系统,包括连接到罩的机械组件,优选地包括多个展开臂。

2、和同步装置,在展开状态和存放状态之间可重构,并且还包括具有活性材料元件的致动器,该活性材料元件可操作以当被激活时经历变化,并且可操作以由于所述变化而使组件被重构。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010110586PCT申请的申请数据PCT/US2009/0417452009042787PCT申请的公布数据WO2009/137280EN2009111251INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书8页附图12页CN102015351A1/2页21一种利用活性材料激活来展开罩的系统,所述系统包括机械组件,包括多个互连部件,固定联接到罩,且可在展开状态。

3、和存放状态之间重构,其中在展开状态和存放状态中分别展开和存放所述罩;以及致动器,包括活性材料元件,所述活性材料元件可操作以在被激活时经历变化,所述致动器传动地联接到所述组件且被构造为将线性平移力施加到所述多个部件中的至少一个部件上从而由于所述变化使所述至少一个部件平移,并且作为所述至少一个部件的平移的结果,所述组件在展开状态和存放状态之间切换。2根据权利要求1所述的系统,其中,所述致动器包括可线性平移的滑块,所述元件是联接到所述滑块的SMA线并且可操作以由于所述变化而使所述滑块平移,所述致动器还包括对抗元件,所述对抗元件联接到所述滑块且被构造为使所述滑块的平移退回,并且作为所述滑块的平移的结果。

4、,所述罩被展开,当所述滑块的平移被退回时,所述罩被存放。3根据权利要求2所述的系统,其中,所述组件还包括T型框,所述T型框牢固地联接到所述罩且枢转地连接到所述滑块,通过操纵所述框来展开罩。4一种利用活性材料激活来展开罩的系统,所述系统包括组件,包括牢固地联接到罩的至少一个滑动槽,牢固地联接到所述至少一个滑动槽且可相对于所述至少一个滑动槽线性地平移的第一和第二滑块,和分别枢转地连接到所述第一和第二滑块且限定第一和第二不动的臂枢转点的第一和第二展开臂,并且组件可在展开状态和存放状态之间重构,其中在展开状态和存放状态中分别展开和存放罩;和致动器,包括活性材料元件,所述活性材料元件可操作以在被激活时经。

5、历变化,所述致动器传动地联接到所述组件且被构造为将线性平移力施加到所述臂上使得由于所述变化使所述臂枢转,并且作为枢转所述臂的结果,使罩和组件在展开状态和存放状态之间切换。5根据权利要求4所述的系统,其中,所述元件是第一和第二交叉的SMA线,每个SMA线连接到一个所述第一和第二展开臂和固定的点。6根据权利要求4所述的系统,其中,每个展开臂包括可伸缩接合的内臂部分和外臂部分以及与所述枢转点同心对准的凸轮,每个展开臂被向完全伸展状态偏置,缆线将每个臂的内部分互连,并且缆线和凸轮协作地被构造成使得随着臂枢转,凸轮接合缆线并且使内部分缩回。7根据权利要求4所述的系统,还包括同步元件,其联接到所述组件,且。

6、被构造为由于所述变化而使臂相同地枢转。8根据权利要求7所述的系统,其中,每个臂具有围绕枢转点的接合表面,所述同步元件包括互连所述表面且摩擦接合所述表面的交叉缆线。9根据权利要求7所述的系统,其中,所述第一滑块是右旋螺丝,所述第二滑块是左旋螺丝,所述同步元件包括与螺丝匹配的螺杆。10根据权利要求7所述的系统,其中,所述同步元件包括固定地附接在第一臂上的第一齿条,固定地附接在第二臂上的第二齿条和中间的且从动地联接到第一齿条和第二齿条的小齿轮或滑轮。11根据权利要求7所述的系统,其中,所述组件还包括具有不动的构件枢转点且枢权利要求书CN102015341ACN102015351A2/2页3转地联接到。

7、所述臂的从动构件,所述致动器被构造为由于所述变化而使所述构件绕所述枢转点枢转,并且由于绕所述构件枢转点枢转所述构件而使所述臂相同地枢转。12根据权利要求11所述的系统,其中,所述致动器包括在与所述构件枢转点间隔开第一距离L1的位置连接到所述构件且在与相应的臂枢转点间隔开第二距离L2的位置连接到所述第一和第二展开臂中的其中一个的第一SMA线,所述比率L1/L2是预定比率。13根据权利要求12所述的系统,其中,第二对抗元件将所述构件与所述第一和第二展开臂中的另一个互连,并且具有的互连点到所述枢转点的空间关系等于L1/L2。14根据权利要求4所述的系统,还包括容纳在所述槽的末端部分内的第一和第二存放。

8、辅助弹簧,从而当所述臂处于展开状态时滑块压缩所述弹簧。15一种利用活性材料激活来展开罩的系统,所述系统包括机械组件,包括多个互连部件,固定连接到罩,且可在展开状态和存放状态之间重构,其中在展开状态和存放状态中分别展开和存放罩;以及致动器,包括活性材料元件,所述活性材料元件可操作以在被激活时经历变化,所述致动器传动地联接到所述组件且被构造为将扭矩力施加到所述多个部件中的至少一个部件上从而由于所述变化使所述至少一个部件可旋转地平移,并且作为所述至少一个部件的旋转的结果,所述组件在展开状态和存放状态之间切换。16根据权利要求15所述的系统,其中,所述组件包括主从动构件以及通过所述构件枢转地交叉连接的。

9、第一和第二展开臂,每个臂限定末端和枢转点,所述构件和臂被协作地构造为使得当沿第一方向旋转所述从动构件时使得端部在相反的方向上相同地枢转。17根据权利要求16所述的系统,其中,通过驱动器来驱动所述从动构件,所述驱动器包括SMA扭矩管致动器、偏置元件、固定连接到所述管致动器且由所述管致动器引起旋转的从动齿轮以及固定连接到所述从动构件且从动地联接到所述驱动齿轮的从动齿轮。18根据权利要求16所述的系统,其中,所述从动构件包括具有左蜗杆部分和右蜗杆部分的蜗轮从动轴,所述臂在其枢转点限定轴接合齿轮,并且所述齿轮与左蜗杆部分和右蜗杆部分相互啮合,从而当所述轴在第一方向旋转时使所述臂枢转。19根据权利要求1。

10、6所述的系统,其中,通过第一和第二滑轮或链轮在中间联接所述从动构件和臂,所述第一和第二滑轮或链轮通过带或链联接到所述从动构件,所述第一和第二齿轮分别固定连接到所述第一和第二滑轮或链轮。20根据权利要求16所述的系统,其中,通过驱动器和对抗元件驱动所述从动构件,所述驱动器包括缠绕在第一凸台周围的第一SMA线致动器。21根据权利要求20所述的系统,其中,所述对抗元件是缠绕在第二凸台周围的第二SMA线致动器或者对抗所述第一SMA线致动器的扭力弹簧。权利要求书CN102015341ACN102015351A1/8页4利用活性材料致动的罩展开系统背景技术1技术领域0001本发明涉及展开罩、遮阳篷、屏、隔。

11、断,窗帘,安全货物梁/网等在此统称为“罩”的系统,更具体地,涉及利用活性材料驱动和可重构机械组件的展开系统。00022现有技术描述0003各种罩已经发展成为对热能的屏障和/或直接接触各种IR、UV和太阳光谱的可见部分。同样已经发展了展开这些罩的方法以促进展开且增加效率。然而,现有技术中仍然存在与传统罩相关的各种问题。例如,在汽车设置中,通常手动展开内部罩设计,从而需要拥有者在场。在拥有者不在场的情况下,不能展开罩。其结果是,由于经常出现太阳能通过玻璃,因此停放的车辆温度上升过高和内表面直接暴露给太阳辐射,至少导致在进入车辆时处于不佳状态和UV敏感内部材料的更快老化。0004最近,已经开发了具有。

12、自动展开机构的车辆罩,以减少操作时间和操作者共享的能量。然而,与之相关的机电马达出现了与增加重量、体积、成本、噪音问题和失败的可能性相关的自身问题。此外,这些类型的机构还出现了与保管、维修和更换以及建立附加电池负载相关的问题。0005类似地,通常覆盖整个玻璃区域的外遮阳篷,诸如车辆的前或后挡风玻璃长期以来被用来阻止来自太阳的辐射热能。在此仍然存在问题,由于手动展开和大量阴影存放需要更多时间,十分不便,并且在不使用时需要大量的存储空间发明内容0006本发明提供了解决上述问题的展开和存放罩的系统的多个实施例。除此之外,所述系统用于提供一种操纵罩的自动方法,不需要占有者/用户在场或者出现机电、电磁或。

13、电动液压马达。更具体地,当受到激活信号时,本发明利用活性或“智能”材料经历的变化实现罩的展开。这样,本发明用于提供能量保护,这样延迟了车辆的电池寿命且减少成本。此外,与传统致动器相比,本发明减少了等效部件重量,并且提供更强健的设计能力、封装灵活性和适应性。0007在优选的实施例中,本发明提供一种利用活性材料激活展开罩诸如车辆的外遮光罩的系统,通常包括机械组件和活性材料致动器。所述机械组件包括多个互连部件,所述机械组件固定联接到罩,且可在展开状态和存放状态之间重构。所述致动器包括可操作的在被激活时经历基本属性变化的活性材料元件。所述致动器传动地联接到所述组件且被展开为将扭矩力或线性平移力施加到所。

14、述多个部件中的至少一个上从而作为所述变化的结果使所述至少一个部件旋转或线性平移。作为平移的结果,所述组件可在展开状态和存放状态之间重构,且作为重构结果展开或存放罩。0008因此,可以理解,与现有技术系统的手动、机电/电磁/液压展开相比,本发明提供多个优点。在此呈现本发明的其它方面,包括利用展开臂、滑块、至少一个滑动说明书CN102015341ACN102015351A2/8页5槽、同步元件、SMA线致动、活性材料扭矩管或缠绕的致动器、齿条和小齿轮、滑轮和缆线,或链和链轮驱动组件、对抗元件等等。通过下面的附图和详细描述示出上述和其它特征。附图说明0009下面参照附图详细描述了本发明的优选实施例,。

15、其中0010图1是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括全展开状态下的活性材料致动器和机械组件,其中,所述致动器包括SMA线,所述组件包括第一和第二展开臂和滑动槽,以及包括接合所述系统的后挡风玻璃的车辆;0011图1A是在存放状态下图1所示的挡风玻璃、罩和系统的正视图,其中,致动器被停用;0012图2是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括全面展开状态下的活性材料致动器和机械组件,其中,所述组件包括第一和第二滑动槽和延伸的展开臂;0013图2A是在存放状态下图2所示的罩和系统的正视图,其中,致动器被停用;0014图3是在展开状态下示出的适用于与本发明的优选实。

16、施例一起使用的机械组件的正视图,包括第一和第二展开臂,其中,每个展开臂限定臂枢转点且包括内部和外部可伸缩接合部件以及关于该枢转点可旋转的凸轮,并且还包括随着臂旋转将可伸缩内部部件互联且通过凸轮可接合的缆线,以使可伸缩部件缩回;0015图3A是在存放状态下图3所示的罩和系统的正视图,其中,致动器被停用;0016图4是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括全面展开状态下的活性材料致动器和机械组件,其中,所述致动器包括分别连接到各自的展开臂的第一和第二交叉SMA线;0017图4A是在存放状态下图4所示的罩和系统的正视图,其中,致动器被停用;0018图5是根据本发明的优选实施例的罩和。

17、展开系统的正视图,该系统包括活性材料致动器、机械组件和同步元件,其中,所述机械组件包括限定臂枢转点的第一和第二展开臂,所述同步元件包括在展开状态下接合臂的枢转点的交叉缆线;0019图6是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的局部正视图,该系统包括活性材料致动器、机械组件和同步元件,其中,所述机械组件包括展开状态下的第一和第二展开臂,所述同步元件包括附接到展开臂的左旋和右旋螺丝以及螺杆;0020图7是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括活性材料致动器、完全展开状态下的机械组件和同步元件,其中,所述同步元件包括同步臂和接合所述组件的第一和第二杆;0021图7A是在存放状态下图7。

18、所示的罩和系统的正视图,其中,致动器被停用;0022图8是根据本发明的优选实施例的罩和展开系统的正视图,该系统包括活性材料致动器、机械组件和同步元件,其中,所述机械组件包括展开状态下的第一和第二展开臂,所述同步元件包括连接到所述臂且通过小齿轮互连的第一和第二齿条;0023图8A是具体示出小齿轮的图8所示的同步元件的平面图;0024图9是具有通过缆线和滑轮系统互联的第一和第二齿条的适用于本发明的优选说明书CN102015341ACN102015351A3/8页6实施例的致动器和同步元件的正视图;0025图9A是具体示出滑轮和齿条的互联的图9所示的致动器和元件的平面图;0026图10是根据本发明的。

19、另一实施例的呈现曲柄和滑块结构的驱动器和同步部件的正视图,其中通过铰接连杆连接将展开臂连接到滑块,并且对立的第一和第二SMA线被构造为在相反方向平移滑块;0027图10A是图10所示的曲柄和滑块结构的另一实施例的正视图,其中,对抗元件是与第一线同心排列的压缩弹簧;0028图11是根据本发明的优选实施例的包括活性材料致动器、T型框机械组件和同步元件的盖和展开系统的正视图,其中,所述活性材料致动器呈现蝴蝶结结构,所述T型框机械组件包括完全展开状态下的顶框和中心柱,所述同步元件包括滑块组件;0029图11A是在存放状态下图11所示的罩、T型框机械组件、致动器和同步元件的侧视图;0030图12是根据本。

20、发明的优选实施例的包括用于展开和存放罩的从动构件的罩和交叉连接驱动机械组件的正视图;0031图13是适用于本发明的优选实施例的第一和第二展开臂、致动器和组件的部分示意图,包括从动构件、第一和第二连接杆和在存放状态和以虚线形式叠加的展开激活状态下的将部件与臂互连的第一和第二SMA线,其中,所述线被激活;0032图14是根据本发明的优选实施例的适用于图12所示的交叉连接组件且包括活性材料致动器的驱动器的平面图,所述活性材料致动器包括扭矩管;0033图15是根据本发明的另一优选实施例的适用于图12所示的交叉连接组件且包括活性材料致动器的驱动器的平面图,所述活性材料致动器包括缠绕的SMA线;0034图。

21、16是接合具有枢轴齿轮的第一和第二展开臂且包括接合枢轴齿轮与主从动齿轮部分的右旋和左旋蜗轮部分的蜗轮驱动器的正视图;0035图17是根据本发明的优选实施例的机械组件的正视图,包括致动器驱动的主链轮齿轮和由链相互驱动的并且接合第一和第二展开臂的多个驱动轴;0036图18是根据本发明的另一优选实施例的机械组件的正视图,包括致动器驱动的主滑轮和由摩擦带相互驱动并且接合第一和第二展开臂的多个驱动轴;0037图19是根据本发明的优选实施例的展开系统的局部正视图,所述展开系统还包括在压缩状态下接合第一展开臂和滑动槽的存放辅助压缩弹簧;以及0038图19A是图19所示系统的局部正视图,其中,弹簧处于去压缩状。

22、态。具体实施方式0039首先参照图1和图1A,本发明涉及适用于展开和存放罩12的系统,包括基于活性材料的致动器14和由致动器14驱动的可重构机械组件16。尽管在此对于车辆18诸如汽车进行描述,但是可以理解,可以在其它设置中利用本发明的益处,其中,期望利用活性材料更加有效且可靠地展开罩。例如,可以结合住宅或商业建筑利用本发明的系统10,或者选择性地展开货网或安全束,从而保护三维空间或捕获不牢固的对象。这样,术语“罩”不限于在此示出的实施例,应该包括,例如,凉格棚、遮阳板、遮阳篷、干扰窗板还称为“百叶窗”、货物床罩、存储井/仓罩、隔离物例如,筛选,说明书CN102015341ACN10201535。

23、1A4/8页7安全性,保护和隐私、障碍物例如,声、热、光、流体如水分,气体,液体和/或气候、支撑梁等等。0040在图1中,当展开时,罩12布置在玻璃表面20例如,汽车挡风玻璃附近且被展开为覆盖玻璃表面20。在此实施例中,罩12被构造为阻挡到表面20或一部分轿舱空间的热传送或者阻挡表面20或一部分轿舱空间直接暴露在太阳光线下,并且这样优选地是具有反光外层12A的平面构件。0041在此使用的术语“存放”意思是展开之后收起且存放罩12。罩12、致动器14和组件16被协作地构造成能在可用存储空间内以存放状态下存放;例如,如图1A所提出的行李箱罩板之间的内部空间或车辆18的行李箱的内部隔间的上后部分。优。

24、选的罩12是可弯曲的,从而可被折叠以方便存储图1A。更优选地,罩主要由柔性材料形成例如,纤维,从而当致动器14被停用时,罩12能够缠绕在卷轴或支撑杆22周围图11。在此展开中,卷轴22还可以具有在杆22的端部间隔开的支撑轴承24,用于使系统10向存放状态偏置的扭力弹簧26图11。0042本发明的系统10利用活性或“智能”物质的可逆形状、刚度和/或切变强度变化的能力来展开和/或存放罩12,这样,优选地利用相对大位移的活性材料。在此使用的术语“活性材料”AM是本领域的普通技术人员理解的其一般含义,因此包括,但不限于,在由外部刺激或信号激活时经历可逆的根本例如,强物理,化学等属性变化的任何材料或合成。

25、物。术语“基于活性材料的致动器”意思是其主要功能通过至少一种活性材料中的变化驱动的罩的致动器。0043如上所述,基于活性材料的致动器14可以与罩12进行可操作地连接图1至图18。可以理解,通过选择基于活性材料的致动器,包括在此描述和示出的那些示例性实施例,可采用本发明的系统10和在此公开的操作模式。然而,可以理解,可以结合本发明的组件16使用其它构造和形式的活性材料致动器,从而本发明包括用于展开罩的任何基于活性材料的致动器和可重构机械组件的组合。适用于致动器14的活性材料包括但不限于形状记忆材料、纳米管、电活性聚合物EAP、压电材料、磁流变弹性体和包括磁流变弹性体的液体和电流变弹性体和包括电流。

26、变弹性体的液体。0044然而,如示出的实施例所示,优选的致动器14包括热敏活性材料AM元件30,诸如形状记忆合金SMA、形状记忆陶瓷SMC或温敏形状记忆聚合物SMP线,其中,术语“线”意思是包含多种几何形式,诸如丝、条、带、线、片、板、弹簧等。图1示出致动器14,其主要由具有足够拉伸强度和激活位移的单个细长SMA线30构成,连接到组件16的可移动部分,从而直接展开和存放。0045这样,优选的元件30热联接到激活信号源32,诸如表示直接加热的太阳或通过介质的阻抗提供间接加热的车辆18的蓄电池图1。为了激活致动器14,源32将部件30从第一温度加热到第二温度。在第二温度,使部件30经历基本属性的变。

27、化。例如,在部件30是SMA线的情况下,第二温度可以是材料的奥氏体结束温度,并且所述变化将导致线长度的改变。当将部件30冷却到低于第二温度的第三温度且经历变化的退回时,通过将组件16的构造退回到存放状态使罩12缩回。在元件30是SMA线的情况下,第三温度可以表示马氏体结束温度。0046可以通过元件30中的变化直接展开罩12,或者可以通过被设计为释放存储的能说明书CN102015341ACN102015351A5/8页8量的另一致动器部件未示出间接展开罩12。一旦展开,则可以将致动器14构造为使得维持被激活的元件30中的变化将罩保持在部分展开状态或完全展开状态下。可选地,可以触发锁定机构,诸如闩。

28、锁或锁销也未示出,以使罩12保持在展开状态,同时元件30冷却或停用。为了能够存放,接着释放锁定机构。0047在优选的实施例中,在展开预定时间段后或发生事件例如,太阳能加载停止之后,通过活性材料部件30的退回动作,自动存放罩12这样,系统10还可以包括可通信地联接到致动器14的一个或多个传感器未示出。0048转向本发明的组件16的多个实施例,图1示出具有多个互连部件的机械组件16,所述多个互连部件的至少一部分固定连接到罩12。在功能上,在此公开的新颖的组件16提供了高效且可靠的装置,用于将活性材料的变化例如,当激活时SMA线30的长度的改变转换成罩12的展开。这些部件的至少一部分在方向和定位中是。

29、“可重构的”,从而导致选择性的存放和展开状态。0049更优选地,组件16被构造为将线30的激活位移增加到结果位移。在示出的实施例中,部件通常包括第一和第二相同展开臂34,存放状态被描述为臂34基本处于水平位置,完全展开状态导致臂34被带到基本垂直位置。臂34可以是一体的或者是下面描述的复合结构。0050在图1中,SMA线30直接地连接到两个臂34,且被构造为当激活和去激活时向臂34施加线性平移力。更具体地,在这种构造中,每个臂34限定具有第一长度的致动器接合短部分36、相对于车辆18不动的固定枢转点38和具有比所述第一长度长得多的第二长度的延伸臂部分或侧柱40。线30将短部分36拉向对方,从而。

30、使臂34关于枢转点38摆动,并且延伸和接合部分长度的差导致机械利益和臂34的端部的增加的位移。0051在这种构造中,组件16还包括至少一个滑动槽42,滑动槽牢固地连接到罩12。如所示,槽42可以通过多个夹未示出固定连接到罩12的末端边缘,或者可拆卸地连接到罩12的末端边缘。槽42限定轨或道,使第一个第二矩形滑块44在其中被携带且线性平移图1和图1A。展开臂34枢转地连接到滑块44,例如,通过本领域已知的销和套筒组件。在操作期间,随着臂34摆动,滑块44相对臂34平移且枢转,通过滑块44将臂34的旋转位移转换成线性运动。滑块44在完全展开的横向最外层位置图1平移到内部存放位置图1A。0052可选。

31、地,如图2所示,组件16可以包括第二槽46,优选地与第一槽42横向邻近且纵向一致。在这种构造中,每个槽42、46仅接收一个滑块44,从而大大增加每个滑块44的运动范围。其结果是,在完全存放和展开状态下通过将滑块44定位在槽42的相对端而能够利用更长的展开臂34比较图2和图2A,这样,能够展开更长的罩12。0053在构造为增加罩长度的另一实施例中,每个展开臂34还包括可伸缩接合的内臂子部件48和外臂子部件50,呈现完全伸展和缩回状态图3和图3A。外臂子部件50为空心轴套,而内臂子部件48的横截面相对于外臂子部件50被构造成使得能紧紧地纳入其中。臂34被偏置向完全伸展状态,例如,通过外套筒子部件5。

32、0内部安置的弹簧52。为了实现缩回,凸轮54固定连接到臂34,以使随着臂34向存放状态枢转,凸轮54在向下方向绕臂枢转点38旋转。缆线56将内子部件48互连,通过外子部件50限定的内部空间,并且随着凸轮54的旋转接合凸轮54。随着臂34转动,凸轮54增加固定长度缆说明书CN102015341ACN102015351A6/8页9线56的行进路径,从而使内子部件48缩回且使弹簧52压缩图3A。其结果是,在存放状态下缩短展开臂34,例如,到图1A所示的长度。0054如图4和图4A所示,第一和第二SMA线30A和30B可以分别连接到展开臂接合部分36中的相应一个并连接到车辆18的固定点。在此,线30A。

33、和30B固定到位于组件16的纵向中心线的相对侧上车辆18,从而当被激活时在臂34上施加相反接合力向中心线,这样呈现交叉构造。可以理解,对每个展开臂34利用单独的线大大增加了活性材料的可操作长度。0055在本发明的另一方面,系统10优选地包括同步元件58,且连接到组件16且可操作以保证臂34由于激活元件30而同样枢转。例如,如图5所示,在臂34具有围绕枢转点38例如,与之同心对准的突出尖头接合面的情况下,同步元件58可以包括摩擦接合所述表面的交叉带。如果任意一个臂34转动,则使带60移动,从而使另一臂在相反方向同样转动。0056在图6所示的本发明的优选实施例中,实现了同步,其中,第一滑块44是右。

34、旋螺丝62,第二滑块44是左旋螺丝64,在槽42内携带与螺丝62、64匹配且同心对准的螺杆66。在这种构造中,如果使非可旋转滑块44之一移动,则杆66旋转,杆旋转使得另一滑块44移动。因此,滑块44不能单独移动。0057在图7和图7A中示出同步元件的另一实施例,其中,具有相对于车辆12的不动的中心枢转点68的细长部件68通过铰接连杆70连接到臂的致动器接合部分36。杆70、构件68和臂34之间的连接还具有枢转点以启动相对旋转。在这种展开中,当致动器使任意一个臂34平移时,还使部件68关于中心点68转动,部件68的转动使另一臂34与第一臂34同样平移。0058在图8和图8A示出的本发明的另一优选。

35、实施例中,同步元件58包括将臂34相互接合的第一和第二相同齿条72,以使臂34一致地转动。在这种展开中,每个接合臂部分36固定附接到齿条72中的其中一个;齿条72具有面对的齿74且向组件16的中心线延伸;最终,将具有固定轴线的自由小齿轮76定位在中间且与两组齿74啮合,以从动地连接到齿条72。如图8A所示,当通过致动器14使齿条72之一移动时,齿轮76关于其轴旋转,齿轮76的旋转使另一齿条72与第一齿条一致地移动。0059在第二构造中,颠倒齿条的方位以接合每个臂34限定的齿轮齿图9。更具体地,每个齿条72在枢转点38接合固定附接在相应的臂34的末端小齿轮78臂34的接合短部分省略。当激活时,第。

36、一齿条72通过SMA线30连接到车辆,在被激活时该SMA线使得齿条可滑动地移动,以使臂34相应地转动。第一齿条72还连接到第二齿条72,还通过定位在齿条中间的滑轮80可滑动地接合到车辆18,并且缆线82绷紧地缠绕在滑轮80周围图9A。其结果是,当线被激活时,使第二齿条72在相反方向一致地移动。0060在图10和图10A所示的优选实施例中,致动器14具有曲柄和滑块构造,其中,可线性移动滑块84通过铰接连杆86连接到臂的致动器接合部分36。通过第一SMA线30A接合滑块84,线30A可操作以由于被激活而使滑块84平移。随着滑块84移动,使展开臂34部分地由于连杆86的固定长度转动。滑块84在方向垂。

37、直的道88内行进,更优选地,滑块84位于组件16的横向中心线。连杆86转动地连接到滑块84和臂34,从而促进其间的力转移。说明书CN102015341ACN102015351A7/8页100061更优选地,致动器14还包括接合到滑块84且被构造为使线30A引起的滑块84的平移退回的对抗元件90。对抗元件90使罩12在展开之后存放,并且优选地具有朝向存放状态的偏置力。如图10所示,对抗元件90可以包括第二SMA线30B或者与第一线30A相对地连接到滑块84和车辆18的固定点的传统拉力弹簧。可选地,如图10A所示,与第一线30A同心对准的压缩弹簧90也可使用。0062在图11和图11A所示的另一曲。

38、柄和滑块构造中,组件16可以包括代替连杆86和展开臂34的T型框结构92。通过连接到滑块84的中心柱94形成结构92,顶框96正交地固定到柱94以使柱94平分框96。框96优选地连接到罩12的末端边缘以使随着框96相对挡风玻璃80移动展开或存放罩12图11A。柱94枢转地连接到滑块84以促进该移动。优选的顶框96还在其末端具有第一和第二横向轮98,以旋转地接合挡风玻璃20。更优选地,偏置弹簧100接合柱94以使顶框96向挡风玻璃20偏置,并且设置返回弹簧102以使T型框结构92向存放状态偏置图11A。0063图12示出组件16的另一实施例,其中,具有不动的中心枢转点104细长从动臂或部件104。

39、通过铰接连杆106连接到致动器接合部分36。连杆106、构件104和臂34之间的连接还具有能够相对旋转的枢转点。致动器14被构造由于所述变化而使构件104绕中心点104转动,并且由于枢转构件104而使臂34同样转动。0064例如,至少一个SMA线30可以构造为线性地驱动构件104,如图13所示。更具体地。致动器14可以包括第一SMA线30A,在与中心点104间隔开第一距离L1的位置连接到从动构件104,且在与相应的臂枢转点38间隔开第二距离L2的位置连接到相应的展开臂34图13。比率L1/L2表示考虑了驱动力与位移之间的关系的预定比率。也就是说,在需要更大的转动力的情况下,可以通过将线30A与。

40、部件104之间的连接点移动到距离中心点104更近或者移动线30A与臂34之间的连接点远离臂枢转点38,来减小L1/L2。更优选地,致动器14还包括第二SMA线30B,与第一线30A类似,将部件104与另一展开臂34互连,从而具有与L1/L2相同的空间比率。在这种构造下,优选地同时激活第一线30A和第二线30B,以协调且合作地产生联合驱动力。0065可选地,可以用对抗元件90例如拉力弹簧代替第二线30B,从而当被激活时抵抗第一线30A引起的运动即,做功以在相反方向转动从动构件104。在此,弹簧90呈现足够的弹性模量以使在第一线30A去激活时使组件16返回到其存放状态,但是弹性模量没有大到使线30。

41、A的激活力无法克服。0066在采用可旋转从动构件104的其它实施例中,致动器14被构造为直接在其上施加扭矩力。例如,如图14所示,致动器14可以包括连接到从动构件104的SMA扭矩管108。当管108内的SMA材料被激活时,使构件104转动。更具体地,相互啮合的第一齿轮110和第二齿轮112通过第一驱动杆114和第二驱动杆116将管108和构件104互连。可以理解,齿轮110、112的可操作半径之间的差能够增加或减小所产生的扭矩力以及最终的位移。0067优选地设置可操作以将扭矩力施加到构件104上的偏置元件118以对抗扭矩管108。偏置元件118可以由第二扭矩管或接合第一杆114的扭力弹簧图1。

42、4组成。因此,驱动的第一齿轮被固定连接到管致动器且通过管致动器使其旋转,从动的第二齿轮固定连接到从动构件。图14还示出末端驱动杆轴承120,用于减小从动构件104的摩擦说明书CN102015341ACN102015351A8/8页11损失。0068可选地,从动构件104可以连接到缠绕的致动器122而不是扭矩管108,如图15所示。在这种构造中,SMA线30A缠绕在凸台124周围,凸台124连接到第一驱动杆114且线30A固定连接到车辆18。类似地,在这方面,偏置元件118可以包括扭矩管、扭力弹簧,或者由缠绕在第二凸台128周围的第二线32B组成且构造一旦第一致动器122停用就使组件16回复到其。

43、存放状态的第二缠绕致动器126。0069在图16所示的优选实施例中,组件16可以包括蜗轮驱动机构130,其中,所述蜗轮驱动机构130具有主轴132、左蜗杆部分134和右蜗杆部分136,和驱动部分138,所述驱动部分138由先前描述的扭矩管108或线圈致动器122的输出来驱动。在这种展开中,每个臂34再次限定末端枢转点38和在此点的轴接合齿轮140。齿轮140分别与左蜗杆部分134和右蜗杆部分136相互啮合,从而使臂34随着轴132旋转在存放状态和展开状态之间相反且一致地转动。还提供支撑杆轴承141以减小摩擦损失。0070在臂34限定末端枢转点38和接合齿轮140的情况下,从动构件104可选地可。

44、以是主链轮齿轮图17。在这种构造中,第一和第二驱动轴142通过链144连接到主链轮齿轮104和展开臂34中间。链144具有仅与驱动轴142中的其中一个的交叉接合,以使此轴142相对于另一轴逆向旋转。轴142包括固定附接在一端的链携带的驱动轴链轮146和固定附接在另一端的臂接合齿轮148。可以理解,在这种构造中,也可以实现增加和降低处理;例如,在轴链轮146比主链轮直径小的情况下,如图17所示,位移增加。0071可选地,如图18所示,从动构件104可以类似地具有代替主链轮齿轮的主滑轮104。在这种构造中,用摩擦带150代替链144,且通过滑轮构件152将驱动轴链轮146固定附接在一端。在此,可以。

45、理解,在带中必须保持适当的拉力以确保同步。0072最终,可以理解,在不脱离本发明的范围的情况下,可以将各种其它附属物添加到系统10,例如,位于槽42中的横向端弹簧154可以用于提供存放辅助。如图19和图19A所示,在展开状态下通过滑块44使端154压缩,从而滑块44和臂34向存放状态偏置。0073所有引用的专利、专利申请和其它参考文献通过参考的方式合并于此。然而,如果本申请中的术语与合并的参考的术语矛盾或冲突,则本申请的术语优先级在与其冲突的合并的参考中的术语之上。0074上述本发明的优选形式仅用作说明,且不应该用于作为解释本发明的范围的限制。在不脱离本发明的精神的情况下,本领域的技术人员可以。

46、容易地对示例性实施例和操作方法做出明显修改。发明人特此声明他们想要依靠等同原则将本发明所属领域的合理范围确定和评估为没有明显偏离权利要求限定的文字范围之外的任何系统和方法。说明书CN102015341ACN102015351A1/12页12图1说明书附图CN102015341ACN102015351A2/12页13图1A图2说明书附图CN102015341ACN102015351A3/12页14图2A图3图3A说明书附图CN102015341ACN102015351A4/12页15图4图4A图5说明书附图CN102015341ACN102015351A5/12页16图6图7图7A说明书附图CN。

47、102015341ACN102015351A6/12页17图8图8A图9说明书附图CN102015341ACN102015351A7/12页18图9A图10图10A说明书附图CN102015341ACN102015351A8/12页19图11说明书附图CN102015341ACN102015351A9/12页20图11A图12说明书附图CN102015341ACN102015351A10/12页21图13图19图19A图14说明书附图CN102015341ACN102015351A11/12页22图15图16说明书附图CN102015341ACN102015351A12/12页23图17图18说明书附图CN102015341A。

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