專利名稱：利用活性材料致動的罩展開系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及展開罩、遮陽篷、屏、隔斷，窗簾，安全貨物梁/網(wǎng)等(在此統(tǒng)稱為 “罩”)的系統(tǒng)，更具體地，涉及利用活性材料驅(qū)動和可重構(gòu)機(jī)械組件的展開系統(tǒng)。2.現(xiàn)有技術(shù)描述各種罩已經(jīng)發(fā)展成為對熱能的屏障和/或直接接觸各種IR、UV和太陽光譜的可 見部分。同樣已經(jīng)發(fā)展了展開這些罩的方法以促進(jìn)展開且增加效率。然而，現(xiàn)有技術(shù)中 仍然存在與傳統(tǒng)罩相關(guān)的各種問題。例如，在汽車設(shè)置中，通常手動展開內(nèi)部罩設(shè)計(jì)， 從而需要擁有者在場。在擁有者不在場的情況下，不能展開罩。其結(jié)果是，由于經(jīng)常出 現(xiàn)太陽能通過玻璃，因此停放的車輛溫度上升過高(和內(nèi)表面直接暴露給太陽輻射)，至 少導(dǎo)致在進(jìn)入車輛時(shí)處于不佳狀態(tài)和UV敏感內(nèi)部材料的更快老化。最近，已經(jīng)開發(fā)了具有自動展開機(jī)構(gòu)的車輛罩，以減少操作時(shí)間和操作者共享 的能量。然而，與之相關(guān)的機(jī)電馬達(dá)出現(xiàn)了與增加重量、體積、成本、噪音問題和失敗 的可能性相關(guān)的自身問題。此外，這些類型的機(jī)構(gòu)還出現(xiàn)了與保管、維修和更換以及建 立附加電池負(fù)載相關(guān)的問題。類似地，通常覆蓋整個(gè)玻璃區(qū)域的外遮陽篷，諸如車輛的前或后擋風(fēng)玻璃長期 以來被用來阻止來自太陽的輻射熱能。在此仍然存在問題，由于手動展開和大量陰影存 放需要更多時(shí)間，十分不便，并且在不使用時(shí)需要大量的存儲空間

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了解決上述問題的展開和存放罩的系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)施例。除此之外， 所述系統(tǒng)用于提供一種操縱罩的自動方法，不需要占有者/用戶在場或者出現(xiàn)機(jī)電、電 磁或電動液壓馬達(dá)。更具體地，當(dāng)受到激活信號時(shí)，本發(fā)明利用活性(或“智能”)材 料經(jīng)歷的變化實(shí)現(xiàn)罩的展開。這樣，本發(fā)明用于提供能量保護(hù)，這樣延遲了車輛的電池 壽命且減少成本。此外，與傳統(tǒng)致動器相比，本發(fā)明減少了等效部件重量，并且提供更 強(qiáng)健的設(shè)計(jì)能力、封裝靈活性和適應(yīng)性。在優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種利用活性材料激活展開罩(諸如車輛的外 遮光罩)的系統(tǒng)，通常包括機(jī)械組件和活性材料致動器。所述機(jī)械組件包括多個(gè)互連部 件，所述機(jī)械組件固定聯(lián)接到罩，且可在展開狀態(tài)和存放狀態(tài)之間重構(gòu)。所述致動器包 括可操作的在被激活時(shí)經(jīng)歷基本屬性變化的活性材料元件。所述致動器傳動地聯(lián)接到所 述組件且被展開為將扭矩力或線性平移力施加到所述多個(gè)部件中的至少一個(gè)上從而作為 所述變化的結(jié)果使所述至少一個(gè)部件旋轉(zhuǎn)或線性平移。作為平移的結(jié)果，所述組件可在 展開狀態(tài)和存放狀態(tài)之間重構(gòu)，且作為重構(gòu)結(jié)果展開或存放罩。因此，可以理解，與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的手動、機(jī)電/電磁/液壓展開相比，本發(fā) 明提供多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在此呈現(xiàn)本發(fā)明的其它方面，包括利用展開臂、滑塊、至少一個(gè)滑動槽、同步元件、SMA線致動、活性材料扭矩管或纏繞的致動器、齒條和小齒輪、滑輪和 纜線，或鏈和鏈輪驅(qū)動組件、對抗元件等等。通過下面的附圖和詳細(xì)描述示出上述和其 它特征。


下面參照附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的罩和展開系統(tǒng)的正視圖，該系統(tǒng)包括全展開 狀態(tài)下的活性材料致動器和機(jī)械組件，其中，所述致動器包括SMA線，所述組件包括第 一和第二展開臂和滑動槽，以及包括接合所述系統(tǒng)的后擋風(fēng)玻璃的車輛；圖la是在存放狀態(tài)下圖1所示的擋風(fēng)玻璃、罩和系統(tǒng)的正視圖，其中，致動器 被停用；圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的罩和展開系統(tǒng)的正視圖，該系統(tǒng)包括全面展 開狀態(tài)下的活性材料致動器和機(jī)械組件，其中，所述組件包括第一和第二滑動槽和延伸 的展開臂；圖2a是在存放狀態(tài)下圖2所示的罩和系統(tǒng)的正視圖，其中，致動器被停用；圖3是在展開狀態(tài)下示出的適用于與本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例一起使用的機(jī)械組件 的正視圖，包括第一和第二展開臂，其中，每個(gè)展開臂限定臂樞轉(zhuǎn)點(diǎn)且包括內(nèi)部和外部 可伸縮接合部件以及關(guān)于該樞轉(zhuǎn)點(diǎn)可旋轉(zhuǎn)的凸輪，并且還包括隨著臂旋轉(zhuǎn)將可伸縮內(nèi)部 部件互聯(lián)且通過凸輪可接合的纜線，以使可伸縮部件縮回；圖3a是在存放狀態(tài)下圖3所示的罩和系統(tǒng)的正視圖，其中，致動器被停用；圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的罩和展開系統(tǒng)的正視圖，該系統(tǒng)包括全面展 開狀態(tài)下的活性材料致動器和機(jī)械組件，其中，所述致動器包括分別連接到各自的展開 臂的第一和第二交叉SMA線；圖4a是在存放狀態(tài)下圖4所示的罩和系統(tǒng)的正視圖，其中，致動器被停用；圖5是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的罩和展開系統(tǒng)的正視圖，該系統(tǒng)包括活性材 料致動器、機(jī)械組件和同步元件，其中，所述機(jī)械組件包括限定臂樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的第一和第二 展開臂，所述同步元件包括在展開狀態(tài)下接合臂的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的交叉纜線；圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的罩和展開系統(tǒng)的局部正視圖，該系統(tǒng)包括活 性材料致動器、機(jī)械組件和同步元件，其中，所述機(jī)械組件包括展開狀態(tài)下的第一和第 二展開臂，所述同步元件包括附接到展開臂的左旋和右旋螺絲以及螺桿；圖7是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的罩和展開系統(tǒng)的正視圖，該系統(tǒng)包括活性材 料致動器、完全展開狀態(tài)下的機(jī)械組件和同步元件，其中，所述同步元件包括同步臂和 接合所述組件的第一和第二桿；圖7a是在存放狀態(tài)下圖7所示的罩和系統(tǒng)的正視圖，其中，致動器被停用；圖8是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的罩和展開系統(tǒng)的正視圖，該系統(tǒng)包括活性材 料致動器、機(jī)械組件和同步元件，其中，所述機(jī)械組件包括展開狀態(tài)下的第一和第二展 開臂，所述同步元件包括連接到所述臂且通過小齒輪互連的第一和第二齒條；圖8a是具體示出小齒輪的圖8所示的同步元件的平面圖；圖9是具有通過纜線和滑輪系統(tǒng)互聯(lián)的第一和第二齒條的適用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的致動器和同步元件的正視圖；圖9a是具體示出滑輪和齒條的互聯(lián)的圖9所示的致動器和元件的平面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的呈現(xiàn)曲柄和滑塊結(jié)構(gòu)的驅(qū)動器和同步部件的 正視圖，其中通過鉸接連桿連接將展開臂連接到滑塊，并且對立的第一和第二 SMA線被 構(gòu)造為在相反方向平移滑塊；圖10a是圖10所示的曲柄和滑塊結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的正視圖，其中，對抗元件 是與第一線同心排列的壓縮彈簧；圖11是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的包括活性材料致動器、T型框機(jī)械組件和同 步元件的蓋和展開系統(tǒng)的正視圖，其中，所述活性材料致動器呈現(xiàn)蝴蝶結(jié)結(jié)構(gòu)，所述T 型框機(jī)械組件包括完全展開狀態(tài)下的頂框和中心柱，所述同步元件包括滑塊組件；圖11a是在存放狀態(tài)下圖11所示的罩、T型框機(jī)械組件、致動器和同步元件的 側(cè)視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的包括用于展開和存放罩的從動構(gòu)件的罩和交 叉連接驅(qū)動機(jī)械組件的正視圖；圖13是適用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的第一和第二展開臂、致動器和組件的部分 示意圖，包括從動構(gòu)件、第一和第二連接桿和在存放狀態(tài)和以虛線形式疊加的展開激活 狀態(tài)下的將部件與臂互連的第一和第二 SMA線，其中，所述線被激活；圖14是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的適用于圖12所示的交叉連接組件且包括活性 材料致動器的驅(qū)動器的平面圖，所述活性材料致動器包括扭矩管；圖15是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的適用于圖12所示的交叉連接組件且包括 活性材料致動器的驅(qū)動器的平面圖，所述活性材料致動器包括纏繞的SMA線；圖16是接合具有樞軸齒輪的第一和第二展開臂且包括接合樞軸齒輪與主從動齒 輪部分的右旋和左旋蝸輪部分的蝸輪驅(qū)動器的正視圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的機(jī)械組件的正視圖，包括致動器驅(qū)動的主鏈 輪齒輪和由鏈相互驅(qū)動的并且接合第一和第二展開臂的多個(gè)驅(qū)動軸；圖18是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的機(jī)械組件的正視圖，包括致動器驅(qū)動的 主滑輪和由摩擦帶相互驅(qū)動并且接合第一和第二展開臂的多個(gè)驅(qū)動軸；圖19是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的展開系統(tǒng)的局部正視圖，所述展開系統(tǒng)還包 括在壓縮狀態(tài)下接合第一展開臂和滑動槽的存放輔助壓縮彈簧；以及圖19a是圖19所示系統(tǒng)的局部正視圖，其中，彈簧處于去壓縮狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式首先參照圖1和圖la，本發(fā)明涉及適用于展開和存放罩12的系統(tǒng)，包括基于活 性材料的致動器14和由致動器14驅(qū)動的可重構(gòu)機(jī)械組件16。盡管在此對于車輛18(諸 如汽車)進(jìn)行描述，但是可以理解，可以在其它設(shè)置中利用本發(fā)明的益處，其中，期望 利用活性材料更加有效且可靠地展開罩。例如，可以結(jié)合住宅或商業(yè)建筑利用本發(fā)明的 系統(tǒng)10，或者選擇性地展開貨網(wǎng)或安全束，從而保護(hù)三維空間或捕獲不牢固的對象。這 樣，術(shù)語“罩”不限于在此示出的實(shí)施例，應(yīng)該包括，例如，涼格棚、遮陽板、遮陽 篷、干擾窗板(還稱為“百葉窗”)、貨物床罩、存儲井/倉罩、隔離物(例如，篩選，安全性，保護(hù)和隱私)、障礙物(例如，聲、熱、光、流體(如水分，氣體，液體)和/ 或氣候)、支撐梁等等。在圖1中，當(dāng)展開時(shí)，罩12布置在玻璃表面20 (例如，汽車擋風(fēng)玻璃)附近且 被展開為覆蓋玻璃表面20。在此實(shí)施例中，罩12被構(gòu)造為阻擋到表面20或一部分轎艙 空間的熱傳送或者阻擋表面20或一部分轎艙空間直接暴露在太陽光線下，并且這樣優(yōu)選 地是具有反光外層12a的平面構(gòu)件。在此使用的術(shù)語“存放”意思是展開之后收起且存放罩12。罩12、致動器14 和組件16被協(xié)作地構(gòu)造成能在可用存儲空間內(nèi)以存放狀態(tài)下存放；例如，如圖la所提 出的行李箱罩板之間的內(nèi)部空間或車輛18的行李箱的內(nèi)部隔間的上后部分。優(yōu)選的罩 12是可彎曲的，從而可被折疊以方便存儲(圖la)。更優(yōu)選地，罩主要由柔性材料形成 (例如，纖維)，從而當(dāng)致動器14被停用時(shí)，罩12能夠纏繞在卷軸或支撐桿22周圍(圖 11)。在此展開中，卷軸22還可以具有在桿22的端部間隔開的支撐軸承24，用于使系統(tǒng) 10向存放狀態(tài)偏置的扭力彈簧26 (圖11)。本發(fā)明的系統(tǒng)10利用活性(或“智能”)物質(zhì)的可逆形狀、剛度和/或切變強(qiáng)度 變化的能力來展開和/或存放罩12，這樣，優(yōu)選地利用相對大位移的活性材料。在此使 用的術(shù)語“活性材料”(AM)是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解的其一般含義，因此包括， 但不限于，在由外部刺激或信號激活時(shí)經(jīng)歷可逆的根本(例如，強(qiáng)物理，化學(xué)等)屬性變 化的任何材料或合成物。術(shù)語“基于活性材料的致動器”意思是其主要功能通過至少一 種活性材料中的變化驅(qū)動的罩的致動器。如上所述，基于活性材料的致動器14可以與罩12進(jìn)行可操作地連接(圖1至圖 18)?？梢岳斫?，通過選擇基于活性材料的致動器，包括在此描述和示出的那些示例性實(shí) 施例，可采用本發(fā)明的系統(tǒng)10和在此公開的操作模式。然而，可以理解，可以結(jié)合本發(fā) 明的組件16使用其它構(gòu)造和形式的活性材料致動器，從而本發(fā)明包括用于展開罩的任何 基于活性材料的致動器和可重構(gòu)機(jī)械組件的組合。適用于致動器14的活性材料包括但不 限于形狀記憶材料、納米管、電活性聚合物(EAP)、壓電材料、磁流變彈性體和包括磁 流變彈性體的液體和電流變彈性體和包括電流變彈性體的液體。然而，如示出的實(shí)施例所示，優(yōu)選的致動器14包括熱敏活性材料(AM)元件 30，諸如形狀記憶合金(SMA)、形狀記憶陶瓷(SMC)或溫敏形狀記憶聚合物(SMP) 線，其中，術(shù)語“線”意思是包含多種幾何形式，諸如絲、條、帶、線、片、板、彈簧 等。圖1示出致動器14，其主要由具有足夠拉伸強(qiáng)度和激活位移的單個(gè)細(xì)長SMA線30 構(gòu)成，連接到組件16的可移動部分，從而直接展開和存放。這樣，優(yōu)選的元件30熱聯(lián)接到激活信號源32，諸如表示直接加熱的太陽或通過 介質(zhì)的阻抗提供間接加熱的車輛18的蓄電池(圖1)。為了激活致動器14，源32將部件 30從第一溫度加熱到第二溫度。在第二溫度，使部件30經(jīng)歷基本屬性的變化。例如， 在部件30是SMA線的情況下，第二溫度可以是材料的奧氏體結(jié)束溫度，并且所述變化將 導(dǎo)致線長度的改變。當(dāng)將部件30冷卻到低于第二溫度的第三溫度且經(jīng)歷變化的退回時(shí)， 通過將組件16的構(gòu)造退回到存放狀態(tài)使罩12縮回。在元件30是SMA線的情況下，第 三溫度可以表示馬氏體結(jié)束溫度?？梢酝ㄟ^元件30中的變化直接展開罩12，或者可以通過被設(shè)計(jì)為釋放存儲的能量的另一致動器部件(未示出)間接展開罩12。一旦展開，則可以將致動器14構(gòu)造為使 得維持被激活的元件30中的變化將罩保持在部分展開狀態(tài)或完全展開狀態(tài)下。可選地， 可以觸發(fā)鎖定機(jī)構(gòu)，諸如閂鎖或鎖銷(也未示出)，以使罩12保持在展開狀態(tài)，同時(shí)元件 30冷卻或停用。為了能夠存放，接著釋放鎖定機(jī)構(gòu)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，在展開預(yù)定時(shí)間段后或發(fā)生事件(例如，太陽能加載停止) 之后，通過活性材料部件30的退回動作，自動存放罩12.這樣，系統(tǒng)10還可以包括可通 信地聯(lián)接到致動器14的一個(gè)或多個(gè)傳感器(未示出)。轉(zhuǎn)向本發(fā)明的組件16的多個(gè)實(shí)施例，圖1示出具有多個(gè)互連部件的機(jī)械組件 16，所述多個(gè)互連部件的至少一部分固定連接到罩12。在功能上，在此公開的新穎的組 件16提供了高效且可靠的裝置，用于將活性材料的變化(例如，當(dāng)激活時(shí)SMA線30的 長度的改變)轉(zhuǎn)換成罩12的展開。這些部件的至少一部分在方向和定位中是“可重構(gòu) 的”，從而導(dǎo)致選擇性的存放和展開狀態(tài)。更優(yōu)選地，組件16被構(gòu)造為將線30的激活位移增加到結(jié)果位移。在示出的實(shí) 施例中，部件通常包括第一和第二相同展開臂34，存放狀態(tài)被描述為臂34基本處于水平 位置，完全展開狀態(tài)導(dǎo)致臂34被帶到基本垂直位置。臂34可以是一體的或者是下面描 述的復(fù)合結(jié)構(gòu)。在圖1中，SMA線30直接地連接到兩個(gè)臂34，且被構(gòu)造為當(dāng)激活和去激活時(shí)向 臂34施加線性平移力。更具體地，在這種構(gòu)造中，每個(gè)臂34限定具有第一長度的致動 器接合短部分36、相對于車輛18不動的固定樞轉(zhuǎn)點(diǎn)38和具有比所述第一長度長得多的第 二長度的延伸臂部分(或側(cè)柱)40。線30將短部分36拉向?qū)Ψ?，從而使?4關(guān)于樞轉(zhuǎn) 點(diǎn)38擺動，并且延伸和接合部分長度的差導(dǎo)致機(jī)械利益和臂34的端部的增加的位移。在這種構(gòu)造中，組件16還包括至少一個(gè)滑動槽42，滑動槽牢固地連接到罩12。 如所示，槽42可以通過多個(gè)夾(未示出)固定連接到罩12的末端邊緣，或者可拆卸地連 接到罩12的末端邊緣。槽42限定軌或道，使第一個(gè)第二矩形滑塊44在其中被攜帶且線 性平移(圖1和圖la)。展開臂34樞轉(zhuǎn)地連接到滑塊44，例如，通過本領(lǐng)域已知的銷和 套筒組件。在操作期間，隨著臂34擺動，滑塊44相對臂34平移且樞轉(zhuǎn)，通過滑塊44 將臂34的旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動?；瑝K44在完全展開的橫向最外層位置(圖1)平移 到內(nèi)部存放位置(圖la)。可選地，如圖2所示，組件16可以包括第二槽46，優(yōu)選地與第一槽42橫向鄰近 且縱向一致。在這種構(gòu)造中，每個(gè)槽42、46僅接收一個(gè)滑塊44，從而大大增加每個(gè)滑塊 44的運(yùn)動范圍。其結(jié)果是，在完全存放和展開狀態(tài)下通過將滑塊44定位在槽42的相對 端而能夠利用更長的展開臂34(比較圖2和圖2a)，這樣，能夠展開更長的罩12。在構(gòu)造為增加罩長度的另一實(shí)施例中，每個(gè)展開臂34還包括可伸縮接合的內(nèi)臂 子部件48和外臂子部件50，呈現(xiàn)完全伸展和縮回狀態(tài)(圖3和圖3a)。外臂子部件50 為空心軸套，而內(nèi)臂子部件48的橫截面相對于外臂子部件50被構(gòu)造成使得能緊緊地納入 其中。臂34被偏置向完全伸展?fàn)顟B(tài)，例如，通過外套筒子部件50內(nèi)部安置的彈簧52。 為了實(shí)現(xiàn)縮回，凸輪54固定連接到臂34，以使隨著臂34向存放狀態(tài)樞轉(zhuǎn)，凸輪54在向 下方向繞臂樞轉(zhuǎn)點(diǎn)38旋轉(zhuǎn)。纜線56將內(nèi)子部件48互連，通過外子部件50限定的內(nèi)部 空間，并且隨著凸輪54的旋轉(zhuǎn)接合凸輪54。隨著臂34轉(zhuǎn)動，凸輪54增加固定長度纜線56的行進(jìn)路徑，從而使內(nèi)子部件48縮回且使彈簧52壓縮(圖3a)。其結(jié)果是，在存 放狀態(tài)下縮短展開臂34，例如，到圖la所示的長度。如圖4和圖4a所示，第一和第二 SMA線30a和30b可以分別連接到展開臂接合 部分36中的相應(yīng)一個(gè)并連接到車輛18的固定點(diǎn)。在此，線30a和30b固定到位于組件 16的縱向中心線的相對側(cè)上車輛18，從而當(dāng)被激活時(shí)在臂34上施加相反接合力(向中心 線)，這樣呈現(xiàn)交叉構(gòu)造。可以理解，對每個(gè)展開臂34利用單獨(dú)的線大大增加了活性材 料的可操作長度。在本發(fā)明的另一方面，系統(tǒng)10優(yōu)選地包括同步元件58，且連接到組件16且可操 作以保證臂34由于激活元件30而同樣樞轉(zhuǎn)。例如，如圖5所示，在臂34具有圍繞樞轉(zhuǎn) 點(diǎn)38(例如，與之同心對準(zhǔn)的突出尖頭)接合面的情況下，同步元件58可以包括摩擦接 合所述表面的交叉帶。如果任意一個(gè)臂34轉(zhuǎn)動，則使帶60移動，從而使另一臂在相反 方向同樣轉(zhuǎn)動。在圖6所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了同步，其中，第一滑塊44是右旋 螺絲62，第二滑塊44是左旋螺絲64，在槽42內(nèi)攜帶與螺絲62、64匹配且同心對準(zhǔn)的螺 桿66。在這種構(gòu)造中，如果使非可旋轉(zhuǎn)滑塊44之一移動，則桿66旋轉(zhuǎn)，桿旋轉(zhuǎn)使得另 一滑塊44移動。因此，滑塊44不能單獨(dú)移動。在圖7和圖7a中示出同步元件的另一實(shí)施例，其中，具有相對于車輛12的不動 的中心樞轉(zhuǎn)點(diǎn)68 a的細(xì)長部件68通過鉸接連桿70連接到臂的致動器接合部分36。桿 70、構(gòu)件68和臂34之間的連接還具有樞轉(zhuǎn)點(diǎn)以啟動相對旋轉(zhuǎn)。在這種展開中，當(dāng)致動 器使任意一個(gè)臂34平移時(shí)，還使部件68關(guān)于中心點(diǎn)68 a轉(zhuǎn)動，部件68的轉(zhuǎn)動使另一臂 34與第一臂34同樣平移。在圖8和圖8a示出的本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，同步元件58包括將臂34相 互接合的第一和第二相同齒條72，以使臂34—致地轉(zhuǎn)動。在這種展開中，每個(gè)接合臂部 分36固定附接到齒條72中的其中一個(gè)；齒條72具有面對的齒74且向組件16的中心線 延伸；最終，將具有固定軸線的自由小齒輪76定位在中間且與兩組齒74嚙合，以從動地 連接到齒條72。如圖8a所示，當(dāng)通過致動器14使齒條72之一移動時(shí)，齒輪76關(guān)于其 軸旋轉(zhuǎn)，齒輪76的旋轉(zhuǎn)使另一齒條72與第一齒條一致地移動。在第二構(gòu)造中，顛倒齒條的方位以接合每個(gè)臂34限定的齒輪齒(圖9)。更具體 地，每個(gè)齒條72在樞轉(zhuǎn)點(diǎn)38接合固定附接在相應(yīng)的臂34的末端小齒輪78 (臂34的接合 短部分省略)。當(dāng)激活時(shí)，第一齒條72通過SMA線30連接到車輛，在被激活時(shí)該SMA 線使得齒條可滑動地移動，以使臂34相應(yīng)地轉(zhuǎn)動。第一齒條72還連接到第二齒條72， 還通過定位在齒條中間的滑輪80可滑動地接合到車輛18，并且纜線82繃緊地纏繞在滑輪 80周圍(圖9a)。其結(jié)果是，當(dāng)線被激活時(shí)，使第二齒條72在相反方向一致地移動。在圖10和圖10a所示的優(yōu)選實(shí)施例中，致動器14具有曲柄和滑塊構(gòu)造，其中， 可線性移動滑塊84通過鉸接連桿86連接到臂的致動器接合部分36。通過第一 SMA線 30a接合滑塊84，線30a可操作以由于被激活而使滑塊84平移。隨著滑塊84移動，使 展開臂34部分地由于連桿86的固定長度轉(zhuǎn)動?；瑝K84在方向垂直的道88內(nèi)行進(jìn)，更 優(yōu)選地，滑塊84位于組件16的橫向中心線。連桿86轉(zhuǎn)動地連接到滑塊84和臂34，從 而促進(jìn)其間的力轉(zhuǎn)移。
更優(yōu)選地，致動器14還包括接合到滑塊84且被構(gòu)造為使線30a引起的滑塊84 的平移退回的對抗元件90。對抗元件90使罩12在展開之后存放，并且優(yōu)選地具有朝向 存放狀態(tài)的偏置力。如圖10所示，對抗元件90可以包括第二 SMA線30b或者與第一線 30a相對地連接到滑塊84和車輛18的固定點(diǎn)的傳統(tǒng)拉力彈簧?？蛇x地，如圖10a所示， 與第一線30a同心對準(zhǔn)的壓縮彈簧90也可使用。在圖11和圖11a所示的另一曲柄和滑塊構(gòu)造中，組件16可以包括代替連桿86和 展開臂34的T型框結(jié)構(gòu)92。通過連接到滑塊84的中心柱94形成結(jié)構(gòu)92，頂框96正交 地固定到柱94以使柱94平分框96?？?6優(yōu)選地連接到罩12的末端邊緣以使隨著框96 相對擋風(fēng)玻璃80移動展開或存放罩12 (圖11a)。柱94樞轉(zhuǎn)地連接到滑塊84以促進(jìn)該移 動。優(yōu)選的頂框96還在其末端具有第一和第二橫向輪98，以旋轉(zhuǎn)地接合擋風(fēng)玻璃20。 更優(yōu)選地，偏置彈簧100接合柱94以使頂框96向擋風(fēng)玻璃20偏置，并且設(shè)置返回彈簧 102以使T型框結(jié)構(gòu)92向存放狀態(tài)偏置(圖11a)。圖12示出組件16的另一實(shí)施例，其中，具有不動的中心樞轉(zhuǎn)點(diǎn)104細(xì)長從動臂 或部件104 a通過鉸接連桿106連接到致動器接合部分36。連桿106、構(gòu)件104和臂34 之間的連接還具有能夠相對旋轉(zhuǎn)的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)。致動器14被構(gòu)造由于所述變化而使構(gòu)件104 繞中心點(diǎn)104a轉(zhuǎn)動，并且由于樞轉(zhuǎn)構(gòu)件104而使臂34同樣轉(zhuǎn)動。例如，至少一個(gè)SMA線30可以構(gòu)造為線性地驅(qū)動構(gòu)件104，如圖13所示。更 具體地。致動器14可以包括第一 SMA線30a，在與中心點(diǎn)104 a間隔開第一距離L1的 位置連接到從動構(gòu)件104，且在與相應(yīng)的臂樞轉(zhuǎn)點(diǎn)38間隔開第二距離L2的位置連接到相 應(yīng)的展開臂34(圖13)。比率L1/L2表示考慮了驅(qū)動力與位移之間的關(guān)系的預(yù)定比率。 也就是說，在需要更大的轉(zhuǎn)動力的情況下，可以通過將線30a與部件104之間的連接點(diǎn)移 動到距離中心點(diǎn)104 a更近或者移動線30a與臂34之間的連接點(diǎn)遠(yuǎn)離臂樞轉(zhuǎn)點(diǎn)38，來減 小L1/L2。更優(yōu)選地，致動器14還包括第二 SMA線30b，與第一線30a類似，將部件 104與另一展開臂34互連，從而具有與L1/L2相同的空間比率。在這種構(gòu)造下，優(yōu)選地 同時(shí)激活第一線30a和第二線30b，以協(xié)調(diào)且合作地產(chǎn)生聯(lián)合驅(qū)動力?？蛇x地，可以用對抗元件90 (例如拉力彈簧)代替第二線30b，從而當(dāng)被激活時(shí) 抵抗第一線30a引起的運(yùn)動(即，做功以在相反方向轉(zhuǎn)動從動構(gòu)件104)。在此，彈簧90 呈現(xiàn)足夠的彈性模量以使在第一線30a去激活時(shí)使組件16返回到其存放狀態(tài)，但是彈性 模量沒有大到使線30a的激活力無法克服。在采用可旋轉(zhuǎn)從動構(gòu)件104的其它實(shí)施例中，致動器14被構(gòu)造為直接在其上施 加扭矩力。例如，如圖14所示，致動器14可以包括連接到從動構(gòu)件104的SMA扭矩 管108。當(dāng)管108內(nèi)的SMA材料被激活時(shí)，使構(gòu)件104轉(zhuǎn)動。更具體地，相互嚙合的 第一齒輪110和第二齒輪112通過第一驅(qū)動桿114和第二驅(qū)動桿116將管108和構(gòu)件104 互連?？梢岳斫?，齒輪110、112的可操作半徑之間的差能夠增加或減小所產(chǎn)生的扭矩力 以及最終的位移。優(yōu)選地設(shè)置可操作以將扭矩力施加到構(gòu)件104上的偏置元件118以對抗扭矩管 108。偏置元件118可以由第二扭矩管或接合第一桿114的扭力彈簧(圖14)組成。因 此，驅(qū)動的第一齒輪被固定連接到管致動器且通過管致動器使其旋轉(zhuǎn)，從動的第二齒輪 固定連接到從動構(gòu)件。圖14還示出末端驅(qū)動桿軸承120，用于減小從動構(gòu)件104的摩擦損失?？蛇x地，從動構(gòu)件104可以連接到纏繞的致動器122而不是扭矩管108，如圖15 所示。在這種構(gòu)造中，SMA線30a纏繞在凸臺124周圍，凸臺124連接到第一驅(qū)動桿 114且線30a固定連接到車輛18。類似地，在這方面，偏置元件118可以包括扭矩管、 扭力彈簧，或者由纏繞在第二凸臺128周圍的第二線32b組成且構(gòu)造一旦第一致動器122 停用就使組件16回復(fù)到其存放狀態(tài)的第二纏繞致動器126。在圖16所示的優(yōu)選實(shí)施例中，組件16可以包括蝸輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)130，其中，所述 蝸輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)130具有主軸132、左蝸桿部分134和右蝸桿部分136，和驅(qū)動部分138，所 述驅(qū)動部分138由先前描述的扭矩管108或線圈致動器122的輸出來驅(qū)動。在這種展開 中，每個(gè)臂34再次限定末端樞轉(zhuǎn)點(diǎn)38和在此點(diǎn)的軸接合齒輪140。齒輪140分別與左蝸 桿部分134和右蝸桿部分136相互嚙合，從而使臂34隨著軸132旋轉(zhuǎn)在存放狀態(tài)和展開 狀態(tài)之間相反且一致地轉(zhuǎn)動。還提供支撐桿軸承141以減小摩擦損失。在臂34限定末端樞轉(zhuǎn)點(diǎn)38和接合齒輪140的情況下，從動構(gòu)件104可選地可以 是主鏈輪齒輪(圖17)。在這種構(gòu)造中，第一和第二驅(qū)動軸142通過鏈144連接到主鏈 輪齒輪104和展開臂34中間。鏈144具有僅與驅(qū)動軸142中的其中一個(gè)的交叉接合，以 使此軸142相對于另一軸逆向旋轉(zhuǎn)。軸142包括固定附接在一端的鏈攜帶的驅(qū)動軸鏈輪 146和固定附接在另一端的臂接合齒輪148?？梢岳斫猓谶@種構(gòu)造中，也可以實(shí)現(xiàn)增加 和降低處理；例如，在軸鏈輪146比主鏈輪直徑小的情況下，如圖17所示，位移增加?？蛇x地，如圖18所示，從動構(gòu)件104可以類似地具有代替主鏈輪齒輪的主滑輪 104。在這種構(gòu)造中，用摩擦帶150代替鏈144，且通過滑輪構(gòu)件152將驅(qū)動軸鏈輪146 固定附接在一端。在此，可以理解，在帶中必須保持適當(dāng)?shù)睦σ源_保同步。最終，可以理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以將各種其它附屬物添 加到系統(tǒng)10，例如，位于槽42中的橫向端彈簧154可以用于提供存放輔助。如圖19和 圖19a所示，在展開狀態(tài)下通過滑塊44使端154壓縮，從而滑塊44和臂34向存放狀態(tài) 偏置。所有引用的專利、專利申請和其它參考文獻(xiàn)通過參考的方式合并于此。然而， 如果本申請中的術(shù)語與合并的參考的術(shù)語矛盾或沖突，則本申請的術(shù)語優(yōu)先級在與其沖 突的合并的參考中的術(shù)語之上。上述本發(fā)明的優(yōu)選形式僅用作說明，且不應(yīng)該用于作為解釋本發(fā)明的范圍的限 制。在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地對示例性實(shí)施例和 操作方法做出明顯修改。發(fā)明人特此聲明他們想要依靠等同原則將本發(fā)明所屬領(lǐng)域的合 理范圍確定和評估為沒有明顯偏離權(quán)利要求限定的文字范圍之外的任何系統(tǒng)和方法。
權(quán)利要求
1.一種利用活性材料激活來展開罩的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括機(jī)械組件，包括多個(gè)互連部件，固定聯(lián)接到罩，且可在展開狀態(tài)和存放狀態(tài)之間重 構(gòu)，其中在展開狀態(tài)和存放狀態(tài)中分別展開和存放所述罩；以及致動器，包括活性材料元件，所述活性材料元件可操作以在被激活時(shí)經(jīng)歷變化，所述致動器傳動地聯(lián)接到所述組件且被構(gòu)造為將線性平移力施加到所述多個(gè)部件中 的至少一個(gè)部件上從而由于所述變化使所述至少一個(gè)部件平移，并且作為所述至少一個(gè) 部件的平移的結(jié)果，所述組件在展開狀態(tài)和存放狀態(tài)之間切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述致動器包括可線性平移的滑塊，所述元件 是聯(lián)接到所述滑塊的SMA線并且可操作以由于所述變化而使所述滑塊平移，所述致動器 還包括對抗元件，所述對抗元件聯(lián)接到所述滑塊且被構(gòu)造為使所述滑塊的平移退回，并 且作為所述滑塊的平移的結(jié)果，所述罩被展開，當(dāng)所述滑塊的平移被退回時(shí)，所述罩被 存放。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述組件還包括T型框，所述T型框牢固地聯(lián) 接到所述罩且樞轉(zhuǎn)地連接到所述滑塊，通過操縱所述框來展開罩。
4.一種利用活性材料激活來展開罩的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括組件，包括牢固地聯(lián)接到罩的至少一個(gè)滑動槽，牢固地聯(lián)接到所述至少一個(gè)滑動槽 且可相對于所述至少一個(gè)滑動槽線性地平移的第一和第二滑塊，和分別樞轉(zhuǎn)地連接到所 述第一和第二滑塊且限定第一和第二不動的臂樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的第一和第二展開臂，并且組件可 在展開狀態(tài)和存放狀態(tài)之間重構(gòu)，其中在展開狀態(tài)和存放狀態(tài)中分別展開和存放罩；和致動器，包括活性材料元件，所述活性材料元件可操作以在被激活時(shí)經(jīng)歷變化，所述致動器傳動地聯(lián)接到所述組件且被構(gòu)造為將線性平移力施加到所述臂上使得由 于所述變化使所述臂樞轉(zhuǎn)，并且作為樞轉(zhuǎn)所述臂的結(jié)果，使罩和組件在展開狀態(tài)和存放 狀態(tài)之間切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述元件是第一和第二交叉的SMA線，每個(gè) SMA線連接到一個(gè)所述第一和第二展開臂和固定的點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)展開臂包括可伸縮接合的內(nèi)臂部分和外臂 部分以及與所述樞轉(zhuǎn)點(diǎn)同心對準(zhǔn)的凸輪，每個(gè)展開臂被向完全伸展?fàn)顟B(tài)偏置，纜線將每 個(gè)臂的內(nèi)部分互連，并且纜線和凸輪協(xié)作地被構(gòu)造成使得隨著臂樞轉(zhuǎn)，凸輪接合纜線并 且使內(nèi)部分縮回。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括同步元件，其聯(lián)接到所述組件，且被構(gòu)造為由于所述變化而使臂相同地樞轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)臂具有圍繞樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的接合表面，所述同步 元件包括互連所述表面且摩擦接合所述表面的交叉纜線。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第一滑塊是右旋螺絲，所述第二滑塊是左 旋螺絲，所述同步元件包括與螺絲匹配的螺桿。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述同步元件包括固定地附接在第一臂上的 第一齒條，固定地附接在第二臂上的第二齒條和中間的且從動地聯(lián)接到第一齒條和第二 齒條的小齒輪或滑輪。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述組件還包括具有不動的構(gòu)件樞轉(zhuǎn)點(diǎn)且樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接到所述臂的從動構(gòu)件，所述致動器被構(gòu)造為由于所述變化而使所述構(gòu)件繞所述 樞轉(zhuǎn)點(diǎn)樞轉(zhuǎn)，并且由于繞所述構(gòu)件樞轉(zhuǎn)點(diǎn)樞轉(zhuǎn)所述構(gòu)件而使所述臂相同地樞轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述致動器包括在與所述構(gòu)件樞轉(zhuǎn)點(diǎn)間隔開 第一距離Ll的位置連接到所述構(gòu)件且在與相應(yīng)的臂樞轉(zhuǎn)點(diǎn)間隔開第二距離L2的位置連接 到所述第一和第二展開臂中的其中一個(gè)的第一 SMA線，所述比率L1/L2是預(yù)定比率。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，第二對抗元件將所述構(gòu)件與所述第一和第二 展開臂中的另一個(gè)互連，并且具有的互連點(diǎn)到所述樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的空間關(guān)系等于L1/L2。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括容納在所述槽的末端部分內(nèi)的第一和第二 存放輔助彈簧，從而當(dāng)所述臂處于展開狀態(tài)時(shí)滑塊壓縮所述彈簧。
15.一種利用活性材料激活來展開罩的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括機(jī)械組件，包括多個(gè)互連部件，固定連接到罩，且可在展開狀態(tài)和存放狀態(tài)之間重 構(gòu)，其中在展開狀態(tài)和存放狀態(tài)中分別展開和存放罩；以及致動器，包括活性材料元件，所述活性材料元件可操作以在被激活時(shí)經(jīng)歷變化，所述致動器傳動地聯(lián)接到所述組件且被構(gòu)造為將扭矩力施加到所述多個(gè)部件中的至 少一個(gè)部件上從而由于所述變化使所述至少一個(gè)部件可旋轉(zhuǎn)地平移，并且作為所述至少 一個(gè)部件的旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，所述組件在展開狀態(tài)和存放狀態(tài)之間切換。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述組件包括主從動構(gòu)件以及通過所述構(gòu)件 樞轉(zhuǎn)地交叉連接的第一和第二展開臂，每個(gè)臂限定末端和樞轉(zhuǎn)點(diǎn)，所述構(gòu)件和臂被協(xié)作 地構(gòu)造為使得當(dāng)沿第一方向旋轉(zhuǎn)所述從動構(gòu)件時(shí)使得端部在相反的方向上相同地樞轉(zhuǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，通過驅(qū)動器來驅(qū)動所述從動構(gòu)件，所述驅(qū) 動器包括SMA扭矩管致動器、偏置元件、固定連接到所述管致動器且由所述管致動器引 起旋轉(zhuǎn)的從動齒輪以及固定連接到所述從動構(gòu)件且從動地聯(lián)接到所述驅(qū)動齒輪的從動齒 輪。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述從動構(gòu)件包括具有左蝸桿部分和右蝸桿 部分的蝸輪從動軸，所述臂在其樞轉(zhuǎn)點(diǎn)限定軸接合齒輪，并且所述齒輪與左蝸桿部分和 右蝸桿部分相互嚙合，從而當(dāng)所述軸在第一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)使所述臂樞轉(zhuǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，通過第一和第二滑輪或鏈輪在中間聯(lián)接所述 從動構(gòu)件和臂，所述第一和第二滑輪或鏈輪通過帶或鏈聯(lián)接到所述從動構(gòu)件，所述第一 和第二齒輪分別固定連接到所述第一和第二滑輪或鏈輪。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，通過驅(qū)動器和對抗元件驅(qū)動所述從動構(gòu)件， 所述驅(qū)動器包括纏繞在第一凸臺周圍的第一 SMA線致動器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述對抗元件是纏繞在第二凸臺周圍的第二 SMA線致動器或者對抗所述第一 SMA線致動器的扭力彈簧。
全文摘要
一種展開和存放罩的系統(tǒng)，包括連接到罩的機(jī)械組件，優(yōu)選地包括多個(gè)展開臂和同步裝置，在展開狀態(tài)和存放狀態(tài)之間可重構(gòu)，并且還包括具有活性材料元件的致動器，該活性材料元件可操作以當(dāng)被激活時(shí)經(jīng)歷變化，并且可操作以由于所述變化而使組件被重構(gòu)。
文檔編號B60J11/08GK102015341SQ200980116243
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者A·L·布朗, N·D·曼凱姆, N·L·約翰遜, X·高 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司