CN101187280B - 带有活性材料元件的隔室进入***和控制进入内部隔室的方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种带有活性材料元件的隔室进入***,通过使用一个或多个活性材料元件来改进为存贮或者其它目的而进入内部隔室。激活一个或多个活性材料元件实现一个或多个以下功能:打开或关闭隔室(可包括紧闭密闭件)和/或锁紧或者解锁密闭件与框架。可通过远程触发信号进行激活。还提供了一种控制进入内部隔室的方法,该方法可以通过操作连接到各种活性材料元件的控制器来进行,分别解锁密闭件与框架、关闭密闭件以及紧闭密闭件与框架。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用至少一个活性材料元件的隔室进入***以及控制进入内部隔室的方法。
背景技术
内部隔室的方便进入,例如家里的食橱或者车辆存储空间(vehicle storagespace)如汽车手套箱(automotive glove box),在使用中是关键特征并且对消费者具有吸引力。在载重的情况下打开或关闭存储隔室可能是困难的。此外,一些容器上的锁具(latch)是笨重的。尤其是残疾人可能缺乏力气和灵活性而无法使用某些存储容器。
发明内容
通过使用一个或多个活性材料元件从而改进了进入内部隔室以实现储物或者其它目的。激活一个或多个活性材料元件实现了以下一个或多个功能:打开或关闭隔室(这可包括对密闭件的紧闭)和/或将密闭件与框架锁紧或者解锁,其中密闭件与框架基本限定了所述内部隔室。在本发明的一个方面中,是通过远程触发信号来进行激活的。例如,通过向控制器发送远程触发信号,例如通过按下钥匙链(key fob)或者其它装置上的按钮,这随后使控制器对活性材料元件进行激活,就可以将车辆隔室从车辆的对面或者甚至从车辆的外部打开。远程触发允许“手动切断(hands-off)”进入内部隔室,当携带待被贮藏的物品或者已从隔室中取出的物品时,这可能是尤其有用的。优选地,选择对密闭件进行手动操作以进入内部隔室也是可行的,将在任一给出的实例中是优选的。
因此,提供了一种隔室进入控制***,其包括部分地限定内部隔室的框架和操作(operatively)连接到框架并可以相对于框架运动的密闭件,该密闭件进一步限定了所述隔室。活性材料元件操作连接到密闭件,并且被配置成在激活时致动,从而实现进入隔室。在此用到的“实现进入”内部隔室包括将密闭件相对于框架关闭、打开、紧闭(cinch)、锁紧(latch)和/或解锁(unlatch)。关闭可以基本上包括(i)关闭密闭件到中间位置,其中已基本阻止了进入到隔室和/或(ii)紧闭密闭件到最终的关闭的位置以准备将密闭件与框架锁紧。可以使用许多不同类型的活性材料,如本文所述。当活性材料元件用于打开或关闭隔室时,存储容器,其具有框架和操作连接到框架的密闭件以便协同限定内部隔室,使用操作连接到密闭件的活性材料元件,以便当激活时,相对于所述框架移动所述密闭件,从而实现进入所述隔室。
隔室进入***可以集合多个提高所述***功能的特征中的任何一个。例如,可以将传感器操作连接到密闭件和控制器,以便在预定的条件下,传感器发出的传感器信号能够通知控制器终止至活性材料元件的激活信号,例如当施加在密闭件上的力或者密闭件所施加的力太大时——当密闭件与框架之间存在物体时,上述现象可能会发生。
另外,可以使用配重构件(counter-balance member)来帮助控制密闭件靠重力辅助的打开,该配重构件提供与密闭件重量相抗衡的配重力(counter-balanceforce)。也就是说,配重构件将对抗用于打开密闭件的重力而起作用,因此防止打开动作太快,和/或平衡密闭件的重量,从而减小了打开和关闭密闭件所需的致动力。
任选地,可以使用操作连接到密闭件的载荷限制机构来提供对抗致动力的阻力,所述致动力是在活性材料元件激活时由其施加的,从而对传递到密闭件上的力进行了限制。所述载荷限制机构可以具有许多不同的设计,例如配置成对抗致动力的弹簧,或者在致动造成旋转运动的情况下,将提供给密闭件的转矩限制到某转矩载荷之上的载荷限制机构,或者甚至基于活性材料的机构,例如作用在旋转元件上以抵抗其旋转的磁流变流体(即,磁流变“离合器”或者“锁”)。优选地,提供调节机构以便于载荷限制机构的阻力可以被调节。这可以允许根据每种应用或者每个用户来自定义载荷限制功能。调节机构的结构取决于载荷限制机构。当载荷限制机构是弹簧时,其可以是简单的调节阻力的紧定螺钉,或者在基于磁流变的载荷限制机构的情况下,其可以是通过缠绕在永磁体上的金属丝所输送的电流变化。
提供了一种控制进入内部隔室的方法,该方法可以通过操作连接到不同的活性材料元件的控制器来进行,所述不同的活性材料元件分别使密闭件从框架上解锁、将密闭件关闭以及将密闭件与框架紧闭。该方法包括接收远程触发的触发信号并确定密闭件是处于打开的位置还是关闭的位置。如果控制器确定密闭件是处于关闭的位置,激活时使锁具解锁的第一活性材料元件将被控制器激活。但是,如果确定密闭件是处于打开的位置,控制器则激活第二活性材料元件,该第二活性材料元件将密闭件相对于框架移动到中间(即,基本上关闭但不紧闭)的位置。如果在第二活性材料元件被激活后,设置在框架与密闭件间的紧闭传感器已经被接触的话,那么,控制器可以激活第三活性材料元件以将密闭件与框架紧闭从而准备锁紧。在各自活性材料元件中的任何一个没有被成功激活的情况下,控制器可能发出各个相应的错误信号,例如发送到发光二极管或者其它显示器上的表明与触发信号相应的期望动作(即解锁、打开、紧闭)没有成功的信号,上述的没有成功激活的情况是由控制器来确定的,例如通过指示密闭件的位置的传感器。如果控制器发送了一个错误信号,可能需要对密闭件进行手动复位,例如通过手动的方式将密闭件相对于框架打开、关闭或者紧闭。
在本发明的一个方面中,对单个或者多个活性材料元件的激活会持续一段预定的时间,该预定的时间是被特别选定的以防止所述元件的过度激活(例如,使智能材料或脱芯(depoling)压电体过热),当激活信号持续过长的时间,所述元件就会被过度激活。如果控制器没有通过编程使激活信号持续仅预定的时间,那么就需要对所述元件进行去激活,这是自动的,例如通过物理断开(trip)以阻止激活信号到达所述元件的开关,或者通过控制器发送的单独的去激活信号以使激活信号不再持续,例如通过断开开关,等等。
从下面结合附图的对实施本发明的最佳方式的详细描述中,容易显而易见本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。
附图说明
图1是用于内部隔室如车辆手套箱的隔室进入***的第一实施例的局部截面示意图;
图2是用于内部隔室的隔室进入***的第二实施例的局部截面不完整示意图;
图3是用于内部隔室的隔室进入***的第三实施例的顶视图;
图4是用于内部隔室的隔室进入***的第四实施例的顶视图;
图5A是用于内部隔室的隔室进入***的第五实施例的局部截面示意图;
图5B是图5A的隔室进入***的线性运动到旋转运动转化机构(即旋转铰链致动器)的局部截面示意图;
图5C是图5A和5B的旋转铰链致动器的外壳的备选构造的侧视图;
图6是用于内部隔室的隔室进入***的第六实施例的侧视图;
图7是用于内部隔室的隔室进入***的第七实施例的侧视图;
图8是与如图5A和5B的旋转运动隔室进入***一起使用的第一载荷限制机构的局部截面不完整侧视图;
图9是与如图5A和5B的旋转运动隔室进入***一起使用的第二载荷限制机构的局部截面不完整侧视图;
图10是与如图5A和5B的旋转运动隔室进入***一起使用的第三载荷限制机构的局部截面透视图;
图11是说明用于控制进入内部隔室的方法的流程图。
具体实施方式
参考附图,其中相同的附图标记表示相同的元件,图1显示了用于进入内部隔室12的隔室进入***10,前者也可以称为贮藏隔室。在本发明的范围内,所述内部隔室除了用于贮藏外还可以用于其它目的。贮藏隔室12部分地由框架14形成和限定,框架14可以是单个构件,也可以是由固定件等整合起来的多个构件。操作连接到框架14上的密闭件16进一步形成和限定了贮藏隔室12。密闭件16与框架14可以一起称为贮藏隔室。密闭件16可以绕着枢转点P相对于框架frame从关闭的位置枢转至打开的位置,在图中实线表示关闭的位置,虚线表示打开的位置,在打开的位置中,密闭件用附图标记16A表示。本领域技术人员可以认识到,在本发明的范围内,除了枢转外,相对于框架滑动、膨胀或者以其它方式转移以形成内部隔室的密闭件也可以操作连接到一个或多个活性材料元件以便于进入到所述隔室。利用搬把式门拉手(lever handle)和钥匙(未示)可以手动将密闭件16在关闭的位置与打开的位置之间移动,并且可以将其锁紧,这是本领域中公知的。但是,如果需要,可以远程触发活性材料元件以便激活操作连接到密闭件16的活性材料元件而完成以下对进入内部隔室12有影响的一项或者多项工作:相对于框架14打开、关闭以及锁紧或解锁密闭件16。关闭密闭件可以包括将密闭件相对于框架移动到基本关闭但未紧闭的位置(其中无法进入内部隔室)和/或将密闭件16相对于框架14紧闭到最终的关闭的位置(其中密闭件16处于准备好与框架14锁紧的位置。
本领域技术人员容易明白,许多种活性材料元件是可得的,它们可以被激活以进行尺寸变化,引起移动或致动。活性材料包括那些响应激活信号而能够表现出刚度性能、形状和/或尺寸的变化的复合材料(compositions),所述激活信号可以是电、磁、热或类似的场,这取决于不同类型的活性材料。优选的活性材料包括但不限于以下类型:形状记忆材料以及它们的结合。形状记忆材料有时也称作智能材料,是指具有记忆它们初始形状能力的材料或者复合材料,该初始形状随后通过施加外部刺激(即激活信号)可以被回忆起来。因此,形状记忆材料由初始形状的变形可能是一种临时状态。
示例性的形状记忆材料包括形状记忆合金(SMAs)、电活化聚合物(EAPs)例如介电弹性体、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、压电聚合物以及形状记忆聚合物(SMPs)、磁性形状记忆合金(MSMA)、形状记忆陶瓷(SMCs)、压力塑料(baroplastics)、压电陶瓷、磁流变(MR)弹性体、铁磁SMAs、电流变(ER)弹性体、和类似物,以及上述形状记忆材料与非形状记忆材料的复合材料,和包括至少一种上述形状记忆材料的组合。为了方便和举例说明,本文中将涉及形状记忆合金和形状记忆聚合物。能够以类似的方式使用形状记忆陶瓷、压力塑料等,如本领域技术人员参考本公开内容将会理解的。例如,对于压力塑料材料,高和低玻璃化转变温度(Tg)组分的纳米相晶畴(nanophse domain)的压力诱导的混合影响形状变化。压力塑料可以在相对低的温度下被重复地加工而不劣化。SMCs与SMAs相似,但是它所能承受的操作温度比其它形状记忆材料所能承受的操作温度更高。SMC的实例是压电材料。
形状记忆材料在施加外部刺激后返回其初始形状的能力使得它们可以用于致动器中以施加产生期望运动的力。与传统的电-机械和液压方式的致动相比,智能材料致动器提供了降低致动器的尺寸、重量、体积、成本、噪音以及增加耐用性的潜力。
SMAs
形状记忆合金(SMAs)是合金复合材料,该复合材料具有至少两个不同的依赖温度的相。这些相中最常用到的是所谓的马氏体和奥氏体相。在下面的讨论中,马氏体相通常是指更易变形的、更低温度的相,而奥氏体相通常是指更刚性的、更高温度的相。当形状记忆合金处于马氏体相并且被加热(例如,通过电阻加热而激活)时,它就开始变成(即致动为)奥氏体相。这种现象开始时的温度通常称作奥氏体开始温度(As)。这种现象完成时的温度通常称作奥氏体结束温度(Af)。当形状记忆合金处于奥氏体相并且被冷却(例如,通过停止电阻加热,因此使得冷却到周围环境的温度)时,它就开始变成马氏体相,这种现象开始时的温度通常称作马氏体开始温度(Ms)。奥氏体结束转化成马氏体的温度通常称作马氏体结束温度(Mf)。As与Af之间的范围通常称作马氏体向奥氏体转化温度范围而Ms与Mf之间的范围通常称作奥氏体向马氏体转化温度范围。值得注意的是,上面提到的转变温度是SMA样本所经历的应力的函数。一般地,这些温度随着应力的增加而升高。结合上述的特性,形状记忆合金优选地在奥氏体开始温度时或者低于奥氏体开始温度时(在As时或者低于As时)变形。随后加热(激活)到奥氏体开始温度之上使变形后的形状记忆材料样品开始回复(即致动)到它的初始(无应力)永久形状直到在奥氏体结束温度完成。因此,用在形状记忆合金上的合适的激活输入或者信号是热激活信号,该热激活信号的大小足以引起马氏体和奥氏体相之间的转化。
在加热时,形状记忆合金记住其高温形状(即,其初始、无应力形状)时的温度可以通过合金组成的稍微改变以及热-机械加工来进行调节。例如,在镍-钛形状记忆合金中,其可以从高于约100℃变化至低于约-100℃。形状恢复过程可能仅仅在几度的范围内进行或者在更宽的温度范围内呈现出更缓和的恢复。转化的开始和结束可以控制在数度之内,这取决于期望的应用和合金组成。形状记忆合金的机械性能在它们的转化温度范围内具有很大的不同,典型地提供了形状记忆效果和超弹性效果。例如,在马氏体相中观测到的弹性模量低于奥氏体相中观测到的弹性模量。处于马氏体相中的形状记忆合金通过利用施加的应力使晶体结构布局进行重新排列从而能够经历大的变形。正如下面要更加详细的描述的那样,材料在所述应力移除后将保持这种形状。
合适的形状记忆合金材料包括,但并不局限于:镍-钛基合金、铟-钛基合金、镍-铝基合金、镍-镓基合金、铜基合金(例如,铜-锌合金、铜-铝合金、铜-金合金以及铜-锡合金)、金-镉基合金、银-镉基合金、铟-镉基合金、锰-铜基合金、铁-铂基合金、铁-钯基合金等等。合金可以是二元的、三元的或者任何更高级的,只要合金复合材料呈现出形状记忆的效果,例如,形状、取向、屈服强度、弯曲模量、阻尼容量、超弹性和/或类似性能的变化。合适的形状记忆合金复合材料的选择部分地取决于期望应用的温度范围。
在较高的温度时恢复到奥氏体相伴有很大(与使材料变形所需的应力相比)应力(即获得的致动力),其能够高达奥氏体材料的固有屈服强度,有时高达变形后的马氏体相的固有屈服强度的三倍或三倍以上。对于需要许多次操作循环的应用来说,能够获得所用金属丝变形长度的高达4%或4%以上的应变。在使用0.5mm直径的Flexinol金属丝进行的试验中,获得了大约4%的最大应变。对于更细的金属丝或者对于循环次数低的应用来说,这个百分比可以增加到8%。这种可获得的应变的极限值在空间受限制的SMA致动器的应用中设置了明显的约束。
SMPs
正如前面所提到的,其它合适的形状记忆材料是形状记忆聚合物(SMPs)。“形状记忆聚合物”一般是指聚合物材料,在施加激活信号时,其呈现出性能如形状、尺寸、形状取向或者含至少一种上述性能的组合的变化以及其弹性模量的变化。形状记忆聚合物可以是热响应的(即性能的变化是由热激活信号引起的)、光响应的(即性能的变化是由基于光的激活信号引起的)、湿响应的(即性能的变化是由液体激活信号引起的,例如湿气、水汽或者水)或者含至少一种上述的组合。
一般地,SMPs是包括至少两个不同单元的相分离的共聚物,所述单元可以描述为在SMP内限定了不同的链段,每条链段对SMP总的性能的贡献是不同的。在此用到的术语“链段”是指经聚合以形成SMP的相同或相似单体或低聚物单元的嵌段、接枝或者序列。每条链段可以是晶体或者非晶体的并且将分别具有相应的熔点或者玻璃化转变温度(Tg)。在此用到的术语“热转变温度”为了方便起见泛指Tg或熔点,这取决于所述链段是晶体链段还是非晶体链段。对于包括(n)条链段的SMPs,据称SMP具有1条硬链段和(n-1)条软链段,其中硬链段的热转变温度高于任何软链段的热转变温度。因此,SMP具有(n)个热转变温度。硬链段的热转变温度称作“最后转变温度”,所谓的“软”链段的最低的热转变温度称作“最初转变温度”。特别注意的是,如果SMP具有多条特征为热转变温度(其还是最后转变温度)相同的链段,那么据称SMP具有多条硬链段。
当SMP被加热到最后转变温度以上时,SMP材料可以被赋予永久形状。SMP的永久形状能够通过随后在该温度以下冷却SMP来设置或者记忆。在此用到的术语“初始形状”、“先前限定形状”、“预定形状”和“永久形状”是同义的并且意图可互换使用。通过将材料加热到任一软链段的热转变温度以上又低于最后转变温度的温度,施加外部应力或者载荷以使SMP变形,然后在软链段的特定热转变温度以下冷却同时维持所述变形外部应力或者载荷,就可以设置临时形状。
通过在移除所述应力或者载荷的条件下,将所述材料加热到所述软链段的特定热转变温度以上而又在最后转变温度以下,可以恢复所述永久形状。因此,应当清楚的是,通过将多条软链段结合,可以表现出多个临时形状,而借助多条硬链段,可以表现出多个永久形状。类似地,使用分层或者复合方法,多个SMPs的结合将表现出多个临时和永久形状间的转变。
EAPs
活性材料也可以包括电活化聚合物,例如离子聚合物金属复合材料、导电聚合物、压电聚合物材料等。在此用到的术语“压电”用来描述一种材料,在施加电压时,其机械变形,或者相反,在机械变形时,其产生电荷。
电活化聚合物包括那些响应于电场或者机械场而呈现压电、热电或电致伸缩特性的聚合物材料。所述材料一般借助于屈从电极(compliant electrode)的使用,所述屈从电极能够使聚合物薄膜响应于所施加的电场或者机械应力而在平面内方向上伸展或者收缩。电致伸缩-接枝弹性体的实例是压电聚(偏二氟乙烯-三氟-乙烯)共聚物。这种结合具有产生变化量的铁电-电致伸缩分子复合***的能力。这些可以被作为压电传感器或者甚至是电致伸缩致动器来操作。
适合于用作电活化聚合物的材料可以包括任何基本绝缘的聚合物或者橡胶(或者它们的结合),其响应于静电力而变形或者其变形导致电场变化。适合于用作预应变聚合物的示范性材料包括硅酮弹性体、丙烯酸系弹性体、聚氨酯、热塑性弹性体、含PVDF的共聚物、压敏粘结剂、氟弹性体、含硅酮和丙烯酸系部分的聚合物等等。含硅酮和丙烯酸系部分的聚合物可以包括例如含硅酮和丙烯酸系部分的共聚物、含硅酮弹性体和丙烯酸系弹性体的聚合物共混物。
用于本发明的电极的材料可以变化。用于电极中的合适的材料包括石墨、碳黑、胶体悬浮体、含有银和金的薄金属、银填充的和碳填充的凝胶和聚合物、以及离子或者电子导电聚合物。可以理解,某种电极材料可以与特定的聚合物配合良好,而对于其它聚合物来说,可能配合得不那么好。举例来说,碳原纤与丙烯酸系弹性体聚合物配合良好,而与硅酮聚合物配合得不那么好。
SMCs/压电材料
活性材料也可以包括压电材料。在此用到的术语“压电”用来描述一种材料,在施加电压时,其机械变形(改变形状),或者相反,当机械变形时,其产生电荷。优选地,压电材料被布置在柔性金属或者陶瓷薄片的条上。所述条可以是单压电晶片(unimorph)或者双压电晶片(bimorph)。优选地,所述条是双压电晶片,因为双压电晶片一般比单压电晶片呈现出更大的位移。
一种类型的单压电晶片是由外部粘结到柔性金属箔或条的单个压电部件组成的结构,当借助改变电压激活时,所述柔性金属箔或条被压电部件激励并且随着其对抗压电部件的运动,产生了轴向的翘曲或者偏转。单压电晶片致动器的运动可以通过收缩或者伸展来实现。单压电晶片可以呈现出高达约10%的应变,但通常相对于单压电晶片结构的总尺寸仅能承受低载荷。预应力的单压电晶片的商业实例称为“THUNDER”,它是薄层复合单压电晶片铁电驱动器和传感器(Thin layer composite UNimorph ferroelectric Driver and sEnsoR)的简称。THUNDER是一种复合结构,在它的两个主要表面上,通过电镀的方式构造有压电陶瓷层(例如,锆钛酸铅)。通过粘结剂层(例如,由国家航空航天局(NASA)开发的“LaRC-SI”)将金属预应力层粘结到陶瓷层的至少一侧上的电镀表面。在制造THUNDER致动器过程中,陶瓷层、粘结剂层和第一预应力层被同时加热到高于粘结剂熔点的温度,然后随后使其冷却,从而对粘结剂层进行重新固化和调节。在冷却过程期间,陶瓷层发生应变,这是由于金属预应力层和粘结剂层的热收缩系数高于陶瓷层的热收缩系数。同样,由于层压材料的热收缩比大于陶瓷层,所以陶瓷层变形成具有通常凹面的拱形。
与单压电晶片的压电装置相比,双压电晶片装置包括夹在两压电部件之间的中间柔性金属箔。双压电晶片比单压电晶片表现出更大的位移,因为在外加电压下,一个陶瓷部件将收缩而另一个将伸展。双压电晶片可以呈现出高达约20%的应变,但类似于单压电晶片,通常相对于单压电晶片结构的总尺寸不能承受高载荷。
合适的压电材料包括无机化合物、有机化合物和金属。对于有机材料,在分子内在主链上或者在侧链上或者在主链和侧链上,具有非中心对称结构和大的偶极矩基团(一个或多个)的所有聚合物材料都可以作为压电薄膜的候选品。例如,合适的聚合物实例包括,但不局限于:聚4-苯乙烯磺酸钠(″PSS″)、聚S-119(聚(乙烯基胺)主链偶氮发色团),和它们的衍生物;多氟烃,包括聚偏二氟乙烯(″PVDF″)、其共聚物偏二氟乙烯(″VDF″)、三氟乙烯(TrFE)以及它们的衍生物;多氯烃,包括聚氯乙烯(″PVC″)、聚偏二氯乙烯(″PVC2″)以及它们的衍生物;聚丙烯腈(″PAN″)以及它们的衍生物;多羧酸,包括聚甲基丙烯酸(″PMA″),以及它们的衍生物;聚脲以及它们的衍生物;聚氨酯(″PUE″)以及它们的衍生物;生物聚合物分子如聚L乳酸及其衍生物、以及膜蛋白质、还有磷酸盐生物分子;聚苯胺及其衍生物、四胺的所有衍生物;聚酰亚胺,包括Kapton分子和聚醚酰亚胺(″PEI″),及其衍生物;所有的膜聚合物;聚(N-乙烯吡咯烷酮)(″PVP″)均聚物及其衍生物、无规PVP-co-醋酸乙烯酯(″PVAc″)共聚物;所有的在主链或者侧链中或者在主链和侧链中具有偶极矩基团的芳族聚合物,以及它们的混合物。
此外,压电材料可以包括Pt、Pd、Ni、T、Cr、Fe、Ag、Au、Cu、金属合金以及其混合物。这些压电材料也可以包括,例如金属氧化物,如SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、SrTiO3、PbTiO3、BaTiO3、FeO3、Fe3O4、ZnO、以及它们的混合物;以及VIA族与IIB族的化合物,像CdSe、CdS、GaAs、AgCaSe2、ZnSe、GaP、InP、ZnS以及它们的混合物。
MR弹性体
合适的活性材料还包括磁流变(MR)复合材料,例如MR弹性体,其是一类智能材料,其流变特性在施加磁场时能够快速改变。MR弹性体是热固性弹性聚合物或者橡胶中的微米级的磁性可极化颗粒的悬浮体。通过改变外加磁场的强度,弹性体结构的刚度通过变化剪切和压缩/拉伸模量而实现。MR弹性体一般在暴露于磁场短至几毫秒内形成其结构。中断MR弹性体暴露于磁场使该过程逆转,并且弹性体回到其较低模量状态。合适的MR弹性体材料包括,但不局限于含有铁磁或顺磁颗粒的悬浮体的弹性聚合物基质(matrix),其中颗粒在上面已经描述。合适的聚合物基质包括,但不局限于聚α-烯烃、天然橡胶、硅酮、聚丁二烯、聚乙烯、聚异戊二烯等。
MSMAs
MSMAs是通常由Ni-Mn-Ga组成的合金,其由于磁场诱导的应变而改变形状。MSMAs具有内变体(internal variant),这些内变体具有不同的磁性和结晶取向。在磁场中,这些变体的比例变化,导致材料总体形状的改变。MSMA致动器一般需要将MSMA材料放在电磁线圈之间。流过线圈的电流诱发了通过MSMA材料的磁场,从而导致形状的改变。
在图1的实施例中,活性材料元件是SMA金属丝20,该SMA金属丝20可以由远程触发器,例如钥匙链24上的按钮22来激活。按下按钮22就会向控制器28发送触发信号26。控制器28包括电子元件,这些电子元件是以下所需要的:接收触发信号26,对其进行处理,以及响应触发信号26(沿连接控制器28与SMA金属丝20的传输导体,即所示的金属丝)向SMA金属丝20发出激活信号30。激活信号30在SMA金属丝20中是一种电流或者在其内产生电流,使金属丝20产生电阻加热从而致动所述金属丝20,也就是使其收缩。SMA金属丝20的一端被锚固到密闭件16的下延伸部35上,另一端被锚固到转动紧闭器32上,该转动紧闭器32被固定以绕密闭件16的上延伸部36上的锚定点34旋转。因此,SMA金属丝20由于电阻加热而产生的收缩就会使转动紧闭器32绕着锚定点34顺时针旋转(如箭头A所示)并且进入一体成型在框架14内的搭扣38(即框架14的一部分,具有与紧闭器32相配的凹槽)中。当紧闭器32运动时,密闭件16沿着箭头B的方向经由密闭件运动的最后部分到达最终的关闭的位置(即从其中密闭件16与框架14接触的基本关闭的位置到其中紧闭器32位于搭扣38中的最终的关闭且紧闭的位置)。可以通过对控制器28进行编程使其继续提供激活信号30达仅仅预定的时间段,使得有足够时间对金属丝20进行加热并致动但不会过热,或者直到可以使用安装在密闭件16(或者框架14)上的紧闭传感器40,其感应框架14与密闭件16的接触,表明紧闭已经完成,同时沿着另一传输导体向控制器28发送相应的紧闭传感器信号42,随后控制器28停止发送激活信号30。(紧闭传感器40可以附加地或者选择性地设置成感应作用在密闭件16上的力,并且如果所述力增加到确定为过载的预定水平时,向控制器28发送传感器信号,随后停止激活金属丝20)。当激活信号停止时,金属丝20冷却,使得其经历相变至其激活前状态,伸展并因而产生松弛,这样旋转紧闭器32通过沿着与箭头A相反的方向旋转回到非紧闭的位置,使得紧闭器32与一体成型的搭扣38脱开。单独的锁具(未示)将需要进行致动,通过对单独的活性材料元件的激活来手动进行(如以下图4实施例所示),也可以物理地触发,即通过完成紧闭操作以将密闭件16牢固地固定在最终的关闭的位置,即使当所述金属丝20冷却并将紧闭器32移动到非紧闭的位置时。或者,可以将所述锁具与紧闭器32集成在一起,以便于将紧闭器32维持在紧闭的位置,可以将锁具设置在与旋转紧闭器32相邻的位置上,当紧闭器32运动到紧闭的位置时,可以通过手动的操作或者利用单独的活性材料元件的激活来运动以将所述锁具滑入紧闭器32的开口内,从而将密闭件16牢固固定在最终的关闭的位置。
配重构件44是拉伸弹簧的形式,其一端连接到框架14上,相对的另一端连接到密闭件16的延伸部36上。当密闭件被打开并绕着枢转点P枢转时,就会由密闭件16的重量产生绕枢转点P的力矩(即密闭件16通过重力打开)。在密闭件16被打开时,弹簧44上存在一个抵抗拉伸的反作用弹簧力。在密闭件16被打开时由于弹簧44连接到框架14的连接点和密闭件枢转点P的偏移,该反作用弹簧力也增大。
可以使用备选的配重构件44A来代替拉伸弹簧配重构件44,所述配重构件44A是一种具有臂46A和46B的扭转弹簧,臂46A和46B通常分别与框架14和密闭件16的底部平行延伸。在密闭件16被打开时,由于臂46A,46B的伸展,所以配重构件44A的反作用力就会增加,从而与由于密闭件16的重量而产生的增大的力矩相平衡。
在本发明的范围内,在图1的实施例和所有其它的实施例中,各自的活性材料元件的激活能够产生除了紧闭机构的枢转之外的动作。作为替代,激活能够在隔板(iris)膨胀的时候使密闭件打开,或者能够使密闭件和/或框架重新定位以便于进入隔室,这取决于密闭件的设计及其与活性材料元件的连接,这对于本领域技术人员来说是可以理解的。
在下面描述的其它实施例中,活性材料元件是可远程触发的以便关闭与密闭件16相似的密闭件。仍然在下面描述的其它实施例中,活性材料元件是可远程触发的以便将密闭件与框架紧闭,其中紧闭在关闭密闭件中是最终运动。最后,仍然是在其它的实施例中,使用活性材料元件以便将密闭件与框架解锁。本领域技术人员可以容易地认识到,可以考虑变型以使得活性材料元件将密闭件打开或者将密闭件锁紧,并且可以在一个隔室进入***中使用多个活性材料元件以提供这些功能的任意组合。
参考图2,一种用于密闭件116(仅是概略图,与图2中的其它元件并不成比例)的隔室进入***110使用预拉伸SMA弹簧120A形式的活性材料元件以使密闭件116相对于框架114基本上关闭,所述密闭件116与框架114可枢转连接,使得密闭件116与框架114基本上围成了一个内部隔室112。另外一个活性材料元件的形式是SMA金属丝120B,也用来将密闭件116紧闭到最终的关闭的位置。密闭件116的打开是手动的,借助于重力以使密闭件116相对于框架114绕枢转点PP枢转。SMA弹簧120A被容纳在缸体117内在两个圆盘119、121之间,圆盘119、121能够沿着缸体117的长度方向运动。钢丝绳123的一端固定在圆盘121上,另一端穿过圆盘119和固定圆盘125的中心孔,绕过滑轮127,随后被锚固在密闭件116上偏离密闭件116的枢转点PP的位置处。通过使用另外的、备选的定滑轮或者其它可以将钢丝绳123引导到密闭件116上的装置,密闭件116可以相对于金属丝120A和缸体117被布置在许多其它的位置上。
如图1的实施例所描述的那样,可以使用钥匙链来发送被控制器128接收的远程触发信号。控制器128随后沿着传输导体向SMA弹簧120A发送激活信号130以通过电阻加热来激活弹簧,从而产生作用在圆盘119上的致动力(用箭头C表示,同时类似的致动力在相反方向上作用在圆盘121上),它将导致弹簧120A伸展(未示)。弹簧120A的伸展使可移动的圆盘119,121均向外移动。由于钢丝绳123被固定在圆盘121上,所以在图2中钢丝绳123被向右拉动,从而将密闭件116拉向框架114的上部,基本上关闭隔室112。载荷限制机构145,其在本实施例中的形式是压缩弹簧,以箭头D表示的阻力抵抗由于(弹簧120A的致动所造成的)圆盘119的运动所造成的压缩。如果使密闭件116运动所需的力超过开始压缩载荷限制机构145所需的力,载荷限制机构145的阻力就对密闭件116的运动进行限制。一旦达到这一平台,弹簧120A压缩载荷限制弹簧145,该载荷限制弹簧145就会使弹簧120A引起的残余的运动得到缓冲,从而防止在框架114与密闭件116之间夹住物体,也确保了弹簧120A的应力水平永远不会超过平台值。载荷限制弹簧145的弹簧常数可以特定地设计成非线性变化以便于在密闭件116关闭时对过量的关闭力提供增加的阻力。
在传感器(未示)显示密闭件116基本处于关闭的位置后,控制器128随后沿着传输导体向SMA金属丝120B发送另一个激活信号131,以使SMA金属丝120B在电阻加热下发生收缩。在SMA金属丝120B收缩时,它就会使紧闭棘爪147A,147B向内旋转并与圆盘121接触以进一步将圆盘121(因此以及钢丝绳123)向右拉,从而将密闭件116紧闭到最终的关闭的位置上。(紧闭棘爪被安装在与缸体117连接的凸缘149A,149B上,从而绕各自的偏移SMA金属丝120B一段距离的枢转点旋转)。紧闭返回弹簧149也与紧闭棘爪147A,147B以偏移方式连接,因此它提供弹簧力,其抵抗因向内旋转紧闭棘爪而引起的伸展。当发至紧闭金属丝120B的激活信号131终止时,SMA金属丝120B开始冷却,紧闭返回弹簧149帮助SMA金属丝120B返回到它的激活前的状态并且将紧闭棘爪147A,147B从与圆盘121的咬合中释放。
现参考图3,用于密闭件216(仅是概略图)的隔室进入***210的另一实施例使用SMA金属丝220A形式的活性材料元件,以使密闭件216相对于框架214基本上关闭,所述密闭件216与框架214可枢转连接,因此,密闭件216与框架214相对围成内部隔室212。框架214与密闭件216一起可称作贮藏隔室。隔室进入***210还包括另外的SMA金属丝220B形式的活性材料元件,用来将密闭件216紧闭到最终的关闭的位置。密闭件216的打开是手动的,并且借助于重力,这在本领域中是已知的。SMA金属丝220A绕固定于固定构件215的滑轮227A缠绕,固定构件215可以是框架214的一部分。SMA金属丝220A还绕固定到板219的滑轮227B缠绕,板219能够沿着同样固定在固定构件215上的轨道221滑动。SMA金属丝220A的一端固定于例如固定构件215,而另一端连接到杠杆臂25 1的端部附近。当向控制器228发送触发信号时(例如通过图1的钥匙链24),控制器228就会沿着连接到SMA金属丝220A的传输导体发送激活信号230,使SMA金属丝220A收缩并拉动滑轮227B,从而使板219向左滑动。钢丝绳223的一端与密闭件216连接,另一端被引导穿过滑轮227B上的狭槽,从而其与单独的滑轮227C的端部连接,该滑轮227C能够在成型于板219中的狭槽253内滑动。因此,当SMA金属丝220A收缩时,密闭件216沿着逆时针方向枢转并被拉向基本关闭的位置,其中密闭件216与定位在其上方的框架214的部分接触。在SMA金属丝220A收缩时,其致动力必须与载荷限制机构,即弹簧245所提供的阻力相作用。载荷限制机构245的阻力减小了作用以移动钢丝绳223以及因此密闭件216的合力,这提供了保护,以防止以过大的力来关闭密闭件216。止动器255限制臂251的转动并且允许载荷限制机构245进行预先加载。这增大了使载荷限制机构245将开始伸展时的致动力。通过使用另外的、备选的定滑轮或者其它将钢丝绳223引导到密闭件216的装置,密闭件216可以相对于金属丝220A被布置在许多其它的位置上。
为了达到完全关闭的位置,第二SMA金属丝220B被由控制器228沿着传输导体发送的激活信号23 1所激活。在发送激活信号230后,第二激活信号231可以存在一段预定的时间,或者可以将控制器设置成只有在定位于框架214或密闭件216上的任选的传感器显示密闭件处于基本关闭的、适于开始紧闭到最终的关闭的位置的位置以后才发送激活信号231。第二SMA金属丝220B的两端均与板219连接,并且绕过固定于板219的滑轮227A和在狭槽253内滑动的滑轮227C。在金属丝收缩时,滑轮227C在狭槽253内滑动,并将钢丝绳223进一步向左拉动同时压缩紧闭返回弹簧249。当至金属丝220B的激活信号231终止时,金属丝220B开始冷却,紧闭返回弹簧249作为返回机构,其偏压力通过将滑轮227C移动到狭槽253的右端促使金属丝220B回到激活前的伸展状态。紧闭返回弹簧249可以作为载荷限制机构,在它与金属丝220B的致动力作用时,如果密闭件216保持固定,那金属丝220B就会使板向右滑动。
参考图4,隔室进入***310的另一个实施例包括安装在密闭件316的侧面上的锁紧机构361,在该实施例中其是一种车辆手套箱的门。密闭件316可以通过向下拉动安装在密闭件316外侧上的杆363来手动解锁。拉动杆363使连接于其上的臂365转动从而将棘爪367从安装到密闭件316上的锁具369之间移出,以使得安装在相邻框架上的撞针(未示)脱开。或者,密闭件316的解锁可以通过来自于钥匙链如图1的钥匙链24的触发信号来远程触发,以使控制器328沿着连接到SMA金属丝320的传输导体发送激活信号330。(本领域技术人员可以认识到,当激活时,金属丝320可以另外被设置以使密闭件316锁紧从而相对于框架314牢固固定密闭件316)。SMA金属丝320的一端与臂365连接,另一端与密闭件316连接。通过由激活信号造成的电阻加热使SMA金属丝320激活以引起金属丝320收缩,从而在臂365上产生力矩使棘爪367旋转而从锁具369中移出,而将密闭件316释放。当激活信号330终止时,金属丝320冷却,后续在将密闭件手动关闭时,使锁具发挥作用。如对图11的方法所描述的,如果控制器被设置成发送信号仅达预定量的时间,那么激活信号330可以自动终止。这可以有利地防止金属丝320过热。或者,如果在控制器内没有编制预定的切断激活信号的程序,可以提供开关318,在密闭件316被成功打开时,将开关318断开(tripped)为打开(open),以便切断(open)控制器328与金属丝320之间的电流(current)。例如,开关318可能需要密闭件316和与其枢转连接的框架之间的接触,因此,当接触断掉时,开关318打开。
参考图5A和5B,隔室进入***410的另一个实施例包括“活动铰链”旋转致动器411,所述致动器411带有SMA金属丝420A和420B形式的活性材料元件,当由控制器428发出的远程触发激活信号430激活,这些活性材料元件就会收缩,经由成形在圆柱形壳体417内的开口472的斜边471(见图5B)将线性运动转化成旋转运动。所述壳体417可以称为空心管。所述壳体417容纳有SMA金属丝420A,420B以及其它的下面所描述的必要元件。激活信号430沿着传输导体提供,所述传输导体经由导电轴承419E和419F以及中心杆473的导电部分可操连接到各自的可移动金属丝锚定圆盘419A,419(本文中也称作可移动构件)。圆盘419A相对于中心杆473是可平动的(translatable),而圆盘419B相对于中心杆473既可平动也可转动。为了在图中清楚表示,在图中表示出了仅与其中一个导电轴承419E连接的导体,但是导体还连接到轴承419F。圆盘419B连接到与圆盘419A相反极性处。圆盘419C将中心杆473分成两个部分,每个部分具有不同的势能。
当SMA金属丝420A,420B被激活时,它们就会收缩,致动力将可运动的圆盘419A向下拉动。如图5B中的最佳视图,被捕获在开口472内的可运动的圆盘419A的延伸部475沿着斜边471滑动,在圆柱形壳体417上沿圆周方向推动,从而将收缩的SMA金属丝420A,420B的线性运动转化成旋转运动并且将(用箭头D表示的)致动力转化为(用箭头E表示的)转矩,这归因于图5B中明显可见的斜边471的倾斜角θ。密闭件(未示,但是例如图5C的密闭件416)与所述壳体417操作连接以便密闭件的下部纵向边缘与所述壳体的轴向长度平行从而在所述壳体417旋转时所述密闭件也旋转,以使密闭件打开或者关闭,这取决于连接的设置。或者,可以使所述壳体417保持固定以便于在金属丝420A,420B被激活时,杆473旋转。在另一方案中,可以将所述壳体417与旋转紧闭机构如图1中的紧闭机构32连接以使密闭件紧闭。此外,作为另一备选方案,可以将所述壳体417与锁紧机构操作连接,例如与图4中的臂365连接,这样由于转矩使得锁紧机构解锁(或者锁紧)。
图5A和5B的隔室进入***410包括两个压缩弹簧。返回弹簧449被连接在可运动的圆盘419A与返回弹簧调节机构450之间,后者也称作止动器,它被固定于中心杆473所期望的轴向位置处,下面将进行讨论。返回弹簧449抵抗由于SMA金属丝420A,420B的收缩而产生的压缩,其配置有一定的刚度,设计该刚度是用来在金属丝420A,420B冷却时伸展,从而有助于金属丝420A,420B伸展并使其回到它们的激活前的长度。返回弹簧调节机构450可以通过张力、固定件或者其它方式调节到沿着中心杆473长度方向上的不同轴向位置,以改变弹簧449的预加载长度(即金属丝420A和420B未被激活时弹簧的长度),从而使弹簧449要施加的回复力变化,这样抵抗金属丝420A,420B的致动力以及在激活信号430终止后促使所述金属丝伸展而回到它们激活前的长度。
载荷限制机构,在本实施例中是压缩弹簧445,该弹簧445连接在可运动的圆盘419B与间隔管476之间,间隔管476与中心杆473同心。间隔管476的轴向位置沿中心杆476的长度方向可调节,这是通过沿着中心杆473的螺纹部分478调节伸长螺母477实现的。弹簧445设计有一定的刚度,意图通过抵抗SMA金属丝420A,420B的收缩来对抗超出预定值的收缩力,因此限制了作用在圆柱形缸体417(以及密闭件、紧闭机构或者与其操作连接的锁具)上的最大转矩。因为螺母477、间隔管476和中心杆473的螺纹部分478能够对载荷限制弹簧的预加载长度(即金属丝420A和420B未被激活时弹簧的长度)进行调节,所以这些元件作为载荷限制调节机构,其改变弹簧445施加的抵抗金属丝420A,420B的致动力的载荷限制力。在隔室进入***的备选实施例中,可以使用类似于图5A和5B的旋转铰链致动器,只不过返回弹簧和载荷限制弹簧可以是拉伸弹簧的形式,并且分别在中心杆473的端部与圆盘419A,419B之间延伸。在这种实施例中,这些弹簧在SMA金属丝收缩时分别抵抗伸展,提供回复力和载荷限制力。
参考图5C,图5A和5C中的旋转铰链致动器411的外壳或者管的备选实施例可以成形为两部分,分别为第一壳体部分417A和第二壳体部分41713(也可以分别称作第一管和第二管)。(致动器411的内部元件,包括可运动的圆盘419A上的延伸部475,为了清楚起见,在图5C中未进行表示,但是它们都包含在壳体部分417A和417B中)。夹板496A,496B和496C将密闭件416操作连接到第一和第二壳体部分417A和417B以便共同旋转。当这些夹板被拉紧时,密闭件416的延伸部被捕获在夹板496A,496B和496C内。夹板496C还操作连接两个壳体部分417A和417B,在拉紧夹板496C之前,允许它们相对转动以及有限量的相对轴向的平动(translation)。夹板496C具有一个扇形槽(partial circumferential slot),如图5C所示,并且侧面上是实心的,在图5C中未示出。夹板496C也称作可拉紧的连接器。因此,夹板496C与两个壳体部分结合用作调节机构,该调节机构允许第二壳体部分417B滑动并转到一个位置以便于在金属丝420A,420B被激活之前使可运动的圆盘419A的延伸部475与所述第二壳体部分417B内的开口的斜边接触。这就确保了全部的所述金属丝的收缩将被转化成旋转运动。此外,对于两部分的壳体,可以通过简单地松开第二壳体部分417B的夹板并且用改进的具有不同倾斜开口(即具有不同倾斜角的开口)的第二壳体部分来替换它来改进活动铰链旋转致动器的输出转矩和转动量,而致动器的所有其它元件保持不变。
参考图6,隔室进入***510的另一个实施例是一种线性紧闭器532,该线性紧闭器532由SMA金属丝520致动以用来将密闭件516相对于框架514紧闭。SMA金属丝520的一端与第一杆551A连接,第一杆551A通过枢转点557A被连接在固定构件如框架514上。密闭件516与框架514一起可称为贮藏隔室512。控制器528操作连接到SMA金属丝520,并且响应例如通过图1中所示的钥匙链24向控制器528发送的远程触发信号,控制器528沿着传输导体发出激活信号530以引起电阻加热并使金属丝520收缩。SMA金属丝520的另一端与线性紧闭器532连接,后者被设置,使得当SMA金属丝520收缩时,在紧闭器532上的至少一个导向销570在成形于固定构件如框架514的一部分中的沟槽553内运动,因此使紧闭器532的钩状部分533移动进而与连接到密闭件516的锁紧搭扣569咬合,从而将密闭件516与框架514紧闭。随后可以利用单独的、手动操作-机械的或者基于活性材料的锁紧机构来将锁紧搭扣569(或者单独的搭扣)与框架514牢固固定,因此锁紧了密闭件516,即使在SMA金属丝520冷却并且紧闭装置532向右运动,同时导向销570沿着沟槽553运动以松开搭扣569的时候。
隔室进入***510包括载荷限制机构,该载荷限制机构的形式是拉伸弹簧545,弹簧545的一端与杆臂551A连接,与SMA金属丝520与枢转点557A相对,另一端与固定构件如框架514连接。在正常操作中,物理止动器580用来阻止弹簧545使臂551A顺时针转动。当金属丝520收缩时,致动力将会通过杆臂551A将弹簧545的两端均向外拉。弹簧545设置具有一定的刚度,其提供足够的向内作用在杆臂551A上的抵抗力以防止紧闭器532在过大的力的作用下运动。可以在紧闭器532与框架514之间连接返回弹簧549,以便于在金属丝520冷却时帮助其返回到其未激活位置。
图7表示了隔室进入***610的另一个实施例,以不完整的视图表示,除了用转动紧闭器632代替线性紧闭器532,其它部分与图6(控制器未示出)中的***510是相同的,所述转动紧闭器632被设置在中心以绕着枢转点657B转动。紧闭器632在其枢转点657B连接到固定构件如隔室框架(未示),如弹簧645的右端。对于图6和图7,应当认识到,紧闭功能无需提供任何载荷限制机构就能实现。可以将扭转返回弹簧连接到紧闭器632以便于在活性材料金属丝620冷却时帮助其返回到其未激活位置。另外,在本发明的范围内可以使用许多其它几何结构的锁紧搭勾和紧闭器结构。
图8-图10显示了用于如图5A和5B的旋转运动隔室进入***的载荷限制机构的各种实施例。图8图示的载荷限制机构745包括脱离可调节张紧装置779(breakaway adjustable tensioner),该张紧装置通过可调节螺钉780固定到例如图5A和5B的隔室进入***的旋转圆柱形壳体717的端部。中心杆773对应于图5A的杆473。轴承781使壳体717相对于杆773旋转。预拉伸弹簧783的作用力从张紧装置779经由穿过中间圆盘719D延伸的键形物(tab)782作用在滚珠784上,因此对张紧装置779与壳体717之间的相对转动产生阻力。与图5A和5B的圆柱形壳体417一样,圆柱形壳体717的转动也是由于活性材料元件(未示)的激活以及所产生的致动引起的,所述活性材料元件以与图5A中相似的方式连接到与杆773同心的圆盘。与图5A中不同的是,用于转动的密闭件与张紧装置779连接而不是壳体717。当壳体717和张紧装置779的转矩过大时,通过壳体717与张紧装置779之间的可调节张紧弹簧加载(spring-biased)的滚珠784提供的阻碍相对转动的阻力被克服,并且张紧装置779没有与壳体一起转动。所以,壳体717的过大的转矩没有被传递到与壳体717操作连接的密闭件上。
图9图示的是另一种载荷限制机构845,其中在可旋转的圆柱形壳体或者管817A与第二壳体或者管817B之间存在着摩擦联轴节。壳体817A对应于图5A和5B中的圆柱形壳体417,其由于活性材料元件的致动而转动。圆盘或者轴环819D与管817A固定,圆盘或者轴环886与管817B固定。管817B与密闭件(未示)刚性(rigidly)连接以便于密闭件通过管817B的旋转而转动(打开或者关闭)。在轴环819D与圆盘或者轴环819A上或者在它们之间设置有摩擦基材料,轴环819A通过用来将转矩从轴环819A传递到管817B的栓888与管817B连接。轴环819D与819A之间的摩擦是这样调节的:旋转,随后固定管817B上的调节轴环886的轴向位置以压缩轴环886与819A之间的弹簧884。调节轴环886因此作为调节机构来调节对抗管817A的转矩的摩擦力。因此,管817A的旋转运动被传递到管817B上,同时也传递到与其连接的密闭件上,其转矩水平没有克服轴环819A与819D之间相对转动的摩擦阻力。但是,在某些被认为过大的转矩水平下,如当密闭件被阻挡并且不能扭转时,轴环819A与819D之间的摩擦阻力将会被克服,管817A的转动将不会传递到管817B上,防止过大的力作用在密闭件上。
参考图10,描述了一种载荷限制机构945,该装置利用活性材料,尤其是MR流体,来抵抗旋转圆盘919E的转动,旋转圆盘919E与管917连接以便旋转,管917可以对应于图5A和5B中旋转铰链机构中的管417。机构945可被称为磁流变离合器或者锁。如同图5A和5B的管417转动一样,由于活性材料元件致动,其作用以使管917旋转,所以圆盘919E也转动。永久磁铁990将容纳在腔体994内的MR流体992激活,使MR流体的剪切强度增加并且阻止了圆盘919E以及因此管917的转动或者将其锁住。也可以在磁铁990上提供线圈995。电流可以通过线圈995以使磁场放大,因此使MR流体的剪切强度增加,或者抵消磁激活,以使圆盘919E容易转动。线圈995因此作为载荷限制机构945的调节机构。
如上所述,在上述隔室进入***中使用了控制器,并且利用算法对控制器进行了预先编程以控制进入隔室。控制器所用的算法在图11的流程图中解释为一种控制进入内部隔室的方法1000。方法1000描述的隔室进入***结合了多个带有上述活性材料元件的隔室进入***以便于该***基于远程触发信号能够关闭到中间关闭的位置(即其中密闭件准备紧闭)、紧闭到最终的关闭的位置以及解锁。因此,方法1000将结合上述不同的隔室进入***进行描述,但是应该明白,方法1000并不局限于与那些特定的隔室进入***一起使用。
方法1000从步骤1002开始,在步骤1002中控制器接收远程触发的触发信号。如图1所描述的那样,操作者通过按下钥匙链24的按钮22来向控制器28发送触发信号26。接收该信号后,在步骤1004中,控制器确定隔室密闭件是处于打开的位置还是处于关闭的位置(即最终关闭的位置,其中密闭件已经被紧闭并且被锁紧到框架)。这种确定过程是基于一个或多个传感器的反馈,这些传感器能够传感与密闭件的位置相关的信息。例如,在图1中,紧闭传感器40指出密闭件16与框架14的接触,并且其可被控制器28使用,(伴随着有关SMA金属丝20先前是否被激活而将紧闭器32转入一体成型的搭扣38中的存储信息),来确定密闭件16的当前位置。
如果控制器在步骤1004中确定密闭件是关闭的,假设隔室进入***具有锁具装置,该锁具装置使用活性材料元件以解锁将密闭件与框架牢固固定的锁紧机构,例如图4中的隔室进入***310,随后方法1000进入步骤1006,其中控制器向活性材料元件发送激活信号以便使锁具解锁(例如,图4中的控制器328向活性材料元件320发送激活信号330以使棘爪367从锁具369中脱出,从而使锁紧机构361解锁)。任选地,可以对控制器进行编程使其将激活信号持续发送一段预定的时间,在权利要求中称作第一预定量的时间。该预定量的时间是基于对***检测以防止活性材料元件过热,如果活性材料元件被激活太长的时间,那它就会过热。
在步骤1006中激活解锁活性材料元件后,控制器在步骤1008中对传感器的信息进行监视,以确定密闭件是否仍然处于关闭的位置(即表明在步骤1006中激活没有成功地将锁具解锁并且使得重力引起密闭件移动到打开的位置)。如果激活步骤1006如上所述达预定量的时间,步骤1008可以在该时间段内或之后进行。但是,如果激活步骤在预定量的时间之后没有自动终止,就需要步骤1010,去激活解锁活性材料元件,例如通过发送信号来断开开关以使激活信号不再继续到达活性材料元件,或者通过本领域技术人员掌握的任何其它的终止来自于控制器的信号的方式。无论步骤1010是否必要,在步骤1012中,控制器将会发出错误信号以表明在步骤1006中的解锁是不成功的。所述错误信号可以发送到多个地方,包括钥匙链上的LED或者,假设所述内部隔室是车辆手套箱,就会发送到仪表板的显示器上。
如果步骤1006中激活解锁活性材料元件(使锁具解锁)已经成功,那么在步骤1008中控制器将会确定门未被关闭(即,它已经在锁具被解锁后,例如通过重力被成功打开),打开序列将是完整的。如果激活步骤1006达预定量的时间,那么当在所述预定量的时间的末尾进行步骤1008时,激活信号将会自动终止。如果激活步骤未达预定量的时间,那么将提供开关,通过密闭件的打开使该开关断开从而切断控制器到密闭件的电流,因此终止激活解锁活性材料元件。控制器然后将回到方法1000的开始以准备接收和处理后续的远程触发信号。
在步骤1004中,如果控制器确定密闭件未关闭,那就会进入步骤1014,其中它向活性材料元件发送激活信号,该活性材料元件配置在隔室进入***中用来关闭密闭件,例如图5A和5B的旋转铰链致动器,在步骤1014中称作“激活关闭活性材料元件”(例如,图5A中的控制器428向活性材料元件420A和420B发送激活信号从而使操作连接到密闭件的壳体417转动,因此使密闭件基本关闭)。任选地,可以对控制器进行编程使其将激活信号持续发送预定量的时间,在权利要求中称作第二预定时间段。在该段时间内或者在该段时间结束时,如果控制器没有收到(例如来自于传感器的)允许控制器在步骤1016中进行另一次确定——密闭件已经基本关闭(例如,位于密闭件上的紧闭传感器,如图1中的传感器40,已经接触框架)——的信息,控制器将在步骤1020发出错误信号,指出步骤1014中的关闭没有成功。所述错误信号可以发送到多个地方,包括钥匙链上的LED,或者假设所述内部隔室是车辆手套箱,就会发送到仪表板的显示器上。但是,如果步骤1014中的激活没有达预定量的时间,那么用来关闭密闭件的活性材料元件将首先在步骤1018中去激活。
如果在步骤1014中,激活铰链(关闭密闭件)已经成功,在步骤1016中,当紧闭传感器已被接触时,控制器将会确定密闭件已经基本关闭。在这点上,假设隔室进入控制***具有紧闭器,该紧闭器进行关闭运动的最后部分以使密闭件移动到最终的关闭的位置,在步骤1022,控制器将向操作连接到紧闭机构的活性材料元件发送激活信号,以便将密闭件紧闭到框架(例如在图1中,发送到活性材料元件20的激活信号30,以使紧闭器32转动)。任选地,可以对控制器进行编程使其将步骤1022的激活信号持续发送达预定量的时间,其可被称为第三时间段。如果不是的话,在步骤1024中控制器将需要去激活关闭活性材料元件,例如通过发送去激活信号以使开关断开,使激活信号与关闭活性材料元件之间的电流断开。在该时间段内或者在该时间段结束时,如果控制器没有收到(例如来自于传感器的)允许控制器在步骤1026中进行另一次确定——紧闭器已将密闭件移动到最终的关闭的位置(例如,位于密闭件上的紧闭传感器,如图1中的传感器40,已接触框架)——的信息,控制器将在步骤1030发出错误信号,指出步骤1030中的紧闭没有成功。所述错误信号可以发送到多个地方,包括照亮钥匙链的LED(例如,图1的钥匙链24上的按钮22能够点亮),或者假设所述内部隔室是车辆手套箱,错误信号可被发送到仪表板的显示器上。控制器将随后返回到所述算法的开始以准备接收和处理后续的远程触发信号。但是,如果在步骤1026中,控制器确定密闭件已被紧闭到最终的关闭的位置,关闭序列将是完整的。控制器将随后返回到所述算法的开始以准备接收和处理后续的远程触发信号。值得注意的是,如果控制器没有通过编程来维持步骤1022的紧闭激活信号达仅仅第三时间段,在步骤1028中,控制器将需要去激活紧闭活性材料,例如通过发送去激活信号使开关断开,从而将激活信号和紧闭活性材料元件之间的电流中断。
实施本发明的最佳方式已经进行详细描述,对本发明相关技术熟悉的技术人员可以认识到,用于实现本发明的各种备选的设计和实施方案均在所附权利要求的范围内。
Claims (19)
1.一种隔室进入***,包括:
框架,其部分限定了内部隔室;
密闭件,其操作连接到所述框架并且能够相对于所述框架移动并且进一步限定所述隔室;以及
至少一个活性材料元件,其操作连接到所述密闭件并被设置以远程触发激活而致动并由此实现进入所述隔室,其中所述活性材料元件的激活改变活性材料元件的尺寸,以使所述密闭件相对于所述框架移动到所述密闭件基本关闭的位置,从而阻止进入所述隔室。
2.权利要求1的隔室进入***,其中所述密闭件、所述框架以及所述活性材料元件被进一步设置以便允许相对于所述框架手动移动所述密闭件从而打开和关闭所述隔室。
3.权利要求1的隔室进入***,其中所述活性材料元件的激活改变该活性材料元件的尺寸,以使所述密闭件当被致动时通过相对于所述框架紧闭所述密闭件而移动到最终的关闭的位置。
4.权利要求1的隔室进入***,进一步包括:
锁具装置;和
其中所述活性材料元件的激活改变所述活性材料元件的尺寸,以便进行所述锁具装置的锁紧或解锁之一,从而分别将所述密闭件相对于所述框架紧闭或者松开。
5.权利要求1的隔室进入***,其中所述活性材料元件通过致动力而致动,并进一步包括:
载荷限制机构,其操作连接到所述密闭件并且被配置成提供对抗所述致动力的阻力以对传递到所述密闭件的力进行限制。
6.权利要求5的隔室进入***,进一步包括:
调节机构,其操作连接到所述载荷限制机构并且是可调节的以改变所述载荷限制机构的阻力。
7.权利要求1的隔室进入***,其中所述活性材料元件通过致动力而致动,并进一步包括:
返回机构,其提供对抗致动力的返回力以便在激活后使所述活性材料元件返回到激活前的状态;以及
调节机构,其操作连接到所述返回机构并且是可调节的以改变所述返回机构的返回力。
8.权利要求1的隔室进入***,进一步包括:
中心杆;
空心管,其围绕所述杆并且在其中具有开口,其中所述密闭件操作连接到所述空心管;
可移动构件,其相对于所述杆是可平动的且可转动的,并且与所述活性材料元件操作连接;
其中所述可移动构件基本上被所述管包围并且延伸穿过所述开口;其中所述开口成形有斜边,以便当所述活性材料元件致动而使所述可移动构件移动时,将所述可移动构件的线性运动转化成所述空心管的旋转运动;并且其中所述空心管中的所述开口具有足够的轴向和圆周向尺寸,以便在没有所述活性材料元件的张力作用时,使得能手动移动所述密闭件。
9.权利要求8的隔室进入***,其中所述管是第一管,并且进一步包括:
第二管,其与所述第一管轴向对准并且进一步围绕所述杆;以及
可拉紧的连接器,其操作连接所述第一和第二管并且被配置以便允许相对于第二管来移动第一管,然后拉紧所述连接器以便允许调节所述第一管,使得所述延伸部接触所述斜边。
10.权利要求1的隔室进入***,进一步包括:
控制器,其可操作用于接收远程触发的触发信号,并且响应所述触发信号提供激活信号以激活所述活性材料元件;
至少一个传感器,其操作连接到所述密闭件和所述控制器,以便可操作地确定至少由于所述活性材料元件的激活而作用在所述密闭件上的致动力的元件,并且基于所述致动力向所述控制器发送传感器信号;以及
其中所述控制器被配置以基于所述传感器信号将所述激活信号终止。
11.权利要求1的隔室进入***,其中所述密闭件的特征在于某种重量,并且进一步包括:
配重构件,其操作连接到所述密闭件并且被配置以提供对抗所述密闭件的重量的配重力。
12.一种存储容器,包括:
框架,其部分限定了内部隔室;
密闭件,其操作连接到所述框架并且能够相对于所述框架移动并且进一步限定所述隔室;以及
至少一个活性材料元件,其操作连接到所述密闭件并被设置以便当被激活时相对于所述框架移动所述密闭件,其中所述活性材料元件的激活改变活性材料元件的尺寸,以使所述密闭件相对于所述框架移动到所述密闭件基本关闭的位置,从而阻止进入所述隔室。
13.权利要求12的存储容器,其中所述存储容器是车辆手套箱。
14.一种控制进入内部隔室的方法,所述内部隔室由容器和锁具限定,所述容器具有框架和密闭件,后者可相对于框架移动以使密闭件打开和基本关闭,以及所述锁具用于将密闭件与框架锁紧,该方法包括:
接收远程触发的触发信号;
确定密闭件是处于打开的位置或是关闭的位置;
当经过确定步骤确定密闭件是处于关闭的位置时,激活第一活性材料元件,其中第一活性材料元件操作连接到锁具并且被设置以便当激活时对所述锁具解锁;以及
当经过确定步骤确定密闭件是处于打开的位置时,激活第二活性材料元件,其中第二活性材料元件操作连接到密闭件并且被设置以便当激活时使密闭件移动到中间的关闭的位置。
15.权利要求14的方法,进一步包括:
当第一活性材料元件被激活时,确定密闭件是否保持在关闭的位置;以及
如果第一活性材料元件保持在关闭的位置,发送第一类型的错误信号。
16.权利要求14的方法,其中所述激活第一活性材料元件和所述激活第二活性材料元件分别达第一和第二预定时间段。
17.权利要求14的方法,其中所述激活第一活性材料元件未达预定时间段;其中所述确定密闭件是否保持在关闭的位置是在所述激活步骤开始后在预定时间进行的,并且进一步包括:
如果密闭件保持在关闭的位置,去激活第一活性材料元件。
18.权利要求14的方法,其中在密闭件与框架之间设置有紧闭传感器,并且进一步包括:
当第二活性材料元件已被激活时,确定紧闭传感器是否被密闭件接触;以及
如果第二活性材料元件没有被密闭件接触,发送第二类型的错误信号。
19.权利要求18的方法,进一步包括:
如果紧闭传感器已被接触,激活第三活性材料元件;其中第三活性材料元件操作连接到密闭件并被设置以便当被激活时将密闭件紧闭到关闭的位置;
当第三活性材料元件被激活时,确定密闭件是否处于最终的关闭的位置;以及
基于所述确定密闭件是否处于最终的关闭的位置,如果密闭件没有处于最终的关闭的位置,发送第三类型的错误信号。
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