CN102700384A - 形状记忆合金促动的hvac 出口气流挡板控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种形状记忆合金促动的HVAC出口气流挡板控制器，特别地，提供一种挡板控制器，用于让设置在HVAC出口壳体中的挡板在打开位置和关闭位置运动，以控制气流流过车辆中的HVAC出口，该控制器包括形状记忆合金(SMA)促动器，该促动器被电信号控制和促动。SMA促动器使主杆旋转，该主杆使阀板旋转。阀板附接到挡板，从而挡板与阀板一起旋转。挡板控制器可包括位置偏压机构，该机构增加挡板控制器的位置保持能力，还包括切断开关，该切断开关使得到SMA促动器的电信号中断，以防止挡板的过度旋转。

Description

形状记忆合金促动的HVAC 出口气流挡板控制器

技术领域

本发明通常涉及一种挡板(baffle)控制器，用于在HVAC出口壳体中让挡板在打开位置和关闭位置之间运动，以控制流过车辆的加热通风空调(HVAC)出口的气流。

背景技术

车辆包括HVAC出口，该出口设置为将气流引导到车辆的乘客车厢中。管道系统将HVAC出口与空气源(例如加热空气源，冷却空气源或新鲜空气源)连接。挡板设置在HVAC出口壳体中并邻近每个HVAC出口。替换地，挡板可设置在邻近HVAC出口壳体的其中一个管道中。挡板可经由机械联动件被手动操作，以让挡板在打开位置和关闭位置之间运动，由此控制流过HVAC出口的气流。挡板被独立地操作为使得其中一个HVAC出口中的一个个别挡板可以被关闭，以限制和/或防止在乘客车厢一部分处导出气流，由此增加去到其他HVAC出口的气流，以增加去到乘客车厢的另一部分的气流。

发明内容

提供一种车辆。车辆包括车身，该车身限定出乘客车厢。支撑结构被车身支撑在乘客车厢中。支撑结构限定出HVAC出口，该出口配置为将气流排出到乘客车厢。HVAC出口壳体连接到支撑结构。HVAC出口壳体配置为将气流引导到HVAC出口。挡板设置在HVAC出口壳体中。挡板可在打开位置和关闭位置之间运动。当在打开位置中时，挡板允许气流流过HVAC出口壳体。当在关闭位置中时，挡板阻止气流流过HVAC出口。挡板控制器联接到挡板。挡板控制器响应于电信号而被促动以让挡板在打开位置和关闭位置之间运动。

因而，因为挡板控制器被电信号促动，所以挡板控制器可通过按钮启动而按照命令远程地操作，或可通过控制器自动地操作。进而，挡板控制器消除了之前用于操作挡板的现有塑料机械联动件，由此提供了增加的鲁棒性。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是车辆的支撑结构的示意性明面图，所显示了多个HVAC出口。

图2是支撑结构的示意性截面图，显示了HVAC出口壳体连接到HVAC出口，挡板设置在HVAC出口壳体中用于控制流过HVAC出口壳体的空气，且挡板控制器联接到HVAC出口壳体用于控制挡板。

图3是挡板在打开位置时的挡板控制器的示意性平面图。

图4是挡板在关闭位置时的挡板控制器的示意性平面图。

具体实施方式

参见附图，其中几幅图中相同的附图标记指示相同的部件，车辆通常显示在20。参见附图1和2，车辆20包括车身22，该车身限定出乘客车厢24。支撑结构26被车身22支撑在乘客车厢24中。支撑结构26可包括仪表盘，如图1和2所示，或可以替换地包括但不限于车顶衬里、中央控制台或乘客车厢24的其他内部边沿部件或结构。支撑结构26限定出至少一个加热通风空调(HVAC)出口28。HVAC出口28配置为排出气流(通过流动箭头30)进入到乘客车厢24。车辆20可引申为任何合适类型的交通工具20，包括但不限于轿车、卡车或飞机。

HVAC出口壳体32联接到支撑结构26。HVAC出口壳体32配置为将气流引导到HVAC出口28。HVAC出口壳体32通过通路系统流体连通于至少一个空气供应源(未示出)。空气供应源可包括但不限于新鲜空气源，加热空气源或冷却空气源。空气供应源提供气流，所述气流被引导通过通路系统并到达HVAC出口壳体32，并由此到达HVAC出口28。

如图所示，挡板34设置在HVAC出口壳体32中。但是，挡板34可设置在邻近每个HVAC出口壳体32的其中一个通路中。挡板34可在打开位置和关闭位置之间运动。挡板34绕旋转轴线36在打开位置和关闭位置之间旋转。当在打开位置时，挡板34基本平行于流过HVAC出口壳体32的气流，由此允许气流流过HVAC出口28。当在关闭位置时，挡板34基本相对于流过HVAC出口壳体32的气流方向垂直，由此阻挡气流流过HVAC出口28。

挡板控制器38联接到挡板34。挡板控制器38设置为邻近在HVAC出口28附近的HVAC出口壳体32。挡板控制器38响应于电信号(例如电流)而被促动，以让挡板34在打开位置和关闭位置之间运动。因而，挡板控制器38可通过按下与挡板控制器38电连通的按钮而被远程地启动，或可以自动地被控制器(如车辆20温度控制模块)促动。

参见图3和4，挡板控制器38包括壳体40。阀板42被壳体40可旋转地支撑，并附接到挡板34，用于与挡板34一起旋转。阀板42可以以任何合适方式附接到挡板34，包括但不限于在阀板42和挡板34之间延伸并将它们互连的中间轴。

挡板控制器38包括电控制的促动器44。电控制的促动器44可包括但不限于形状记忆合金促动器系统46。尽管电控制的促动器44在本文描述和显示为包括形状记忆合金线促动器系统46，但是应理解，电控制的促动器44可替换地包括电动机，电磁阀，或电-液或电-气促动器。

挡板控制器38包括联动系统48，该联动系统将电控制的促动器44(即基于形状记忆合金的促动器系统46)和阀板42互连。联动系统48包括主杆50，该主杆可枢转地附接到壳体40，用于绕枢转轴线52枢转运动。主杆50包括主梁部54和第二梁部56，该第二梁部从主梁部54延伸到远端58。主杆50的第二梁部56和主梁部54在它们之间形成一角度，该角度大致等于九十度(90°)。如图所示，主梁部54的纵向轴线60和第二梁部56的纵向轴线62在主杆50的枢转轴线52处相交。联动系统48还包括第一连杆64。第一连杆64将主杆50和阀板42互连。主梁部54在形状记忆合金促动器系统46和第一连杆64之间延伸。主杆50(且更具体地说是主梁部54)连接到第一连杆64并在它们之间形成一角度，该角度大致等于九十度(90°)。

如图所示，形状记忆合金促动器系统46包括第一形状记忆合金促动器66和第二形状记忆合金促动器68。第一形状记忆合金促动器66和第二形状记忆合金促动器68设置为相对于彼此成对立布置(antagonisticarrangement)。第一形状记忆合金促动器66在枢转轴线52的第一侧附接到主梁部54。第二形状记忆合金促动器68在枢转轴线52的第二侧附接到主梁部54，与第一形状记忆合金促动器66相对。从而，第一形状记忆合金促动器66和第二形状记忆合金促动器68设置在枢转轴线52的相反侧。

在每一次第一形状记忆合金促动器66和第二形状记忆合金促动器68中仅一个被电促动。当被电促动时，形状记忆合金促动器66、68收缩到预定或记忆的位置、尺寸或形状。因而，对第一形状记忆合金促动器66和第二形状记忆合金促动器68中的一个进行电促动使得被电促动的促动器收缩，由此使得主梁部54沿一个方向枢转，这使得第一形状记忆合金促动器66和第二形状记忆合金促动器68中的另一个伸展。更具体地，参见图3，第一形状记忆合金促动器66的促动使得第一形状记忆合金促动器66沿方向箭头112所示的方向收缩，使得主杆50绕枢转轴线52沿第一方向72枢转。因为第二形状记忆合金促动器68在枢转轴线52的相反侧附接到主杆50，第二形状记忆合金促动器68必须相对于第一形状记忆合金促动器66沿相反方向(沿箭头110所示的方向)运动，由此使得第二形状记忆合金促动器68伸展或拉长。类似地，参见图4，第二形状记忆合金促动器68的促动使得第二形状记忆合金促动器68沿箭头108所示的方向收缩，使得主杆50绕枢转轴线52沿第二方向70枢转。第二方向70与第一方向72相反。因而，如果第一方向72是顺时针方向，则第二方向70应是逆时针方向。因为第一形状记忆合金促动器66在枢转轴线52的相反侧附接到主杆50，所以第一形状记忆合金促动器66必须相对于第二形状记忆合金促动器68沿相反方向运动(即沿箭头106所示的方向)，由此使得第一形状记忆合金促动器66伸展或拉长。第一形状记忆合金促动器66和第二形状记忆合金促动器68之间的这种相反的收缩和拉长限定了相对于彼此的对立关系。

尽管本文所述和所示的形状记忆促动器的实施例是第一形状记忆合金促动器66和第二形状记忆合金促动器68之间对立布置的实施例，但是应理解形状记忆合金促动器系统46可以以某种其他方式配置和操作。例如，形状记忆合金促动器系统46可配置为但不限于单个形状记忆合金元件，其通过弹簧元件作用；两个形状记忆合金元件，第一形状记忆合金元件抵抗弹簧元件操作，以促动挡板34，且第二形状记忆合金元件配置为使一闩锁机构释放；或单个形状记忆合金促动器，其利用推-推或拉-拉闩锁/解锁机构。从而，形状记忆合金促动器系统46的具体构造和操作并不限于本文详述和显示的具体示例性实施例——即第一形状记忆合金促动器66和第二形状记忆合金促动器68之间的对立布置。

参见图3和4，挡板控制器38包括位置偏压机构74，该机构互连主杆50和壳体40。位置偏压机构74可包括但不限于扭力弹簧或类似物。更具体地，位置偏压机构74连接到壳体40并连接到主杆50的第二梁部56的远端58。位置偏压机构74配置为当挡板34被置于打开位置时将挡板34偏压在打开位置，并在挡板34被置于关闭位置时将挡板34偏压在关闭位置。如图所示，位置偏压机构74包括第一端76和第二端78，该第一端附接到第二梁部56的远端58，该第二端附接到壳体40。

当挡板34处于打开位置和关闭位置每一个中时，位置偏压机构74提供矢量力80，该力相对于第二梁部56的纵向轴线62成角度。当挡板34定位在打开位置时，矢量力80相对于第二梁部56成角度，以使得主杆50沿第一方向72旋转。当挡板34定位关闭位置时，矢量力80相对于第二梁部56的纵向轴线62成角度，以使得主杆50沿第二方向70(与第一方向72相反)旋转。当挡板控制器38将挡板34定位在打开位置时，矢量力80沿在第二梁部56中形成力臂以进一步将挡板34偏压到打开位置的方向抵靠主杆50的第二梁部56偏压。当形状记忆合金促动器系统46将挡板34运动到关闭位置时，位置偏压机构74的矢量力80旋转越过中心直到矢量力80相对于第二梁部56的纵向轴线62沿相反方向成角度，由此促使主杆50沿相反方向旋转。因而，当挡板控制器38将挡板34从打开位置运动到关闭位置时，矢量力80也运动，以重新将偏压力定向到在第二梁部56形成力臂以进一步将挡板34偏压到关闭位置的方向。

挡板控制器38可包括切断开关82，其配置为用于中断到电控制的促动器44(例如形状记忆合金促动器系统46)的电信号。切断开关82响应于超过预定极限的运动而停止对形状记忆合金促动器系统46的促动，由此防止挡板34过度旋转和防止形状记忆合金促动器系统46过热和循环寿命的损害。切断开关82可包括但不限于接触开关84、光中断开关或时间限制开关中的一种。如图所示，切断开关82包括接触开关84，其附接到壳体40并联接到第一连杆64。接触开关84中断到形状记忆合金促动器系统46的电信号，以停止对形状记忆合金促动器系统46的电促动。接触开关84响应于第一连杆64超过预定极限的运动而中断电信号。应理解切断开关82以某种未示出的或未在本文描述的方式并入到挡板控制器38，且权利要求的范围不应受到所示和所述的具体例子的限制。

挡板控制器38还可包括应变释放机构86。应变释放机构86将挡板34和阀板42互连。应变释放机构86配置为将挡板34上的应力限制到预定极限。因而，如果挡板34嵌在HVAC出口壳体32中而不能进一步旋转，则应变释放机构86工作以限制应力——即传递到挡板34的力，以防止对挡板34和/或挡板控制器38造成损坏，且更重要地是将形状记忆促动器系统46中的应力限制到不会损坏形状记忆合金促动器系统46的安全水平。如图所示，应变释放机构86包括分叉可挠板88，该可挠板附接到挡板34并与挡板34一起运动。分叉可挠板88包括第一臂部90和第二臂部92。第一臂部90和第二臂部92每一个从芯部94朝向远端开口端向外延伸。第一臂部90和第二臂部92在它们之间限定出槽96。销98附接到阀板42并可与之一起运动。销98延伸穿过分叉可挠板88的槽96。在正常工作状态下销98包括基本等于分叉可挠板88中的槽96的宽度的直径。在分叉可挠板88的开口远端边缘处，应变释放偏压机构100(包括但不限于弹簧等)附接到第一臂的第一远端102和第二臂的第二远端104。应变释放偏压机构100配置为将第一远端102和第二远端104一起偏压，并提供抵抗第一臂部90和第二臂部92之间的槽96扩大的阻力。

当挡板34上的应力水平超过预定极限时，分叉可挠板88的第一臂部90和第二臂部92相当于彼此挠曲。第一臂部90和第二臂部92挠曲以限制阀板42的运动，这由此减少从联动系统48传递到挡板34的旋转力——即扭矩。在使用中，在挡板34应被阻挡且不应旋转的情况下，分叉可挠板88也不应旋转。在销98附接到阀板42时，由于受到形状记忆合金促动器系统46和/或位置偏压机构74的控制销98将继续旋转。销98将因此抵靠第一臂部90和第二臂部92中的一个旋转，使得槽96变宽，即扩大分叉可挠板88中的槽96。但是，因为分叉可挠板88可挠曲，所以施加到挡板34的扭矩受到限制，由此保护形状记忆合金促动器系统46、挡板34和/或挡板控制器38的其他部件不会损坏。例如，如果挡板34在处于关闭位置时被阻挡，则分叉可挠板88相对于阀板42继续旋转。从而，分叉可挠板88将被定位在打开位置中同时阀板42被定位在关闭位置中。在随后的关闭事件中，阀板42保持在关闭位置，且发生应变释放事件，从而响应于阀板42(和挡板34)的进一步旋转，分叉可挠板88相对于阀板42向回运动到正确(即初始)位置。

回过来参见图1，尽管车辆20如上所述包括仅一个HVAC出口28，其具有HVAC出口壳体32、挡板34和与之关联的挡板控制器38，但是应理解车辆20可包括多个HVAC出口28，每一个HVAC出口28具有HVAC出口壳体32、挡板34和与之关联的挡板控制器38。从而，HVAC出口壳体32包括多个HVAC出口壳体32，多个HVAC出口壳体32中的一个附接到并关联到多个HVAC出口28中的一个。挡板34包括多个挡板34，多个挡板34中的一个设置在HVAC出口壳体32中的一个中并与之关联。每个挡板34在打开位置和关闭位置之间独立地运动，以控制流过它们相关HVAC出口壳体32的气流。进而，挡板控制器38包括多个挡板控制器38，挡板控制器38中的一个连接到并关联于挡板34中的一个，以控制相关挡板34的运动。每个挡板控制器38可相对于挡板控制器38中的另一个独立运动。因而，到乘客车厢24的一部分的气流可被阻挡，同时到乘客车厢24的一个或多个部分的气流可打开。

用于形状记忆合金促动器系统46的合适形状记忆合金可呈现单向形状记忆效果、固有的双向效果或取决于合金成分(alloy composition)和处理历史的非固有的双向形状记忆效果。发生在形状记忆合金中的两个相通常被称为马氏体相和奥氏体相。马氏体相是形状记忆合金的相对软且易于变形的相，其通常存在于较低温度下。奥氏体相(形状记忆合金的较强相)出现在较高温度下。用呈现单向形状记忆效果的形状记忆合金成分形成的形状记忆材料不会自动地重新塑形，且取决于形状记忆材料的设计，很可能需要外部机械力来重新塑造之前表现的形状取向。呈现固有形状记忆效果的形状记忆材料用自身能自动塑形的形状记忆合金成分来制造。

在加热时形状记忆合金记住其高温形式所处的温度可通过略微改变合金的成分并通过热处理来调整。例如，镍钛形状记忆合金可以从约100℃以上变化为约-100℃以下。形状恢复过程可发生在仅几度的范围内，且取决于所需的应用和合金的成分，转变的开始或结束可被被控制在一度或两度以内。形状记忆合金的机械性能在跨过其转变的温度范围时极大地变化，通常为形状记忆材料提供形状记忆效果以及高的缓冲能力(damping capacity)。形状记忆合金的固有高缓冲能力可用于进一步增加能量吸收性能。

合适的形状记忆合金材料包括但不限于镍钛基合金，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，和铜锡合金)，金钙基合金，银钙基合金，铟钙基合金，锰铜基合金，铁铂基合金，铁铂基合金，铁钯基合金等。合金可以是二元的，三元的，或任何更高等级的，只要合金成分呈现形状记忆效果即可，例如形状取向的改变、缓冲能力等。例如，镍钛基合金可从Dynalloy，Inc.以FLEXINOL为商标的产品商业获得。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

本申请要求于2011年1月14日递交的美国临时专利申请和于2011年10月5日递交的美国专利申请13/253150的权益，它们通过应用合并与此

Claims (10)

1.一种车辆，包括：

车身，限定出乘客车厢；

支撑结构，被车身支撑在乘客车厢中并限定出HVAC出口，该出口配置为将气流排出到乘客车厢中；

HVAC出口壳体，联接到支撑结构并配置为将气流引导到HVAC出口；

挡板，设置在HVAC出口壳体中并能绕旋转轴线在打开位置和关闭位置之间旋转，当在打开位置时挡板允许气流流过HVAC出口壳体，且当在关闭位置时阻止气流流过HVAC出口壳体；和

挡板控制器，联接到挡板并响应于电信号而被促动，以让挡板在打开位置和关闭位置之间运动。

2.如权利要求1所述的车辆，其中挡板控制器包括壳体和阀板，该阀板附接到挡板并被壳体可旋转地支撑。

3.如权利要求2所述的车辆，其中挡板控制器包括电控制的促动器。

4.如权利要求3所述的车辆，其中电控制的促动器包括形状记忆合金促动器系统。

5.如权利要求4所述的车辆，其中形状记忆合金促动器系统包括设置为相对于彼此对立布置的第一形状记忆合金促动器和第二形状记忆合金促动器。

6.如权利要求5所述的车辆，其中在每一次第一形状记忆合金促动器和第二形状记忆合金促动器中仅一个被电促动，且其中对第一形状记忆合金促动器和第二形状记忆合金促动器中的一个进行电促动使得被电促动的促动器收缩，使得第一形状记忆合金促动器和第二形状记忆合金促动器中的另一个伸展。

7.如权利要求5所述的车辆，其中挡板控制器包括联动系统，该系统将形状记忆合金促动器系统和阀板互连。

8.如权利要求7所述的车辆，其中联动系统包括主杆，该主杆可枢转地附接到壳体，用于绕枢转轴线枢转运动，其中第一形状记忆合金元件的促动使得主杆绕枢转轴线沿第一方向枢转，且第二形状记忆合金促动器的促动使得主杆绕枢转轴线沿与第一方向相反的第二方向枢转。

9.如权利要求8所述的车辆，其中联动系统包括第一连杆，该第一连杆将主杆和阀板互连。

10.如权利要求9所述的车辆，其中挡板控制器包括应变释放机构，该机构将挡板和阀板互连并配置为将形状记忆合金促动器中的应力限制到一预定极限。

Images