CN109891104A - 排放式线性致动器 - Google Patents

Abstract

各种实施方式包括一种线性致动器，所述线性致动器提供了所述致动器的可控减压并且可调节到由车辆制造商设定的规范。所述线性致动器包括壳体以及活塞和活塞杆，所述活塞和活塞杆可滑动地设置在延伸穿过所述壳体的通道内。所述活塞杆限定排放路径，所述排放路径包括邻近所述活塞杆的所述近端的轴向空腔以及从所述轴向空腔延伸到所述活塞杆的外周表面的径向通道。进入所述壳体的加压气体使所述活塞轴向移动通过所述壳体，并且所述气体的一部分通过所述空腔和所述径向通道排放到所述壳体的所述通道并且随后排放到环境。这种排放允许所述致动器在一定时段内并且在不超过由所述制造商设定的力的情况下返回其初始或存储位置。

Description

排放式线性致动器

相关申请的交叉参考

本申请要求2016年9月12日提交的名称为“排放式线性致动器”的美国专利申请号62/393,397和2016年9月1日提交的题为“排放式线性致动器”的美国专利申请号62/382,685的优先权，所述申请的内容通过引用整体并入本文。

背景技术

烟火式线性致动器可用于移动车辆上的表面或车辆的一些部分，以在与车辆发生碰撞的情况下保护行人。例如，线性致动器可设置在发动机罩的一部分的下方，以在发生行人碰撞的情况下在某个时段内将车辆的发动机罩提升到限定行程(距离)。车辆制造商可设定关于限定的行程和时段的规范，以及用于使由线性致动器移动的车辆零件返回其预展开位置的减压时段和/或最大力目标(例如，在2秒内或使用小于200牛顿)。利用保持气体压力的后展开致动器，减压时段和/或力目标可能是具有挑战性的或者不可能实现的。

因此，本领域需要一种可根据车辆制造商的规范调节的改进的致动器。

发明内容

各种实施方式包括一种线性致动器，其包括：活塞，所述活塞联接到活塞杆；以及壳体。所述活塞包括近端表面和远端表面，并且所述活塞杆包括远端表面、近端以及在所述远端表面与所述近端之间延伸的外周表面。所述活塞杆的所述近端联接到所述活塞的远端表面。所述活塞的所述近端表面限定开口，并且所述活塞杆限定具有内壁的空腔。所述开口和所述空腔彼此流体连通。所述空腔从所述活塞杆的所述近端轴向延伸穿过所述活塞杆的至少一部分。所述壳体具有近端、远端以及在所述壳体的所述近端与所述远端之间延伸的通道。所述通道由所述壳体的内壁限定，并且所述壳体的所述远端限定通向所述通道的轴向开口。所述活塞和所述活塞杆可滑动地设置在所述壳体的所述通道内，并且所述活塞杆的所述外周表面和所述壳体的所述通道的所述内壁在其间限定空间。所述活塞杆还限定至少一个径向通道，所述至少一个径向通道在所述空腔的所述内壁与所述活塞杆的所述外周表面之间径向延伸。在所述活塞杆通过所述通道的上行行程的至少一部分期间，所述径向通道与所述活塞杆的所述空腔、所述活塞的所述开口、所述壳体的所述通道以及通向所述壳体的所述通道的所述轴向开口流体连通。

在一些实施方式中，所述活塞还包括围绕所述活塞的外周表面设置的密封件，所述密封件在所述活塞的所述近端表面与所述远端表面之间延伸。所述密封件被轴向设置在所述活塞的所述近端表面与所述远端表面之间。所述密封件具有邻接所述壳体的所述内壁的外周表面，以防止流体通过所述壳体的所述通道流过所述密封件。在一些实施方式中，所述密封件包括可弹性变形的材料，所述可弹性变形的材料可在所述壳体的所述内壁与所述活塞的所述外周壁之间压缩。

在一些实施方式中，所述活塞的所述外周表面限定周向凹槽，并且所述密封件设置在所述周向凹槽内。

在一些实施方式中，所述活塞的所述外周表面具有第一外径，并且所述活塞杆的所述外周表面具有第二外径。所述第一外径大于所述第二外径。

在一些实施方式中，所述线性致动器还包括具有出口的气体发生器。所述出口联接到所述壳体的所述近端，其中来自所述气体发生器的加压气体通过所述出口流入所述壳体的所述近端、所述活塞的所述开口以及所述活塞杆的所述空腔，并且通过所述活塞杆的所述径向通道进入所述壳体的并且轴向位于所述密封件与通向所述通道的所述轴向开口之间的所述通道中，并且通过所述轴向开口到达环境。

在一些实施方式中，如通过平行于所述活塞杆的纵向轴线并且正交于所述径向通道的纵向轴线的平面所观察的，所述径向通道具有圆形横截面。在一些实施方式中，所述径向通道的直径在0.25mm与3mm之间。

在一些实施方式中，所述至少一个径向通道包括第一径向通道和第二径向通道。在一些实施方式中，所述第一径向通道和所述第二径向通道在径向位置上是相对的。

在一些实施方式中，冲击器联接到所述活塞杆的所述远端表面。

在一些实施方式中，所述冲击器螺纹式联接到所述活塞杆的所述远端表面。在其他实施方式中，所述冲击器与所述活塞杆的所述远端表面一体形成。

在一些实施方式中，所述活塞杆的所述空腔沿着所述活塞杆的长度延伸，并且所述冲击器密封所述活塞杆的所述空腔的所述远端，以防止流体流过所述空腔的所述远端和所述冲击器。

在一些实施方式中，所述空腔从所述活塞杆的所述近端延伸到横向于所述活塞杆的纵向轴线延伸的平面。所述平面在所述活塞杆的所述远端表面与所述活塞杆的所述径向通道之间间隔开。

在一些实施方式中，在所述活塞杆的上行行程的初始部分期间，所述径向通道与所述活塞杆的所述空腔、所述壳体的所述通道以及通向所述壳体的所述通道的所述轴向开口流体连通。在所述上行行程的后续部分期间，所述径向通道与所述活塞杆的所述空腔和所述壳体外部的环境直接流体连通。

在一些实施方式中，所述活塞还限定从由所述活塞的所述近端限定的所述开口延伸的斜面。在一些实施方式中，所述活塞的所述斜面和所述近端表面相对于彼此成30°至60°之间的角度。

在一些实施方式中，所述空腔的远端是圆锥形的，并且在其他实施方式中，所述空腔的所述远端是平坦的。

附图说明

在以下示例性附图中更详细地解释所述装置。附图仅是示例性的，以说明优选装置的结构和可单独使用或与其他特征组合使用的某些特征。本发明不应限于所示的实施方式。

图1展示了根据一种实施方式的线性致动器的剖视图。

图2展示了图1所示的线性致动器的一部分的近距离视图。

图3展示了根据另一种实施方式的活塞和活塞杆的局部剖视图。

图4展示了根据另一种实施方式的活塞和活塞杆的剖视图。

图5和图6展示了根据一种实施方式的图，其示出了对于具有0.5mm直径的径向通道的排放式致动器、具有1mm直径的径向通道的排放式致动器以及非排放式致动器，随时间变化的线性致动器中的压力。

图7和图8展示了根据一种实施方式的图，其示出了针对排放式致动器和非排放式致动器的压缩载荷与活塞的位移之间的关系。

图9展示了根据一种实施方式的处于延伸位置的活塞和活塞杆。

具体实施方式

各种实施方式包括一种线性致动器，所述线性致动器提供了致动器的可控减压并且可调节到由车辆制造商设定的规范。例如，根据一些实施方式，致动器可在指定时段内并且利用由制造商设定的最大力返回到其初始或存储位置。根据一些实施方式，可减小致动器后展开(在上行行程的顶部)的刚度，以避免在与由致动器移动的车辆的一部分(例如，发动机罩)碰撞时对行人造成伤害。并且，在各种实施方式中，减压的速率是可调节的。

图1和图2展示了根据一种实施方式的示例性线性致动器。如图1所示，线性致动器100包括联接到活塞杆101的活塞118以及壳体102。活塞118包括远端表面119、近端表面104以及在远端表面119与近端表面104之间延伸的外周表面105a。活塞杆101包括远端表面103、近端150以及在远端表面103与近端150之间延伸的外周表面105b。活塞118限定在活塞118的近端表面104与远端表面119之间延伸的开口106，并且活塞杆101的内壁108限定空腔107。空腔107从活塞杆101的近端150轴向延伸并且与由活塞118限定的开口106流体连通。

壳体102具有近端109、远端110和内壁111。壳体102的内壁111限定在近端109与远端110之间延伸的通道112。壳体102的远端110限定通向通道112的轴向开口113。活塞118和活塞杆101可滑动地设置在壳体102的通道112内，并且活塞杆101的外周表面105b和壳体102的内壁111在其间限定空间。

活塞杆101还限定至少一个径向通道114，所述至少一个径向通道在活塞杆101的空腔107的内壁108与活塞杆101的外周表面105b之间径向延伸。径向通道114与活塞杆101的空腔107、由活塞118限定的开口106、壳体102的通道112以及通向壳体102的通道112的轴向开口113流体连通。

在图1和图2中示出的实施方式中，如通过平行于活塞杆101的纵向轴线A-A并且正交于径向通道114的纵向轴线B-B的平面所观察的，径向通道114具有圆形横截面。此外，径向通道114的直径D5在0.25mm与3mm之间。然而，在其他实施方式中，径向通道可具有非圆形横截面。

此外，活塞杆101的空腔107从活塞杆101的近端150延伸到一平面，所述平面横向于(例如，正交于)活塞杆101的纵向轴线A-A延伸并且在活塞杆101的远端表面103与活塞杆101的径向通道114之间间隔开。

活塞118包括围绕活塞118的外周表面105a设置的密封件115。密封件115轴向地设置在活塞118的近端表面104与远端表面119之间。密封件115具有邻接壳体102的内壁111的外周表面116，以防止流体通过壳体102的通道112流过密封件115。在一些实施方式中，密封件115是可弹性变形的材料，诸如橡胶或聚合物材料，其可在活塞118与壳体102的内壁111之间压缩。例如，密封件115可为可压缩的O形环或方形环。

在图1至图2所示的实施方式中，活塞118的外周表面105a具有第一外径D1，并且活塞杆101的外周表面105b具有第二外径D2。第一外径D1大于第二外径D2。并且，壳体102中的轴向开口113的内径D3大于第二外径D2但小于第一外径D1(即，D1>D3>D2)。通过使第二直径D2小于轴向开口113的内径D3，允许活塞杆101在活塞118和活塞杆101的上行行程期间穿过轴向开口113。然而，通过使活塞118的第一直径D1大于轴向开口113的内径D3，防止活塞118在上行行程结束时离开壳体102。

活塞118的外周表面105a限定从外周表面105a径向向内延伸的周向凹槽117，并且密封件115设置在周向凹槽117内。在活塞118通过壳体102的轴向移动期间，凹槽117防止密封件115沿着活塞杆118轴向移动。

此外，在图1至图4所示的实施方式中，活塞118和活塞杆101一体形成。然而，在其他实施方式中，活塞118和活塞杆101可分开形成并且联接在一起。

活塞杆101的冲击器表面与图1所示的远端表面103一体形成并且共同延伸。然而，在其他实施方式中，冲击器表面可邻近远端表面103相对于外周表面105b径向向外延伸。在诸如以下关于图4描述的实施方式的其他实施方式中，冲击器表面可与活塞杆分开形成并且与其联接。

气体发生器120(例如，引发器或微气体发生器(MGG))具有出口121，所述出口联接到壳体102的近端109。当启动气体发生器时，加压气体从气体发生器120的出口121流出并进入壳体102的近端109和活塞118的开口106以及活塞杆101的空腔107。加压气体使活塞118和活塞杆101从初始或存储位置移动到展开位置。图1展示了处于存储或初始位置的活塞118和活塞杆101，其中活塞118的近端表面104邻近壳体102的近端109。在气体发生器启动之后，活塞118的近端表面104轴向地远离壳体102的近端109朝向壳体102的远端110移动。加压气体在空腔107和通道112的在密封件115与活塞118的近端表面104之间的部分中形成较高的压力容积，并且在通道112的在密封件115与壳体102的轴向开口113之间的部分中存在较低的压力容积。

在活塞118和活塞杆101的上行行程的初始部分期间，来自气体发生器120的加压气体的一部分从活塞杆101的空腔107流过活塞杆101的径向通道114进入壳体102的轴向位于密封件115与通向通道112的轴向开口113之间的通道112中，并且通过轴向开口113到达环境。并且，如图9所示，在径向通道114轴向移过开口113之后，加压气体直接从空腔107流过径向通道114到达环境。例如，加压气体通过空腔107和径向通道114排放到环境允许足够量的气体在启动气体发生器后从活塞杆的较高压力侧逸出，使得活塞118和活塞杆101可在展开后使用小于200牛顿的力返回其初始位置。然而，通过调整径向通道114的体积、空腔107的体积和/或径向通道114的中心距离活塞118的近端表面104的距离，允许逸出的气体的量是可调节的。因此，可选择这些尺寸以允许足够的气体逸出来允许活塞118和活塞杆101在展开后在某个时段内和/或利用小于由制造商设定的最大量的力来移动回初始位置，但是在上行行程期间维持足够的压力以允许活塞杆101到达展开位置。

壳体102的通道112的内径D4与活塞杆101的外径D2之间的差异可增大或减小，以分别扩大或减小活塞杆101与壳体102的内壁111之间的体积。此外，可改变从近端表面104到空腔107的远端135测量的开口106和空腔107的内径D6和/或长度，以改变空腔107和开口106内的体积。

图3所示的活塞218的实施方式类似于图1和图2所示的活塞118，但是开口206由从活塞218的近端表面204延伸的斜面235部分地限定，并且空腔207的邻近空腔207的远端236的远端部分230是圆锥形的。斜面235相对于近端表面204的角度θ在30°与60°之间(例如，45°)。并且，在所示实施方式中，近端表面204与开口206的斜面235终止的位置之间的距离L2是0.25mm。空腔207的直径D6为5mm，并且近端表面204与空腔207的远端236之间的距离L1为22mm。

在图4所示的实施方式中，活塞杆301包括第一径向通道314a和第二径向通道314b。第一径向通道314a和第二径向通道314b彼此在径向位置上是相对的。然而，在其他实施方式中，活塞杆可包括一个或多个径向通道，并且所述径向通道可具有相同或不同的横截面形状、直径、每个径向通道的纵向轴线相对于活塞杆的纵向轴线的取向以及沿着活塞杆的轴向位置。

图4所示的实施方式还包括活塞杆301以及与活塞杆301分开形成的冲击器330。冲击器330螺纹式联接到活塞杆301的远端303。另外，在该实施方式中，活塞杆301的空腔307沿着活塞杆301和活塞318的整个长度(即，在活塞318的近端304与活塞杆301的远端303之间)延伸，并且冲击器330密封活塞杆301的空腔307的远端303，以防止流体流过空腔307的远端303和冲击器330。然而，诸如在图1至图3中所示的实施方式中所示，在其他实施方式中，空腔可仅部分地延伸穿过活塞杆。

图5和图6展示了根据一种实施方式的图，其示出了针对如下线性致动器的线性致动器的壳体中的随时间变化的压力的比较：所述线性致动器具有带有0.5mm直径的径向通道活塞杆、带有1mm直径的径向通道的活塞杆以及非排放式活塞杆。如图所示，具有带有1mm直径的径向通道的活塞杆的线性致动器在展开时达到最大压力，所述最大压力略小于其他活塞杆达到的最大压力，并且减压时间约为300ms。具有带有0.5mm直径的径向通道的活塞杆的线性致动器被减压约1000ms。并且，具有不带有径向通道的活塞杆的线性致动器保持其压力持续无限量的时间，因为气体没有或几乎没有能力从壳体中逸出。因此，可调整径向通道的直径(或体积)以控制在展开期间和之后将要排放到环境中的加压气体的量，以实现用于重置致动器的减压时间和/或最大力目标。

图7和图8展示了根据一种实施方式的图，其示出了针对具有径向通道的活塞杆以及针对不具有径向通道的活塞杆的压缩载荷与活塞的位移之间的关系。上部线表示没有径向通道的活塞的位移，并且下部线表示具有径向通道的活塞的位移。如图7所示，与没有径向通道的活塞杆相比，用于重置发动机罩(通过使活塞杆返回其原始位置)的初始力对于具有径向通道的活塞杆较低。并且，如图8所示，具有径向通道的活塞杆能够在相同载荷下移位更大的距离。然而，由于没有气体逸出的位置，在活塞杆被向内推动时，由于残余气体的压缩，用于重置具有没有径向通道的活塞杆的发动机罩的力持续增加。

本文所使用的术语仅是出于描述特定实施方式的目的而并不旨在限制本发明。如本文使用的，除非上下文明确地另外指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”旨在同样包括复数形式。还应理解的是，术语“包括”和/或“包括”在用于本说明书中时，指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。

以下权利要求书中的所有装置或步骤的对应结构、材料、操作以及同等物加上功能要素旨在包括用于结合具体要求保护的其它要求保护的要素来执行所述功能的任何结构、材料或操作。本发明的描述已经出于说明和描述的目的而呈现，但是并非旨在为详尽的或者使本发明限于所公开的形式。在不背离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。选择并且描述实施方式以便最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使得本领域其他普通技术人员能够针对具有适合于预期的具体用途的各种修改的各种实施方式来理解本发明。

Claims (20)

1.一种线性致动器，其包括：

活塞，所述活塞联接到活塞杆，所述活塞包括远端表面和近端表面，并且所述活塞杆包括远端表面以及联接到所述活塞的所述远端表面的近端，所述活塞杆还包括在所述活塞杆的所述远端表面与所述近端之间延伸的外周表面，其中所述活塞限定在所述活塞的所述近端表面与所述远端表面之间延伸的开口，并且所述活塞杆限定具有内壁的空腔，所述空腔从所述活塞杆的所述近端轴向延伸穿过所述活塞杆的一部分并且与由所述活塞限定的所述开口流体连通，以及

壳体，所述壳体具有近端、远端以及在所述近端与所述远端之间延伸的通道，所述通道由所述壳体的内壁限定，并且所述壳体的所述远端限定通向所述通道的轴向开口，

其中：

所述活塞和所述活塞杆可滑动地设置在所述壳体的所述通道内，并且

所述活塞杆还限定至少一个径向通道，所述至少一个径向通道在所述空腔的所述内壁与所述活塞杆的所述外周表面之间径向延伸，在所述活塞杆通过所述通道的上行行程的至少一部分期间，所述径向通道与所述活塞杆的所述空腔、所述壳体的所述通道以及通向所述壳体的所述通道的所述轴向开口流体连通。

2.如权利要求1所述的线性致动器，其中所述活塞还包括在所述活塞的所述近端表面与所述远端表面之间延伸的外周表面，并且所述线性致动器还包括围绕所述活塞的所述外周表面设置的密封件，所述密封件具有邻接所述壳体的所述内壁的外周表面，以防止流体通过所述壳体的所述通道流过所述密封件。

3.如权利要求2所述的线性致动器，其中所述密封件包括可弹性变形的材料，所述可弹性变形的材料可在所述壳体的所述内壁与所述活塞的所述外周表面之间压缩。

4.如权利要求2所述的线性致动器，其中所述活塞的所述外周表面限定周向凹槽，并且所述密封件设置在所述周向凹槽内。

5.如权利要求4所述的线性致动器，其中所述活塞的所述外周表面具有第一外径，并且所述活塞杆的所述外周表面具有第二外径，所述第一外径大于所述第二外径。

6.如权利要求2所述的线性致动器，其还包括气体发生器，所述气体发生器具有出口，所述出口联接到所述壳体的所述近端，其中来自所述气体发生器的加压气体通过所述出口流入所述壳体的所述近端和所述活塞的所述开口以及所述活塞杆的所述空腔，通过所述活塞杆的所述径向通道进入所述壳体的并且轴向位于所述密封件与通向所述通道的所述轴向开口之间的所述通道中，并且通过所述轴向开口到达环境。

7.如权利要求1所述的线性致动器，其中如通过平行于所述活塞杆的纵向轴线并且正交于所述径向通道的纵向轴线的平面所观察的，所述径向通道具有圆形横截面。

8.如权利要求7所述的线性致动器，其中所述径向通道的直径在0.25mm与3mm之间。

9.如权利要求1所述的线性致动器，其中所述至少一个径向通道包括第一径向通道和第二径向通道。

10.如权利要求9所述的线性致动器，其中所述第一径向通道和所述第二径向通道在径向位置上是相对的。

11.如权利要求1所述的线性致动器，其还包括冲击器，所述冲击器联接到所述活塞杆的所述远端表面。

12.如权利要求11所述的线性致动器，其中所述冲击器螺纹式联接到所述活塞杆的所述远端表面。

13.如权利要求12所述的线性致动器，其中所述活塞杆的所述空腔沿着所述活塞杆的长度延伸，并且所述冲击器密封所述活塞杆的所述空腔的所述远端，以防止流体流过所述空腔的所述远端和所述冲击器。

14.如权利要求11所述的线性致动器，其中所述冲击器与所述活塞杆的所述远端表面一体形成。

15.如权利要求1所述的线性致动器，其中所述空腔从所述活塞杆的所述近端延伸到横向于所述活塞杆的纵向轴线延伸的平面，所述平面在所述活塞杆的所述远端表面与所述活塞杆的所述径向通道之间间隔开。

16.如权利要求1所述的线性致动器，其中在所述活塞杆的上行行程的初始部分期间，所述径向通道与所述活塞杆的所述空腔、所述壳体的所述通道以及通向所述壳体的所述通道的所述轴向开口流体连通，并且在所述上行行程的后续部分期间，所述径向通道与所述活塞杆的所述空腔和所述壳体外部的环境直接流体连通。

17.如权利要求1所述的线性致动器，其中由所述活塞限定的所述开口还由从所述活塞的所述近端表面延伸的斜面限定。

18.如权利要求17所述的线性致动器，其中所述活塞的所述斜面和所述近端表面相对于彼此成30°至60°之间的角度。

19.如权利要求1所述的线性致动器，其中所述空腔的远端是圆锥形的。

20.如权利要求1所述的线性致动器，其中所述空腔的远端是平坦的。