带有记忆金属丝致动器的洗衣机盖锁的制作方法

专利名称：带有记忆金属丝致动器的洗衣机盖锁的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于洗衣机的盖锁，尤其涉及一种可用于此或其它应用场合的记忆金属丝致动器。
背景技术：
在洗衣机的旋转周期过程中，通过将旋转篮(spin basket)中的衣物高速旋转来将水从衣物中离心甩出。为了减少伤害使用人的可能性，可在洗衣和旋转周期过程中将阻挡进入旋转篮的洗衣机盖锁定在关闭的位置。用于此目的的盖锁通常被设计成在旋转周期结束或断电之后仍使盖子保持一段时间的关闭，以给出使旋转篮停止的时间。
这一“时间延迟”特性可通过使用热敏元件而设置在一盖锁中，比如使用蜡传动器(wax motor)或双金属条，它们两个都可以通过电加热来启动锁，然后在加热停止之后松开之前必须使它们冷却一段时间。蜡传动器采用一活塞和圆筒，后者容纳有蜡或其它膨胀材料。当加热蜡的时候，活塞从圆筒中被推出以完成必须的闭锁。当圆筒冷却时，活塞在弹簧力的作用下收缩。可以通过使用粘胶在蜡传动器外壳一面上的正温度系数(PTC)电阻来向蜡传动器施加热量。
双金属条通常采用两种不同的金属(例如具有不同的热膨胀系数)，将它们层压在一起，从而对金属条的加热会使金属条弯曲并使盖子闭锁。可通过使电流直接通过双金属条或连接于双金属条平坦侧的一部分的PTC电阻来加热该双金属条，而直接通电的方法不适用于蜡传动器。
形状记忆合金是一类在被加热到一定的温度后可从拉紧状态恢复的合金。被称为“肌肉型金属丝(muscle wire)”的金属丝形式形状记忆合金在被加热时会收缩其长度的数个百分比，并可用于构成一热致动器。通常通过使较低的电流通过肌肉型金属丝的长度来对其加热。这一过程加热金属丝的全长，使其致动长度变化最大，又不会妨碍金属丝的膨胀。对肌肉型金属丝的直接加热还可提供快速反应。
将肌肉型金属丝应用于诸如洗衣机的盖锁中等商业领域的一大障碍是需要将电气设备通常接收的高压线路供电预先处理成可适用于肌肉型金属丝的低压电，并且要对该电压进行调节以消除可能会损害其张力恢复特性的肌肉型金属丝过热。

发明内容
本发明提供一种适用于洗衣机盖锁的热致动器。该致动器利用一形状记忆合金金属丝，但通过使用单独的加热元件独立地加热金属丝来避免了要为金属丝进行功率处理的问题。致动速度的延迟通过使用滑动界面而使加热器和金属丝直接接触而减少。可调整加热元件以在高于金属丝的电压下工作，且加热元件可天然具有自调节能力，例如一PTC电阻。加热元件还可提供有或使用大于金属丝的热质量，从而可在断电之后独立地控制热延迟。
具体来说，本发明提供一种机电致动器，该致动器具有一框架，该框架提供有一固定点；以及一形状记忆合金金属丝，该金属丝具有连接于固定点的一第一端和由金属丝的长度改变而相对于固定点移动的一第二端。一电加热器随着形状记忆合金元件的运动而压靠着形状记忆合金元件。例如一锁、插销栓或开关的一插销组件连接于形状记忆合金金属丝部分从而随着该金属丝相对于框架运动。
这样，本发明的至少一个实施例的一个目的是可以低成本地、在家庭应用等场合中实际使用一种形状记忆合金金属丝。使用单独的加热器而不是对金属丝进行电阻加热可提供更加一致的加热控制，并消除由于高电阻区域而在金属丝中产生热点的可能性。加热器和金属丝之间的直接接触提供了较快的反应致动。
电加热器可为温度调节电加热器。在一个实施例中，该电加热器可为自调节的PTC电阻。
因此，本发明的至少一个实施例的另一个目的是不使用昂贵的功率调节电路。
可使形状记忆合金金属丝保持拉紧并由加热器而从直线变形，从而压靠着加热器的一导热表面。
这样，本发明的至少一个实施例的另一个目的是提供一种使一加热器与金属丝的近距离热接触而不阻碍致动所需的金属丝运动的结构。
可弯曲导热表面以促进金属丝和导热表面之间的接触。
这样，本发明的至少一个实施例的另一个目的是提供与加热器的近距离热接触同时又可适应制造公差和可能的加热器表面热变形。
导热表面可为形成电加热器的一PTC电阻的一个电极。
这样，本发明的至少一个实施例的另一个目的是提供一种极简单的结构，该结构将电极和导热元件结合在一起并在金属丝和加热器之间形成十分低的热阻路径。
定位结构可将金属丝定位在框架上的固定点和在金属丝上形成张紧力的弹簧之间。
这样，本发明的至少一个实施例的另一个目的是提供一种金属丝与导热表面在金属丝的整个膨胀和收缩范围内的确定接触。
弹簧可为板弹簧，或为超出中心的弹簧机构，或者为双稳态元件。
这样，本发明的至少一个实施例的另一个目的是向金属丝提供一种张紧力，这种张紧力具有相对平缓或负的弹簧系数，从而提高由形状记忆合金元件所提供的致动距离。
机电致动器可包括一电开关，该电开关连接于形状记忆合金元件，从而与其一起被致动，或者可包括机械锁，或者既有开关也有锁。
这样，本发明的至少一个实施例的另一个目的是提供一种尤其适合用作洗衣机盖锁或类似应用的致动器。
致动器可包括一壳体，该壳体围绕形状记忆合金元件，且形状记忆合金金属丝可由壳体电绝缘，从而没有电流流过形状记忆合金金属丝。
这样，本发明的至少一个实施例的另一个目的是不需要将金属丝与加热器元件之间的绝缘，从而避免减少热接触。
致动器可包括一热存储器，使形状记忆合金金属丝保持加热的状态，例如当在不向电加热器通电之后金属丝使锁保持与插销刮板的接合一段时间。可调节这段时间以使之超过在向电加热器通电后使锁最初接合所需的时间。
这样，本发明的至少一个实施例的另一个目的是生成一种插销，这种插销可提供明显的热延迟，而不需要在金属丝自身中有热质量。
形状记忆合金元件可为镍钛合金。形状记忆合金元件可为加热后收缩的金属丝。
本发明的至少一个实施例的另一个目的是提供一种设计，这种设计可使用极少量的相对较贵的形状记忆合金。通过操作张紧力模式而不是压缩或弯曲模式，就可用极少的材料得到较大的力。
形状记忆合金元件可为Flexinol金属丝。
这样，本发明的至少一个实施例的另一个目的是提供一种合金，这种合金可以在重复的周期中使用而不会失效。
这些特定的目的和优点可应用于一些只落入权利要求范围的实施例，但并不限定本发明的范围。


图1是顶装式洗衣机的简化立体图，该图示出了盖锁的位置及其可使用诸如本发明的外部元件；图2是图1所示的锁的元件的简化示意图，该图示出了诸如与开关相联系的形状记忆合金和用来在关闭盖子之前将显示位于刮板上方的销子固定的锁；
图3是与图2相类似的图，该图示出了在关闭盖子并启动形状记忆合金金属丝以锁定刮板之后的销子；图4是用来加热图2和3所示的加热元件的立体分解图，该图示出了将PTC电阻夹在两个电极元件之间；图5是组装好的图4所示电极和金属丝的俯视平面图，该图示出了一个电极弯曲，以形成与张紧的金属丝大面积接合的热接触面；以及图6是示出了金属线在改变长度以提供负弹簧系数时作用在它上面的力的图表。
具体实施例方式
现在参见图1，一标准的顶装式洗衣机10包括盖子12，该盖子可关闭以盖住旋转篮14。插销栓16可从盖子12的一个边缘向下延伸，从而由洗衣机10壳体中的锁紧机构18容纳。
参见图2，锁紧机构18可包括连接于洗衣机10壳体的外壳20。外壳20较佳地由电绝缘热塑性塑料构成，从而如下所述那样使锁紧机构18中的元件绝缘。
从盖子12向下延伸的插销栓16可进入在外壳20中的开口，从而由位于刮板26周边的销子容纳槽24所容纳，刮板26绕轴线28旋转。拉伸弹簧30在销子容纳槽24附近连接在外壳20和旋转的刮板26之间，在刮板26接纳销子16之前将旋转的刮板26完全偏压在图2所示的顺时针模式下。
现在参见图3，销子16沿盖子12的基本垂直的轴线运动。当销子16完全插进壳体开口23中时，销子16的底缘34与旋转刮板26中的销子容纳槽24接合，使转动旋转刮板26绕旋转轴线28逆时针。当张紧的拉伸弹簧30通过旋转刮板26的旋转轴线28时，它的力重新定向，以将旋转刮板26拉到图3所示的完全逆时针的位置，而销子16的底缘被固定在旋转刮板26的销子容纳槽24的表面之下。
此时，也在旋转刮板26的周边中的锁定槽36与可与锁定槽36接合的水平滑动锁38对准。锁定槽36和水平滑动锁38的接合可防止旋转刮板26因销子16向上的力而顺时针运动，例如由一个人试图打开洗衣机盖子12而旋转篮仍处于运动状态而造成。
再参见图2，外壳20包括水平延伸的记忆金属丝40，该金属丝是具有晶体结构的镍钛合金，从而当加热金属丝40时，金属丝40沿其长度收缩。适于本发明的金属丝是由位于加利福尼亚州Costa Mesa的Dynalloy Inc.制造的，商品名为FLEXINL。在优选实施例中的金属丝40具有大约为90摄氏度的变换温度。
金属丝40的第一端在固定点42处连接于壳体，且金属丝40的第二端连接于大致垂直于金属丝40延伸且其下端粘附于外壳20的板弹簧44。暂时参见图6，随着金属丝40改变长度，板弹簧44向金属丝40提供张紧力以及作用于金属丝40上的相对恒定的板弹簧力41。板弹簧力41的这一平整化是由板弹簧44的力随板弹簧44的弯曲而相对于金属丝轴线变化的向量而造成的，这一弯曲将板弹簧44的弯曲而引起的板弹簧力41的一部分自然增长抵消了。
再次参见图2，金属丝40连接于板弹簧44的端部恰好连接于板弹簧44的自由悬臂端的下方。板弹簧44的这一自由端还枢轴连接于C形弹簧46的下端以形成压缩弹簧元件。C形弹簧46剩下的一个上端连接于第二板弹簧48，该弹簧大致平行于第一板弹簧44。在优选实施例中，两个板弹簧44和48从同一弹簧条上以适当的剪裁而制成。
当金属丝40处于未加热并由此呈拉长状态时，板弹簧44将C形弹簧46的下端置于C形弹簧46的上端的外侧(离开金属丝40)，从而将第二板弹簧48推离旋转刮板26。第二板弹簧48的自由悬臂端连接于滑动锁38，从而在此时将滑动锁38从旋转刮板26移开。
而且连接于板弹簧44的悬臂端的是第一触点50，从而可通过板弹簧44与可连接于其它电路的端子(未示出)连通。当金属丝40处于未加热状态时，触点50保持与第二固定触点52的间隔，第二固定触点也与一个端子(未示出)连接。
现在参见图3，当加热金属丝40时，将板弹簧44向内拉，从而导致C形弹簧的下端相对于其上端向内侧运动，使C形弹簧46在第二板弹簧48上的偏压反向，导致后者向着旋转刮板26弯曲，将滑动锁38与锁定槽36接合并使触点50和52连接。这样，收缩金属丝40用于将关闭的盖子12锁定并通过触点50和52提供表示锁38事实上已经接合的正信号。如果旋转刮板26没有旋转到图3所示的位置，例如由于盖子12没有完全关闭，那么滑动锁38不与锁定槽36对准，且不会向右移动到足够使触点50和52闭合，而是被旋转刮板26的周边所阻挡。这表示盖子12没有正常锁定。
由触点50和52所形成的开关通常不与电加热器54的电路(将在下面描述)连接，且不被用作金属丝40的温度控制器的一部分。开关只是向洗衣机控制电路提供电反馈以表示盖子12安全地锁定了。这样的开关状态只有在盖子12关闭且旋转刮板26处于关门位置时才会达到。
还要参见图6，对C形弹簧46的下端，C形弹簧46压缩造成最初随着金属丝40的收缩而增加金属丝40上的张紧力的C形弹簧力49。作用在金属丝40上的总的力55是C形弹簧力49与板弹簧力41的和。随着C形弹簧46和板弹簧44的连接点向内侧移动，从而与第二板弹簧48相交，那么在“超出中心”点43处，板弹簧44作用在金属丝40上的总的力55由于C形弹簧力49的反向而突然下降，这个力现在将板弹簧44推向金属丝40。这个“超出中心的弹簧”的动作造成在区域51处的局部负应力系数，而总的负应力系数53大大增加金属丝40所提供的致动距离。这是由于金属丝上的长度变化量依赖于作用在金属丝40上的张紧力的缘故。负应力系数是指随着相反于力的方向的移动增加而力减小。较低的力还可延长金属丝40的使用寿命。
总的参见图2和3，对金属丝40的这一加热是通过电加热器54间接进行的，电加热器由夹在第一电极58和第二电极60之间的正温度系数(PTC)电阻56组合而成，在两个电极之间可施加电压62。流经电极58和60和PTC电阻56之间的电流使PTC电阻56加热，而这一热量通过电极58被传导到金属丝40。
如在本领域中所理解的，PTC电阻56的电阻作为温度的函数而增大，从而对于基本恒定的电压来说，将通过随着温度升高而减小电流来调节它的温度。在优选实施例中，当由标准线路电压驱动时，PTC电阻56提供大约在125-145摄氏度之间的温度调节。高达200摄氏度的温度会对记忆金属丝40造成不可逆转的损害。
PTC电阻56较宽的面积和电极58的散热效应可消除金属丝40中的热点，而在将电流通过金属丝40而对金属丝40直接电阻加热中会产生这样的热点。用了PTC电阻56就不需要调节或降低来自常用的线路电压水平的电压，从而可不经处理直接接收这样的线路电压来加热金属丝40。
电极58与金属丝40既是电接触也是热接触，且金属丝40由绝缘外壳20以及滑动锁38和旋转刮板26的电绝缘材料绝缘，并可由板弹簧44和48与具有用于滑动锁38的孔的旋转刮板26之间的绝缘壁(未示出)保护而不受销子16的影响。
现在参见图4，电极58可为水平延伸的黄铜条，其一端形成有端子61，端子61可穿过外壳20突出以形成与电极58的电连接。PTC电阻56具有在其前面和后面一体形成的诸电极表面64，这些表面之一可靠在电极60的一内表面上。剩下的PTC电阻56的内电极表面64可接触第二电极60的弹簧夹66，然后将PTC电阻56靠着第一电极58向内压。第二电极60可同样地具有向下延伸的端子70，该端子可延伸通过外壳20，从而由外壳20稳定并接入其它电路中。
金属丝40的一端可固定于电极58一端处的固定点42，电极58顺次连接于由外壳20所构成的框架，以将金属丝40固定在外壳20上。金属丝40的其余部分可通过电极58的外表面，从而使其大部分的长度在连接于板弹簧44之前与该表面接触。金属丝40可以上卷(crimped-on)连接器、例如折叠在槽上以与金属丝40连接的同心管或凸片的卷曲段来终止。这些连接器可由形成在板弹簧44和电极58中的相应键槽等接纳并固定。
参见图5，电极58外凸弯曲，只有一个靠着PTC电阻56的基本平坦的部分，且金属丝40部分地缠绕电极58的这一外凸表面以确保电极58和金属丝40在相对运动时两者之间良好的导热性，而不考虑电极58的表面形状的轻微变化。金属丝40中的张紧力在金属丝40从电极58的直线处移开时产生金属丝抵抗电极58的垂直力。这一垂直力使电极58和PTC电阻56所形成的加热器以及金属丝40之间的热接触良好，同时使金属丝40在长度改变时滑动。
虽然金属丝40接触电极58，但由于沿其长度电势相等，因此在金属丝40中没有电流。这样，就不会有由于金属丝40中电阻的不同而产生热点的危险了。
螺丝钉45可在固定点42附近穿过电极58，通过其螺纹与电极58接合。螺丝钉45的一端靠着外壳20上的静止结构47，从而对螺丝钉45的调节可导致电极58在固定点附近弯曲，改变电极58的外凸表面，从而可以调节连接于板弹簧44(在图2中示出)的金属丝40的端部位置，用于校正公差或其它目的的调节。
再次参见图4，端子61和端子70可通过计时电路72连接于线路电源62，例如计时电路可控制锁紧机构18在洗衣和旋转周期中的通电，并在旋转周期完成时使锁紧机构18不起作用。当锁紧机构18不起作用时，通过将切断来自端子61和70的电源，电极58和PTC电阻56提供足够的热质量(thermal mass)，从而将金属丝40的温度保持在变换温度之上一段时间，这段时间可用于使旋转篮停止旋转。如果洗衣机旋转周期完成或发生断电，则进行这一解锁的延迟。可以注意到解锁延迟取决于热量从这些热质量向环境的散失，且在优选实施例中，该解锁延迟长于将电极58和PTC电阻56加热到变换温度以闭锁所需的时间，从而可基本不依赖于环境热量散失。这样，闭锁动作会比较快而解锁动作较慢，这两个时间之间的相对差值通过改变电极58的热质量和/或由绝缘、通风或散热片或者其它类似的方法控制向环境的热量散失来弹性控制。这些原理不仅可应用于这里所描述的锁和开关，也可以应用于其它的套环机构中，包括插销栓等。
虽然这里的致动器具有特定的价值和应用，比如在需要时间延迟的场合用于盖锁，但可以知道的是，该致动器并不限于这一应用，在其它必须设计简单坚固且成本低的致动系统的领域中也可找到应用场合。在这一时间延迟应用中，将形状记忆合金用于金属丝40的一个重要优点在于，长度的收缩是一个非线性反应，它从例如大约70℃开始而在75℃结束，而长度的膨胀在例如大约50℃开始，结束于40℃。这一运动发生在较小的可识别温度范围内的反应对于在套环机构中利用冷却和加热来计时的装置是有利的。相反，双金属材料的类似反应曲线会更接近直线，从而很难预测在什么温度或时间开关或插销会发生收缩运动。
由形状记忆合金金属丝所移动的插销元件可为所述的锁和/或插销，或者是插销栓。
具体要提出的是，本发明并不限于此处所包含的实施例和说明，而是包括落入所附实施例的范围的这些实施例的修改，这些修改包括实施例的一部分或不同实施例的要素的组合。
权利要求
1.一种机电插销，包括一框架，该框架设有一固定点；一形状记忆合金金属丝，该金属丝具有连接于固定点的一第一端和在加热形状记忆合金时随形状记忆金属丝的长度改变而相对于固定点移动的一第二端；一电加热器，该电加热器压靠着形状记忆合金金属丝，同时适应形状记忆合金金属丝的长度变化；以及一插销组件，该插销组件连接于形状记忆合金金属丝的一部分从而随着该金属丝相对于框架运动。
2.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，形状记忆合金金属丝可保持拉紧并由加热器从一直线变形，从而压靠着加热器的一导热表面。
3.如权利要求2所述的机电插销，其特征在于，可弯曲导热表面以促进形状记忆合金和导热表面之间的接触。
4.如权利要求2所述的机电插销，其特征在于，导热表面可为形成电加热器的一PTC电阻的一个电极。
5.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，电加热器提供从一电阻加热器元件到形状记忆合金金属丝的一金属传导路径。
6.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，插销组件为双稳态的。
7.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，插销组件向形状记忆合金提供一负的应力系数。
8.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，插销组件包括在形状记忆合金金属丝上形成张紧力的一超出中心的弹簧机构。
9.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，它还包括在形状记忆合金金属丝上形成张紧力的一板弹簧。
10.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，插销组件是一电开关，以及，形状记忆合金金属丝连接于该电开关，从而致动该电开关。
11.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，形状记忆合金金属丝中不通电流。
12.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，形状记忆合金金属丝是镍钛合金。
13.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，形状记忆合金金属丝随着加热而收缩。
14.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，形状记忆合金金属丝为Flexinol金属丝。
15.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，电加热器是一温度调节电加热器。
16.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，电加热器是一正温度系数电阻。
17.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，框架包括一调节装置，该调节装置改变形状记忆合金金属丝的一部分相对于框架的至少一部分的位置。
18.如权利要求17所述的机电插销，其特征在于，调节装置是使框架一部分弯曲的一螺丝钉。
19.如权利要求1所述的机电插销，其特征在于，插销组件是在一插销刮板容纳一插销栓之后与该刮板接合的一锁。
20.如权利要求19所述的机电插销，其特征在于，它包括一热存储器，该热存储器使形状记忆合金金属丝保持加热的状态，从而在不再向电加热器通电之后使锁保持与插销刮板接合一段时间，这段时间超过在向电加热器通电后为使锁与插销刮板接合而加热形状记忆合金金属丝所需的时间。
21.一种制造时间延迟机电致动器的方法，该致动器采用(i)一套环元件，该套环元件设置第一和第二不同的套环状态；(ii)一形状记忆合金元件，该形状记忆合金元件提供致动力，在形状记忆合金元件被加热和被冷却的状态之间移动套环元件；(iii)一热质量，该热质量与形状记忆合金元件热连通；(iv)一电加热器，该电加热器与形状记忆合金和热质量热连通；(v)一壳体，该壳体将形状记忆合金元件固定以在形状记忆合金元件和热质量与电加热器之间设置一第一热阻，并在形状记忆合金元件和热电阻与环境温度之间设置一第二热阻，该方法包括以下步骤调节第一和第二热阻以及热质量以控制套环元件处于第一和第二状态的时间的时间比率，从而使套环元件在加热形状记忆合金元件之后从第一状态运动到第二状态所需的时间小于套环元件在停止加热形状记忆合金元件之后从第二状态运动到第一状态所需的时间。
22.一种电致动器包括一支承框架；一形状记忆合金元件，该形状记忆合金元件在一第一端处连接于支承框架；一电加热器，该电加热器与形状记忆合金元件热连通；以及一双态致动器机构，该机构连接于形状记忆合金元件的一第二端，对形状记忆合金元件形成阻力，该形状记忆合金在第二端相对于支承框架的运动范围的一部分上具有负弹簧系数。
全文摘要
一种适用于洗衣机盖锁的致动器采用由一温度调节加热器间接加热的一形状记忆合金金属丝，该加热器形成与金属丝滑动联结并可由例如线路电压直接驱动而不需要温度调节电路。
文档编号D06F39/12GK1880566SQ20061007481
公开日2006年12月20日 申请日期2006年4月14日 优先权日2005年6月7日
发明者M·S·奥斯瓦蒂克 申请人:Ark-Les股份有限公司