用于从单个主致动器驱动多个输出载荷的紧凑的活性材料致动的传动装置的制作方法

专利名称：用于从单个主致动器驱动多个输出载荷的紧凑的活性材料致动的传动装置的制作方法
技术领域：
本公开涉及使用活性材料将输出功传递到被选择性致动的输出。
背景技术：
该部分的陈述只是提供与本公开相关的背景信息，且可能不构成现有技术。提供输出功的功产生装置在许多应用中是有用的。汽车提供了需要通过输出扭矩 (即输出功)致动的许多应用，例如电机。但是，使用独立的电机来致动不同特征导致了汽车 增加的质量和成本。当前，存在电动机操作若干输出的方法，但是仍然需要致动。例如，已知的是，螺线管、开关、继电器、电磁铁、换能器和驱动器都能够从单个电 动机对多个轴提供致动。但是，这样的致动装置的使用经常导致系统成本和质量增加，利用 这些致动装置是达不到预期目标的。当前，能够以相对较低的成本和质量提供致动的方法 包括使用活性材料。活性材料可以包括形状记忆合金(SMA)、电活性聚合物(ΕΑΡ)、压电材 料、磁致伸缩材料和电致伸缩材料。

发明内容
一种用于选择性地将功率从主致动器传递到多个输出中的至少一个的方法，其包 括监测所需的输出构造；以及选择性地致动活性材料致动器，以通过机械地将所述多个 输出中的一个联接到所述主致动器而实现所需的输出构造。一种用于将功率选择性地从主致动器传递到多个输出轴中的一个的设备，其包 括传动装置，所述传动装置包括联接到输入部件的多个输出部件；联接到主致动器的第 一输入部件。所述设备进一步包括活性材料致动器，所述活性材料致动器包括在活性材料 致动器被启动时将所述多个输出轴中的一个联接到所述多个输出部件中的一个的机械联 接特征。本发明还包括以下方案
方案1. 一种用于将功率选择性地从主致动器传递到多个输出中的至少一个的方法， 所述方法包括
监测所需的输出构造；以及
选择性地致动活性材料致动器，以便通过机械地将所述多个输出中的一个联接到所述 主致动器从而实现所需的输出构造。方案2.根据方案1所述的方法，进一步包括
选择性地致动所述多个活性材料致动器，以控制所述多个输出中相应的输出，其中所 述多个活性材料致动器中的每一个均控制着到所述多个输出中相应一个输出的功率传递。方案3.根据方案1所述的方法，进一步包括
基于可获得的输入功率和至所述多个输出的所需功率来确定所需的输出构造。方案4. 一种用于将扭矩选择性地从扭矩产生装置传递到多个输出轴中的至少一个的方法，所述方法包括
监测所述多个输出轴的所需构造；以及
致动包括机械联接装置的活性材料致动器，以便通过将所述多个输出轴中的一个经由 所述机械联接特征而机械地接合到所述扭矩产生装置来实现所述多个输出轴的所需构造。方案5.根据方案4所述的方法，其中，所述活性材料致动器包括形状记忆合金致 动器。方案6.根据方案4所述的方法，进一步包括
致动多个活性材料致动器，每个所述活性材料致动器均包括相应的机械联接装置来实 现所述多个输出轴的所需构造，以将所述多个输出轴中相应的输出轴通过相应的机械联接 特征而机械地接合到所述扭矩产生装置。方案7.根据方案4所述的方法，其中，将所述多个输出轴中的一个通过所述机械 联接特征而接合到所述扭矩产生装置，从而将所述多个输出轴中的所述一个建立为处于前 向和反向中的一种。方案8.根据方案4所述的方法，其中，将所述多个输出轴中的一个通过所述机械 联接特征而接合到所述扭矩产生装置，从而在所述扭矩产生装置和所述多个输出轴中的所 述一个之间建立多个齿轮比中的一个。方案9.根据方案4所述的方法，进一步包括
不致动所述活性材料致动器，并且通过具有锁定机构的机械联接特征来保持所述多个 输出轴中的一个到所述扭矩产生装置的机械接合。方案10.根据方案4所述的方法，进一步包括 利用所述多个输出轴来控制车辆座位调节。方案11. 一种用于选择性地将功率从主致动器传递到多个输出轴中的一个的设 备，所述设备包括
第一传动装置，所述第一传动装置包括联接到第一输入部件的多个第一输出部件，所 述第一输入部件联接到所述主致动器；以及
第一活性材料致动器，所述第一活性材料致动器包括在其被激活时、将所述多个输出 轴中的一个联接到所述多个第一输出部件中的一个的第一机械联接特征。方案12.根据方案11所述的设备，进一步包括
多个第一活性材料致动器，每个所述第一活性材料致动器均包括在相应的第一活性材 料致动器被激活时，将所述多个输出轴中相应的输出轴联接到所述多个第一输出部件中相 应的第一输出部件的相应的第一机械联接特征。方案13.根据方案12所述的设备，进一步包括
控制模块，所述控制模块确定用于所述多个输出轴的所需构造，并且选择性地激活所 述多个第一活性材料致动器以实现所述多个输出轴的所需构造。方案14.根据方案11所述的设备，其中，所述第一活性材料致动器包括形状记忆 合金致动器。方案15.根据方案11所述的设备，其中，所述第一活性材料致动器包括从电活性 聚合物、压电电动机、磁致伸缩材料和电致伸缩材料所构成的组中选择的活性材料部件。方案16.根据方案11所述的设备，其中，所述第一传动装置利用了从齿轮系、流体传动装置、连杆机构、带式驱动器和索驱动器所构成的组中选择的内部结构。方案17.根据方案11所述的设备，进一步包括
第二传动装置，所述第二传动装置包括联接到第二输入部件的多个第二输出部件，所 述第二输入部件联接到所述主致动器；
第二活性材料致动器，所述第二活性材料致动器包括当其被激活时，将所述多个输出 轴中的一个联接到所述多个第二输出部件中的一个的第二机械联接特征；以及
控制模块，所述控制模块选择性地激活所述第一和所述第二活性材料致动器中的一个 以排除另一个，由此所述多个输出轴中的一个被联接到所述第一和所述第二传动装置中的 相应的一个。方案18.根据方案11所述的设备，其中，所述第一活性材料致动器包括
活性材料部件，所述活性材料部件电联接到电源并在所述活性材料部件被激活时由所 述电源通电；
柱塞臂，所述柱塞臂包括轴部分；第一端，所述第一端具有垂直于所述轴部分延伸并 机械地联接到所述活性材料部件的端杆；以及第二端，所述第二端用于在所述第一活性材 料致动器激活时联接所述多个输出轴中的一个；
支撑件，所述支撑件固定到所述活性材料致动器的壳体，并包括通过其中心轴线的孔， 所述孔用于使所述柱塞臂自由地滑动；
偏置部件，所述偏置部件位于所述支撑件和所述柱塞臂的端杆之间，其中所述偏置部 件包括与所述端杆的底面接触的第一端和与所述支撑件的顶面接触的第二端；以及
所述偏置部件抵靠所述柱塞臂的所述端杆施加偏置力，由此朝向所述活性材料部件偏 置所述柱塞臂。方案19.根据方案18所述的设备，其中，所述活性材料部件包括
去活位置，其中抵靠所述柱塞臂的端杆的偏置力使所述活性材料部件变形；以及 激活位置，其中所述活性材料部件被通电以使所述活性材料部件上的所述变形恢复， 从而克服了抵靠所述柱塞臂的端杆的偏置力，其中所述柱塞臂的所述第二端朝向所述输出 轴平移并提供与所述输出轴的接合。方案20.根据方案19所述的设备，其中，所述柱塞臂的所述第二端被机械地联接 到所述机械联接装置。


—个或者多个实施例将通过示例的方式参照附图来详细说明，其中 图1是根据本公开、所发现的SMA的图形时间轴；
图2A和2B是根据本公开的、作为温度的函数的奥氏体-马氏体晶体转变的临界应力 的相图3是根据本公开的材料的应力和应变图4是根据本公开的、以三维图的形式示出的材料相对于应力、应变和温度的图示； 图5是根据本公开的、用于将输出扭矩传递到多个输出轴的选择性扭矩传递器的示意
图6A和6B是根据本公开的、选择性扭矩传递器的活性材料致动器的细节5图7A-7C是根据本公开的、输出轴和输出齿轮的接合特征的细节图； 图8是根据本公开的、材料相对于应力、应变和温度的以三维图形式的图示；以及 图9A和9B是根据本公开的、用于将平移载荷分布到多个输出销的平移力分配器的细 节图。
具体实施例方式现在将参照附图，其中视图只是为了图示特定的示例性实施例的目的，且不是为 了限制这些实施例的目的，图1显示了从20世纪中叶到20世纪末已经发现的形状记忆合 金(SMA)的时间轴。这些合金中的许多种都包括贵金属，或者仅展现作为单晶的有用特性， 这些合金不能作为低成本致动装置进行实际使用。一些合金已知为以低成本包括所需的功 能。这些合金包括特定的铜合金(CuAlZn)和镍钛基合金，例如，已知为镍钛合金的近等原 子比NiTi，以及一些三元合金，例如NiTiCu和NiTiNb。一个特别有用的实施例包括NiTi 基SMA，其中NiTi基SMA具有所有已知的多晶SMA的最佳的记忆特性。NiTi族合金可以承 受大的应力，并且可以对低周用途恢复接近8%的应变或者对高周用途恢复高达大约2. 5%。 该应变恢复能力可以使得在设备中能够设计SMA致动装置，该设备需要选择性地将扭矩从 转矩产生装置传递到多个输出轴中每一个。现在参照图2A-2B，其显示了用于SMA的、作为温度的函数的奥氏体-马氏体晶体 转变的转换的临界应力的相图。SMA由于在马氏体和奥氏体之间的结晶转换的缘故，从而具 有非常大的可恢复应变的特性。结果，SMA是期望的，因为SMA提供了大的形状改变和大的 力产生。参照图2A和图3，SMA行为是由于高对称母相奥氏体10和低对称产物相马氏体12 之间的可逆热弹性晶相转换所致。奥氏体10和马氏体12之间的相变是作为应力和温度二 者的结果而发生。在应力13下的马氏体相12的形成导致了优选的晶体变化取向的形成， 其引起大的诱导应变。如图3中所示，依赖于温度的应变以加热时的滞后回线14恢复，或者在材料卸载 时恢复。该关于可逆且可控的大应变的能力是选择SMA作为控制材料的优势的基础。使用 这些材料，能够容易引起大的形状改变。因而，在受限的情况下，能够将大的应力施加到所 连接的结构部件。参照图2B，在静载荷和充分低的温度下，该材料稳定为马氏体12。在充分高的温 度下，该材料稳定为奥氏体10。马氏体开始(Ms)和结束(Mf)分别指示了相变至马氏体12 的开始和结束的温度。奥氏体开始(As)和结束(Af)分别指示了相变至奥氏体10的开始 和结束的温度。在低于Mf的温度时，SMA材料稳定为马氏体12的相。当处于马氏体12的 相的SMA材料在恒定的应力下加热时，到奥氏体相10的转变只在温度超过As从而处于第 三相20时开始。从该点，该材料逐渐地转变到奥氏体相10，直到该转变在Af时完成。如 图2B中所示，在高于Af的温度时，在该静应力22上该材料稳定为奥氏体10的相。但是， 如果将充分的载荷M施加到该材料，则可能引起从奥氏体10到拉伸马氏体的固态无扩散 转变，由此导致对所述材料的诱导应变。在相同的温度下的随后卸载沈期间，该材料回复 到奥氏体10，其中所述应变被完全地或者部分地恢复。参照图4，其根据示例性实施例以三维图的形式显示了 SMA线相对于应力(竖直轴线)、应变(水平轴线)和温度(倾斜轴线)的情况。在参考点a和b之间，载荷施加到处于马氏 体相的SMA材料，产生应变。当保持于静态温度时，所述材料在参考点b和c之间卸载。参 考点a-c之间的加载-卸载循环获得稳定在马氏体相且具有诱导应变的材料。增加所述材 料的温度获得在参考点c和d之间的相对静应变。但是，在参考点d和e之间，在材料的特 定温度下，应变迅速减小(即恢复)，其中发生从马氏体到奥氏体的转变。在参考点f，转变的 材料稳定为奥氏体相。在从奥氏体冷却到马氏体时，通常观察到很小的应变或形状改变(如 果有的话)，除非该材料已经进行很大处理以具有所谓的双向形状记忆效果。使用具有双向 形状记忆效果的SMA材料的另一选择涉及使用偏置部件以便在冷却时在材料上引起应变。参照图8，其以三维图的形式显示了 SMA线相对于应力(竖直轴线)、应变(水平轴 线)和温度(倾斜轴线)的情况，其中图示了呈现下述两个方面的SMA 在载荷和温度的不同 条件下的形状记忆效果和超弹性效果。在参考点f和g之间，将载荷施加到处于奥氏体相 的SMA材料，产生参考点f和h之间的应变。在保持在恒定的温度时，所述材料在参考点h 和f之间部分卸载，其中诱导应变的主要部分在参考点i和j之间恢复。在仍然保持在恒定 的温度时，所述材料在参考点j和f之间完全卸载，其中所述应变在奥氏体相中完全恢复。 在参考点f和a之间，SMA材料被冷却至材料特定温度，其中该材料从奥氏体相改变到马氏 体相。现在参照图5，其根据示例性实施例，显示了用于将输出扭矩传递到多个输出轴 A、B和C的选择性扭矩传递器28。选择性扭矩传递器28包括扭矩产生装置30和扭矩选择 系统32，其中扭矩选择系统32和扭矩产生装置30是机械连通的。扭矩产生装置30 (主致 动器)进一步包括电动机34和传动轴36。在示例性实施例中，电动机34是DC电动机，具 有DC电动机的高起动载荷、低成本和低质量的优点。但是，将理解的是，替代性实施例包括 任何能够产生功的主致动器，例如感应电动机、燃气涡轮机、液体涡轮机、气动马达或者液 压电动机。传动轴36在电动机34和扭矩选择系统32之间提供机械连通。传动轴36分别 包括第一端38和第二端40，其中第一端38可旋转地联接到电动机34，第二端40可旋转地 联接到扭矩选择系统32。根据可替代的实施例且继续参照图5，将理解的是，许多类型的功可以相似地具体 化为诸如线性、平移、弧形、剪切和压缩。在整个公开中，为了简洁起见，输出功或者功率将 被描述为输出扭矩，但是要理解，可以提供任何类型的输出功或者功率。扭矩选择系统32进一步包括传动装置42和多个输出轴A、B和C。传动装置42进 一步包括输出部件50和多个输出部件M、56和58，其中驱动输入部件50可旋转地联接到 传动轴36的第二端40，并且可旋转地联接到输出部件M、56和58。每个输出轴A、B和C 均与活性材料致动器44、46和48以及输出部件M、56和48相关联，其中活性材料致动器 44与输出轴A和输出部件M相关联；活性材料致动器46与输出轴B和输出部件56相关 联；活性材料致动器48与输出轴C和输出部件58相关联。为了简洁，将只描述输出轴A、输 出部件M和活性材料致动器44的操作。活性材料致动器46的激活导致输出部件M和输 出轴A被联接。尽管输出部件M总是联接到驱动输入部件50，但只当活性材料致动器44 被激活时，输出部件M和输出轴A之间的联接提供了从电动机34通到载荷输出A的功率。 活性材料致动器44的去活导致输出部件M和输出轴A之间的脱离，其中从电动机34输送 到输出轴A的功率被切断。输出轴B和C、输出部件56和58以及活性材料致动器46和48的操作是相同的。在一个示例性实施例中，传动装置42是减速齿轮组。但是，要理解的是， 可设想传动装置42的许多可选实施例，包括本领域公知的常见齿轮、齿轮系、行星齿轮组、 流体传动装置、连杆机构、带式驱动器和索驱动器，并且本公开并不意图被限制为本文中所 描述的特定的示例性实施例。此外，每个输出轴A、B或者C上的齿轮都可以是不同的比或 者类型。上述输出轴是结合了传动装置42和输出齿轮M、56和58来描述的。但是，要理 解的是，上述构造是示例性的，且许多构造可以被设想与本文所描述的方法一起使用。为了 简洁，可以将输出描述为被选择性地固定到主致动器，但是应理解，齿轮组、分离装置和其 它扭矩管理装置都是已知的，并且可以在被驱动的输出和主致动器之间存在。通过来自控制装置的信号控制这些活性材料致动器。示例性控制模块5被描述为 包括至活性材料致动器44、46和48的连接。示例性控制模块5包括通过一个或者多个传 感器感测操作环境(包括环境温度、不同的活性材料致动器的状态、主致动器的状态等)的 能力，还包括处理器和可存储代码，其包含基于所感测到的或者所推测的/预测的状况来 使能、停止或提供任何其它指示给所述致动器的逻辑。图5描述了三个输出轴，其中所有这三个轴都包括活性材料致动器以单独地选择 对各所述轴的接合。但是，要理解的是，使得能够使用活性材料致动器的传动装置或者齿轮 箱的构造可以采用许多形式。如此处所描述的，不同齿轮构造的选择性接合可以使得相同 输出轴能够进行前向或者反向的选择。要理解的是，相似的齿轮构造的选择能够在电动机 和输出轴之间允许不同的齿轮减速系数。例如，这样的构造可以允许在输出轴被唯一启用 时，单个轴以最小齿轮减速系数被驱动，但是在额外的输出轴被同时驱动时，具有更大齿轮 减速系数的不同齿轮构造可以用于相同的输出轴。相似地，在构造中并非所有的输出轴都 需要选择性地致动。例如，在具有输出轴D、E和F的示例性构造中，轴D和E可以选择性地 致动，但是轴F可以被固定地连接到所述构造，使得能够进行F、D+F、E+F和D+E+F的致动状 态。控制模块5运行程序以控制系统内的不同致动器。所需的输出轴构造可以由控制 模块5监测或者确定。所需的输出轴构造可以基于从所述扭矩产生装置30输入到所述选 择性扭矩传递器观的可用功率以及将被传递到所述多个输出轴A、B和C的所需功率而确 定。在一个示例性使用中，汽车座位调节可以通过单个控制模块来控制，所述控制模块控制 用于三个输出轴的所需输出轴构造，以便控制三个种不同的座位调节，例如包括座位竖直 升高、座位基部的前后位置和座位靠背的放倒，其中用于控制三个输出轴从而控制所述三 种不同座位调节的所需功率从受益于高起动载荷的DC电动机进行分配。本申请中的控制 模块可以监测座位控制输入和/或者可以接收来自车辆中其它地方的座位位置存储器程 序的命令。该控制模块可以通过直接的电路连接与致动器和任何输入装置通信。在可替代的 方案中，控制模块可以利用网络装置(例如控制局域网路(CAN))以与其它装置通信。如此处所使用，控制模块、模块、控制器和相似的术语都包括以下各项的各种组 合，即一个或多个的专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的 中央处理单元(优选为微处理器)和相关联的存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存 取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节电路和缓冲电路、以及提供所述功能的其它适当的部件。控制模块可以具有一组控制算法，包括驻留软件 程序指令和校准，所述驻留软件程序指令和校准存储在存储器中并被执行以提供所需的功 能。该算法优选在预设循环周期期间执行。算法通过例如中央处理单元来执行，且可操作 以监测来自传感装置和其它网络控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器 的操作。循环周期可以规则的间隔来执行，例如在运行的发动机和车辆操作期间每3. 125 毫秒、6. 25毫秒、12. 5毫秒、25毫秒和100毫秒。可替代地，可以响应于事件的发生来执行 算法。根据当前描述的实施例，且继续参照图5，将进一步详细描述活性材料致动器44 的操作。当致动时，活性材料致动器44在输出轴A和传动装置42的输出齿轮M之间提供 可旋转接合。尽管图5显示了三个输出轴和三个对应安置的活性材料致动器，但本发明不 限于任何特定数目的输出轴或者活性材料致动器。只要传动轴36上的输出扭矩可以被选 择性地利用，则所接合的输出轴A、B和C能够以操作人员所选择的任何组合来同时地接收 扭矩。但是，应当理解的是，在多个输出轴A、B和C上所利用的所有功率的总和不可以超 过电动机34能够产生的总输出功率。当活性材料致动器44处于“开(on)”位置中时，输出 轴A可旋转地接合到传动装置42的输出齿轮M。相似地，当活性材料致动器44处于“关 (off )”位置中时，输出轴A与传动装置42的输出齿轮M脱开接合。可替代地，如果应用需 要的话，则活性材料致动器44A可以对输出轴A提供“反向”功能。对于将反向功能提供给 输出轴A的活性材料致动器44A而言，在传动装置42内将需要额外的齿轮组。相似地，活 性材料致动器46和48分别在输出轴B和C与输出齿轮56和58之间提供接合，其中采用 了与上文中关于活性材料致动器44所描述的相同方式。在一个示例性实施例中，提供所述 致动的活性材料优选是形状记忆合金(SMA)。但是，要理解的是，活性材料的许多替代性实 施例包括电活性聚合物(ΕΑΡ)、压电陶瓷和聚合物、磁致伸缩材料和电致伸缩材料。现在参照图6Α和图6Β，其中根据一个示例性实施例，显示和描述了活性材料致动 器44的细节图。活性材料致动器44包括管状壳体60，所述管状壳体60分别具有周向(或 圆周的)内表面和外表面62、64 ；以及接合机构66，接合机构66被包围在壳体60的内表面 62内。接合机构66进一步包括活性材料部件68、柱塞臂70、偏置部件72和偏置部件支撑 件74。示例性活性材料部件68是恒定横截面的连续的线，并且分别包括凸起部分76和两 个扁平终端端部78、80，其中每个端部78和80被弯折到壳体60的内表面64，用于机械锚 定和电连接。要理解的是，活性材料部件可以根据所述装置的所需功能以及所述部件所需 致动力而以各种形状和构造来使用。活性材料部件68被电联接到电源82，其中活性材料 部件68在操作需要使活性材料致动器44处于“开”位置时由电源82初始通电。电源82 可以从发电机、电动机或者其组合来提供功率以驱动活性材料部件68，包括来自车辆电气 系统或者来自例如电容器组之类的局部存储能量源的功率。活性材料部件68的通电是通 过闭合开关84而实现，开关84可以采用任何适当的形式，包括机械的、机电的或者固态的。 柱塞臂70包括轴部分86、端杆88和驱动器部分90。端杆88和驱动器部分90位于轴部分 86的相对端上。端杆88垂直于轴部分86延伸且机械地联接到活性材料部件68，其中端 杆88的顶面92与活性材料部件68的凸起部分76接触。柱塞臂70的驱动器部分90被构 造成当活性材料致动器44处于“开”位置时驱动滑键94，以便将输出轴A接合到齿轮箱42 的输出齿轮Μ。相似地，当活性材料致动器44处于“关”位置时，偏置部件72缩回柱塞臂
970，其中柱塞臂70的驱动器部分90被构造成拉动滑键94，以使输出轴A与传动装置42的 输出齿轮M脱离接合。可替代地，活性材料致动器44可以被构造成在活性材料致动器44 处于“关”位置时，将输出轴A接合到传动装置42的输出齿轮M。要理解的是，滑键94可 以被用作能够在输出轴和输出齿轮之间提供接合的任何锁定特征。偏置部件72位于偏置 部件支撑件74和柱塞臂70的端杆88之间，其中偏置部件72的第一端96与端杆88的底 面96接触，偏置部件72的第二端98与偏置部件支撑件74的顶面100接触。如图6A、图 6B中所示，偏置部件72构造成抵靠柱塞臂70的端杆88施加向上的偏置力102，并由此朝 向活性材料部件68偏置所述柱塞臂70，其中端杆88和活性材料部件68机械地联接。应当 理解的是，由于需要使活性材料部件68与活性材料致动器44的其余部分电绝缘，所以端杆 88和活性材料部件68不需要处于直接的物理接触。偏置部件支撑件74是固定的且安装到 壳体60的内表面64。偏置部件支撑件74进一步包括通过其轴向中心的孔，所述孔构造成 允许柱塞臂70在致动位置和非致动位置期间自由地滑动。相似地，活性材料致动器46和 48的特征和操作相对于如上所述的活性材料致动器44是相同的。要理解的是，图6A和图 6B的致动器是SMA致动器可以采用的示例性实施例，并且本公开不限于该特定的示例性实 施例。参照图5和图6A，活性材料致动器44处于非致动位置中。如上所述，当活性材料 致动器处于“关”位置时，输出轴A与输出齿轮M脱离接合。如图6A中所示，开关84打开， 因此，活性材料部件68在马氏体相中以更冷的温度断电。应当理解的是，活性材料部件68 是SMA材料，其中SMA材料被选择成使得活性材料致动器44的环境温度或者操作温度小于 SMA的As温度。因此，当活性材料部件68未电加热时，其保持在马氏体相中，并且被保护从 而免受由于操作温度的升高而引起的意外致动。接着，偏置部件72将偏置力102施加到柱 塞臂70，其中柱塞臂70的端杆88的顶面92抵靠活性材料部件68的凸起部分76施加应力 或者载荷。抵靠着活性材料68所施加的应力施加了应变并由此使活性材料部件68变形。 当活性材料致动器44未被致动时，偏置部件72使柱塞臂70缩回，其中柱塞臂70的驱动器 部分90被构造成拉动滑键94，以使输出轴A与传动装置42的输出齿轮M脱离接合。相似 地，活性材料致动器46和48的特征和操作关于如上所述的活性材料致动器44是相同的。现在参照图7A，其示出了根据本实施例的、当活性材料致动器44未被致动时与输 出齿轮M脱离接合的输出轴A的细节图。输出轴A包括键轨104，其中联接到柱塞臂70的 驱动部分90的滑键94在通过柱塞臂70进行运动时自由滑动。输出齿轮M包括键槽106， 所述键槽106被构造成容纳滑键94，其中滑键94和键槽106之间的接合提供了输出轴A和 输出齿轮M之间的接合。当活性材料部件44未被致动时，偏置部件沿着箭头的方向施加 偏置力102，并且由此使键94沿着键轨104从输出齿轮M的键槽106滑离。当活性材料致 动器44未被致动时，从电动机34的传动轴36所提供的扭矩旋转输出齿轮M，但是不驱动 输出轴A，因为输出轴A与输出齿轮M脱离接合。相似地，当活性材料致动器46和48未被 致动时，输出轴B和C与输出齿轮56和58脱离接合，以与如上所述的输出轴A相同的方式 操作。参照图5和图6B，活性材料致动器44的选择性操作处于致动位置。如图5中所 示，致动位置指的是活性材料致动器44在“开”位置中选择性地接合至输出轴A。如图6B中 所示，闭合开关84，因此对活性材料部件68通电。由电池82提供的能量增加了活性材料部件68的温度，其中温度增加使活性材料部件68从马氏体相转变成奥氏体相。如前所描述， 马氏体到奥氏体的转变伴随着力的产生，该力进行作用以便使在马氏体相中施加到活性材 料部件68上的应变恢复。该应变恢复和在活性材料部件68中产生的对应的力克服了偏置 力102，并且使柱塞臂70沿致动箭头108的方向滑动，其中当所述活性材料致动器44被致 动时，柱塞臂70的驱动器部分90驱动滑键94，以将输出轴A接合到输出齿轮M。端杆88 的顶面92和活性材料部件68的凸起76保持机械连通。相似地，活性材料致动器46和48 的特征和操作相对于如上所述的活性材料致动器44是相同的。现在参照图7B，其示出了根据本实施例的、在活性材料致动器44被致动时接合到 传动装置42的输出齿轮M的输出轴A的细节图。滑键94和输出齿轮M的键槽106之间 的接合在输出轴A和输出齿轮M之间提供了接合。当致动活性材料部件68时，由活性材 料部件68从马氏体转变到奥氏体所提供的应变恢复克服了力102，其中偏置部件72作用 在柱塞臂70上。滑键94被柱塞臂70在致动箭头108的方向上沿着键轨104驱动，其中滑 键94被输出齿轮M的键槽106所接收。当滑键94被输出齿轮M的键槽106接收时，输 出轴A接合到输出齿轮M。当致动活性材料并由此在输出轴A和输出齿轮M之间提供接 合时，从电动机的传动轴所提供的扭矩被选择性致动的输出轴A所利用。相似地，当活性材 料致动器46和48被致动时，接合到输出齿轮56和58的输出轴B和C以与如上所述的输 出轴A相同的方式来操作。参照图7C，在本发明的替代性实施例中，可释放的锁定机构110被提供和构造为 一旦建立接合时，就将滑键94联接到输出轴A。可释放锁定机构110锁定接合到输出齿轮 M的输出轴A，其中偏置力102将不影响柱塞臂70上的运动。此外，由可释放锁定机构110 所提供的锁定接合允许活性材料致动器44被切换到“关”位置并断电。当不再需要至输出 轴A的被选择扭矩时，可释放锁定机构110将被释放，并使输出轴A与输出齿轮M脱离接 合，其中由偏置部件72所提供的偏置力102使柱塞臂70运动到未被致动的位置。普通技 术人员将理解的是，可释放锁定机构110包括这样的益处，即只通过使用活性材料作为致 动接合的方法，而通过可释放锁定机构来保持接合，从而延长了活性材料机构的使用寿命。在可替代的实施例中，可释放锁定机构110可以结合到活性材料致动器44上。例 如，当活性材料致动器44被致动或者处于“开”位置中时，可释放锁定机构110可以机械地 联接到柱塞臂70的端杆88，而在活性材料致动器44未被致动时，则将柱塞臂70保持在该 位置中。单独的致动器可以被结合以被致动，从而使所述锁定机构110脱离接合。所述锁定 机构可以弹簧(或弹性件)加载的并且具有楔形部分，其中当活性材料致动器44被致动时， 端杆88在楔形部分的渐缩部分上滑动。当端杆88落到楔形部分的渐缩端之上时，柱塞臂 70锁定到位置上。由此，需要辅助的解锁致动器来克服锁定机构110的偏置部件72的力， 以缩回楔形部分和允许偏置部件72将柱塞臂70缩回。现在参照图9A和图9B，其中根据提供平移力的主致动器的可选实施例，描述了用 于将平移输入122分配到多个输出销Y和Z的平移力分配器120。平移主致动器120包括 输入销X和输出销Y和Z，其中输入销X包括输入槽126、124，输出销Y和Z包括相应的活 性材料致动器144、146。当活性材料致动器144被致动时，当输入槽1 与活性材料致动器 144对准且联接到活性材料致动器144的机械联接特征123被活性材料致动器144移动以 部分与输入销X交搭时，在输入销X和输出销Y之间提供接合，由此分别机械地联接输入销和输出销X、Y。相似地，当活性材料致动器146被致动时，当输入槽IM与活性材料致动器 146对准且联接到活性材料致动器146的机械联接特征125被活性材料致动器146移动以 部分与输入销X交搭时，在输入销X和输出销Z之间提供接合，由此分别联接输入销和输出 销 X、Z。参照图9Α，输入销X如箭头1 所示那样被卸载，且因此输入销Y和Z分别如箭头 130、132所示那样被卸载。另外，若活性材料致动器144、146未被致动，则因此，在输入销X 和输出销Y之间或者输入销X和输出销Z之间不提供接合。参照图9B，在非限定示例中，平移输入122被施加到输入销X。在使用该系统之前， 输入销X的槽126与输出销Y的活性材料致动器144对准。参照箭头150，当活性材料致 动器144被致动时，该活性材料致动器由此在输入销X和输出销Y之间相应地提供接合，如 上所述。当输入销和输出销X、Y被分别接合时，此后至输入销X的平移输入122与输出销 Y共享，由箭头230表示。但是，输入销X没有与输出销Z机械地联接。因为输入销X和输 出销Z未相应地接合，所以施加到输入销X的平移输入122不与输出销Z共享，由箭头132 表示。应当理解的是，输入销上的槽以及输出销上的致动器都能够以提供了从输入销到一 个或多个输出销的平移载荷的任何构造来对准和布置。此外，在其它构造中，输入销可以包 含额外的槽，且输出销均可以包含多于一个的活性材料致动器。本公开已经描述特定的优选实施例及其修改。在阅读和理解了本说明书后，他人 可以进行进一步的修改和变型。因此，本公开不限于作为设想用于实现本公开的最佳模式 而公开的特定的实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求的范围之内的所有实施例。
权利要求
1.一种用于将功率选择性地从主致动器传递到多个输出中的至少一个的方法，所述方 法包括监测所需的输出构造；以及选择性地致动活性材料致动器，以便通过机械地将所述多个输出中的一个联接到所述 主致动器从而实现所需的输出构造。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括选择性地致动所述多个活性材料致动器，以控制所述多个输出中相应的输出，其中所 述多个活性材料致动器中的每一个均控制着到所述多个输出中相应一个输出的功率传递。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于可获得的输入功率和至所述多个输出的所需功率来确定所需的输出构造。
4.一种用于将扭矩选择性地从扭矩产生装置传递到多个输出轴中的至少一个的方法， 所述方法包括监测所述多个输出轴的所需构造；以及致动包括机械联接装置的活性材料致动器，以便通过将所述多个输出轴中的一个经由 所述机械联接特征而机械地接合到所述扭矩产生装置来实现所述多个输出轴的所需构造。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述活性材料致动器包括形状记忆合金致动器。
6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括致动多个活性材料致动器，每个所述活性材料致动器均包括相应的机械联接装置来实 现所述多个输出轴的所需构造，以将所述多个输出轴中相应的输出轴通过相应的机械联接 特征而机械地接合到所述扭矩产生装置。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述多个输出轴中的一个通过所述机械联接 特征而接合到所述扭矩产生装置，从而将所述多个输出轴中的所述一个建立为处于前向和 反向中的一种。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述多个输出轴中的一个通过所述机械联接 特征而接合到所述扭矩产生装置，从而在所述扭矩产生装置和所述多个输出轴中的所述一 个之间建立多个齿轮比中的一个。
9.根据权利要求4所述的方法，进一步包括不致动所述活性材料致动器，并且通过具有锁定机构的机械联接特征来保持所述多个 输出轴中的一个到所述扭矩产生装置的机械接合。
10.一种用于选择性地将功率从主致动器传递到多个输出轴中的一个的设备，所述设 备包括第一传动装置，所述第一传动装置包括联接到第一输入部件的多个第一输出部件，所 述第一输入部件联接到所述主致动器；以及第一活性材料致动器，所述第一活性材料致动器包括在其被激活时、将所述多个输出 轴中的一个联接到所述多个第一输出部件中的一个的第一机械联接特征。
全文摘要
本发明涉及用于从单个主致动器驱动多个输出载荷的紧凑的活性材料致动的传动装置。具体地，利用该传动装置将功率选择性地从主致动器传递到多个输出轴中的一个，所述传动装置包括联接到输入部件的多个输出部件，所述输入部件被联接到所述主致动器。当激活所述活性材料致动器时，第一活性材料致动器包括将所述多个输出轴中的一个联接到所述多个输出部件中的一个的机械联接特征。
文档编号B60N2/16GK102147000SQ20111002406
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者A·L·布朗, J·H·布朗, N·D·曼凯姆, N·L·约翰逊 申请人:合金力学公司, 通用汽车环球科技运作有限责任公司