直线马达致动天窗的制作方法

本公开总体涉及车窗驱动机构，确切地说，涉及用于车辆的动力天窗，其中玻璃面板经由一个或多个直线马达在打开位置和闭合位置之间移动。

背景技术：

天窗是各种车辆类型的受欢迎的选择，因为其允许额外的光线进入车辆的内部，并且可以提供汽车上方的视野。天窗常配置有动力驱动机构，根据天窗的配置，动力驱动机构允许天窗打开不同程度，从而让新鲜空气进入并让热空气轻易逃离车辆的内部。

已知的动力天窗对于其中采用它们的应用范围并不是完全令人满意的。例如，现有的动力天窗机构可能体积庞大，其包括机械连接到齿轮传动装置的体积有些庞大的常规直流马达。齿轮传动装置继而将马达的旋转运动转换为直线运动，然后通过附接到玻璃面板的电缆机构将其施加给天窗的玻璃面板。这种类型的驱动器被称为“调节器”，并且长期以来用于车辆动力车窗机构。

这种类型的机构往往体积庞大，需要空间用于相对较大的驱动马达及其相关的齿轮传动装置和电缆机构。较大的天窗需要相应较大的马达、更坚固的齿轮驱动装置和电缆以支持移动较大面板所需的更大的力。车辆设计者必须在车辆的车顶中以一个或多个腔的形式提供这种空间，以利用常规驱动机构来调适天窗。这些腔会增加车辆车顶的尺寸和体积，并且在设计或结合安全特征(例如也必须通过车辆的车顶的翻车保护杆)时呈现为必须避免的潜在障碍物。常规的天窗盒(sunroofcassette)还会显著降低净空。此外，常规的天窗驱动机构会有些嘈杂，从而产生类似于动力窗机构的噪音。

因此，需要一种具有动力驱动机构的天窗，其改进并推进已知的动力天窗的设计，包括消耗较少的包装空间、容易地缩放到更大尺寸的天窗、并且提供可能更安静的机构。一种解决方案是使用直线马达来直接驱动天窗，其中玻璃面板可以直接附接到直线马达的转子部分。这种实施方式避免单独的马达、齿轮传动装置和电缆组件的必要性，并且可更安静地运行，因为如果直线马达的部件配置正确，则不需要齿轮装置为天窗提供动力。下面讨论与本领域现有需要相关的新型和有用的动力天窗的示例。

在现有技术中，授予hahn等人的德国专利公开de19540769c1公开了由直线马达组件驱动的天窗。具体地，hahn公开了一种槽型定子，其配备有一系列线圈，所述一系列线圈与配置为转子的配备有磁体的导轨形引导件磁性啮合。天窗玻璃板附接到导轨形引导件，当定子线圈通电时，则导轨形引导件沿玻璃板的行进轴线施加力。

在授予botos等人的美国专利第6,664,664号中具有替代装置，其中转子包含待通电的线圈且定子由磁体组成。botos描述了一种直线马达，其中线圈放置在转子中，其经公开为印刷电路板，其中线圈由设置成几层的一系列电气轨迹组成。这些层同时通电以产生与定子磁体相互作用的定向磁场以使直线转子移动。

技术实现要素：

在本发明的第一方面，一种直线马达致动动力天窗包括玻璃板，玻璃板具有第一边缘、大致平行于第一边缘并且远离第一边缘的第二边缘、限定在第一边缘和第二边缘之间的第一表面、以及与第一表面相对的第二表面。第一多个导电线圈靠近第一边缘直接固定到玻璃板；第一通道的尺寸设定成大致围绕第一边缘并且设置在第一边缘周围；并且第一多个磁体设置在通道内并且配置为与第一多个线圈相互作用。使第一多个线圈中的一个或多个通电产生与第一多个磁体中的一个或多个相互作用的磁场并且使玻璃板相对于通道移动。

根据另一实施例，一个或多个霍尔效应传感器配置为允许确定玻璃板在通道内的位置。

根据另一实施例，天窗进一步包括控制模块，控制模块电连接到第一多个线圈并且配置为选择性地使第一多个线圈中的一个或多个通电以控制玻璃板相对于通道的移动。

根据另一实施例，天窗包含在配置为安装在车辆车顶中的盒内。

根据另一实施例，第一多个线圈固定到玻璃板的第一表面，并且防擦条固定到玻璃板的第二表面。

根据另一实施例，第一多个线圈进一步固定到玻璃板的第二表面。

根据另一实施例，第一多个线圈通过印刷、喷涂或光刻工艺固定到玻璃板。

根据另一实施例，天窗进一步包括靠近第二边缘固定到玻璃板的第二多个导电线圈；第二通道的尺寸设定成大致围绕第二边缘，并且第二通道设置在第二边缘周围；并且第二多个磁体设置在第二通道内并且配置为与第二多个线圈相互作用。第二多个线圈与所述多个线圈协作地通电，以使玻璃板相对于所述通道和第二通道移动。

根据另一实施例，玻璃板包括配置为允许改变玻璃板的光透射率的电致变色能力。

根据另一实施例，通道固定到车辆基板。

在本公开的第二方面，一种用于车辆的动力天窗包括：盒；具有第一表面和第二表面的玻璃板，玻璃板设置在盒中；以及直线马达，直线马达包括靠近玻璃板的第一边缘形成在第一表面的一部分上的多个导电线圈。磁体组件沿盒的长度设置并且设置在盒的里面。多个线圈和磁体组件构成直线马达，并且多个线圈中的每个的通电和断电产生力，以沿盒的长度方向移动玻璃板。

根据另一实施例，磁体组件包含在形状设定成大致包围多个线圈的通道内。

根据另一实施例，盒构造成安装在车辆的车顶中。

根据另一实施例，多个线圈通过控制模块通电和断电。

根据另一实施例，控制模块基于玻璃板相对于磁体组件的位置确定如何使多个线圈通电和断电，其中玻璃板的位置由与控制模块电连通的霍尔效应传感器检测。

根据另一实施例，多个线圈通过印刷、喷涂或光刻工艺印刷在玻璃板的第一表面和第二表面上，然后热熔到玻璃表面上以形成坚固的可清洁层。

根据另一实施例，玻璃板具有第二边缘；并且第二多个导电线圈靠近第二边缘形成在第一表面的一部分上。

在本发明的第三方面，一种具有动力天窗的车辆包括：车辆车顶中的开口，开口具有第一侧和平行于第一侧且远离第一侧的第二侧；以及天窗。天窗进一步包括：设置在车辆车顶的第一侧中的第一通道和设置在车辆车顶的第二侧中的第二通道；玻璃板，玻璃板具有第一边缘和平行于第一边缘且远离第一边缘的第二边缘，第一边缘和第二边缘的尺寸设定成使得当放置在开口内时，第一边缘大致被第一通道覆盖，并且第二边缘大致被第二通道覆盖；靠近第一边缘设置在玻璃板上的第一多个导电线圈；靠近第二边缘设置在玻璃板上的第二多个导电线圈；设置在第一通道内的第一多个磁体和设置在第二通道内的第二多个磁体；以及控制模块，控制模块与第一多个线圈和第二多个线圈电连通，并且配置为选择性地使第一多个线圈和第二多个线圈通电。使第一多个线圈和第二多个线圈通电使线圈分别与第一多个磁体和第二多个磁体磁性地相互作用，使得玻璃板相对于第一通道和第二通道移动。

根据一个实施例，天窗包含在盒中。

根据另一实施例，第一多个线圈和第二多个线圈通过印刷、喷涂或光刻工艺形成在玻璃板上。

附图说明

图1是根据本公开的一个实施例的直线马达致动天窗的第一示例的透视图。

图2是图1的直线马达致动天窗的定子和转子磁力之间的布置和相互作用的示意图。

图3是车辆的内部的透视图，其示出图1的直线马达致动天窗的一种可能的安装。

图4是图1的包含在用于安装在车辆中的盒中的直线马达致动天窗的顶视图。

图5是转向节组件的侧视图，转向节组件使图1的直线马达致动天窗在其行进的开始或结束时竖直地平移。

具体实施方式

通过结合附图阅读以下详细描述，将更好地理解所公开的直线马达致动天窗。详细描述和附图仅提供本文所描述的各种发明的示例。本领域技术人员将理解，在不脱离本文所描述的本发明的范围的情况下，可以变化、修改和改变所公开的示例。设想不同应用和设计考虑的许多变化；然而，为简洁起见，在下面的详细描述中没有单独地描述每个设想的变化。

在下面的详细描述中，提供了各种直线马达致动天窗的示例。示例中的相关特征可在不同的示例中相同、类似或不类似。为简洁起见，将不详细描述相关的特征。相反，相关特性名称的使用将提示读者具有相关特征名称的特性可相似于先前解释的示例中的相关特征。在该具体示例中将描述特定于给定示例的特征。读者应理解，给定特征不需要与任何给定的图或示例中的相关特征的特定描写相同或类似。

参考图1至图5，现在将描述直线马达致动天窗(天窗100)的示例。天窗100与所有天窗的共同元件保持一致，其基本上包括主要沿单个轴线移动的玻璃板，所述轴线通常限定为平行于安装有天窗100的车辆的纵向轴线。玻璃板在其沿着其运动轴线的侧面上被支撑，通常是通过沿着玻璃板的运动轴线延伸的支撑导轨或通道，这些支撑导轨或通道包括以下将描述的直线马达机构。根据车辆和天窗配置，天窗可配备有附加机构，其至少允许玻璃板在其行进的一端竖直平移出其正常的运动平面，进入或离开闭合配置。这可以使玻璃板停放在大致与车辆车顶齐平的闭合构造中，并且交替地下降到车辆车顶的平面下方以与行进路径对齐以使玻璃板打开。

在所公开的发明中，通过使用集成到天窗100中的一个或多个直线马达来驱动天窗的面板而对现有技术加以改进。直线马达优选地结合到支撑导轨或通道中、以及玻璃板的靠近支撑导轨或通道的部分上。因此，天窗100用于提供无需体积庞大的独立驱动马达和相关机构的天窗。此外，通过将转子线圈直接放置在天窗的玻璃板上，天窗机构可以相对轻而简单。包括玻璃板、直线马达、支撑结构和控制器的天窗100可以结合到盒中以简化安装到车辆中的程序，这在自动或半自动装配线上的车辆结构中特别有利。读者将从附图和下面的描述中理解，天窗100解决了常规天窗和相关驱动系统的缺点。

例如，通过将天窗的玻璃板合并为驱动机构的一部分，天窗100不需要外部驱动马达和相关机构，这极大地减少或消除了车顶或其他车辆结构中为容纳马达和驱动机构的额外空间。此外，通过消除驱动机构，天窗100提供了一种用于打开和关闭天窗100的可能更安静、可能寂静的机构。此外，天窗100的打开和关闭可以快速操作。此外，天窗可配置为具有预设的存储位置，使得天窗可以在诸如行进路径的1/4、1/2和3/4处停止的预设位置处停止。当驱动马达与天窗100的玻璃板集成时，驱动马达可以相应地随着天窗100的尺寸增加而按比例增加尺寸。

天窗100包括玻璃板102，玻璃板102具有第一边缘(或第一侧部)104、大致平行且远离第一边缘104设置的第二边缘(或第二侧部)106、限定在第一边缘104和第二边缘106之间的第一表面120、以及与第一侧120相对的第二表面122。多个导电线圈116和118分别靠近第一边缘104和第二边缘106直接固定至玻璃板102。通道108和110的尺寸设定成分别大致包围第一边缘104和第二边缘106并且围绕第一边缘104和第二边缘106设置，以至少大致覆盖线圈116和118。多个磁体112和114分别设置在每个通道108和110内，并且配置为与多个线圈116和118相互作用。使多个线圈116和118中的一个或多个通电产生与多个磁体112和114相互作用的磁场，从而使玻璃板102相对于通道108和110移动。

从图1中可以看出，在优选实施例中，玻璃板102配置为具有至少两个相对边缘，即第一边缘104和第二边缘106，并且进一步限定第一表面120和第二表面122。玻璃板102使用汽车工业中熟知的材料和技术构造，诸如使用层压或钢化玻璃，或潜在地除玻璃之外的材料，诸如复合材料或合适的塑料，诸如聚碳酸酯或丙烯酸类材料。玻璃板102可配备有电致变色层或涂层，其允许通过施加适当的电流来改变玻璃板102的光透射率。

第一边缘104和第二边缘106各自接收多个线圈116和118以形成直线马达的转子并且分别在通道108和110内延伸。玻璃板102沿着平行于通道108和通道110的纵向轴线的单个轴线行进。若要使第一边缘104和第二边缘106分别保持线圈116和118在通道108和110内的适当定位，第一边缘104必须构造成平行于第二边缘106。相关领域的技术人员还将理解，用作直线马达中的转子的第一边缘104和第二边缘106中的每个必须足够直，以允许在其相应的通道108和110内的适当定位和对齐，因此线圈116和118分别相对于每个通道108、110中的对应的磁体112和114保持正确的定位。在一些实施例中，邻近第一边缘104的第一表面120和邻近第二边缘106的第二表面122中的一者可包括低摩擦防擦条以帮助更精确地对齐行进。或者，低摩擦防擦条可设置在通道108和110上。虽然在所公开的实施例中，玻璃板102由靠近相对的第一边缘104和第二边缘106设置的通道108和110支撑或与其靠近，但是在其他实施例中，天窗100可利用多于或少于两个通道。

参考图1中的插图，可以看出，通道108和110具有“c”形截面，其尺寸设定成接收第一边缘104或第二边缘106，并且延伸以覆盖靠近第一边缘104或第二边缘106的第一表面120和第二表面122的一部分。设置在平行于第一表面120和第二表面122的通道108、110的内部表面上的是多个磁体112、114(如插图中所示)，其以规律的间隔隔开以便排列于每个通道108、110的内部。通道108和110可以由任何合适的材料制成，例如塑料、金属、复合材料、木材、橡胶或现在已知或以后开发的任何其它合适的材料。合适的材料不会影响磁体112和114与线圈116和118的相互作用。通道108和110附接到相对于玻璃板102固定的基板，以允许通道108和110用作玻璃板102的定子，其中玻璃板102配置为直线马达装置中的转子。通道108和110的一部分可以配置为在玻璃板102移动通过通道108和110时用作支撑件。另外或替代地，摩擦条可作为支撑件和精确引导件插入到通道108和110中。

在一个实施例中，磁体112和114是由已知技术制成的永久磁体，例如钕、钐钴、磁钢、铁氧体或其它类似的合适的磁性材料。实施磁体112和114降低了天窗100的复杂性，因为仅需将动力提供给线圈116和118以使玻璃板102移动。可以使用本领域熟知的用于控制永久磁体无刷直流马达的方法来控制这些线圈116和118。替代实施例可以将磁体112和114实施为具有可以经由控制器选择性地通电的线圈的电磁体。这种装置可允许更好地控制用于某些应用的直线马达机构的动作。

直线马达的转子部分包括线圈116和118。线圈116和118优选地使用导电涂料或油墨实施，其可以直接筛分或印刷在玻璃板102的第一表面120和/或第二表面122上。这种印刷方法是本领域已知的，并且用于诸如在车窗上印刷加热元件以用于除霜的应用，并且可以用于产生线圈图案。油墨优选地具有低电阻特性以最小化加热。在一些实施例中，线圈116和118可经由印刷、喷涂或光刻工艺固定到玻璃板103的第一表面120和/或第二表面122。此外，线圈116和118可经由印刷、喷涂或光刻工艺固定到玻璃板103的第一表面120和/或第二表面122，然后热熔到玻璃表面上，以形成坚固的易清洁的层。图1中的插图示出了印刷具有第一线圈组118a和第二线圈组118b的线圈的一种可能的模式。将观察到，第一线圈组118a包括每隔一个线圈与第二线圈组118b的构件交错。每个线圈组中的所有线圈电连接并且同时通电，但是与另一线圈组中的所有线圈电隔离。因此，第一线圈组118a中的所有线圈可以与第二线圈组118b中的所有线圈同时独立地通电，同样地，第二线圈组118b中的所有线圈可独立地通电。这种装置在相关领域中用作一种操作直线马达的方式是众所周知的，并且将在下面参照图2更详细地描述。

虽然优选实施例示出印刷在第一表面120和第二表面122两者上的线圈116和118，但是应当理解，这仅是一个可能的实施例。其它实施例可将线圈仅限定在玻璃板102的一侧和/或一个边缘。在这样的实施例中，对应的通道108或110可仅在一个内部面上具有磁体，其中玻璃板102仅在一侧具有线圈，可仅有一个通道，其中只有玻璃板102的一个边缘配置为直线马达，或两者的组合。

在图2所示的示例中，描绘了定子和转子之间的关系以及伴随的磁场之间的相互作用。磁体114被分成两个交错组：磁体组114a，其中磁体的北极朝向通道108的内部、朝向玻璃板102；以及磁体组114b，其中磁体的南极朝向通道108的内部。如上所讨论，线圈118被分成两个交错组，即第一线圈组118a和第二线圈组118b。虽然图2描绘了第一线圈组118a具有北极极化并且第二线圈组118b具有南极极化，但是本领域技术人员将理解，在直线马达的操作期间，每个线圈组的极化可以通过反转通过每个线圈组的电流流动在北极极化和南极极化之间切换。当直线马达操作时，极化将以定时的方式在极化之间切换，以将玻璃板102作为转子沿着所需的行进方向推进。

由磁体114产生的磁场由波形202a和202b描绘。注意，描绘磁力的线仅仅是为了说明的目的，以说明北磁极和南磁极具有与线圈118相互作用的相反的磁力。同样地，由线圈118产生的磁场由波形204a和204b描绘。可以看出，线圈118的间距比磁体114的间距宽，结果是所产生的转子磁场的更宽扩展，如波形204a和204b所示出。间距的这种差异是必需的，以允许直线马达的转子相对于通道108的定子移动；线圈118到磁体114的相同间距将导致马达的转矩变动(cogging)和失速。更宽的间距允许转子磁场在任何给定位置处与磁体114的磁场重叠，这会在线圈118通电时产生持续的推拉效应。通过以精确的定时间隔反转电流流动方向旋转线圈118的极化导致玻璃板102沿着所需的行进方向前进。改变极化旋转的时间以及每个线圈组118a和118b通电的时间长度可允许控制玻璃板102的行进速度和/或产生制动效果以减慢玻璃板102的行进。

转到图3，描绘了天窗100的可能的安装，其中插图示出一半的天窗100。车辆300具有形成在其车顶中的开口302，天窗100安装在开口302中。侧通道之一，通道108示出为安装在开口302中的侧部304中，即常规天窗的支撑导轨所在的位置。相关领域的技术人员将理解，在优选实施例中，开口302的相对侧306将包含天窗100的另一通道110。玻璃板102的尺寸设定成填充开口302，并且当收缩时从开口302向后滑出以使车顶打开到车辆的外部。

图4描绘了可以将天窗100作为一个单元安装到其中的盒400，以便于轻松地安装到车辆300中。诸如盒400的盒在本领域中是已知的，并且优选地配置为承载包括控制模块402在内的天窗100的所有必需的操作部件。因此，盒400通过将其紧固到位而快速地安装到车辆300中，并且通常通过快速连接线束将控制模块402连接到车辆300的电源。如图所示，盒400配置为在打开位置和闭合位置中完全包含玻璃板102。应当理解，盒400对于天窗100的操作不是必要的。天窗100可以以部件的方式安装，无需使用盒。

使用用于控制诸如无刷永久磁体直流马达(bdcm)的无刷马达的任何熟知的技术来实施控制模块402。这样的技术可包括可编程微控制器和转换电路系统。控制模块402可包括诸如霍尔效应传感器124(参见图1)的输入端，其可位于通道108和/或110之一内或靠近玻璃板102的行进路径的其他地方内，以检测玻璃板102的位置，并且在一些实施例中检测玻璃板102的速度。该反馈允许控制模块402确定何时控制直线马达以阻止玻璃板102的行进。控制模块402还可配备有来自一个或多个传感器的输入端，以检测玻璃板102的行进路径内的可能的障碍物。这样的传感器在汽车领域是熟知的，并且已经普遍用于防止动力窗夹住或挤压障碍物，例如当人偶然地将手指放在正关闭的动力窗的路径内时。或者或另外，由于开口302中的障碍物，控制模块402可以使用当玻璃板102失速时导致的来自一个或两个直线马达的电流反馈。如果直线马达在行程中间失速，则会产生电流尖峰；该电流尖峰可以由控制模块402检测，控制模块402然后可立即阻止玻璃板102的移动，或者可以反转其行进。

参考图5，描绘了用于使天窗100设置平移的升降机构500。大多数车辆都有行进到车顶的腔中的天窗玻璃，并且因此玻璃在收缩或关闭时位于车顶的外部表面下方。当关闭天窗时，玻璃优选地与车顶的外部表面大致齐平。因此，玻璃必须在收缩之前首先下降到车顶的外部表面下方，并且当再次关闭玻璃时必须上升到外部表面。升降机构500提供将玻璃板102的横向运动转化为竖直运动的枢转臂机构。应当理解，在一些实施方式中，作为直线马达中的定子的通道108和110也将随着玻璃板102升高；对于这样的实施方式，玻璃板102既指玻璃板102也指通道108和110。点502是玻璃板102(及其相关部件)分别在玻璃板102关闭或打开时的开始行进和最终行进点。玻璃板102在其打开或关闭时沿着引导轨道504行进，在那里玻璃板102最终遇到凸轮点506。在遇到凸轮点506时，玻璃板102的运动在转向节和枢转组件510上施加力，转向节和枢轴组件510将力转化为竖直提升运动，用于分别取决于玻璃板关闭或打开而升高或降低玻璃板102。最终，玻璃板102遇到点508，点508是玻璃板102在其行进结束时的最终静止点/起始点。当正关闭玻璃板102时，一旦玻璃板也被完全提升到闭合位置，则遇到点508。

在其他实施方式中，可以使用单独的马达来独立地提升玻璃板102。这种机构相对于玻璃板102移动通道108和110，使得玻璃板102分离以及重新接合通道108和110，以分别移动到闭合位置或移动就位以收缩。

虽然天窗100描绘为专用于车辆用途，但是可以在其他车窗(例如动力驾驶员和乘客车窗)中实施天窗100的直线马达配置。在这种实施方式中，通道108和110的尺寸和长度以及线圈116和118的对应宽度可根据特定的窗形状而彼此变化。一些实施方式可仅使用一个直线马达，另一个窗边缘仅接合支撑导轨。使用直线马达致动窗可以节省门内部的空间，这必须提供较大的腔来装载用于马达和调节器机构的侧窗调节器和轨道，削弱门结构并允许具有常规动力车窗机构的更大的nvh传输路径。

上述发明笼括具有独立效用的多个有区别的发明。虽然已经以具体形式公开这些发明中的每一个，但是上述公开和示出的特定实施例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。本发明的主题包括以上公开的和本领域技术人员对于这些发明固有的各种元件、特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。在本发明或随后提交的权利要求叙述“一个”元件、“第一”元件或任何这样的等同术语的情况下，一个或多个公开或多个权利要求应被理解为包括一个或多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。

申请人保留提交针对被认为是新颖和非显而易见的所公开的发明的组合和子组合的权利要求的权利。体现在特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合中的发明可以通过修改这些权利要求或在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。这种修改或新的权利要求，无论它们是针对相同的发明还是不同的发明，以及它们在范围上与原始权利要求不同、更宽、更窄或相等，都应被认为在本文所描述的发明的主题内。