专利名称：用于车辆的能量收集系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于车辆的能量收集系统。
背景技术：
传统上车辆由发动机提供动力，所述发动机为车辆提供动力并且为车辆的蓄电池 充电提供动力。蓄电池为起动发动机和运转各种车辆附件提供动力。在工作中，发动机产 生了大量余热，也就是过剩热能，其特别地被排放到大气中并且损失。技术改进和驾驶员对 便利的需求引起来自附件系统的额外动力负载。增加的动力负载引起对车辆动力源的较大 需求。此外，车辆动力源的大部分动力以热的形式被浪费。然而，根据长期存在的对于燃料高效车辆的需求，需要能够延伸车辆行驶里程的 装置。因此，需要减小动力负载和/或增加车辆传统动力源如蓄电池和发动机的效率的装置。
发明内容
用于热机的带包括材料条和至少一根金属丝。材料条纵向延伸并且具有第一侧和 与第一侧相反的第二侧。至少一根金属丝至少部分嵌入材料条并且纵向延伸。至少一根金 属丝包括形状记忆合金材料。至少一根金属丝的局部区域配置为改变从马氏体到奥氏体的 结晶相，并且因此响应于在第一温度的暴露而纵向收缩，以使与至少一根金属丝的局部区 域相应的材料条也收缩。金属丝的局部区域也配置为从马氏体到奥氏体改变结晶相，并且 因此响应于与第二温度的暴露而纵向扩张，以使与至少一根金属丝的局部区域相应的材料 条也扩张。热机可配置为可操作地连接至部件。热机包括带和构件。带配置为部分位于具 有第一温度和第二温度之一的第一流体区域，和具有第一温度和第二温度中另一个的第二 流体区域。带包括材料条，其纵向延伸并具有第一侧和与第一侧相反的第二侧。至少一根 金属丝至少部分嵌入材料条并且纵向延伸。金属丝包括形状记忆合金材料。至少一根金属 丝的局部区域配置为从马氏体到奥氏体改变结晶相，并且因此响应于与第一流体区域和第 二流体区域中之一的第一温度的暴露而纵向收缩，以使与至少一根金属丝的局部区域相应 的材料条也收缩。金属丝的局部区域也配置为从奥氏体到马氏体改变结晶相，并且因此响 应于与第一流体区域和第二流体区域中另一个的第二温度的暴露而纵向扩张，以使与至少 一根金属丝的局部区域相应的材料条也扩张。第一构件可操作地连接至带，并且可移动地 连接至部件。第一构件配置为响应带的局部区域的延伸和收缩中的至少一个而移动。用于车辆的能量收集系统，包括热机和部件。热机包括带，第一构件，和第二构件。带配置为部分位于具有第一温度和第二温度之一的第一流体区域，和具有第一温度和第二 温度中另一个的第二流体区域。带包括材料条和至少一根金属丝。材料条纵向延伸并且具 有第一侧和与第一侧相反的第二侧。至少一根金属丝至少部分嵌入材料条并且纵向延伸。 金属丝包括形状记忆合金材料。至少一根金属丝的局部区域配置为从马氏体到奥氏体改 变结晶相，并且因此响应于与第一流体区域和第二流体区域之一中的第一温度的暴露而纵 向收缩，以使与至少一根金属丝的局部区域相应的材料条也收缩。金属丝的局部区域也配 置为从奥氏体到马氏体改变结晶相，并且因此响应于与第一流体区域和第二流体区域中另 一个的第二温度的暴露而纵向延伸，以使与至少一根金属丝的局部区域相应的材料条也延 伸。第一构件可操作地连接至带。第一构件配置为响应于带的延伸和收缩中的一个而随着 带移动。第二构件可操作地连接至带。第二构件配置为响应于带的延伸和收缩中的另一个 而随着带移动。部件可操作地连接至第一构件以便第一构件的移动驱动部件。根据下面的实现本发明的最佳模式的详细描述，结合相应的附图，本发明的以上 特征和优点以及其它特征和优点将显而易见。本申请也提供了如下方案1. 一种用于热机的带，包括材料条，其纵向延伸并呈现第一侧以及与第一侧相反的第二侧；至少一根金属丝，其至少部分嵌入材料条中并且纵向延伸；其中至少一根金属丝包括形状记忆合金材料；其中至少一根金属丝的局部区域配置为从马氏体到奥氏体改变结晶相，并且因此 响应于在第一温度的暴露而纵向收缩，以使与至少一根金属丝的局部区域相应的材料条也 收缩；和其中金属丝的局部区域也配置为从奥氏体到马氏体改变结晶相，并且因此响应于 在第二温度的暴露而纵向扩张，以使与至少一根金属丝的局部区域相应的材料条也扩张。2.如方案1所述的带，其中材料条由弹性材料形成。3.如方案1所述的带，其中至少一根金属丝是多个金属丝，其至少部分嵌入材料 条中并且纵向延伸。4.如方案1所述的带，其中材料条包括多个填充材料，其配置用于增加材料条的 热传导。5.如方案1所述的带，其中材料条的第一侧限定多个槽，其配置用于提供带和可 移动构件之间的摩擦。6.如方案1所述的带，进一步包括从材料条的第二侧延伸的多个散热片。7.如方案6所述的带，其中多个散热片沿材料条的第二侧以相互间隔且平行的关 系纵向延伸。8.如方案7所述的带，其中至少一根金属丝进一步限定为至少部分嵌入材料条中 并在多个散热片每一个下面纵向延伸的至少一根金属丝。9.如方案7所述的带，其中多个散热片的每一个包括填充材料，其配置用于增加 材料条的热传导。10.如方案1所述的带，其中材料条形成连续环；其中至少部分嵌入材料条中的至少一根金属丝进一步限定为关于材料条的连续环周向延伸；11.如方案10所述的带，其中至少部分嵌入材料条中的至少一根金属丝进一步限 定为关于材料条的连续环进行多次周向延伸以形成线圈。12.如方案1所述的带，其中至少一根金属丝是具有圆形截面的一束纵向金属丝， 具有矩形截面的一束纵向金属丝，和一束纵向盘旋金属丝之13. 一种热机，其配置成可操作地连接至部件，所述热机包括带，其配置为部分置于具有第一温度和第二温度之一的第一流体区域和具有第一 温度和第二温度中另一个的第二流体区域的每个中，所述带包括材料条，其纵向延伸并呈现第一侧以及与第一侧相反的第二侧；至少一根金属丝，其至少部分嵌入材料条中并且纵向延伸；其中金属丝包括形状记忆合金材料；其中至少一根金属丝的局部区域配置为从马氏体到奥氏体改变结晶相，并且因此 响应于在第一流体区域和第二流体区域中之一的第一温度的暴露而纵向收缩，以使与至少 一根金属丝的局部区域相应的材料条也收缩；和其中金属丝的局部区域也配置为从奥氏体到马氏体改变结晶相，并且因此响应于 在第一流体区域和第二流体区域中另一个的第二温度的暴露而纵向扩张，以使与至少一根 金属丝的局部区域相应的材料条也扩张；第一构件可操作地连接至带，并且可移动地连接至部件；其中第一构件配置为响应于带的局部区域的扩张和收缩中的至少一个而移动。14.如方案13所述的热机，进一步包括第二构件，其可操作地连接至带；其中第二构件配置为响应于带的局部区域的扩张和收缩中的至少一个而移动。15.如方案13所述的热机，其中材料条形成连续环；其中至少部分嵌入材料条中的至少一根金属丝进一步限定为关于材料条的连续 环周向延伸；以及其中第一构件为第一轮且第二构件为第二轮以使带关于第一轮和第二轮的每个 成环。16.如方案13所述的热机，进一步包括从材料条的第二侧纵向延伸的多个散热 片；和其中多个散热片每一个包括填充材料，其配置用于增加材料条的热传导。17.如方案16所述的热机，其中至少一根金属丝进一步限定为至少部分嵌入材料 条中并在多个散热片每一个下面纵向延伸的至少一根金属丝。18.如方案13所述的热机，其中至少一根金属丝为下述之一具有圆形截面的一 束纵向金属丝中的至少一根，具有矩形截面的一束纵向金属丝的至少一根，和一束纵向盘 旋金属丝的至少一根。19. 一种用于车辆的能量收集系统，所述系统包括热机，包括带，其配置为部分置于具有第一温度和第二温度之一的第一流体区域和具有第一 温度和第二温度中另一个的第二流体区域的每个中，所述带包括材料条，其纵向延伸并呈现第一侧以及与第一侧相反的第二侧；
至少一根金属丝，其至少部分嵌入材料条中并且纵向延伸；其中金属丝包括形状记忆合金材料；其中至少一根金属丝的局部区域配置为从马氏体到奥氏体改变结晶相，并且因此 响应于在第一流体区域和第二流体区域中之一的第一温度的暴露而纵向收缩，以使与至少 一根金属丝的局部区域相应的材料条也收缩；和其中金属丝的局部区域也配置为从奥氏体到马氏体改变结晶相，并且因此响应于 在第一流体区域和第二流体区域中另一个的第二温度的暴露而纵向扩张，以使与至少一根 金属丝的局部区域相应的材料条也扩张；第一构件可操作地连接至带；其中第一构件配置为响应于带的扩张和收缩中的一个而随着带移动；第二构件可操作地连接至带；其中第二构件配置为响应于带的扩张和收缩中的另一个而随着带移动；和部件，其可操作地连接至第一构件以使第一构件的运动驱动该部件。
图1是具有能量收集系统的车辆的示意图；图2是图1的能量收集系统的一个实施例的示意性透视图，包括热机和部件；图3是图2的热机的带的示意性透视图，具有多个至少部分嵌入其中的金属丝和 多个散热片并且限定多个摩擦槽；图4是图2的热机的带的示意性截面透视图，具有多个散热片和包括形状记忆合 金材料的金属丝并且具有环截面；图5是图2的热机的带的另一实施例的示意性截面透视图，具有包括形状记忆合 金材料的金属丝并且具有矩形截面；图6是图2的热机的带的又一实施例的示意性截面透视图，具有包括形状记忆合 金材料的金属丝并且形成线圈；图7是图3的带的示意性部分片段侧视图，示出了嵌入散热片的元件；以及图8是图1的能量收集系统的另一实施例的平面示意图，包括热机和部件，热机包 括形成为纵向条状的带。
具体实施例方式参考附图，其中相同的参考标记表示相同的构件，在图1中车辆总体上以10示出。 车辆10包括能量收集系统12。能量收集系统12可包括热机14和被驱动部件16。参考附图2，热机14包括具有形状记忆合金材料22并且可操作地位于第一流体区 域18和第二流体区域20中。热机14配置为将热能，例如热量，转化为机械能并且将机械 能转化为电能。更特别地，能量收集装置12利用第一流体区域18和第二流体区域20之间 的温差经由形状记忆合金材料22产生机械能和/或电能，在下面将更加详细说明。再参考附图1，车辆10限定了室对，其可为车辆10容纳动力和驱动源，也就是发 动机和变速器(未示出)，其产生热。室M可以或不可与周围环境封装隔开，且可包括车辆10外部的区域和部件例如排气管，催化转化器，缓冲器，制动器，和任何能量被排放的区域， 例如在乘客车厢，发动机室，或者蓄电池室，也就是在电动车辆中。能量收集系统12至少部分地位于室M内。室M包括第一流体区域18，其具有第 一温度，和第二流体区域20，其具有不同于第一温度的第二温度。第一温度可大于第二温度 或相反。第一流体区域18和第二流体区域20可相互隔开，或由充分热交换栅沈，如热屏， 珀耳帖装置等等隔开。可利用热交换栅26将室M分割为第一流体区域18和第二流体区域 20从而获得期望的第一流体区域18和第二流体区域20之间的温差。在能量收集系统12 的第一流体区域18和第二流体区域20中的流体可以是气体，液体，或其组合。当设置在第 一和第二流体区域18，20之间的热交换栅沈为珀耳帖装置时，热交换栅沈配置为在栅沈 的一侧产生热量且在栅沈的相反一侧冷却。第一和第二流体区域18，20可流动地连接至 一对气缸盖(未示出)，其接收由第一和第二流体区域18，20发出的能量。泵可设置为与第 一和第二流体区域18，20中的一个和气缸盖流体连通，以循环和推动流体。能量收集系统 12可配置为利用车辆10中以下区域的第一和第二流体区域18，20之间的温差，如邻近催化 转化器，车辆蓄电池，制动器，悬挂部件，也就是减震器，和/或热交换器，也就是散热器。此 外，能量收集系统12可配置为利用车辆10中在用于电动车辆的蓄电池室M内或热交换器 内的第一和第二流体区域18，20之间的温差。应当理解的是能量收集系统12可配置为利 用车辆其它区域的温差，如本领域技术人员所知的。本领域的技术人员能确定用于能量收 集系统12的热机14的具有相关温差的区域和合适位置以利用温差的优点。室M可以是发动机室，在那里第一流体区域18和第二流体区域20中的流体是空 气。然而，应当理解的是其它流体，如本领域技术人员所知的，也可被用在室M中。进一步 的，热机14和部件16可由通风壳体28环绕。壳体28可限定腔，电子部件，如金属丝可穿 过该腔(未示出)。参考附图2，形状记忆合金材料22设置为与第一和第二流体区域18，20中的每一 个热接触，或热交换。热机14的形状记忆合金材料22响应于与具有第一和第二温度的第 一和第二流体区域18、20接触而具有在奥氏体和马氏体之间可改变的结晶相。如这里使用 的，术语“形状记忆合金” (SMA)涉及显示形状记忆效果的合金。即，形状记忆合金材料22可 经历固体状态相位经由分子重排以在马氏体相位，也就是“马氏体”，和奥氏体相位，也就是 “奥氏体”，之间转换。换句话说，形状记忆合金材料22可经历移位式同质多象转变而不是 扩散型相变以在马氏体和奥氏体之间转换。移位式同质多象转变是通过原子(或原子团) 相对于其邻近原子的协调运动而发生结构变化。通常，马氏体相位指的是相对低温相位并 且通常比相对高温奥氏体相位更加容易变形。在形状记忆合金材料22开始从奥氏体相位 改变为马氏体相位时的温度被认为是马氏体的起始温度Ms。在形状记忆合金材料22完成 从奥氏体相位马氏体相位的改变时的温度被认为是马氏体的结束温度Mf。相似的，当形状 记忆合金材料22被加热，在形状记忆合金材料22开始从马氏体相位改变为奥氏体相位时 的温度被认为是奥氏体的起始温度，As。在形状记忆合金材料22完成从马氏体相位到奥氏 体相位的改变时的温度被认为是奥氏体的结束温度Af。因此，形状记忆合金材料22的特征在于冷态，也就是，当形状记忆合金材料22的 温度低于形状记忆合金材料22的马氏体完成温度Mf时。同样，形状记忆合金材料22的特征在于热态，也就是，当形状记忆合金材料22的温度高于形状记忆合金材料22的马氏体完 成温度Mf时。工作中，预变形或受拉力的形状记忆合金材料22可基于改变结晶相位而改变尺 寸，从而将热能转化为机械能。即，如果假塑性地预变形，形状记忆合金材料22可改变从马 氏体至奥氏体的结晶相位从而尺寸收缩，使得热能转化为机械能。相反地，如果受到拉力， 形状记忆合金材料22可改变从奥氏体至马氏体的结晶相位从而尺寸延伸，使得热能转化 为机械能。假塑性预变形指的是在马氏体相位延伸形状记忆合金材料22以使通过形状记忆 合金材料22在负载条件下展示的拉力当卸载时未完全恢复，而纯弹性变形将完全恢复。在 形状记忆合金22的例子中，给材料加载以使超过弹性变形限度是可能的，且在材料的马氏 体结晶结构发生变形先于超过材料真正的塑性变形限度。这种变形，在这两个限度之间，是 假塑性变形，这样称呼是因为基于增加负载其出现塑性变形，但当加热至形状记忆合金材 料22转化至它的奥氏体相位的点时，变形可恢复，形状记忆合金材料22返回至在施加任何 负载之前观测的原始长度。形状记忆合金材料22可在安装入热机14之前拉伸，从而形状 记忆合金材料22的正常长度包括可恢复的假塑性变形，其提供用于致动/驱动热机14的 运动。没有对形状记忆合金材料22的预拉伸，在相位转化期间几乎看不见变形。形状记忆合金材料22可具有任意合适的组成。特别地，形状记忆合金材料22可 包括从下述组中选择的元素，所述组包括钴，镍，钛，铟，锰，铁，钯，锌，铜，银，金，镉，锡，硅， 钼，镓，及其组合。例如合适的形状记忆合金22可包括镍-钛基合金，镍-铝基合金，镍-镓 基合金，铟-钛基合金，铟-镉基合金，镍-钴-铝基合金，镍-锰-镓基合金，铜基合金(例 如，铜-锌合金，铜-铝合金，铜-金合金，和铜-锡合金)，金-镉基合金，银-镉基合金，锰 铜基合金，铁-钼基合金，铁-钯基合金，及其组合。形状记忆合金22可以是两部分组成， 三部分组成，或者更多部分组成，只要形状记忆合金22显示形状记忆作用，例如形态定向， 吸震能力等等的改变。本领域技术人员可根据室M(图1)内所需要的工作温度选择形状 记忆合金22，在下面将更加详细地说明。在一个特别的例子中，形状记忆合金22可包括镍 和钛。再次参考附图1和2，能量收集系统12的被驱动部件16配置为通过在热机14中 热能到机械能的转化产生的机械能或动力来驱动。特别地，前述的形状记忆合金材料22的 尺寸收缩和尺寸扩张可驱动部件16。部件16可以是简单的机械装置，如发电机，风扇，离 合器，鼓风机，泵，压缩机以及其组合。应当理解的是部件16不限于这些装置，如本领域的 技术人员所知的任何其它装置也能被应用。部件16可可操作地连接至热机14从而通过热 机14驱动部件16。更加特别地，部件16可以是车辆10中现有系统的一部分，如加热或冷 却系统等等。如上所述，由形状记忆合金合金材料22提供的机械能可驱动部件16或可辅 助车辆10的其它系统以驱动部件16。用由热机14提供的机械能驱动部件16也可使得车 辆10中相关的现有系统的尺寸/容积减小。例如，热机14可配置为辅助驱动用于加热和 /或冷却系统的风扇，使得主加热和冷却系统的容积减小，同时提供了重量和能量节约。此 外，由能量收集系统12提供的机械能可用于直接驱动部件16或储存以供以后使用。因此， 能量收集系统12可配置为提供附加能量以运转车辆10且减少了驱动车辆10的主能量源 的负载。因此，能量收集系统12增加了燃油效率和车辆10的行程。同样，能量收集系统12可配置为独立运行从而不需要来自车辆10的输入。 当部件16是发电机，部件/发电机16可配置为将来自热机14的机械能转化为电 能30，如附图1和2中30所示。部件/发电机16可以是配置用于将机械能转化为电能30 的任何合适的装置。例如，部件/发电机16可以是利用电磁感应将机械能转化为电能30 的发电机。部件16可包括关于定子(未示出)旋转以产生电能30的转子(未示出)。由 部件/发电机16产生的电能30可用于辅助为车辆10中的一个或多个系统提供动力。此外，参考附图1，能量收集系统12可包括电子控制单元32 (E⑶)，其配置用于控 制分别在第一和第二流体区域18，20中的流体的第一和第二温度。E⑶32可可操作地连接 至车辆10。E⑶32可以是与能量收集系统12的一个或多个控制器和/或传感器电气连接 的计算机。例如，ECU32可与第一和/或第二区域18、20中的温度传感器，部件16的速度调 节器，流体流动传感器，和/或配置用于监控部件/发电机16产生的电能30的仪表连接。 此外，ECU32可配置为在车辆10的预定条件下控制能量收集，例如，在车辆10运行了足够 的时间以后以使第一区域18和第二区域20之间的温差是最佳差值。应当理解的是车辆10 的其它预定条件也可使用，如本领域的技术人员所知。ECU32也可配置为提供选择以手动超 控热机14并且允许能量收集系统12关闭。ECU32也可控制离合器(未示出)可选择地将 热机14与部件16分离。同样如图1所示，能量收集系统12也包括传递介质34，其配置用于传递来自能量 收集系统12的电能30。特别地，传递介质34可传递来自于部件16的电能30。传递介质 34可能为，例如，电力线或导电电缆。传递介质34可将来自于部件/发电机16的电能30 传递至存储装置36，例如用于车辆的蓄电池。存储装置36也可接近车辆10但是与车辆10 分离布置。该存储装置36可允许能量收集系统12用于例如停着的车辆10。另一个例子 中，能量收集系统12可配置为利用由相应室M的盖上的主负载产生的温差且将由温差产 生的机械能转化为电能30以储存在存储装置36中。对于任意的上述实例，可以理解的是，车辆10和/或能量收集系统12可包括多个 热机14和/或多个部件16。S卩，车辆10可包括不只一个热机14和/或部件16。例如，一 个热机14可驱动不只一个部件16。同样地，车辆10配置为包括不只一个能量收集系统12， 其中每一个能量收集系统12包括至少一个热机14和至少一个部件20。多个热机14的使 用可利用在遍及车辆10的多个温差区域。进一步地，形状记忆合金材料22可通过改变结晶相位而改变系数和尺寸从而将 热能转化为机械能。更特别地，形状记忆合金材料22如果假塑性预变形可通过改变从马 氏体到奥氏体的结晶相位而尺寸收缩，且如果在拉力下可通过改变从奥氏体到马氏体的结 晶相位而尺寸扩张，从而将热能转化为机械能。因此，当温差存在于第一区域18的第一温 度和第二区域20的第二温度之间，也就是，当第一区域18和第二区域20热量不均衡时，位 于第一和/或第二区域18，20的形状记忆合金材料22的各局部区域66，68可通过改变在 马氏体和奥氏体之间的结晶相位而分别尺寸扩张和收缩。再次参考附图2，形状记忆合金材料22可操作地连接至一对可移动构件38，40。所 得到的形状记忆合金材料22的尺寸变化可引起形状记忆合金材料22引导一个或多个构件 38，40的移动。构件38，40可以是第一轮42和第二轮44。然而，应当理解的是构件38，40 不限于轮42，44，也可以使用如本领域技术人贝所知的配置为移动的任何其他构件。第一轮42经由轴45可操作地连接至部件16。当作为形状记忆合金材料22的尺寸变化的结果，第 一轮42被引导移动或旋转时，第一轮42的旋转经由轴45驱动部件16。第二轮44可同样 经由轴47可操作地连接至另一个部件(未示出)。尽管示出了两个轮42，44，应当理解的 是可使用更多或更少的轮42，44，如本领域技术人员所知。如图3A和;3B (总体上在这里指的是图幻所示，形状记忆合金材料22可至少部分 嵌入或封装于带46中。带46可形成为连续环带48。形状记忆合金材料22可配置为具有 任何合适的截面形状。例如，形状记忆合金材料22可形成为金属丝50的延长线，每个金属 丝50的延长线具有圆形，矩形，八角形，带形，条形，或本领域技术人员所知的其它任何形 状的截面。此外，金属丝50可形成为辫子状，电缆等等。更特别地，参考附图4，金属丝50 纵向延伸并且具有圆形截面52。参考附图5，金属丝50纵向延伸并且具有矩形截面M。应 当理解的是矩形截面M的高度和宽度可配置为任何期望的高宽比。参考附图6，金属丝50 纵向延伸以提供纵向延伸的线圈56。包括嵌入的形状记忆合金材料22的带46，配置为经由任何合适的方法将热能转 化为机械能。带46配置为可操作地连接至一个或多个构件38，40。例如，带46可配置为 致动滑轮(未示出)，致动轮(如附图2的42和44所示)，与杠杆(未示出)啮合，使飞轮 (未示出)旋转，与螺丝钉(未示出)啮合，等等。如附图3A-6中所示，带46包括材料条58，其纵向延伸并且具有第一侧60和与第 一侧60相反的第二侧62。材料条58配置用于为带46提供结构和摩擦，包括在下面的形 状记忆合金材料22。参考附图3A，包括形状记忆合金材料22的金属丝50完全嵌入带46 中。参考附图3B，包括形状记忆合金材料22的金属丝50部分嵌入带46中。更特别地，材 料条58包括多个不连续部分59，其相互隔开地分布。金属丝50通过每个不连续部分59延 伸并且在这些部分之间延伸从而暴露金属丝50，也就是，没有嵌入。材料条58可由弹性材料组成。例如，弹性材料可以是弹性体，聚合物，及其组合等 等。包括形状记忆合金材料22的金属线50的至少一条线纵向嵌入材料条58中。由弹性 材料组成的材料条58允许带扩张和收缩，同时，包括形状记忆合金材料22的相关金属线50 的局部区域66，68也扩张和/或收缩。更特别地，参考附图2，带46的局部区域66可位于 第一流体区域18中，在第一流体区域18的第一温度的作用下，该第一温度引起金属线50 和相关材料条58的相应位置要么纵向扩张要么收缩。同样，带46的另一个局部区域68可 类似地位于第二流体区域20中，作为第二流体区域20的第二温度的影响，该第二温度引起 金属线50和相关材料条58的相应位置要么纵向扩张要么收缩。例如，如果第一流体区域 18的第一温度或第二流体区域20的第二温度在冷状态，包括形状记忆合金材料22的金属 线50的相关局部区域66和材料条58将纵向扩张，其导致形状记忆合金材料22从奥氏体 相位到马氏体相位的相位变化。然而，如果第一流体区域18的第一温度或第二流体区域20 的第二温度在热状态，包括形状记忆合金材料22的金属线50的相关局部区域66和材料条 58将纵向收缩，其导致形状记忆合金材料22从马氏体相位到奥氏体相位的相位变化。再次参考图2和3，能量收集系统12的带46的热机14形成连续环带48以致于带 46使第一构件38，也就是第一轮42，和第二构件40，也就是第二轮44可操作地相互连接。第一轮42可操作地连接至带46。第一轮42配置为可移动地连接至部件16。例 如，第一轮42可经由驱动杆或通过本领域技术人员所知的任何其它相互连接形式可操作地连接至构件16。更加特别地，第一轮42可转动地连接至部件16以使第一轮42的旋转也 运转部件16。第二构件40可可操作地连接至带46。如上所述，金属线50和材料条58配 置为纵向延长以响应与第一流体区域18的第一温度和第二流体区域20的第二温度之一接 触。同样，金属线50和材料条58配置为纵向收缩以响应与第一流体区域18的第一温度和 第二流体区域20的第二温度的另一个接触。带46可以关于每个第一和第二轮42、44环 绕，以使带46的动作引起每个第一轮和第二轮的旋转。金属线50的局部区域66的纵向扩 张和/或收缩和材料条58的相应局部区域66使从带46至第一构件和/或第二构件40的 动作以移动或驱动部件16，在下面更加详细地说明。因此，带46，配置为连续环带48，可配 置为响应于第一和第二温度关于第一轮42和第二轮44连续移动，以使带的多个局部区域 66,68连续地移进和移出第一和第二流动领域18，20。工作中，第一轮42可浸入，或配置为与第一流体区域18热交换，同时第二轮44可 浸入，或配置为与第二流的区域20热交换。可选择地，一个或两个轮42、44没有浸入流体 区域18,20ο特别参考附图2，形状记忆合金材料22嵌入带46，其可操作地连接至第一和第二 轮42、44。作为不具有限定性例子，当在拉力下并且接触第一和第二流体区域18、20中的一 个时，随着形状记忆合金材料22的一个局部区域66纵向扩张，形状记忆合金材料22的另 一个区域，其假塑性预变形地与第一和第二流体区域18、20中的另一个接触，纵向收缩。带 46的形状记忆合金材料22的局部区域66、68交替地纵向收缩和扩张，基于与第一流体区域 18和第二流体区域20之间的温差接触，可引起形状记忆合金材料22将机械势能转化为机 械动能，从而驱动轮42、44并且将热能转化为机械能。如上所讨论的，提供以驱动轮42，44 的机械能可用于驱动部件16。当部件16是发电机时，就产生了电能30。第一温度不同于第二温度。因此，如先前说明的，温差存在于第一和第二流体区域 18、20之一的第一温度和第一和第二流体区域18、20另一个的第二温度之间。温差越大，从 奥氏体相位到马氏体相位的相位变化越快并且反之亦然。更快的相位变化意思是增加了带 46的工作频率，导致能量收集系统12的更多工作输出。由形状记忆合金材料22形成的连 续环带48的旋转设计中，工作频率至少可达到2Hz。带46可配置为重量轻的，还有不仅能 承受由形状记忆合金材料22产生的工作负载，还有严格的温度，震动，和阻塞条件，其可发 生于能量收集系统12和/或车辆10的工作期间。弹性体可凹陷或被元件70填充，元件70例如是小粒，金属线，纤维，及其组合，等 等，以增加带46的热量传导。金属线50可作为单个金属束50的或多个相互纵向隔开的 金属束50沿着材料条58纵向延伸。在一个实施例中，金属束50相互平行的延伸。可选择 地，当带46形成为连续环带48时，单个金属束50可沿材料条58纵向延伸以使单个金属束 50周向地连续多次缠绕环带48。然而，应当理解的是在连续环带48中，几个金属束50可 纵向延伸以单独地周向环绕材料条58。参考附图2-7，多个牵引槽72可限定为在材料条58的第一侧60。槽72可以是本 领域技术人员已知的任何形状以提供牵引力通过带46将负载传递到至少一个构件38，40 上。带46可以是无滑移带，带纹道的齿轮带，或配置用于提供牵引力的任何其它带，如本领 域技术人员所知。更加特别地，槽72可横向延伸，隔开且通常沿材料条58的第一侧60平 行。然而，应当理解的是槽72可在任何期望的方向上延伸从而获得连续环带48和第一构件38之间的牵引力。参考附图3-7所示的实施例，多个散热片74可从材料条58的第二侧62延伸出，反 向于槽72。散热片74可配置为沿材料条58的第二侧62相互隔开且平行地纵向延伸。然 而，应当理解的是散热片74可配置为从材料条58的第二侧62以本领域技术人员所知的任 意方向延伸。作为不具有限定性的例子，散热片74可随后相互间隔且平行地延伸。散热片 74配置为通过提供增加带46的表面区域来消散来自金属束50的热量。金属束50可嵌入 材料条58中并且处于至少一个散热片74之下。应当理解的是散热片74可形成为具有其 它形状和构造，如，多个指形，其他质地等等。为了增加材料条58至金属线50的形状记忆 合金材料22的热量传导，每个散热片74可包括至少一个构件70，构件70可位于一个或多 个散热片74(图7)中并且相应的金属线50可操作地位于散热片74下方以提供高热传导， 从而从金属线50吸出热量至散热片74。可使用金属或碳(浙青)构件70。碳纤维可以是 微米级，纳米级，等等。然而，应当理解的是本领域技术人员所知的其它类型的纤维也可被 应用。此外，除传导之外，材料58可围绕或封装形状记忆合金材料22通过辐射提供热吸收 来提高热吸收。此外，形状记忆合金材料22的封装可减少成本并且提高多个金属线束系统 50的可装配性，如带46，并且也保护形状记忆合金材料22避免磨损或其它损伤。然而，参 考图3A的实施例，金属线50可部分封装从而暴露在材料58的不连续部分59之间延伸的 金属线50段以提高在金属线50的非封装部分的热传导。作为不具有限制性的例子，当材 料58由不利地影响带56中加热和/或冷却率的材料构成时，材料58的不连续部分59仍 然提供结构以阻止带56在构件38，40中滑动，同时允许至/来自金属线50的非封装部分 的热传导。热机14和部件/发电机16可位于车辆10的室M中。然而，应当理解的是热机 14和部件16可位于车辆10中和靠近车辆10的任何位置，只要形状记忆合金材料22设置 为与第一流体区域18和第二流体区域20每一个热接触或热交换。参考附图8，示出了另一个热机118。热机118包括了带146，其配置为在一对端部 178之间延伸的不成环的纵向条176。带146包括至少一个具有形状记忆合金材料22的金 属线150。此实施例中，纵向条176可配置以便纵向条176的每个端部178可操作地连接至 构件138、140，从而纵向条176的扩张和/或收缩作用于一个或两个构件138、140上以驱动 部件16。应当理解的是带146可配置为本领域技术人员所知的任何配置。带146可包括一 个或多个散热片174，其配置用于提供高热传导以从金属线150吸收热量。在详细描述实现本发明的最佳实施例同时，与本发明有关的本领域技术人员将认 识到在附加权利要求的范围中用于实施本发明的各种可选择的设计和实施例。
权利要求
1.一种用于热机的带，包括材料条，其纵向延伸并呈现第一侧以及与第一侧相反的第二侧； 至少一根金属丝，其至少部分嵌入材料条中并且纵向延伸； 其中至少一根金属丝包括形状记忆合金材料；其中至少一根金属丝的局部区域配置为从马氏体到奥氏体改变结晶相，并且因此响 应于在第一温度的暴露而纵向收缩，以使与至少一根金属丝的局部区域相应的材料条也收 缩；以及其中金属丝的局部区域也配置为从奥氏体到马氏体改变结晶相，并且因此响应于在第 二温度的暴露而纵向扩张，以使与至少一根金属丝的局部区域相应的材料条也扩张。
2.如方案1所述的带，其中材料条由弹性材料形成。
3.如方案1所述的带，其中至少一根金属丝是多个金属丝，其至少部分嵌入材料条中 并且纵向延伸。
4.如方案1所述的带，其中材料条包括多个填充材料，其配置用于增加材料条的热传导。
5.如方案1所述的带，其中材料条的第一侧限定多个槽，其配置用于提供带和可移动 构件之间的摩擦。
6.如方案1所述的带，进一步包括从材料条的第二侧延伸的多个散热片。
7.如方案6所述的带，其中多个散热片沿材料条的第二侧以相互间隔且平行的关系纵 向延伸。
8.如方案7所述的带，其中至少一根金属丝进一步限定为至少部分嵌入材料条中并在 多个散热片每一个下面纵向延伸的至少一根金属丝。
9.一种热机，其配置成可操作地连接至部件，所述热机包括带，其配置为部分置于具有第一温度和第二温度之一的第一流体区域和具有第一温度 和第二温度中另一个的第二流体区域的每个中，所述带包括材料条，其纵向延伸并呈现第一侧以及与第一侧相反的第二侧； 至少一根金属丝，其至少部分嵌入材料条中并且纵向延伸； 其中金属丝包括形状记忆合金材料；其中至少一根金属丝的局部区域配置为从马氏体到奥氏体改变结晶相，并且因此响应 于在第一流体区域和第二流体区域中之一的第一温度的暴露而纵向收缩，以使与至少一根 金属丝的局部区域相应的材料条也收缩；和其中金属丝的局部区域也配置为从奥氏体到马氏体改变结晶相，并且因此响应于在第 一流体区域和第二流体区域中另一个的第二温度的暴露而纵向扩张，以使与至少一根金属 丝的局部区域相应的材料条也扩张；第一构件可操作地连接至带，并且可移动地连接至部件； 其中第一构件配置为响应于带的局部区域的扩张和收缩中的至少一个而移动。
10.一种用于车辆的能量收集系统，所述系统包括 热机，包括带，其配置为部分置于具有第一温度和第二温度之一的第一流体区域和具有第一温度 和第二温度中另一个的第二流体区域的每个中，所述带包括材料条，其纵向延伸并呈现第一侧以及与第一侧相反的第二侧； 至少一根金属丝，其至少部分嵌入材料条中并且纵向延伸； 其中金属丝包括形状记忆合金材料；其中至少一根金属丝的局部区域配置为从马氏体到奥氏体改变结晶相，并且因此响应 于在第一流体区域和第二流体区域中之一的第一温度的暴露而纵向收缩，以使与至少一根 金属丝的局部区域相应的材料条也收缩；和其中金属丝的局部区域也配置为从奥氏体到马氏体改变结晶相，并且因此响应于在第 一流体区域和第二流体区域中另一个的第二温度的暴露而纵向扩张，以使与至少一根金属 丝的局部区域相应的材料条也扩张； 第一构件可操作地连接至带；其中第一构件配置为响应于带的扩张和收缩中的一个而随着带移动； 第二构件可操作地连接至带；其中第二构件配置为响应于带的扩张和收缩中的另一个而随着带移动；和 部件，其可操作地连接至第一构件以使第一构件的运动驱动该部件。
全文摘要
一种用于车辆的能量收集系统，具体地，能量收集系统包括热机和部件。热机包括带，第一构件和第二构件。带包括材料条和至少部分纵向嵌入材料条的至少一根金属丝。金属丝包括形状记忆合金材料。至少一根金属丝的局部区域配置为在马氏体和奥氏体之间改变结晶相，并且因此响应于与第一温度或第二温度的暴露而纵向收缩或扩张，以使与至少一根金属丝的局部区域相应的材料条也收缩或扩张。第一构件可操作地连接至带并响应于带的扩张或收缩而随着带移动。部件可操作地连接至第一构件以使第一构件的移动驱动该部件。
文档编号F03G7/06GK102128155SQ20101062378
公开日2011年7月20日 申请日期2010年11月19日 优先权日2009年11月20日
发明者A·C·基夫, A·L·布朗, C·P·亨利, G·P·麦奈特, N·D·曼卡明, N·L·约翰逊, P·B·乌索罗, P·M·萨罗斯, P·W·亚历山大, X·高 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司