用于從片材的表面清除降水的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種用于從片材的表面清除降水的設(shè)備，所述設(shè)備包括被配置為通過超聲使所述降水汽化的裝置。根據(jù)本實用新型的一個實施例，通過同時減小擋風(fēng)屏障和水滴之間的表面張力并且通過一個我們稱之為冷蒸汽的過程在雨滴撞擊擋風(fēng)屏障的瞬時將雨滴汽化而從擋風(fēng)屏障清除降水。
【專利說明】用于從片材的表面清除降水的設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的交叉引證
[0002]本申請根據(jù)35U.S.C.§ 119(a)和37CFR1.55的規(guī)定，要求于2011年I月10日提交的英國專利申請n0.1100290.4和2011年10月25日提交的英國專利申請n0.1118369.6的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引證的方式結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本實用新型涉及用于從窗口清除降水的方法及設(shè)備。本實用新型的實施例涉及從車輛的擋風(fēng)屏障(windscreen,風(fēng)擋,擋風(fēng)玻璃)清除降水。
【背景技術(shù)】
[0004]由瑪麗安德森在1903年發(fā)明的當前的擋風(fēng)屏障刮水器，已經(jīng)為司機服務(wù)了將近一個世紀，然而，盡管這些年有許多改進，但是它還具有局限性，比如對駕駛員和乘客來說狹窄的視野、涂污、振動、速度提升、損傷擋風(fēng)屏障表面以及對更新刮水器片的迫切需要。當晚上在大雨中以高速行駛時，尤其是相對于迎面而來的車輛前燈，駕駛員的視覺甚至被進一步削弱。
[0005]當下雨時，雨滴(其通常導(dǎo)致光透過擋風(fēng)屏障的透射被扭曲)使得實際上不可能清晰地看到道路。傳統(tǒng)的擋風(fēng) 屏障刮水器在受控速度下間歇地清除在駕駛員和乘客正前方的區(qū)域；然而在大雨中，隨著刮水器在擋風(fēng)屏障上移動，駕駛員僅在短時間內(nèi)具有清晰的視野。這導(dǎo)致駕駛員部分盲目地有效駕駛，并且可能錯過看到行人和騎車人或其他車輛，尤其是在晚上。
[0006]在其他的方案中，GB2387107和US4768256中披露了利用超聲清除降水的各種現(xiàn)有的方案。從DE202004019608U1可知，在擋風(fēng)屏障上移動的擋風(fēng)屏障刮水器上設(shè)置超聲換能器。從GB1037787可知,超聲從擋風(fēng)屏障的角或邊緣聲穿透(insonify),在這里換能器未被結(jié)合到擋風(fēng)屏障或與擋風(fēng)屏障物理接觸，這導(dǎo)致大量的能量損失。據(jù)本 申請人:所知，使用超聲的任何現(xiàn)有方案均沒有付諸實施。
實用新型內(nèi)容
[0007]根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種從窗口的表面清除降水的方法，該方法包括通過超聲(ultrasonically,超聲地)使降水汽化。
[0008]根據(jù)另一個方面，提供了一種用于從片材的表面清除降水的設(shè)備，該設(shè)備包括用于通過超聲使降水汽化的裝置。
[0009]優(yōu)選地，設(shè)備包括被配置為通過超聲使降水汽化的裝置。
[0010]優(yōu)選地，片材為車輛的擋風(fēng)屏障或其他窗口。
[0011]優(yōu)選地，片材為遮陽板。
[0012]優(yōu)選地，片材為用于建筑物的窗口或者為建筑物的窗口。
[0013]優(yōu)選地，設(shè)備包括結(jié)合到片材的一個或多個壓電換能器。[0014]優(yōu)選地，換能器或每個換能器為鋯鈦酸鉛換能器。
[0015]優(yōu)選地，換能器或每個換能器被布置以產(chǎn)生具有處于0.5到5MHz范圍內(nèi)的頻率的
超聲波。
[0016]優(yōu)選地，超聲波具有處于2MHz加或減IMHz范圍內(nèi)的頻率。
[0017]優(yōu)選地，設(shè)備進一步包括超聲信號發(fā)生器，超聲信號發(fā)生器耦合到換能器或每個換能器，以刺激換能器發(fā)出超聲波。
[0018]優(yōu)選地，片材由表面波、瑞利波和/或蘭姆波而聲穿透。根據(jù)本實用新型的進一步方面，提供了一種從窗口的表面清除降水的方法，該方法包括通過超聲減小表面與降水之間的表面張力并且使降水從表面彈出。
[0019]根據(jù)又一個方面，提供了一種從窗口的表面清除降水的設(shè)備，該設(shè)備包括用于通過超聲減小表面與降水之間的表面張力并且使降水從表面彈出的裝置。
[0020]在本實用新型的一個實施例中，該窗口為車輛的擋風(fēng)屏障或其他窗口。
[0021]在本實用新型的一個實施例中，該窗口是例如摩托車駕駛員使用的遮陽板。
[0022]在本實用新型的一個實施例中，該窗口為用于建筑物的窗口或者為建筑物的窗□。
[0023]該設(shè)備不同于車輛的傳統(tǒng)擋風(fēng)屏障刮水器，其不具有活動部件。它也不具有像遭受磨損并需要定期更換的刮水片的部件。
[0024]在本實用新型的一個實施例中，通過同時減小擋風(fēng)屏障和水滴之間的表面張力并且通過一個我們稱之為冷蒸汽的過程在雨滴撞擊擋風(fēng)屏障的瞬時將雨滴汽化，而從擋風(fēng)屏障清除降水，例如雨水。
[0025]從僅通過實施例的方式，參照附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例的以下描述中，本實用新型的進一步特征和優(yōu)點將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為車輛的示意圖，該車輛的擋風(fēng)屏障包括本實用新型的一個實施例；
[0027]圖2為包括本實用新型的實施例的擋風(fēng)屏障的示意框圖；以及
[0028]圖3為包括本實用新型的實施例的遮陽板的示意框圖。
【具體實施方式】
[0029]概述
[0030]根據(jù)本實用新型的實施例的“超聲擋風(fēng)屏障系統(tǒng)”(UWS)的一個說明性實例的目的是從窗口去除降水，例如車輛的擋風(fēng)屏障和/或車輛的側(cè)窗口和/或后窗口。該系統(tǒng)的一個實施例沒有活動部件，確保良好的可靠性和長壽命。它可能是使用固態(tài)技術(shù)進行數(shù)字控制的，并提供虛擬無縫控制變量。當被應(yīng)用到車輛時，它可以與標準的車輛擋風(fēng)屏障一起使用。
[0031]另一個實施例也能夠除霜、除霧和/或清洗擋風(fēng)屏障。
[0032]對于汽車、公共汽車、卡車、火車、飛機、應(yīng)急車輛、防暴車輛，或摩托車駕駛員所使用的遮陽板來說，可能使用具有一些修改的超聲擋風(fēng)屏障系統(tǒng)(UWS)。
[0033]超聲擋風(fēng)屏障系統(tǒng)(UWS)可用來代替擋風(fēng)屏障刮水器系統(tǒng)。然而，除了傳統(tǒng)刮水器系統(tǒng)之外，如果需要的話，它也可被使用。
[0034]在本實用新型的一個實施例中，通過同時減小擋風(fēng)屏障和水滴之間的表面張力并且在雨滴撞擊擋風(fēng)屏障的瞬時將雨滴汽化，而從擋風(fēng)屏障上清除雨水。該過程不應(yīng)與氣穴現(xiàn)象(cavitation)相混淆，氣穴現(xiàn)象為不同的現(xiàn)象并且可能損害擋風(fēng)屏障。通過即使在非常低的速度下的車輛上方的氣流，生成的水蒸氣將會從擋風(fēng)屏障消散。
[0035]實施例
[0036]參見圖1,車輛9具有擋風(fēng)屏障10,壓電換能器(piezoelectric transducer,壓電傳感器)1-8被結(jié)合(bonded,粘合)到其上。例如,這些換能器為錯鈦酸鉛(Lead ZirconateTitanate，PZT)換能器。該實施例的換能器被特別設(shè)計為具有用于最大頻率和功率效率的內(nèi)容和尺寸。
[0037]該系統(tǒng)具有一個或兩個用于控制超聲振動的功率和強度的自動數(shù)字且手動的控制器。波的功率和強度可根據(jù)降水的強度被控制。
[0038]該裝置也可能具有使用超聲能量加熱擋風(fēng)屏障的表面的效果，以允許除霧和除冰。
[0039]該系統(tǒng)可與常規(guī)的擋風(fēng)屏障清洗機一起使用來清洗擋風(fēng)屏障。然而，這應(yīng)該比傳統(tǒng)的系統(tǒng)更有效，因為它可以利用超聲清洗技術(shù)的有效性。
[0040]本實用新型的一個實施例提供了縱向或剪切超聲波作為主波模式。也可以存在其他的聲波模式，如在擋風(fēng)屏障的厚度內(nèi)被引導(dǎo)的超聲表面(瑞利(Rayleigh))波和/或蘭姆波(Lamb waves)。
[0041]參照圖2，擋風(fēng)屏障10具有分布在擋風(fēng)屏障的邊緣周圍的換能器I到8。該實施例的換能器通過環(huán)氧樹脂或其他合適的結(jié)合劑被直接地結(jié)合到擋風(fēng)屏障10。在該實施例中，換能器被結(jié)合到擋風(fēng)屏障的頂部和底部。盡管未示出，但是換能器可被結(jié)合到擋風(fēng)屏障的側(cè)部。換能器可被均勻地分布在擋風(fēng)屏障邊緣的周圍或不均勻地分布。例如，更多的換能器可靠近駕駛員的位置被放置，而不是靠近乘客的位置。
[0042]換能器1-8經(jīng)由可包括接線器(wiring loom)的布線123連接到驅(qū)動系統(tǒng)11_14，其包括電源11、控制單元12、頻率發(fā)生器13、以及功率放大器14。電源可包括正常12伏特或24伏特的車輛電池。該系統(tǒng)可通過標準雨水傳感器122和/或手動控制器121被控制。PZT換能器和布線可被不透明屏蔽物從視野中所屏蔽，例如黑色乙烯基塑料膜。
[0043]相對的換能器，如換能器1-8的頂部和底部，可被同相或異相地獨立地驅(qū)動。所有的換能器可優(yōu)選地在相同的頻率下操作。
[0044]超聲具有遠高于車輛使用者(包括人類和其他哺乳動物，如犬)的聽力閾值的頻率。本實用新型的實施例在0.5到5MHz的范圍內(nèi)操作，例如I到3MHz。超聲的頻率被選擇以優(yōu)化振動的振幅。超聲波的振幅被選擇以汽化降水。
[0045]可能存在許多不同的波模式；最重要的波模式將是縱向波。波模式包括但不限于橫向波(剪切波)、蘭姆波和瑞利波。
[0046]特定擋風(fēng)屏障的頻率和振幅可通過實驗和/或通過使用有限元分析進行選擇。同樣PZT換能器的尺寸可使用有限元分析進行選擇。有限元分析需要考慮:層壓屏障的每個組分層和將換能器結(jié)合到屏障上的環(huán)氧樹脂的a)楊氏模量；b)密度；c)角正切(Tandelta);d)泊松比。屏障的厚度也考慮進去。不同材料和厚度的屏障可能需要不同的聲透射(insonification)頻率。
[0047]傳統(tǒng)的層壓擋風(fēng)屏障的總厚度約為6.4毫米。用于聲穿透它的主超聲波可具有處于2MHz加或減I MHz范圍內(nèi)的頻率。超聲波可具有處于2MHz加或減0.5MHz范圍內(nèi)的頻率。
[0048]變型
[0049]該系統(tǒng)可用在例如摩托車手使用的遮陽板30上。如圖3所示，遮陽板30具有固定到其上的換能器31-33。這些換能器為參照圖2描述的壓電換能器。這些換能器可由參照圖2所描述的驅(qū)動系統(tǒng)11至14驅(qū)動。圖3的換能器通過插頭和插座36連接到驅(qū)動系統(tǒng)。這些換能器可直接地結(jié)合到遮陽板上，或如圖所示被結(jié)合在夾具34上，該夾具夾到遮陽板的頂部邊緣。
[0050]該系統(tǒng)可用于從建筑物的窗口清除降水和/或用于自動清洗建筑物的窗口，例如大型多層建筑。
[0051]雖然圖3示出了三個換能器，圖2示出了 8個換能器，但是可使用任何合適數(shù)量的換能器。
[0052]優(yōu)點
[0053]該系統(tǒng)沒有可見的或活動部件，并使用高于人類或動物聽覺水平的頻率。因此這有效地完全無聲。
[0054]據(jù)估計，在批量生產(chǎn)中，該系統(tǒng)的成本潛在地比車輛的傳統(tǒng)刮水器系統(tǒng)便宜。
[0055]僅在美國每年就有I億個刮水片被替換，導(dǎo)致美國每年浪費3138767磅的橡膠葉片。在2009年，世界車輛年銷售額為44686149，與此相對，美國的銷售額為5440429。因此，可以假定，對于汽車和輕型商用車輛(不包括卡車和中型商用車)，每年不可回收的刮水器橡膠的量可高達1150935噸的廢橡膠。
[0056]該系統(tǒng)旨在為駕駛員和乘客提供清晰的視野，例如當駕駛通過大雨時。
[0057]上述實施例可被理解為本實用新型的說明性實施例?？稍O(shè)想本實用新型的進一步實施例。可以理解的是，所描述的與任一實施例相關(guān)的任何特征可被單獨使用，或與所描述的其他特征相結(jié)合，并且也可與任何其他實施例的一個或多個特征結(jié)合使用，或任何其他實施例的任意組合。此外，在沒有偏離所附權(quán)利要求限定的本實用新型范圍的情況下，也可采用以上未描述的等價物和修改。
【權(quán)利要求】
1.用于從窗口的表面清除雨水或細雨的設(shè)備，所述設(shè)備包括所述窗口和結(jié)合到所述窗口的一個或多個壓電換能器，以利用分布在所述窗口的邊緣周圍的所述一個或多個壓電換能器所產(chǎn)生的超聲波通過超聲使所述雨水或細雨汽化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述窗口為車輛的擋風(fēng)屏障或其他窗口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述窗口為遮陽板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述窗口為用于建筑物的窗口或者為建筑物的窗P。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述換能器或每個換能器為鋯鈦酸鉛換能器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述換能器或每個換能器被布置以產(chǎn)生具有處于0.5到5MHz范圍內(nèi)的頻率的超聲波。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述超聲波具有處于2MHz加或減IMHz范圍內(nèi)的頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，進一步包括超聲信號發(fā)生器，所述超聲信號發(fā)生器耦合到所述換能器或每個換能器，以刺激所述換能器發(fā)出超聲波。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述窗口由表面波、瑞利波和/或蘭姆波而聲穿透。
【文檔編號】A47L1/02GK203698218SQ201290000229
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月10日
【發(fā)明者】戴維·羅伯特·默里·特雷韋特, 帕特里克·納文·特雷韋特 申請人:艾克維塔斯系統(tǒng)有限公司