專利名稱：具有形狀記憶合金材料連續(xù)環(huán)的車輛能量收集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及一種車輛，并且更特別地，涉及一種用于車輛和車輛附件的能量 源。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上車輛由發(fā)動(dòng)機(jī)和/或蓄電池提供動(dòng)力，所述發(fā)動(dòng)機(jī)和/或蓄電池為車輛提 供動(dòng)力并且為車輛的蓄電池充電提供能量。蓄電池為起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)轉(zhuǎn)各種車輛附件提供 動(dòng)力。在工作中，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了大量余熱，也就是過(guò)剩熱能，其通常被耗散到大氣中且損失 掉。技術(shù)改進(jìn)和對(duì)駕駛員便利的需求引起來(lái)自附件系統(tǒng)的額外動(dòng)力負(fù)載。增加的動(dòng)力負(fù)載 引起對(duì)車輛動(dòng)力源的更大需求。此外，車輛動(dòng)力源的大部分動(dòng)力以熱的形式被浪費(fèi)。然而，由于對(duì)燃料高效車輛的日益增長(zhǎng)的需求，需要能夠延展燃料經(jīng)濟(jì)性的裝置。 因此，需要減小動(dòng)力負(fù)載和/或增加車輛傳統(tǒng)動(dòng)力源如蓄電池和發(fā)動(dòng)機(jī)的效率的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
熱力發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造成操作地地連接至部件。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括第一區(qū)域、第二區(qū)域、導(dǎo) 管、以及至少一個(gè)形狀記憶合金材料件。第一區(qū)域處于第一溫度和第二溫度之一的溫度。第 二區(qū)域與第一區(qū)域隔開(kāi)并且處于第一溫度和第二溫度中另一個(gè)的溫度。導(dǎo)管分布于第一區(qū) 域中并沿中心軸線延伸。至少一個(gè)形狀記憶合金材料件繞中心軸線周向圍繞導(dǎo)管，并且配 置為至少部分地分布于第一區(qū)域和第二區(qū)域之一中。至少一個(gè)形狀記憶合金材料件與第二 軸線徑向隔開(kāi)，所述第二軸線周向圍繞中心軸線。至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一 個(gè)局部區(qū)域配置為響應(yīng)于與第一溫度接觸而選擇性地從馬氏體到奧氏體地改變結(jié)晶相位 從而周向收縮。至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域也配置為響應(yīng)于與第二 溫度接觸而選擇性地從奧氏體到馬氏體地改變結(jié)晶相位從而周向擴(kuò)張。至少一個(gè)形狀記憶 合金材料件配置為響應(yīng)于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò) 張而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，以致于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域移入或移 出第一和第二區(qū)域。 能量收集系統(tǒng)包括熱力發(fā)動(dòng)機(jī)和部件。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括第一區(qū)域、第二區(qū)域、導(dǎo) 管、以及至少一個(gè)形狀記憶合金材料件。第一區(qū)域處于第一溫度和第二溫度之一的溫度。第 二區(qū)域與第一區(qū)域隔開(kāi)并且處于第一溫度和第二溫度中另一個(gè)的溫度。導(dǎo)管分布于第一區(qū) 域中并沿中心軸線延伸。至少一個(gè)形狀記憶合金材料件繞中心軸線周向圍繞導(dǎo)管，并且配 置為至少部分地分布于第一區(qū)域和第二區(qū)域之一中。至少一個(gè)形狀記憶合金材料件與第二 軸線徑向隔開(kāi)，所述第二軸線周向圍繞中心軸線。至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域配置為響應(yīng)于與第一溫度接觸而選擇性地從馬氏體到奧氏體地改變結(jié)晶相位 從而周向收縮。至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域也配置為響應(yīng)于與第二 溫度接觸而選擇性地從奧氏體到馬氏體地改變結(jié)晶相位從而周向擴(kuò)張。至少一個(gè)形狀記憶 合金材料件配置為響應(yīng)于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò) 張而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，以致于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域移入或移 出第一和第二區(qū)域。部件操作地連接至至少一個(gè)形狀記憶合金材料件以致于形狀記憶合金 材料繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該部件。
能量收集系統(tǒng)包括熱力發(fā)動(dòng)機(jī)和部件。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包第一區(qū)域、第二區(qū)域、導(dǎo)管、 以及至少一根金屬線。第一區(qū)域處于第一溫度和第二溫度之一的溫度。第二區(qū)域與第一區(qū) 域隔開(kāi)并且處于第一溫度和第二溫度中另一個(gè)的溫度。導(dǎo)管分布于第一區(qū)域中并沿中心軸 線延伸。至少一根金屬線形成連續(xù)環(huán)并且繞中心軸線周向圍繞導(dǎo)管。金屬線配置為至少部 分地布置于第一區(qū)域和第二區(qū)域之一中。金屬線與第二軸線徑向隔開(kāi)，所述第二軸線周向 圍繞中心軸線。至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域配置為響應(yīng)于與第一溫度接觸而選擇 性地從馬氏體到奧氏體地改變結(jié)晶相位從而周向收縮。至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū) 域也配置為響應(yīng)于與第二溫度接觸而選擇性地從奧氏體到馬氏體地改變結(jié)晶相位從而周 向擴(kuò)張。至少一根金屬線配置為響應(yīng)于至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張 而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，以致于至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域移入或移出第一和第二區(qū) 域。部件操作地連接至至少一根金屬線以致于金屬線繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該部件。根據(jù)下面的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的詳細(xì)描述，結(jié)合相應(yīng)的附圖將容易得到本發(fā) 明的以上特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。本申請(qǐng)也提供了如下方案方案1. 一種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其配置為操作地連接至部件，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括第一區(qū)域，其處于第一溫度和第二溫度之一的溫度；第二區(qū)域，其處于第一溫度和第二溫度中另一個(gè)的溫度；導(dǎo)管，其分布于第一區(qū)域中并沿中心軸線延伸；至少一個(gè)形狀記憶合金材料件，其形成連續(xù)環(huán)并且繞中心軸線周向圍繞導(dǎo)管，并 且配置為至少部分地位于第一區(qū)域和第二區(qū)域之一中；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件與第二軸線徑向隔開(kāi)，所述第二軸線周向圍繞 中心軸線；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域配置為響應(yīng)于與第一溫 度接觸而選擇性地從馬氏體到奧氏體地改變結(jié)晶相從而周向收縮；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域還配置為響應(yīng)于與第二 溫度接觸而選擇性地從奧氏體到馬氏體地改變結(jié)晶相從而周向擴(kuò)張；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件配置為響應(yīng)于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件 的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，以致于至少一個(gè)形狀記憶合金材料 件的至少一個(gè)局部區(qū)域移入和移出第一和第二區(qū)域。方案2.如方案1中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件是圍繞中 心軸線的多個(gè)形狀記憶合金材料件；其中多個(gè)形狀記憶合金材料件相互徑向隔開(kāi)且平行分布以形成圍繞第二軸線的圓環(huán)面； 其中多個(gè)形狀記憶合金材料件配置為響應(yīng)于多個(gè)形狀記憶合金材料件中每一個(gè) 的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)。
方案3.如方案2中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括徑向圍繞第二軸線的外層；其中多個(gè)形狀記憶合金材料件中每一個(gè)都設(shè)置在該外層中，以致于響應(yīng)于多個(gè)形 狀記憶合金材料件中每一個(gè)的相應(yīng)的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張，與所述多個(gè)形狀記 憶合金材料件中每一個(gè)的所述至少一個(gè)局部區(qū)域?qū)?yīng)的外層也收縮和擴(kuò)張。方案4.如方案3中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中外層是有彈性的。方案5.如方案3中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中多個(gè)形狀記憶合金材料件繞第二軸線等 間距地周向隔開(kāi)。方案6.如方案1中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件是繞中心 軸線周向圍繞導(dǎo)管的形狀記憶合金材料連續(xù)環(huán)。方案7.如方案6中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中形狀記憶合金材料連續(xù)環(huán)是繞第二軸線 旋繞的連續(xù)螺旋環(huán)。方案8.如方案1中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件配置為響 應(yīng)于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張而繞中心軸線旋轉(zhuǎn)。方案9.如方案1中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中熱力發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包括限制元件，其配 置用于當(dāng)至少一個(gè)形狀記憶合金材料件響應(yīng)于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè) 局部區(qū)域收縮和擴(kuò)張而關(guān)于第二軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，防止至少一個(gè)形狀記憶合金材料件沿中心軸 線的軸向移動(dòng)。方案10. —種能量收集系統(tǒng)，包括熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括第一區(qū)域，其處于第一溫度和第二溫度之一的溫度；第二區(qū)域，其處于第一溫度和第二溫度中另一個(gè)的溫度；導(dǎo)管，其設(shè)置于第一區(qū)域中并沿中心軸線延伸；至少一個(gè)形狀記憶合金材料件，其繞中心軸線周向圍繞導(dǎo)管并且配置為至少部分 地位于第一區(qū)域和第二區(qū)域之一中；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件與第二軸線徑向隔開(kāi)，所述第二軸線周向圍繞 中心軸線；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域配置為響應(yīng)于與第一溫 度接觸而選擇性地從馬氏體到奧氏體地改變結(jié)晶相從而周向收縮；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域還配置為響應(yīng)于與第二 溫度接觸而選擇性地從奧氏體到馬氏體地改變結(jié)晶相從而周向擴(kuò)張；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件配置為響應(yīng)于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件 的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，以致于至少一個(gè)形狀記憶合金材料 件的至少一個(gè)局部區(qū)域移入和移出第一和第二區(qū)域；和部件，其操作地連接至至少一個(gè)形 狀記憶合金材料件以致于形狀記憶合金材料繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該部件。方案11.如方案10中所述能量收集系統(tǒng)，其中導(dǎo)管處于第一溫度。方案12.如方案10中所述能量收集系統(tǒng)，進(jìn)一步包括配置為繞第三軸線旋轉(zhuǎn)的從動(dòng)元件；其中從動(dòng)元件使形狀記憶合金材料和部件操作地相互連接；和其中從動(dòng)部件可旋轉(zhuǎn)地與至少一個(gè)形狀記憶合金材料件接合以致于形狀記憶合 金材料繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)使從動(dòng)部件繞第三軸線旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)部件。方案13.如方案12中所述能量收集系統(tǒng)，其中從動(dòng)元件是輪，并且第三軸線大致 橫向于第二軸線和中心軸線中每一個(gè)。方案14.如方案13中所述能量收集系統(tǒng)，其中從動(dòng)元件是包括多個(gè)徑向延伸齒的 小齒輪，所述齒配置用于和至少一個(gè)形狀記憶合金材料件接合；和其中第三軸線橫向于第二軸線并且與中心軸線間隔且大致平行地布置。 方案15.如方案10中所述能量收集系統(tǒng)，進(jìn)一步包括配置至少一個(gè)限制特征，其 配置用于當(dāng)至少一個(gè)形狀記憶合金材料件繞第二軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)防止至少一個(gè)形狀記憶合金 材料件沿中心軸線軸向移動(dòng)。方案16.如方案10中所述能量收集系統(tǒng)，其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件配置 為響應(yīng)于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域收縮和擴(kuò)張而繞中心軸線旋轉(zhuǎn)。方案17. —種能量收集系統(tǒng)，包括熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，包括第一區(qū)域，其具有第一溫度和第二溫度之一的溫度；第二區(qū)域，其具有第一溫度和第二溫度中另一個(gè)的溫度；導(dǎo)管，其設(shè)置于第一區(qū)域中并沿中心軸線延伸；至少一根金屬線，其形成連續(xù)環(huán)并且繞中心軸線周向圍繞導(dǎo)管；其中至少一根金屬線配置為至少部分地設(shè)置于第一區(qū)域和第二區(qū)域之一中；其中至少一根金屬線包括形狀記憶合金材料；其中至少一根金屬線與第二軸線徑向隔開(kāi)，所述第二軸線周向圍繞中心軸線；其中至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域配置為響應(yīng)于與第一溫度接觸而選擇 性地從馬氏體到奧氏體地改變結(jié)晶相位從而周向收縮；其中至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域還配置為響應(yīng)于與第二溫度接觸而選 擇性地從奧氏體到馬氏體地改變結(jié)晶相位從而周向擴(kuò)張；其中至少一根金屬線配置為響應(yīng)于至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮 和擴(kuò)張而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，以致于至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域移入和移出第一和 第二區(qū)域；和部件，其操作地連接至至少一根金屬線以致于金屬線繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該部 件。


圖1是具有能量收集系統(tǒng)的車輛的示意圖；圖2是圖1的能量收集系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意立體圖，其具有包括圓環(huán)面的熱 力發(fā)動(dòng)機(jī)；圖3是圖2沿圓環(huán)面的線3-3的橫截面示意圖4是圖1的能量收集系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意立體圖，其具有包括另一個(gè)圓環(huán) 面的另一個(gè)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)；和圖5是圖1的能量收集系統(tǒng)的第三實(shí)施例的示意立體圖，其具有包括連續(xù)環(huán)狀螺 旋彈簧的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中相同的參考標(biāo)記涉及相同的部件，在圖1中車輛總地以10示出。車 輛10包括能量收集系統(tǒng)12。能量收集系統(tǒng)12可包括熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14和從動(dòng)部件16。參考附圖2，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14包括形狀記憶金屬材料22，并且操作地位于第一區(qū)域 18和第二區(qū)域20中。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14配置為將熱能，也就是熱，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并且從機(jī)械能 轉(zhuǎn)化至電能。更具體地，能量收 集裝置12利用第一區(qū)域18和第二區(qū)域20之間的溫差經(jīng)由 形狀記憶合金材料22產(chǎn)生機(jī)械能或電能，在下面將更加詳細(xì)說(shuō)明。再參考附圖1，車輛10限定了艙24，其可容納車輛10的產(chǎn)生熱的動(dòng)力源和傳動(dòng) 源，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器(未示出)。艙24可與周圍環(huán)境封閉隔開(kāi)或不隔開(kāi)，且可包括一 個(gè)或多個(gè)區(qū)域和部件，例如排氣管、催化轉(zhuǎn)化器、減震器、制動(dòng)器，和能量被耗散的任何其它 區(qū)域，例如在客艙或者蓄電池艙中，也就是在電動(dòng)車輛中。能量收集系統(tǒng)12至少部分地位于艙24內(nèi)。艙24包括處于第一溫度的第一流動(dòng) 區(qū)域18和處于第二溫度的第二流動(dòng)區(qū)域20，其中，第二溫度不同于第一溫度。第一溫度可 大于第二溫度。第一流動(dòng)區(qū)域18和第二流動(dòng)區(qū)域20可相互隔開(kāi)，或由足夠的熱交換屏障26，如熱 屏，珀耳帖裝置等隔開(kāi)?？衫脽峤粨Q屏障26將艙24分割為第一流動(dòng)區(qū)域18和第二流動(dòng) 區(qū)域20，從而獲得在第一流動(dòng)區(qū)域18和第二流動(dòng)區(qū)域20之間的期望溫差。在能量收集系 統(tǒng)12的第一流動(dòng)區(qū)域18和第二流動(dòng)區(qū)域20中的流體可以是氣體、液體、或其組合。應(yīng)當(dāng)理 解的是區(qū)域18、20不限于使用流體來(lái)促進(jìn)區(qū)域18、20和形狀記憶合金材料22之間的熱傳 遞?？商娲?，區(qū)域18、20也可配置為一個(gè)或多個(gè)物體，也就是，表面等等，其促進(jìn)具有不同 流體區(qū)域18、20的一個(gè)或多個(gè)物體和形狀記憶合金材料22之間的熱傳遞。當(dāng)設(shè)置在第一 和第二流動(dòng)區(qū)域18、20之間的熱交換屏障26為珀耳帖裝置時(shí)，熱交換屏障26配置為在屏 障26的一側(cè)產(chǎn)生熱量且在屏障26的相反一側(cè)進(jìn)行冷卻。第一和第二流動(dòng)區(qū)域18、20可流 動(dòng)地連接至一對(duì)氣缸蓋(未示出)，該氣缸蓋接收由相應(yīng)的第一和第二流動(dòng)區(qū)域18、20發(fā)出 的能量。泵可設(shè)置為與第一和第二流動(dòng)區(qū)域18、20和/或氣缸蓋流體連通以循環(huán)和使流體 移動(dòng)。能量收集系統(tǒng)12可配置為利用以下區(qū)域中的車輛10內(nèi)第一和第二流動(dòng)區(qū)域18，20 之間的溫差，如鄰近催化轉(zhuǎn)化器、車輛蓄電池、變速器、制動(dòng)器、懸掛部件(也就是減震器)、 和/或熱交換器(也就是散熱器)。此外，能量收集系統(tǒng)12可配置為利用在電動(dòng)車輛的蓄 電池艙24內(nèi)或熱交換器內(nèi)的車輛10中第一和第二流動(dòng)區(qū)域18、20之間的溫差。應(yīng)當(dāng)理解 的是能量收集系統(tǒng)12可配置為利用車輛其它區(qū)域的溫差，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的。本領(lǐng) 域的技術(shù)人員能確定具有相關(guān)溫差的區(qū)域以及能量收集系統(tǒng)12的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14的合適位 置以利用該溫差。艙24可以是發(fā)動(dòng)機(jī)艙，在那里第一流動(dòng)區(qū)域18和第二流動(dòng)區(qū)域20中的流體是空 氣。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是其它流體，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，也可被用在艙24中。進(jìn)一步地，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14和部件16可由開(kāi)有通風(fēng)孔的罩28包圍。罩28可限定電子部件，如金屬絲可穿過(guò)的孔(未示出)。參考附圖2，形狀記憶合金材料22設(shè)置為與第一和第二流動(dòng)區(qū)域18、20每一個(gè)都 成熱接觸或熱交換關(guān)系。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14的形狀記憶合金材料22具有響應(yīng)于與第一和第二 流動(dòng)區(qū)域18、20的第一和第二溫度接觸而可在奧氏體和馬氏體之間改變的結(jié)晶相。如這里 使用的，術(shù)語(yǔ)“形狀記憶合金”(SMA)指的是顯示形狀記憶效果的合金。即，形狀記憶合金材 料22可經(jīng)由分子重排而經(jīng)歷固態(tài)相變以在馬氏體相(也就是“馬氏體”)和奧氏體相(也 就是“奧氏體”)之間轉(zhuǎn)換。換句話說(shuō)，形狀記憶合金材料22可經(jīng)歷位移式轉(zhuǎn)變而不是擴(kuò) 散型轉(zhuǎn)變以在馬氏體和奧氏體之間轉(zhuǎn)換。位移式轉(zhuǎn)變是通過(guò)多個(gè)原子(或多個(gè)原子團(tuán))相 對(duì)于其鄰近的原子或原子團(tuán)的防調(diào)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。通常，馬氏體相指的是相對(duì)低溫 相并且通常比相對(duì)高溫奧氏體相更加容易應(yīng)變。在形狀記憶合金材料22開(kāi)始從奧氏體相 向馬氏體相改變時(shí)的溫度被稱為馬氏體起始溫度Ms。在形狀記憶合金材料22完成從奧氏 體相到馬氏體相的改變時(shí)的溫度被稱為馬氏體結(jié)束溫度Mf。相似的，當(dāng)形狀記憶合金材料 22被加熱，在形狀記憶合金材料22開(kāi)始從馬氏體相向奧氏體相改變時(shí)的溫度被稱為奧氏 體起始溫度As。在形狀記憶合金材料22完成從馬氏體相到奧氏體相的改變時(shí)的溫度被稱 為奧氏體結(jié)束溫度Af。因此，形狀記憶合金材料22可用冷態(tài)表征，也就是，當(dāng)形狀記憶合金材料22的溫 度低于形狀記憶合金材料22的馬氏體結(jié)束溫度Mf時(shí)。同樣，形狀記憶合金材料22可用熱 態(tài)表征，也就是，當(dāng)形狀記憶合金材料22的溫度高于形狀記憶合金材料22的奧氏體結(jié)束溫 度八￡時(shí)。工作中，預(yù)應(yīng)變或受張應(yīng)力的形狀記憶合金材料22可造改變結(jié)晶相時(shí)改變尺寸， 從而將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。即，如果進(jìn)行了擬塑性預(yù)應(yīng)變，形狀記憶合金材料22可使結(jié)晶 相從馬氏體改變至奧氏體從而尺寸收縮，使得熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。相反地，如果受到應(yīng)力， 形狀記憶合金材料22可使結(jié)晶相從奧氏體改變至馬氏體從而尺寸擴(kuò)張，使得熱能轉(zhuǎn)化為 機(jī)械能。擬塑性預(yù)應(yīng)變指的是在馬氏體相時(shí)拉伸形狀記憶合金材料22，以致于形狀記憶合 金材料22在負(fù)載條件下展示的應(yīng)變?cè)谛遁d時(shí)未完全恢復(fù)，而純彈性應(yīng)變將完全恢復(fù)。在形 狀記憶合金22的例子中，可以給材料加載以致于超過(guò)彈性應(yīng)變限度且在材料的馬氏體結(jié) 晶結(jié)構(gòu)中發(fā)生的應(yīng)變不超過(guò)材料真正的塑性應(yīng)變限度。在這兩個(gè)限度之間的這種應(yīng)變是擬 塑性應(yīng)變，這樣叫是因?yàn)樵谛遁d時(shí)看起來(lái)已經(jīng)塑性應(yīng)變，但當(dāng)加熱至形狀記憶合金材料22 轉(zhuǎn)變至它的奧氏體相的溫度時(shí)，應(yīng)變可恢復(fù)，形狀記憶合金材料22返回至在施加任何負(fù)載 之前觀測(cè)的原始長(zhǎng)度。形狀記憶合金材料22可在安裝入熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14之前拉伸，從而形 狀記憶合金材料22的名義長(zhǎng)度包括可恢復(fù)的擬塑性應(yīng)變，其提供用于致動(dòng)/驅(qū)動(dòng)熱力發(fā)動(dòng) 機(jī)14的運(yùn)動(dòng)。沒(méi)有對(duì)形狀記憶合金材料22進(jìn)行預(yù)拉伸，在相位轉(zhuǎn)變期間幾乎看不見(jiàn)應(yīng)變。形狀記憶合金材料22可具有任意合適的成分。特別地，形狀記憶合金材料22可 包括從下述組中選擇的元素，所述組包括鈷、鎳、鈦、銦、錳、鐵、鈀、鋅、銅、銀、金、鎘、錫、硅、 鉬、鎵、及上述各項(xiàng)的組合。例如合適的形狀記憶合金22可包括鎳-鈦基合金、鎳_鋁基合 金、鎳_鎵基合金、銦_鈦基合金、銦_鎘基合金、鎳-鈷-鋁基合金、鎳-錳-鎵基合金、銅 基合金(例如，銅-鋅合金、銅-鋁合金、銅-金合金、和銅_錫合金)、金-鎘基合金、銀-鎘基合金、錳-銅基合金、鐵-鉬基合金、鐵-鈀基合金、及上述各項(xiàng)的組合。形狀記憶合金22 可以是二元的、三元的、或者任意更高元的，只要形狀記憶合金材料22顯示形狀記憶效應(yīng)， 例如形態(tài)方向、阻尼能力等等的改變。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)艙24(圖1)內(nèi)所需要的工作 溫度選擇形狀記憶合金材料22，在下面將更加詳細(xì)地說(shuō)明。在一個(gè)特別的例子中，形狀記憶 合金22可包括鎳和鈦。再次參考附圖1和2，能量收集系統(tǒng)12的從動(dòng)部件16配置為通過(guò)由在熱力發(fā)動(dòng)機(jī) 14中熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的機(jī)械能或電能來(lái)驅(qū)動(dòng)。特別地，形狀記憶合金材料22的 前述尺寸收縮和尺寸擴(kuò)張可驅(qū)動(dòng)部件16。部件16可以是簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置，如發(fā)電機(jī)、風(fēng)扇、 離合器、鼓風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)以及上述各項(xiàng)的組合。應(yīng)當(dāng)理解的是部件16不限于這些裝置， 如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的任何其它裝置也能被應(yīng)用。部件16操作地連接至熱力發(fā)動(dòng)機(jī) 14從而通過(guò)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14驅(qū)動(dòng)部件16。更具體地，部件16可以是車輛10中現(xiàn)有系統(tǒng)的 一部分，如加熱或冷卻系統(tǒng)等等。作為另一選擇，可配置熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14使得部件16至少部 分包含于其中。更具體地，可配置熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14使部件16不是完全獨(dú)立的裝置。如上所 述，由形狀記憶合金合金材料22提供的機(jī)械能可驅(qū)動(dòng)部件16或可輔助車輛10的其它系統(tǒng) 以驅(qū)動(dòng)部件16。用由熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14提供的機(jī)械能驅(qū)動(dòng) 部件16也可使得車輛10中相關(guān)的 現(xiàn)有系統(tǒng)的尺寸/容量減小或完全省略。例如，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14可配置為輔助驅(qū)動(dòng)用于加熱 和/或冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇，使得主加熱和冷卻系統(tǒng)的容量減小，同時(shí)提供了重量和能量節(jié)約。 此外，由能量收集系統(tǒng)12提供的機(jī)械能可用于直接驅(qū)動(dòng)部件16或儲(chǔ)存以供以后使用。因 此，能量收集系統(tǒng)12可配置為提供附加能量以運(yùn)轉(zhuǎn)車輛10且減少了驅(qū)動(dòng)車輛10的主能量 源的負(fù)載。因此，能量收集系統(tǒng)12提高了燃油效率和車輛10的行程。同樣，能量收集系統(tǒng) 12可配置為自主的運(yùn)行而不需要來(lái)自車輛10的輸入。當(dāng)部件16是發(fā)電機(jī)時(shí)，部件/發(fā)電機(jī)16可配置為將來(lái)自熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14的機(jī)械能 轉(zhuǎn)化為電能30，如附圖1和2中30所示。部件/發(fā)電機(jī)16可以是配置成用于將機(jī)械能轉(zhuǎn) 化為電能30的任何合適的裝置。例如，部件/發(fā)電機(jī)16可以是利用電磁感應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn) 化為電能30的發(fā)電機(jī)。部件/發(fā)電機(jī)16可包括繞定子(未示出)旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生電能30的 轉(zhuǎn)子(未示出)。由部件/發(fā)電機(jī)16產(chǎn)生的電能30可用于輔助為車輛10中的一個(gè)或多個(gè) 系統(tǒng)提供動(dòng)力。此外，參考附圖1，能量收集系統(tǒng)12可包括電控制單元32 (E⑶)，其配置成用于控 制分別在第一和第二區(qū)域18、20中的流體的第一和第二溫度。E⑶32操作地連接至車輛10。 ECU 32可以是與能量收集系統(tǒng)12的一個(gè)或多個(gè)控制器和/或傳感器電子通信的計(jì)算機(jī)。 例如，E⑶32可與第一和/或第二區(qū)域18、20中的溫度傳感器，部件16的速度調(diào)節(jié)器、流 體流動(dòng)傳感器、和/或配置為用于監(jiān)控部件/發(fā)電機(jī)16的電能30產(chǎn)生的儀表通信。此外， ECU 32可配置為在車輛10的預(yù)定條件下控制能量收集，例如，在車輛10運(yùn)行了足夠的時(shí)間 以后，使得第一區(qū)域18和第二區(qū)域20之間的溫差是最佳差值。應(yīng)當(dāng)理解的是，也可使用車 輛10的其它預(yù)定條件，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的。ECU 32也可配置為提供手動(dòng)超馳熱 力發(fā)動(dòng)機(jī)14的選擇，并且允許能量收集系統(tǒng)12被關(guān)閉。ECU32也可控制離合器(未示出) 以選擇性地將熱力發(fā)動(dòng)機(jī)與部件16分離。同樣如圖1所示，能量收集系統(tǒng)12還包括傳遞介質(zhì)34，其配置用于傳送來(lái)自能量 收集系統(tǒng)12的電能30。特別地，傳遞介質(zhì)34可傳送來(lái)自于部件16的電能30。傳遞介質(zhì)34可以為例如電 線或?qū)щ婋娎|。傳遞介質(zhì)34可將來(lái)自于發(fā)電機(jī)16的電能30傳送至存儲(chǔ) 裝置36，例如用于車輛的蓄電池。存儲(chǔ)裝置36可定位成接近車輛10但是與車輛10分離。 該存儲(chǔ)裝置36可允許能量收集系統(tǒng)12用于如停著的車輛10。在另一個(gè)例子中，能量收集 系統(tǒng)12可配置為利用由相應(yīng)艙24的篷上的太陽(yáng)載荷產(chǎn)生的溫差，且將由溫差產(chǎn)生的機(jī)械 能轉(zhuǎn)化為電能30以儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置36中。對(duì)于上述任意實(shí)例，可以理解的是，車輛10和/或能量收集系統(tǒng)12可包括多個(gè)熱 力發(fā)動(dòng)機(jī)14和/或多個(gè)部件16。即，車輛10可包括多于一個(gè)的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14和/或部件 16。例如，一個(gè)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14可驅(qū)動(dòng)多于一個(gè)的部件16。同樣地，車輛10配置為包括多于 一個(gè)的能量收集系統(tǒng)12，其中每一個(gè)能量收集系統(tǒng)12都包括至少一個(gè)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14和至 少一個(gè)部件16。多個(gè)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14的使用可利用遍及車輛10的多個(gè)溫差區(qū)域。無(wú)論來(lái)自 能量收集系統(tǒng)12的能量用于直接驅(qū)動(dòng)部件16還是儲(chǔ)存以供以后使用，能量收集系統(tǒng)12都 為車輛10提供了附加能量，并且減少了用于驅(qū)動(dòng)車輛10的主能量源上的負(fù)載。因此，能量 收集系統(tǒng)12提高了燃油效率和車輛10的行程。如上所述，能量收集系統(tǒng)12可自主地運(yùn)行 而不需要來(lái)自車輛10的輸入。進(jìn)一步地，形狀記憶合金材料22可在改變結(jié)晶相時(shí)改變模量和尺寸，從而將熱能 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。更具體地，如果形狀記憶合金材料22進(jìn)行了擬塑性預(yù)應(yīng)變，則可在從馬氏 體到奧氏體地改變結(jié)晶相時(shí)尺寸收縮，如果在張應(yīng)力下，則可在從奧氏體到馬氏體地改變 結(jié)晶相時(shí)尺寸擴(kuò)張，從而將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。因此，當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域18的第一溫度和第二區(qū) 域20的第二溫度之間存在溫差，也就是，當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域18和第二區(qū)域20熱量不均衡時(shí)，位于 第一和/或第二區(qū)域18、20的形狀記憶合金材料22的相應(yīng)局部區(qū)域66、68可當(dāng)在馬氏體 和奧氏體之間改變結(jié)晶相時(shí)分別尺寸擴(kuò)張和收縮。參考附圖1的能量收集系統(tǒng)12，部件16由熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14驅(qū)動(dòng)。即，由形狀記憶合 金材料22將熱能轉(zhuǎn)化而來(lái)的機(jī)械能可驅(qū)動(dòng)部件16。特別地，形狀記憶合金材料22的上述 尺寸收縮和尺寸擴(kuò)張，加上模量變化可驅(qū)動(dòng)部件16。在一個(gè)變型中，如附圖2和3所示，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14可包括導(dǎo)管38和至少一根金屬 線40。導(dǎo)管38位于第一區(qū)域18中并沿中心軸線42延伸。導(dǎo)管38可以是排氣管，或任何 其它管道、通道等等，其配置為以第一溫度輻射熱量。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14可繞導(dǎo)管38設(shè)置以利 用從導(dǎo)管38(也就是第一區(qū)域18)徑向發(fā)出的熱量和與導(dǎo)管38徑向隔開(kāi)的外部區(qū)域44(也 就是第二區(qū)域20)之間的溫度差。如箭頭39所示，流體可流過(guò)導(dǎo)管以提供熱源。多個(gè)金屬線40每一個(gè)形成連續(xù)環(huán)并周向地繞中心軸線42圍繞導(dǎo)管38并且每一 個(gè)都配置為至少部分位于第一和第二區(qū)域18、20之一中。金屬線40可配置為具有任何橫 截面形狀。例如，各金屬線40可形成為至少一個(gè)縷細(xì)長(zhǎng)的金屬線40，各細(xì)長(zhǎng)的金屬線50具 有的橫截面可以是圓形、矩形、八角形、帶形、條形、螺旋線圈、或本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的其 它任何形狀。金屬線40可形成為穗帶、電纜等等。多個(gè)金屬線40以連續(xù)環(huán)周向環(huán)繞導(dǎo)管38以形成圓環(huán)面46。圓環(huán)面46通常是甜 甜圈狀并且具有旋轉(zhuǎn)表面48，該表面48通過(guò)使圓繞中心軸線42旋轉(zhuǎn)一周而產(chǎn)生。附圖3 示出了附圖2沿著線3-3的圓環(huán)面46的截面圖。在附圖2和3中示出了全部五根金屬線 40。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的更多或更少的金屬線也可被使用。參考附圖3，金屬線40布置于圓環(huán)面46的表面48上或與其鄰近布置并且周向環(huán)繞第二軸線50。更具體地，圓環(huán)面46配置為提供一種結(jié)構(gòu)，其響應(yīng)于初始力的應(yīng)用而允許 外表48在第一軸向52上繞第二軸線50相對(duì)于導(dǎo)管38連續(xù)旋轉(zhuǎn)，如附圖2和3中箭頭所 示。更具體地，圓環(huán)面包含徑向環(huán)繞第二軸線50的材料56或外層。每個(gè)金屬線40都布置 在材料56中。因此，材料56的各部分隨著金屬線40的相應(yīng)局部區(qū)域66、68的收縮和擴(kuò)張 而收縮和擴(kuò)張。第二軸線50可延伸為大致橫向于中心軸線42且圍繞中心軸線42。金屬 線40可嵌入柔性、彈性材料56，和/或連接至允許表面48旋轉(zhuǎn)的另一個(gè)結(jié)構(gòu)，如環(huán)形彈簧、 柔性電纜外殼等等。金屬線40可相互周向間隔以圍繞第二軸線50。應(yīng)當(dāng)理解的是如本領(lǐng) 域技術(shù)人員所知，金屬線40鄰接表面48的位置和/或金屬線40的相互間隔可與示出的不 同。金屬線40由形狀記憶合金材料22性成。距中心軸線42最近的金屬線40具有縮 短的長(zhǎng)度以提供比距中心軸線42最遠(yuǎn)的金屬線40更小的直徑。這是因?yàn)榫嘀行妮S線42最 近的金屬線40收縮，那些漸漸遠(yuǎn)離的金屬絲則被拉伸或擴(kuò)張。當(dāng)圍繞導(dǎo)管38放置時(shí)，距中 心軸線42最近并且位于第一區(qū)域18中的金屬線40被加熱至第一溫度從而收縮。相反地， 徑向遠(yuǎn)離中心軸線42并且位于第二區(qū)域20的金屬線40在低于第一溫度的第二溫度，以致 于金屬線40可受環(huán)境影響而冷卻從而擴(kuò)張。這些金屬線40配置為在第一軸向52上沿著 圓環(huán)面46的表面48繞第二軸線50旋轉(zhuǎn)，以致于金屬線40作為加熱(收縮)和冷卻(擴(kuò) 張)的結(jié)果而連續(xù)地移入和移出第一和第二區(qū)域18，20。更具體地，在旋轉(zhuǎn)期間，距中心軸 線42最近的金屬線40繞第二軸線50連續(xù)旋轉(zhuǎn)以進(jìn)一步遠(yuǎn)離中心軸線42地移動(dòng)，同時(shí)距 中心軸線42最遠(yuǎn)的金屬線40在第一軸向52上連續(xù)旋轉(zhuǎn)以更接近中心軸線42地移動(dòng)。如 本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，連續(xù)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)能可由圓環(huán)面46的表面48收集。在繞第二軸線50連續(xù)旋轉(zhuǎn)期間，圓環(huán)面46可沿導(dǎo)管38，也就是沿中心軸線42，軸 向地移動(dòng)或滾動(dòng)。作為另一選擇，參考圖2，至少一個(gè)限制元件58可配置為防止圓環(huán)面46 沿導(dǎo)管38在中心軸線42的方向上移動(dòng)。作為非限定例子，突起60可形成在導(dǎo)管38的外 部并且圓環(huán)面46可至少部分地保持在凸起60之間。作為另一個(gè)非限定例子，導(dǎo)管38可限 定槽或通道(未示出)，其圍繞中心軸線42并且圓環(huán)面46可至少部分地布置和保持于槽 中。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，限制元件58可以是配置用于限制圓環(huán)面46以防止軸向移動(dòng) 的任何類型的元件。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，作為另一選擇，圓環(huán)面46可由形狀記憶合金材料22的連 續(xù)薄膜(未示出)形成。形狀記憶合金材料22的連續(xù)薄膜可以是彈性的并且配置為響應(yīng) 于形狀記憶合金材料22的局部區(qū)域66、68的擴(kuò)張和收縮而繞第二軸線50旋轉(zhuǎn)。當(dāng)形狀記憶合金材料22在與第一區(qū)域18和第二區(qū)域20的熱接觸或熱交換關(guān)系 之間移動(dòng)時(shí)，形狀記憶合金材料22在尺寸上擴(kuò)張和收縮。此外，形狀記憶合金材料22的模 量隨形狀 記憶合金材料22在與第一區(qū)域18和第二區(qū)域20的熱接觸或熱交換關(guān)系之間的 移動(dòng)而改變。如上所述，響應(yīng)于形狀記憶合金材料22尺寸上的擴(kuò)張和收縮和伴隨的模量變 化，圓環(huán)面46的表面48在第一軸向52上被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。應(yīng)當(dāng)理解的是所指示的第一軸向52 的方向可與圖2和3指示的相反。在工作中，參考附圖1的能量收集系統(tǒng)12，以及參照附圖2和3中所示的形狀記憶 合金材料22的示例配置所描述的，包含形狀記憶合金材料22的至少一根金屬線40可浸入 于第一區(qū)域18，或與第一區(qū)域18成熱交換關(guān)系，同時(shí)至少一根金屬線40可浸入于第二區(qū)域20，或與第二區(qū)域20成熱交換關(guān)系。當(dāng)包括形狀記憶合金材料22的一根金屬線40在承受應(yīng)力并且與第二區(qū)域20接觸時(shí)而在尺寸上擴(kuò)張時(shí)，包括擬塑性應(yīng)變的并與第一區(qū)域18接 觸的形狀記憶合金材料22的另一根金屬線40在尺寸上收縮。在與第一區(qū)域18和第二區(qū) 域20之間的溫差接觸時(shí)，由形狀記憶合金材料22形成的圓環(huán)面46在尺寸上的交替收縮和 擴(kuò)張可使得形狀記憶合金材料22將機(jī)械勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能，從而使圓環(huán)面46的表面48 旋轉(zhuǎn)并且將熱能轉(zhuǎn)化至機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)部件16。再參考附圖2，圓環(huán)面46可連接至部件16以致于圓環(huán)面46繞第二軸線50的旋轉(zhuǎn) 可驅(qū)動(dòng)部件16。圓環(huán)面46關(guān)于第二軸線50相對(duì)部件16的轉(zhuǎn)速，可由一個(gè)或多個(gè)齒輪組任 選地改變。作為非限定例子，從動(dòng)構(gòu)件62可配置為繞第三軸線64旋轉(zhuǎn)。從動(dòng)構(gòu)件62使形 狀記憶合金材料22和部件16操作地相互連接。從動(dòng)部件16可旋轉(zhuǎn)地與圓環(huán)面46接合以 致于形狀記憶合金材料22繞第二軸線50的旋轉(zhuǎn)使從動(dòng)部件關(guān)于第三軸線64旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng) 該部件。第三軸線64可延伸成大致橫向于第二軸線50和中心軸線42。從動(dòng)構(gòu)件62可以 是輪、齒輪組、或配置用于將來(lái)自圓環(huán)面46的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成用于驅(qū)動(dòng)部件16的任何其它從動(dòng) 構(gòu)件62，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。附圖4說(shuō)明了與用于與車輛10(附圖1所示)的能量收集系統(tǒng)12—起使用的熱 力發(fā)動(dòng)機(jī)114的第二實(shí)施例。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)114具有與上述附圖2和3中的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)14 相似地布置。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)114可包括圓環(huán)面146，其中各多個(gè)金屬線140可作為繞第二軸線 50的連續(xù)環(huán)而延伸。圓環(huán)面146具有旋轉(zhuǎn)表面148，其通過(guò)繞中心軸線42將圓旋轉(zhuǎn)一周而 產(chǎn)生。更具體地，各金屬線140形成圓環(huán)。圓環(huán)在周向上相互間隔布置以繞中心軸線42圍 繞導(dǎo)管38，從而形成圓環(huán)面146。金屬線140由形狀記憶合金材料22形成。更具體地，圓 環(huán)面包括徑向圍繞第二軸線50的材料56。各金屬線40布置于該外層材料中。因此，隨著 金屬線40的相應(yīng)局部區(qū)域66、68的收縮和擴(kuò)張，材料56的部分收縮和擴(kuò)張。導(dǎo)管38位于 處在第一溫度的第一區(qū)域18。配置金屬線140使得各金屬線140的局部區(qū)域66、68操作地 布置于第一和第二區(qū)域18、20的每一個(gè)中。在本實(shí)施例中，當(dāng)圓環(huán)面146圍繞導(dǎo)管38時(shí)， 金屬線140距中心軸線42最近的部分被加熱(收縮)并且金屬線140遠(yuǎn)離中心軸線42的 部分被冷卻(擴(kuò)張)。當(dāng)初始力54施加至圓環(huán)面146時(shí)，圓環(huán)面146開(kāi)始在第一軸向52上 連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。由此連續(xù)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)能可由圓環(huán)面146的表面148收集，如本領(lǐng)域技術(shù)人 員所知。流體可流過(guò)導(dǎo)管38，如箭頭39所示。在繞第二軸線50連續(xù)旋轉(zhuǎn)期間，圓環(huán)面146可沿導(dǎo)管38，也就是沿中心軸線42， 軸向地移動(dòng)或滾動(dòng)?？蛇x擇地，參考圖4，至少一個(gè)限制元件158可配置成用于防止圓環(huán)面 146沿導(dǎo)管38在中心軸線42的方向上移動(dòng)。作為非限定例子，突起160可形成在導(dǎo)管38 的外部并且圓環(huán)面146至少部分地保持在突起160之間。作為另一個(gè)非限定例子，導(dǎo)管38 可限定槽或通道(未示出)，其圍繞中心軸線42并且圓環(huán)面146至少部分地布置和保持于 槽中。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，限制元件158可以是配置用于限制圓環(huán)面46以防止軸向移 動(dòng)的任何類型的元件。當(dāng)形狀記憶合金材料22在與第一區(qū)域18和第二區(qū)域20的熱接觸或熱交換關(guān)系 之間移動(dòng)時(shí)，形狀記憶合金材料22在尺寸上擴(kuò)張和收縮。此外，隨形狀記憶合金材料22的 局部區(qū)域66，68在與第一區(qū)域18和第二區(qū)域20的熱接觸或熱交換關(guān)系之間移動(dòng)，形狀記 憶合金材料22的模量改變。響應(yīng)于形狀記憶合金材料22的局部區(qū)域66、68尺寸上的擴(kuò)張和收縮及伴隨的模量變化，圓環(huán)面146的表面148相對(duì)于導(dǎo)管38和中心軸線42繞第二軸 線50旋轉(zhuǎn)。圓環(huán)面146可操作地連接至部件16使得圓環(huán)面146的表面148繞第二軸線50的 旋轉(zhuǎn)可驅(qū)動(dòng)部件16，也就是，經(jīng)由從動(dòng)元件162等等。圓環(huán)面146的表面148相對(duì)于部件 16的轉(zhuǎn)速可由一個(gè)或多個(gè)齒輪組任選地改變。
再參考附圖4，圓環(huán)面146可連接至部件16使得圓環(huán)面146繞第二軸線50的旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動(dòng)部件16。圓環(huán)面146相對(duì)于部件16繞第二軸線50的轉(zhuǎn)速可任選地由一個(gè)或多個(gè)齒輪 組改變。作為非限定例子，從動(dòng)元件162可配置為繞第三軸線164旋轉(zhuǎn)。從動(dòng)元件162使 形狀記憶合金材料22和部件16操作地相互連接。從動(dòng)部件可旋轉(zhuǎn)地與圓環(huán)面146接合以 致于形狀記憶合金材料22繞第二軸線50的旋轉(zhuǎn)使從動(dòng)元件繞第三軸線164旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)該 部件。第三軸線164延伸成大致橫向于第二軸線50和中心軸線42。從動(dòng)元件162可以是 輪、齒輪組、或配置用于轉(zhuǎn)變圓環(huán)面146的旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)部件16的任何其它從動(dòng)元件162，如 本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。附圖5說(shuō)明了附圖1所示與車輛10的能量收集系統(tǒng)一起使用的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)214的 第三實(shí)施例。在本實(shí)施例中，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)214包括連續(xù)環(huán)狀螺旋彈簧70，其包括多個(gè)沿第二 軸線50延伸的線圈72。連續(xù)環(huán)狀螺旋彈簧70繞導(dǎo)管38周向延伸并且圍繞中心軸線42。 因此，線圈72通常以彼此周向上間隔開(kāi)的關(guān)系圍繞中心軸線42。連續(xù)環(huán)狀螺旋彈簧70由 金屬線240形成。金屬線240由形狀記憶合金材料22形成。連續(xù)環(huán)狀螺旋彈簧70距中心 軸線42最近的內(nèi)部74，也就是局部區(qū)域66，比距中心軸線42最遠(yuǎn)的連續(xù)環(huán)狀螺旋彈簧70 的外部76，也就是另一個(gè)局部區(qū)域68，受到更少的應(yīng)變，以提供所需應(yīng)變梯度。結(jié)果，當(dāng)連 續(xù)環(huán)狀螺旋彈簧70圍繞導(dǎo)管38時(shí)，由于對(duì)內(nèi)部74的加熱，因此內(nèi)部74試圖收縮。當(dāng)初始 力54施加在連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧70上，連續(xù)環(huán)狀螺旋彈簧70的線圈72開(kāi)始繞第二軸線 50在第一軸向52上相對(duì)于中心軸線42旋轉(zhuǎn)，以致于內(nèi)部74的局部區(qū)域66被加熱并且朝 中心軸線42收縮，同時(shí)外部76的局部區(qū)域68被冷卻并且被遠(yuǎn)離中心軸線42地拉伸。當(dāng) 局部區(qū)域66的收縮時(shí)，擴(kuò)張的線圈72的其它局部區(qū)域68被拉向中心軸線42，同時(shí)線圈72 的局部區(qū)域66被推離中心軸線42。為避免熱力發(fā)動(dòng)機(jī)214沿導(dǎo)管38軸向地移動(dòng)或滾動(dòng)，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)214可包括限制 元件258，其配置為軸向限制連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧70，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。如果連續(xù)環(huán) 狀的螺旋彈簧70相對(duì)于中心軸線42軸向固定，線圈72可曲折移動(dòng)或以其它方式在第二軸 向53上繞中心軸線42旋轉(zhuǎn)，所述第二軸向橫向于第一軸向52的旋轉(zhuǎn)方向，同時(shí)提供另一 種可被收集的動(dòng)能形式。作為非限定例子，突起260可形成于導(dǎo)管38的外部并且連續(xù)環(huán)狀 的螺旋彈簧70至少部分地保持在突起260之間。作為另一個(gè)非限定例子，導(dǎo)管38可限定 槽或通道(未示出)，其圍繞中心軸線42并且連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧70至少部分地布置和保 持于槽中。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，限制元件258可以是配置用于限制連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈 簧70以防止軸向移動(dòng)的任何類型的元件。當(dāng)形狀記憶合金材料22在與第一區(qū)域18和第二區(qū)域20的熱接觸或熱交換關(guān)系 之間移動(dòng)時(shí)，形狀記憶合金材料22在尺寸上擴(kuò)張和收縮。此外，隨著形狀記憶合金材料22 在與第一區(qū)域18和第二區(qū)域20的熱接觸或熱交換關(guān)系之間移動(dòng)，形狀記憶合金材料22的 模量改變。響應(yīng)于形狀記憶合金材料22尺寸上的擴(kuò)張和收縮和伴隨的模量變化，連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧的線圈72相對(duì)于中心軸線42軸向旋轉(zhuǎn)。第一區(qū)域18和第二區(qū)域20之間的溫度差使得形狀記憶合金在尺寸上充分地收縮 或擴(kuò)張，從而在將初始力施加至連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧的線圈72之后，使連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈 簧的線圈7 2旋轉(zhuǎn)。連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧可操作地連接至部件16以致于連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧的線圈 72的旋轉(zhuǎn)可驅(qū)動(dòng)元件16。連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧70的線圈72的相對(duì)于部件16轉(zhuǎn)速可任選 地由一個(gè)或多個(gè)齒輪組(未示出)改變。再參考附圖5，連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧70可操作地連接至部件16以致于連續(xù)環(huán)狀的 螺旋彈簧70繞第二軸線50的旋轉(zhuǎn)可驅(qū)動(dòng)部件16。相對(duì)于部件16，連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧70 在第一軸向52上繞第二軸線50和在第二軸向53上繞中心軸線42的轉(zhuǎn)速可任選地由一個(gè) 或多個(gè)齒輪組改變。作為非限定例子，從動(dòng)構(gòu)件262可配置為繞第三軸線264旋轉(zhuǎn)。從動(dòng) 構(gòu)件262使形狀記憶合金材料22和部件16可操作地相互連接。從動(dòng)部件16可旋轉(zhuǎn)地與 連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧70接合以致于形狀記憶合金材料22繞第二軸線50的旋轉(zhuǎn)使從動(dòng)部 件繞第三軸線264旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)部件。第三軸線264大致平行中心軸線42地延伸。從動(dòng)構(gòu) 件262可以是具有多個(gè)徑向延伸的齒80的小齒輪78，齒80周向圍繞第三軸線264。當(dāng)連 續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧70在第一軸向52上繞第二軸線50和在第二軸向53繞中心軸線42旋 轉(zhuǎn)時(shí)，齒80配置為與連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈簧70的相應(yīng)線圈72嚙合以帶動(dòng)小齒輪78繞第三 軸線264旋轉(zhuǎn)。小齒輪78操作地連接至部件16以致于小齒輪78繞第三軸線264的旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動(dòng)部件16。應(yīng)當(dāng)理解的是，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，配置用于改變來(lái)自連續(xù)環(huán)狀的螺旋彈 簧70的旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)部件16的任何其它從動(dòng)構(gòu)件262也可被使用。在詳細(xì)描述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施例同時(shí)，與本發(fā)明有關(guān)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn) 識(shí)到在附加權(quán)利要求的范圍中用于實(shí)施本發(fā)明的各種可選擇的設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其配置為操作地連接至部件，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括 第一區(qū)域，其處于第一溫度和第二溫度之一的溫度；第二區(qū)域，其處于第一溫度和第二溫度中另一個(gè)的溫度； 導(dǎo)管，其分布于第一區(qū)域中并沿中心軸線延伸；至少一個(gè)形狀記憶合金材料件，其形成連續(xù)環(huán)并且繞中心軸線周向圍繞導(dǎo)管，并且配 置為至少部分地位于第一區(qū)域和第二區(qū)域之一中；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件與第二軸線徑向隔開(kāi)，所述第二軸線周向圍繞中心 軸線；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域配置為響應(yīng)于與第一溫度接 觸而選擇性地從馬氏體到奧氏體地改變結(jié)晶相從而周向收縮；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域還配置為響應(yīng)于與第二溫度 接觸而選擇性地從奧氏體到馬氏體地改變結(jié)晶相從而周向擴(kuò)張；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件配置為響應(yīng)于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至 少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，以致于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的 至少一個(gè)局部區(qū)域移入和移出第一和第二區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件是圍繞中心軸 線的多個(gè)形狀記憶合金材料件；其中多個(gè)形狀記憶合金材料件相互徑向隔開(kāi)且平行分布以形成圍繞第二軸線的圓環(huán)其中多個(gè)形狀記憶合金材料件配置為響應(yīng)于多個(gè)形狀記憶合金材料件中每一個(gè)的至 少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括徑向圍繞第二軸線的外層；其中多個(gè)形狀記憶合金材料件中每一個(gè)都設(shè)置在該外層中，以致于響應(yīng)于多個(gè)形狀記 憶合金材料件中每一個(gè)的相應(yīng)的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張，與所述多個(gè)形狀記憶合 金材料件中每一個(gè)的所述至少一個(gè)局部區(qū)域?qū)?yīng)的外層也收縮和擴(kuò)張。
4.如權(quán)利要求3所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中外層是有彈性的。
5.如權(quán)利要求3所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中多個(gè)形狀記憶合金材料件繞第二軸線等間距 地周向隔開(kāi)。
6.如權(quán)利要求1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件是繞中心軸線 周向圍繞導(dǎo)管的形狀記憶合金材料連續(xù)環(huán)。
7.如權(quán)利要求6所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中形狀記憶合金材料連續(xù)環(huán)是繞第二軸線旋繞 的連續(xù)螺旋環(huán)。
8.如權(quán)利要求1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件配置為響應(yīng)于 至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張而繞中心軸線旋轉(zhuǎn)。
9.一種能量收集系統(tǒng)，包括熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括第一區(qū)域，其處于第一溫度和第二溫度之一的溫度；第二區(qū)域，其處于第一溫度和第二溫度中另一個(gè)的溫度；導(dǎo)管，其設(shè)置于第一區(qū)域中并沿中心軸線延伸；至少一個(gè)形狀記憶合金材料件，其繞中心軸線周向圍繞導(dǎo)管并且配置為至少部分地位 于第一區(qū)域和第二區(qū)域之一中；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件與第二軸線徑向隔開(kāi)，所述第二軸線周向圍繞中心 軸線；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域配置為響應(yīng)于與第一溫度接 觸而選擇性地從馬氏體到奧氏體地改變結(jié)晶相從而周向收縮；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至少一個(gè)局部區(qū)域還配置為響應(yīng)于與第二溫度 接觸而選擇性地從奧氏體到馬氏體地改變結(jié)晶相從而周向擴(kuò)張；其中至少一個(gè)形狀記憶合金材料件配置為響應(yīng)于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的至 少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，以致于至少一個(gè)形狀記憶合金材料件的 至少一個(gè)局部區(qū)域移入和移出第一和第二區(qū)域；和部件，其操作地連接至至少一個(gè)形狀記 憶合金材料件以致于形狀記憶合金材料繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該部件。
10. 一種能量收集系統(tǒng)，包括 熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，包括第一區(qū)域，其具有第一溫度和第二溫度之一的溫度；第二區(qū)域，其具有第一溫度和第二溫度中另一個(gè)的溫度；導(dǎo)管，其設(shè)置于第一區(qū)域中并沿中心軸線延伸；至少一根金屬線，其形成連續(xù)環(huán)并且繞中心軸線周向圍繞導(dǎo)管；其中至少一根金屬線配置為至少部分地設(shè)置于第一區(qū)域和第二區(qū)域之一中；其中至少一根金屬線包括形狀記憶合金材料；其中至少一根金屬線與第二軸線徑向隔開(kāi)，所述第二軸線周向圍繞中心軸線； 其中至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域配置為響應(yīng)于與第一溫度接觸而選擇性地 從馬氏體到奧氏體地改變結(jié)晶相位從而周向收縮；其中至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域還配置為響應(yīng)于與第二溫度接觸而選擇性 地從奧氏體到馬氏體地改變結(jié)晶相位從而周向擴(kuò)張；其中至少一根金屬線配置為響應(yīng)于至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域的收縮和擴(kuò) 張而繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，以致于至少一根金屬線的至少一個(gè)局部區(qū)域移入和移出第一和第二 區(qū)域；和部件，其操作地連接至至少一根金屬線以致于金屬線繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有連續(xù)環(huán)狀形狀記憶合金材料連續(xù)環(huán)的車輛能量收集裝置。能量收集系統(tǒng)包括熱力發(fā)動(dòng)機(jī)和部件。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括第一和第二區(qū)域、導(dǎo)管、和形狀記憶合金(SMA)材料。導(dǎo)管沿中心軸線延伸。SMA材料圍繞導(dǎo)管并布置于其中一個(gè)區(qū)域中。SMA材料與圍繞中心軸線的第二軸線徑向隔開(kāi)。響應(yīng)于與第一溫度接觸，SMA材料的局部區(qū)域從馬氏體至奧氏體改變結(jié)晶相位并且收縮。響應(yīng)于與第二溫度接觸，SMA材料的局部區(qū)域從奧氏體至馬氏體改變結(jié)晶相位并且擴(kuò)張。響應(yīng)于SMA材料的局部區(qū)域的收縮和擴(kuò)張，SMA材料繞第二軸線旋轉(zhuǎn)。SMA材料繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部件。
文檔編號(hào)F02G5/00GK102072124SQ20101062427
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者A·L·布朗, G·P·麥奈特, P·W·亞歷山大 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司