CN100466317C - 响应于电气激活移动具有一对相对表面的向后折叠臂的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于开动工业控制阀门或夹具的压电调节器组件提供紧凑的调节器，它包括具有集成的铰链、机械杆和一定形状的弹簧的单件主结构，从而响应于电气激活，该压电装置将机械能从预定轴线传递入力传递部件，该力传递部件被设置成用于在旋转移动中驱动至少一个可绕枢轴转动的臂部分。

Description

响应于电气激活移动具有一对相对表面的向后折叠臂的装置

发明领域

本发明一般涉及调节器组件，尤其涉及响应于电气激活移动具有一对相对表面的向后折叠臂。

发明背景

各种现代应用中都需要调节器。例如，阀门和中继器的使用遍及工业、运输、建筑等。目前，电磁螺线管用于各种夹具和阀门应用中。但是，电磁螺线管具有许多缺点。通常，螺线管相对较大、较重。螺线管消耗相对较多的功率以保持通电。在仅被提供较少量的功率时，螺线管不可预知地工作。很难将螺线管保持在部分打开或者部分关闭的状态。螺线管具有相对较短的循环时间，提供较弱的打开和关闭力，并产生EMF(电动势)。需要差压来操作多数的螺线管。在被设计为阀门时，多数螺线管对重力敏感并包括固定的入口阀门口和固定的出口阀门口，它们需要预定的安装定向。近来，压电的双压电晶片已用于某些阀门应用中。压电的双压电晶片阀门具有各种优点，包括低功率消耗、小尺寸、重量轻和快速的循环时间。压电双压电晶片阀门可用在部分打开或部分关闭的阀门状态中工作。但是，这种阀门产生相对较弱的阀门密封力，这导致流体泄漏的真实可能性。

各种类型的压电装置是本技术领域内的熟练技术人员已知的。许多这些装置包括复杂的配置且制造费用很高。其它装置包括更简单的配置，但力的相应最大施加或移动的相应最大范围极度有限。

在这种已知的装置中，在电气激活压电调节器时，装置的矩形棱柱几何形状主要地沿预定轴线延伸。当压电装置被去活时，装置的几何形状主要沿预定轴线收缩。压电装置的延伸和收缩可用于操作一装置，例如打开和关闭一夹具或阀门。用于夹持或阀动的装置通常包括一支架，它具有相互隔开的两个部件。压电装置横向地置于这两个隔开的部件之间。当压电装置在直线方向上延伸时，部件被驱动或沿曲线轨迹在枢轴上转动。沿曲线轨迹的部件转动导致力从压电装置到支架的效率较低的传递。多数已知配置中的压电调节器被置于与所需运动平行，提供较小的机会来选择不同铰链轴位置和/或结构配置来优化性能。

发明内容

本发明通过提供对结构配置的附加选择以及以前不可能的性能优化改进了现有技术。本发明提供一种用于响应于电气激活移动具有表面的至少一个向后折叠臂的装置。较佳地，具有一对相对表面的一对向后折叠臂响应于电气激活而相对于彼此移动。该装置包括支架，它具有刚性的不可弯曲部分；从该刚性部分向后延伸的第一和第二臂部分；一对相对表面，其中每个可绕枢轴转动的臂部分上的一个相对表面用于相对于彼此移动；以及可操作地设置于第一和第二可绕枢轴转动臂部分之间的力传递部件。调节器可操作地啮合于刚性的不可弯曲部分和力传递部件之间，以便响应于调节器的电气激活驱动力传递部件沿固定轨迹移动，使得第一和第二可绕枢轴转动的臂部分中的至少一个绕枢轴转动。结构的支架、可绕枢轴转动臂以及力传递被设计成是整体结构的刚性的不可弯曲部分，它们通过可弯曲的铰链部分相互连接，允许刚性部分相对于彼此移动。任何计划外的挠曲都会降低机械的有效寿命，并降低传递通过铰链轴到枢轴臂的力的量。力的降低限制了位移和绕枢轴转动臂的力。铰链轴位置和相应的结构配置的选择允许实质的能力来优化用于特殊应用的装置的性能和尺寸。

在安装于支持元件中时，可以用力预加载压电调节器。例如，可以用可调节的螺丝将压电调节器夹持于支持结构内，该可调节螺丝支持一端，允许最佳的力预加载。可调节螺丝的配置便于使用并允许较大程度的调节。以任何合适的方式预加载压电调节器有助于开动期间力传递的最大效率，并允许在压电元件的开动之前装置初始位置的精细调节。预加载还可以确保在延伸和收缩的范围内压电调节器保持与相对端处的装置接触。使用用于预加载的带螺纹调节螺丝允许装配而无需粘合剂或安全地将相对端处的压电调节器连接到该装置的其它装置，并避免了压电调节器上破坏张力或扭矩的可能性。该带螺纹的调节螺丝允许在装配到支架期间简单地补偿压电调节器中的空间变化。

在结合附图阅读用于实施本发明的最佳方式的描述时，对于本技术领域内的熟练技术人员，本发明的其它应用将变得显而易见。

附图概述

这里的描述参考附图，在几个图示中相同的标号表示相同的元件，其中：

图1是根据本发明的用于移动至少一个向后折叠臂的装置的一个实施例的透视图，该向后折叠臂具有响应于电气激活可移动的一对相对表面中的至少一个表面，且该装置具有支架和调节器；

图2是调节器被去活的图1装置的侧视图；

图3是调节器被完全激活的图1装置的放大侧视图；以及

图4是装置的侧视图，示出从活动铰链的位置在外面将可绕枢轴转动的臂部分机械固定到支架的刚性部分上。

具体实施方式

图1是根据本发明的具有支架12和调节器(actuator)14的装置10的一个实施例的透视图。支架12包括刚性、不可弯曲的部分16，诸如从刚性部分16向后延伸的第一和第二可绕枢轴转动臂部分18、20的至少一个可绕枢轴转动臂部分，一对相对表面22、24(其中每个可绕枢轴转动臂部分18、20上的相对表面22、24用于相对彼此运动)，以及可操作地置于第一和第二可绕枢轴转动的臂部分18、20之间的力传递部件26。较佳地，支架12是单一、整体、单件整体式主体。调节器14可操作地啮合于刚性的不可弯曲部分16和力传递部件26之间以按离开刚性的不可弯曲部分16的直线运动驱动力传递部件26。刚性的不可弯曲部分16接纳可调节支架54，其中可调节座52具有到调节器14的端部42的全曲面(complementarysurface)。可调节座52的全曲面可用是平的或以任何方式成形以在适于响应于调节器14的电气激活驱动力传递部件26的位置支持调节器14。力传递部件26的移动使得至少一个可绕枢轴转动的臂部分18、20绕至少一个活动铰链36、38转动。至少一个活动铰链36、38在每个刚性臂部分和每个相应可绕枢轴转动臂部分的可绕枢轴转动的基部46、48之间延伸，且至少一个活动铰链32、34在可绕枢轴转动臂部分的相应基部46、48和力传递部件26之间延伸。可以提供控制器28来操作装置10。控制器可以提供压电装置上的充电电压以产生沿预定轴线的空间位移。压电装置存储的电荷量通常与施加到压电装置上的电压量成比例。因此，改变压电装置上施加的电压量就可以控制沿一预定轴线的空间位移量。该空间位移经由活动整体铰链36、38被传递和放大到至少一个可绕枢轴转动的臂18、20，使得相对表面22、24中的相应一个相对于另一个在曲线轨迹上移动。

图2中，将调节器14去活。在调节器14被去活时，相对表面22、24相隔最远。这类配置一般称作正常打开设计。在电气激活调节器14时，调节器14的设置端42保持由刚性部分16固定，调节器14的驱动端44驱动力传递部件26离开或远离刚性连接板(web)，且可绕枢轴转动的臂部分18、20绕活动铰链36、38转动。以这种方式，相对表面22、24之间的间隔或距离变小。可以通过调节压电装置上的电压来增加或减少相对表面之间的距离。图3示出在调节器14被完全激活时可操作地与力传递部件26的平面座表面40接触的调节器14的平面驱动端44，并被放大以示出相对表面22、24之间的更多的闭合。

在图1-3所示的实施例中，这些部件由例如不锈钢的单个整体件金属材料加工而成。其它合适的材料可以包括粉状金属、金属合金、合成材料或者金属和合成材料的组合。虽然作为实例给出的这些材料提供良好的性能，但根据特殊应用的要求，可以合适地使用用于支持的其它材料。可以与刚性的不可弯曲的C形或U形结构分开制造与可绕枢轴转动的臂部分类似的某些元件，并在以后结合以形成图4所示的通常W形或M形的组合结构。

图4所示的实施例中，装置10a由4个分立的元件制成。第一元件包括支架12a，它包括连接刚性臂部分的刚性连接片30a，以限定装置10a的通常C形或U形的部分。至少一个活动铰链36a、38a在每个刚性臂部分和每个相应的可绕枢轴转动臂部分的可绕枢轴转动基部46a、48a之间延伸且至少一个活动铰链32a、34a在可绕枢轴转动臂部分的相应基部46a、48a和力传递部件26a之间延伸。第二和第三元件是可分离和可绕枢轴转动的臂部分18a、20a，它们使用固定件50附着到支架12a的相应基部46a、48a上。第四元件是调节器14a，它可操作地啮合于刚性连接片30a和力传递部件26a之间。可调节支架54a可以配有可调节座52a，它具有到调节器14a的端部42a的全曲面。可调节座52a的全曲面可以是平的或者以任何方式成形以便在适于响应于调节器14a的电气激活驱动力传递部件26a的位置支持调节器14a。

在图1-4所示的实施例中，说明和描述了基本装置10、10a。本发明可用于除前述阀门、夹具和中继之外的其它应用中。这些应用可以包括使用振荡运动的广泛的装置。通过实例但非限制，装置的某些可能配置可以包括撒砂器、牙刷、电动剃刀、雕刻工具、光学系统和电动机。通过按机械共振操作结构来增强用于振荡运动的装置的效率。在机械非共振频率和一的输入电压时，结构的机械输出将是一。在机械共振频率和一的输入电压时，结构的机械输出可以相当于四百。可以以几种方式使用这种属性。机械共振属性可用于增加相同电输入的机械输出，或者可以降低电输入以获得相同的机械输出。应理解，根据特殊应用，可以获得所需输入和输出之间的平衡。

虽然以结合目前认为是最佳实施和优选实施例描述了本发明，但可以理解，本发明不限于所揭示的实施例，相反其旨在覆盖包含于所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效结构，其范围是根据最宽泛的解释以便包含所有这种修改和等效结构，如法律规定下所允许的。

Claims (25)

1.一种用于响应于电气激活移动一对相对表面中的至少一个的装置，其特征在于，包括：

支架，它具有刚性的不可弯曲部分，从该刚性部分延伸的至少一个可绕枢轴转动的向后折叠臂部分，一对相对表面，其中一个相对表面在至少一个可绕枢轴转动的向后折叠臂部分上用于相对于另一个相对表面移动，以及一个刚性且不可弯曲的，可操作地设置成以旋转移动驱动所述至少一个可绕枢轴转动的向后折叠臂部分的力传递部件；以及

调节器，它可操作地啮合于所述刚性的不可弯曲部分和所述力传递部件之间以相对于刚性部分驱动力传递部件，以便响应于调节器的电气激活使至少一个可绕枢轴转动的向后折叠臂部分绕枢轴转动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支架是单个整体件。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调节器是压电装置。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，刚性部分是U形的并包括在一对刚性臂部分之间延伸的连接片。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，一个可绕枢轴转动的向后折叠臂部分可绕枢轴转动地连接到一个刚性臂部分，而另一个可绕枢轴转动的向后折叠臂部分可绕枢轴转动地连接到另一个刚性臂部分。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，支架的刚性部分被插入可绕枢轴转动的向后折叠臂部分之间，从而力传递部件相邻于可绕枢轴转动的向后折叠臂部分的一端，而可绕枢轴转动的向后折叠臂部分的相对表面相邻于支架的连接片。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述刚性臂部分被形成为具有支架的连接片的单个整体件。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，可绕枢轴转动的向后折叠臂部分被机械地固定到支架上。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，可以以产生振荡运动的机械共振方式操作所述装置。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述力传递部件向外延伸至一个邻近所述至少一个可绕枢轴转动的向后折叠臂的位置。

11.一种用于响应于电气激活移动一对相对表面的至少一个的装置，其特征在于，包括：

支架，它具有刚性的不可弯曲部分，从该刚性部分延伸的第一和第二可绕枢轴转动的向后折叠臂部分，从而刚性部分被置于该第一和第二可绕枢轴转动的向后折叠臂部分之间，一对相对表面，其中一个相对表面在一个可绕枢轴转动的向后折叠臂部分上用于相对于另一个相对表面移动，以及一个刚性且不可弯曲的，可操作地设置成以旋转移动驱动第一和第二可绕枢轴转动的向后折叠臂部分的力传递部件；

第一和第二铰链部分延伸相互接近，允许至少一个刚性的向后折叠臂相对于刚性部分和力传递部件的弹性运动；以及

调节器，它可操作地啮合于刚性的不可弯曲部分和力传递部件之间以相对于刚性部分驱动该力传递部件，以便响应于调节器的电气激活使第一和第二可绕枢轴转动的向后折叠臂部分绕枢轴转动。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述支架是单个整体件。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述调节器是压电装置。

14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述刚性部分是U形的并包括一对刚性臂部分之间延伸的连接片。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，一个可绕枢轴转动的向后折叠臂可绕枢轴转动地连接到一个刚性臂部分，而另一个可绕枢轴转动的向后折叠臂部分可绕枢轴转动地连接到另一个刚性臂部分。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述力传递部件靠近可绕枢轴转动的向后折叠臂部分的一端，而可绕枢轴转动的向后折叠臂部分的相对表面靠近支架的刚性部分的连接片。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，刚性臂部分被形成为具有连接片的单个整体件。

18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，可绕枢轴转动的向后折叠臂部分被机械地固定到支架上。

19.如权利要求11所述的装置，其特征在于，以产生振荡运动的机械共振方式操作所述装置。

20.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述力传递部件向外延伸至一个至少部分地插入第一和第二可绕枢轴转动的向后折叠臂之间的间隙中的位置。

21.一种响应于电气激活移动一对相对表面中的至少一个的装置，其特征在于，包括：

支架，它具有U形配置的刚性的不可弯曲部分，其中连接片在一对刚性臂部分之间延伸，从该刚性臂部分延伸的L形配置的第一和第二可绕枢轴转动的向后折叠臂部分，从而刚性的不可弯曲部分置于该第一和第二可绕枢轴转动的向后折叠臂部分之间，一对相对表面，其中一个相对表面在一个可绕枢轴转动的向后折叠臂部分上用于相对于另一个相对表面移动，以及一个刚性且不可弯曲的，可操作地设置成在旋转移动中驱动第一和第二可绕枢轴转动的向后折叠臂部分的力传递部件，从而该力传递部件靠近可绕枢轴转动的向后折叠臂部分的一端而可绕枢轴转动的向后折叠臂部分的相对表面靠近支架的刚性的不可弯曲部分的连接片；

第一和第二铰链部分延伸相互接近，第一铰链连接片部分在力传递部件和可操作地关联的一个刚性向后折叠臂之间延伸，第二铰链连接片部分在刚性部分和一个刚性向后折叠臂之间延伸；以及

压电调节器，它可操作地啮合于刚性的不可弯曲部分和力传递部件之间以相对于刚性的不可弯曲部分驱动力传递部件，以便响应于调节器的电气激活使第一和第二可绕枢轴转动的向后折叠臂部分绕枢轴转动。

22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，支架的所述连接片和刚性臂部分是单个整体件。

23.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述可绕枢轴转动的向后折叠臂部分被机械地固定到支架上。

24.如权利要求21所述的装置，其特征在于，以产生振荡运动的机械共振方式操作所述装置。

25.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述力传递部件向外延伸至一个至少部分地插入第一和第二可绕枢轴转动的向后折叠臂之间的间隙中的位置。

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