磁機械夾緊裝置的製作方法
2023-11-30 16:42:21
本發明涉及磁機械夾緊裝置。
背景技術：
以下文獻對各種磁性固定裝置進行了描述：US8368494、WO/2012/160195、DE145325。
技術實現要素：
根據本發明的第一方面，提供了一種夾緊機構，該夾緊機構包括：設置有第一磁性構件的第一部件、第二部件、以及設置有第二磁性構件並連接到所述第二部件的第三部件。所述夾緊機構使得所述第一部件和第二部件沿軸線聚集在一起以使所述第一磁性構件和第二磁性構件旋轉對齊並相對徑向移動，以實現所述第一部件和第二部件的軸向夾緊，並且其中，所述第一部件和第三部件相對旋轉以使所述第一磁性構件和第二磁性構件錯位，從而使得所述徑向移動反轉並使得所述第一部件和第二部件鬆開。
本發明的其它方面在所附權利要求中進行闡述。
附圖說明
圖1是夾緊裝置的一種實施方式的立體圖，顯示了夾緊位置和鬆開位置，其中驅動運動是線性的；
圖2是另一種實施方式的立體圖，其中驅動運動是環形的；
圖3是又一種實施方式的立體圖，其中驅動運動是環形的；
圖4是需要單步驅動的一種實施方式的分解圖；
圖4a是圖4實施方式的一些部件的視圖；
圖5是圖4實施方式的組裝圖，其中圖示了夾緊過程和鬆開過程；
圖6是圖4的組裝好的系統的剖面圖，為了清晰去掉了某些部件；
圖7是需要兩步驅動的一種實施方式的分解圖；
圖8顯示了圖7實施方式的夾緊和鬆開；
圖9是需要兩步驅動的又一種實施方式的分解圖；
圖10是圖9實施方式的組裝圖，其中顯示了夾緊過程和鬆開過程；
圖11進一步顯示了線性夾緊和鬆開機構；以及
圖12顯示了另一線性夾緊和鬆開機構。
具體實施方式
通過第三部件3防止第一部件1相對於第二部件2沿第一方向Z移動，該第三部件3夾住第一部件1和第二部件2。所述第三部件3能夠從夾緊位置移動到鬆開位置，反之亦然。所述第三部件3沿第二方向X向其夾緊位置的運動通過磁力驅動。另外，該磁力可以用作保持系統夾緊的方式和/或用作夾緊過程中引導第一部件1相對於第二部件2和第三部件3的路徑的力。所述第三部件3沿第二方向X向其鬆開位置的運動通過由相對於第一部件1沿第三方向Y移動第三部件3而觸發的力驅動。
圖1顯示了機構的原理。其提供了接下來描述的一系列動作。從左到右，系統從夾緊變成鬆開。第一，通過夾鉗3防止第一部件1和第二部件2相對於彼此沿Z方向移動；該系統被稱為夾緊。第二，夾鉗3相對於第一部件1沿Y方向移動；該運動在下文中被稱為驅動運動。第三，該驅動運動提供力以使夾鉗3移動遠離第一部件1和第二部件2；該系統被稱為鬆開。但是，在夾鉗3開始沿+X方向移動之前或當其開始沿+X方向移動時，夾鉗3需要沿Y方向移動以使夾鉗3與其最終夾緊位置對齊。否則，夾鉗3將由於鬆開力而依然保持遠離第一部件1和第二部件2。夾鉗3沿Y方向的運動可以通過朝第一部件1和第二部件2拉動夾鉗3的磁力或通過其他力(例如手動力、其他磁力、彈簧等)來驅動。
相反地，從右到左，系統從鬆開變成夾緊。第一和第二，第一部件1和第二部件2沿Z方向彼此越來越靠近；夾鉗3鬆開並位於第二部件2附近。第三，當第一部件1和第二部件2彼此足夠靠近時，作用在第一部件1和夾鉗3上的磁力使夾鉗3移動得更靠近第一部件1和第二部件2。最終，通過夾鉗3防止第一部件1和第二部件2沿Z方向相對於彼此移動；系統夾緊。但是，在夾鉗3開始沿+X方向移動之前或當其開始沿+X方向移動時，夾鉗3需要沿Y方向移動以使夾鉗3與其最終夾緊位置對齊。否則，夾鉗3將由於鬆開力而依然保持遠離第一部件1和第二部件2。夾鉗3沿Y方向的運動可以通過朝第一部件1和第二部件2拉動夾鉗3的磁力或通過其他力(例如手動力、其他磁力、彈簧等)來驅動。
根據定義，順磁材料只有在存在外加磁場時才被吸引，反磁材料被磁場排斥，抗磁材料不受磁場作用的影響，鐵磁材料用於製成磁體或吸引到磁體。
夾緊磁力由兩個磁性構件產生。一個構件(下文稱為第一磁性構件)為磁體。另一構件(下文稱為第二磁性構件)為磁體或由鐵磁/順磁材料製成。一個磁性構件位於第一部件1上，第二磁性構件位於夾鉗3上。因此當第一部件1向第二部件2以及向夾鉗3移動越來越近時，磁力將獲得增強，直到強度足以使夾鉗3移動到其夾緊位置。
為了鬆開系統，夾鉗3沿Y方向的運動降低(即調節)強度，或者反轉夾緊磁力的方向。如果夾緊磁力反轉，則第二磁性構件為另一磁體，或者由一些反磁材料製成。如果第二磁性構件也是磁體，即如果其不是由反磁材料製成，則第一磁體和第二磁體的磁性取向必須使得兩個磁體在驅動運動已經執行之後將彼此推開。如果夾緊磁力減小，則當系統夾緊時鬆開力已經存在，但其強度低於夾緊磁力。僅當磁力的強度已經足夠減小時，夾鉗3才能夠通過該鬆開力(通常為由彈簧產生的力)移動遠離第一部件1和第二部件2。
在圖1中驅動運動為線性的。但是，其也可以為環形的、繞平行於Z方向的軸線旋轉。圖2和圖3中對此進行了圖示。在圖2中，夾鉗3在第一部件1和第二部件2的外部邊緣上滑動；該系統稱為「外部」。在圖3中，夾鉗3在第一部件1和第二部件2的外部邊緣上滑動；該系統稱為「內部」。在這些附圖中，第一部件1和第二部件2覆蓋90度的旋轉角。該旋轉角可以更大或更小。應當注意的是，以上討論的驅動運動的路徑為線性的或旋轉的。但是也可以為任何形式。
圖4是內部夾緊系統的一種示例實施方式的分解圖。左圖和右圖分別從自下而上的視角和自上而下的視角顯示了各種部件。有兩個夾鉗3。這兩個夾鉗能夠沿杆4滑動。杆4的一端伸入驅動部件5內。驅動部件5圍繞第二部件2旋轉並使杆4隨之旋轉。杆4的旋轉導致夾鉗3相對於第一部件1和第二部件2旋轉。底部部件6擰緊到第二部件2上。底部部件6圍繞第二部件2支撐驅動部件5。
在此實施方式中，已經選擇每個夾鉗3內插入一個磁體7。這兩個磁體7(圖中顯示為黑色)可以具有各種尺寸和形狀。它們的偶極定向成使得兩個夾鉗3互相吸引以移動到杆4的中心。因此，這兩個磁體7之間產生的磁力構成鬆開力。因此，夾緊磁力僅需要調節(即儘管可以但不強制其反轉)以鬆開第一部件1和第二部件2。這就是為什麼在此實施方式中，第二磁性構件(圖中顯示為黑色)可以是磁體或由鐵磁/順磁材料8製成。
在此實施方式中，一旦夾緊，第一部件1就無法相對於第二部件2旋轉。另外，45度旋轉能夠使夾緊磁力足夠減小，以使夾鉗3移動遠離第一部件1和第二部件2。因此，當系統夾緊時，第一部件1相對於第二部件2的相對角位置是固定的。但是，能夠逐步變化90度；當系統鬆開時必將發生旋轉。
為了幫助鬆開，第二部件2成形為使得夾鉗3不僅能夠通過磁拉力拉向對方，而且能夠通過具有弧形形狀的邊緣9機械推離第一部件1和第二部件2。該邊緣允許增加夾緊磁力，而不會破壞鬆開系統的能力；磁力隨著磁體之間的距離減小。
圖4a顯示了如何防止第一部件無意中與第二部件脫離。需要防止夾鉗3相對於第二部件2的任何意外的旋轉，因為這可能會導致第一部件1意外脫離。
一旦處於夾緊位置，通過使第一部件1底面上的凹槽16與第二部件上表面上的對應凸起17相配合，可以防止第一部件1相對於第二部件2旋轉。
這兩個夾鉗3安裝在杆4上，夾鉗3能夠沿杆4沿徑向滑動。杆4的一端接合在設置於驅動件5內壁上的通道19內。因此杆4隨驅動件5旋轉而旋轉。從圖4可以理解的是，底部部件6擰緊到第二部件2上。底部部件6圍繞第二部件2支撐驅動件5，因此驅動件不固定，而是可以旋轉。但是，驅動件5的旋轉受形成在第二部件2側壁上的狹槽18限制。一旦第一部件1處於夾緊位置，則驅動件5的通道19位於狹槽18的頂端。因此可以防止驅動件逆時針旋轉。
可以沿順時針方向旋轉驅動件5，並因此旋轉杆4。驅動件5的順時針旋轉能夠持續，直到通道19的外部與狹槽18的另一端接觸。此時，夾鉗3(安裝在杆4上)已經順時針旋轉45度左右，第一部件1可以與第二部件2脫離。應當理解的是，夾鉗3的順時針旋轉只能通過驅動件5沿順時針方向的故意旋轉而發生。該旋轉受到夾緊磁體3和第一部件1的磁體8之間的吸引力的抵抗，因此不太可能發生意外旋轉。
圖5表示組裝好的系統。為了說明的目的，第一部件1可以連接到智慧型手機或智慧型手機殼，同時第二部件2連接到智慧型手機或智慧型手機殼想要連接的構件，例如自行車的把手。涉及到第三部件，其至少包括夾鉗3、杆4、驅動件5和磁體7。
通過以下四個步驟來描述圖5所示系統的操作：
步驟1：在開始夾緊操作之前，第三部件的磁體7使得夾鉗3由於磁體7之間的吸引力而拉聚在一起或處於閉合位置。
步驟2：當第一部件1與第二部件2和第三部件3聚集在一起時，第一部件1上的磁體8吸引夾緊磁體7。夾鉗3上的磁體7與第一部件1上的磁體8之間的吸引力將第一部件1自動引入到第二部件2上的位置，如左手圖所示。根據兩組磁體7、8的旋轉對齊，這包括第三部件在第二部件2內旋轉到磁體7、8旋轉對齊的位置。
同時，這種吸引使得每個夾緊磁體7朝第一部件1的各個磁體8移動，將兩個夾鉗3拉開，即沿徑向向外拉開，如右手圖所示。換句話說，第一部件1上的磁體8與夾緊磁體7之間的吸引足夠大以克服兩個夾緊磁體7之間的吸引。因此，每個夾鉗3被拉到其至少部分重疊第一部件1的夾緊表面20的位置。(請注意：該夾緊表面是傾斜的，在某種意義上，其向下傾斜，以降低高公差，否則將是必需的，以保證緊密夾持。)這種重疊將第一部件1保持在位置上，使其保持抵靠第二部件2。在此位置，第一部件1不能相對第二部件2自由旋轉或軸向移動，實際上將兩個部件鎖定在一起。
應當注意的是，步驟1和步驟2的程序在很大程度上是自動的，因為其僅僅通過將第一部件1和第二部件2靠在一起而發生。不需要任何仔細地對齊部件。這個過程是自動對齊的。
步驟3：為了從第二部件2釋放第一部件1，需要相對第二部件2旋轉夾鉗3。這通過使用者用一隻手的手指抓持驅動件5，用另一隻手的手指抓持第一部件1和第二部件2中的一個或兩個，然後旋轉來實現。此旋轉將夾緊磁體7旋轉到不與第一部件1的磁體8對齊，將夾緊磁體7與夾鉗3拉在一起。夾鉗3的這種向內移動將其從夾緊表面20拉下來，從而將第一部件1從第二部件2釋放。除了因旋轉使得磁體7、8之間的磁引力減弱，鬆開過程還藉助於第二部件2內表面上的弧形邊緣9，如參考圖4所示。驅動件5的旋轉使夾鉗3從左手圖所示的位置移動到右手圖所示的位置。
步驟4：一旦夾鉗3處於閉合位置，則夾鉗3將不再重疊第一部件1的夾緊表面20，於是第一部件1被鬆開並且可以遠離第二部件2的表面。
當處於夾緊位置時，彼此面對的夾鉗3的表面與第一和第二部件1，2的表面之間存在間隙。該間隙是由不可避免的製造公差引起的。其允許第一部件1和第二部件2相對彼此以及相對夾鉗3沿Z方向移動。這種運動即使很小(通常0.1mm)也是不利的。為了消除此間隙，所述表面可以相對XY平面傾斜。這種傾斜在圖6中顯示。
圖6是組裝好的系統的剖面圖，僅顯示了第一部件1和第二部件2以及夾鉗3。左右夾鉗分別夾緊和鬆開。其顯示了當夾鉗3處於夾緊位置時，彼此面對的夾鉗3和第一部件1的表面10是傾斜的。所述表面在左夾鉗中相接觸，即沒有間隙。
值得注意的是，另一種機構也是可以的。在此機構中，兩個夾鉗中僅一個具有磁體。該第一夾鉗通過一些方法(例如一些線纜)機械連接到第二夾鉗，從而當第一夾鉗移動到夾緊位置時其拉(或推)第二夾鉗，以使第二夾鉗同時也使第一夾鉗移動到夾緊位置。
圖1至圖6描述了僅需一個驅動步驟來鬆開系統的機構，即夾鉗3相對部件1沿驅動方向Y運動。圖7及下文將描述需要兩個驅動步驟來鬆開系統的機構。第一步驟為部件1帶動夾鉗3相對驅動部件5沿不在XY平面內的方向(即，通常沿平行於Z軸線的方向)的運動。第二驅動步驟如前所述為夾鉗3相對部件1沿Y方向的驅動運動。該第一驅動步驟是必需的，因為在執行之前，要防止部件1和驅動部件5(以及隨後夾鉗3)相對彼此沿驅動方向Y移動。需注意的是，在執行第一驅動步驟之前不必機械地防止夾鉗3相對驅動部件5沿Y方向移動，假設在其之後。同樣，如前所述，第二驅動步驟可以是線性的、旋轉的或其他任何方式。
因此，需要附加力以保持部件1相對驅動部件5定位，從而二者不會相對彼此沿第一驅動步驟的運動方向移動。這通常可以通過彈簧或配置為起到彈簧作用的一些磁性材料來實現。如果(例如)第一部件1太大而不能輕易接近位於第一部件1後面的驅動部件5，則這種系統是有用的。
圖7和圖8中顯示了這種雙驅動步驟式機構。圖7為圖8中所包括的構件的分解圖。其顯示了當第二部件2的凸起11位於驅動部件5內切出的狹槽12內時，第二部件2和驅動部件5無法相對彼此沿Y方向移動。另外，當夾緊時，部件1和2無法相對彼此沿Y方向移動，因此部件1無法相對驅動部件5移動。需注意的是，凸起可以在第一部件1上或者同時在部件1和2上，並且部件上的狹槽和凸起的位置可以顛倒(圖9和圖10中就是這種情況)。
圖8顯示了鬆開和/或夾緊圖7所述系統所需的步驟。上圖和下圖分別從自上而下的視角和自下而上的視角顯示了這些步驟。從左向右，系統從夾緊變成鬆開。第一，系統夾緊，第一部件1和第二部件2無法相對驅動部件5沿Y方向移動。第二，執行第一驅動步驟。因此第一部件1和第二部件2以及夾鉗3相對驅動部件5沿-Z方向移動。需注意的是，它們也可以沿+Z方向移動。第三，第一部件1和第二部件2相對夾鉗3和驅動部件5沿Y方向移動。第四，由於之前的運動，鬆開力使夾鉗3移動到其鬆開位置。第五，第一部件1和第二部件2能夠沿Z方向從彼此移開。需注意的是，夾緊操作可以是相反的步驟順序，但不是必需的。實際上，在第一部件1和第二部件2已經分離之後，第二部件2可以相對驅動部件5移動回到其在執行第一驅動步驟之前所在的位置，但是夾鉗3仍然處於其鬆開位置(直到第一部件1再次移動靠近夾鉗3)。
圖9和圖10描述了與圖4至圖6中所描述的實施方式非常類似的實施方式。不同之處在於此實施方式為如圖7至圖8所述的雙驅動步驟式機構，而圖4至圖6的實施方式為單驅動步驟式機構。
圖9為分解圖。左圖和右圖分別從自下而上的視角和自上而下的視角顯示了各種部件。與圖7和圖8相反，凸起11和狹槽12分別與驅動部件5和第二部件2相關聯。底蓋13擰緊到驅動部件5上，並起到驅動部件5的底蓋的作用。一個力連續推動底部部件6和第二部件2遠離底蓋13，以保證當夾緊時凸起11處於狹槽12中而不會進入溝槽14內。該力通常通過位於底部部件6和底蓋13之間的彈簧15產生。也可以通過起到彈簧作用的磁體產生。當執行第二驅動步驟時，抵抗前面提到的力，當第一部件1和第二部件2相對夾鉗3以及相對驅動部件5旋轉時凸起11可以在溝槽14內水平地滑動。
圖10是圖9實施方式的組裝圖。為了說明的目的，第一部件1可以連接到電視或監視器的背面，同時第二部件2可以連接到牆上。
通過附圖中指出的以下四個步驟來描述圖10系統的操作：
步驟1：在開始夾緊之前，夾鉗3通過兩個夾緊磁體7之間的吸引力拉聚在一起而處於閉合位置。當第一部件1與第二部件2聚集在一起時，夾緊磁體7被吸引到第一部件1的磁體8，第一部件1被引入到第二部件2表面上的位置。該位置如右手圖所示。
同時，每個夾緊磁體7朝第一部件的各個磁體8移動，將夾鉗3拉到打開位置。換句話說，夾緊磁體7之間的吸引力被每個夾緊磁體7與各個第一部件磁體8之間的吸引力克服。一旦處於夾緊位置，則第一部件1通過夾鉗3保持在第二部件2的表面上，夾鉗3至少部分重疊第一部件1的夾緊表面。
步驟2：底座13通過彈簧15與第二部件2的底面6保持分離，如上文參照圖9所述。向下推或施加壓縮力於第一部件1的上表面(或者於其連接的構件，例如電視)，壓縮彈簧15。這使得驅動件5內壁上的凸起11滑入第二部件2外壁上的溝槽14中，從而使第一部件1和第二部件2旋轉。
步驟3：第一部件1和第二部件2相對驅動件5和夾鉗3的旋轉還使第一部件的磁體8旋轉。從圖9可以理解，驅動件5通過螺釘連接到底蓋13上，底蓋13可以固定到(例如)牆上。因此，一旦凸起11與溝槽14配合，相對驅動件5旋轉的是第二部件2，而驅動件5不能旋轉。由於夾鉗3安裝在杆4上，杆4與驅動件5配合，所以夾鉗3本身不能旋轉。由於第一部件1的磁體8旋轉遠離夾緊磁體3，所以二者之間的吸引力減小，直到被夾緊磁體7本身之間的吸引力超過。
步驟4：然後夾鉗3被拉回到閉合位置，其中夾鉗3不再重疊第一部件1的夾緊表面，第一部件1可以從第二部件2的表面脫離。
圖10中所描述的系統的優點在於，可以通過「推扭」過程實現鬆開，其中完全無需接近驅動件5或者甚至是夾緊裝置。這在該裝置用於將電視或監視器固定到牆上且接近電視或監視器的背面受限時特別有利。
圖10表示組裝好的機構以及鬆開系統所需的步驟順序。第一，系統夾緊。第一部件1和第二部件2無法相對驅動部件5旋轉。第二，第一部件1和第二部件2以及夾鉗3已相對驅動部件5向下推。第三，第一部件1和第二部件2已相對夾鉗3和驅動部件5旋轉。第四，第一部件1移動遠離其它部件。需注意的是，一旦完成，可增加另一力以使第二部件2轉回，並且其後還使凸起11移動回到狹槽12內。該力通常可以通過彈簧產生。其也可以通過夾鉗3內的磁體7以及位於第二部件2內的一些鐵磁/順磁材料產生。但是，這種磁力必須足夠強以旋轉第二部件2及其底部部件6，但是又足夠弱不足以將夾鉗3從鬆開位置移開；否則當系統夾緊時將防止第一部件1移動得足夠靠近第二部件2。
現在參照圖11A至圖11C，對可以用於連接第一設備和第二設備的線性夾緊和鬆開機構進行描述。這些設備可以是例如嬰兒車架(帶輪子)和嬰兒提籃。在此示例中部件100連接到嬰兒提籃，而部件200連接到嬰兒車架。夾鉗標記為數字300，而部件400為驅動件。部件100設置有一對線性間隔的磁體，該對磁體交替排列，因此其中一個磁體具有對夾鉗300的正極端(綠色)，而另一個磁體具有負極端(紅色)。夾鉗300設置有具有對部件100的正極端(綠色)的磁體。夾鉗200可滑動地安裝在驅動件內，因此能夠在夾緊位置和鬆開位置之間移動(通常在圖中為從左向右)。
圖11A中的順序從左向右顯示了從夾緊到鬆開的轉變。在最左圖中，夾鉗和部件100上的相反磁極對齊，這意味著夾鉗保持抵靠部件100，將部件100和部件200夾緊在一起。為了鬆開部件，驅動件沿-Y方向相對部件100和部件200滑動，且夾鉗300也移動(第二圖)。這導致正極(綠色)對齊，使得夾鉗300從部件100推開(排斥)，沿-X方向滑出驅動件(第三圖)。這將允許部件100沿Z方向移動，使其與部件200分離(第四圖)。圖11B從不同的視角顯示了此相同的步驟順序，從夾緊到鬆開。
現在參照圖12A至圖12C，對另一線性機構進行描述。在此機構中，部件500可以連接到嬰兒提籃，而部件501可以連接到嬰兒車架。夾鉗502與部件501上的狹槽可滑動地配合，因此能夠沿X方向在夾緊位置和鬆開位置之間移動。假設部件501和部件502無法接近，而使用者可以移動部件500。
圖12A顯示了包括在夾緊位置和鬆開位置之間移動在內的操作順序(從左向右)。在最左圖中，部件500和部件502上的正(綠色)負(紅色)極對齊，這導致吸引並因此夾緊部件。為了鬆開，使用者沿Y方向相對其他部件移動部件502，從而使兩正(綠色)極對齊(第二圖)。這使得部件500和部件502相排斥，且夾鉗502在部件501的狹槽中向外滑動(第三圖)。這將允許部件500升高遠離部件501(第四圖)。圖12B圖示了從鬆開位置移動到夾緊位置的對應的步驟順序(從右向左移動)。
參照圖11和圖12，應當注意的是，在從夾緊位置向鬆開位置移動過程中，可以利用機械力以引起或幫助部件分離。例如，參照圖11A，可以在部件100的表面101上設置面向-X方向的斜坡。當驅動件400沿Z方向滑動時，該斜坡使得夾鉗300沿-X方向移動。可以額外地或另外選擇使用彈簧或其他偏置裝置以幫助部件分離。
本申請中描述的單驅動步驟式系統和雙驅動步驟式系統的可能應用包括將電子設備連接到交通工具(例如自行車、汽車、卡車、飛機、火車、輪椅等)上或交通工具內，或者一些牆(例如房屋或公寓的牆)上。還包括將嬰兒車連接到推椅上。