CN102562984A - 自平衡助力升降装置 - Google Patents

Abstract

自平衡助力升降装置，包括：底架、摆臂支撑组、摆臂组、床架支撑组、配重组、电磁动力组、角度检测器和载台。当载台上加减了负荷之后，摆臂组的平衡被打破，这一变化被角度检测器感应，随即启动配重组使其重心进行调整，直到角度检测器感应到摆臂组的重新进入平衡状态，此时仅需较小的动力即可驱动载台，因此电磁动力组的额定功率可以控制在很小的范围内。

Description

自平衡助力升降装置

技术领域

本发明涉及一种助力升降技术，具体是一种自平衡助力升降装置。

背景技术

常见的机械设备的驱动装置为了实现线性传动，大都采用旋转电机配合曲柄连杆、凸轮等运动副可以实现线性传动。譬如公告号CN2810570所公开的电动摇摆床，包括机架、床身，床身通过固定于其底中部的转轴支撑于机架上，床身的一侧底部铰接有连杆，连杆的另一端与采用电机驱动的曲柄铰接，电机驱动曲柄并通过连杆使床身摆动。

发明人经过研究发现，摇摆床的负载重量和电机的输出功率无法自动匹配，为了满足较大范围的负载重量，必须采用输出功率较大的电机，导致功耗过大，不利于节能环保和用电安全，易磨损，具有噪声污染，尤其难以适用于日常生活的范畴，应用范围受到局限。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的诸多不足，提供了一种自平衡助力升降装置，通过配重装置自动平衡负载重量，在平衡状态下仅采用低功耗的动力装置即可实现平稳升降，结构简单，节能环保。

具体的，本发明的自平衡助力升降装置，包括：底架、摆臂支撑组、摆臂组、床架支撑组、配重组、电磁动力组、角度检测器和载台。

摆臂支撑组包括对称设置的两组，每个摆臂支撑组包括第一摆臂支撑梁、第二摆臂支撑梁、第三摆臂支撑梁、第四摆臂支撑梁、第五摆臂支撑梁，第一摆臂支撑梁的末端与第二摆臂支撑梁的首端铰链，第二摆臂支撑梁的中部与第三摆臂支撑梁的首端铰链，第四摆臂支撑梁、第五摆臂支撑梁的首端皆与第一摆臂支撑梁的首端铰链；

摆臂组包括对称设置的两组，每个摆臂组包括第一摆臂和第二摆臂，第一摆臂具有夹角范围为165-180度的上下两段，其两段结合部铰连于底架上，第二摆臂也具有夹角范围为165-180度的上下两段，其两段结合部也铰连于底架上，第二摆臂支撑梁的末端铰连于第一摆臂下段的中上部，第四摆臂支撑梁的末端铰连于第一摆臂下段的中部，第三摆臂支撑梁的末端铰连于第二摆臂下段的中上部，第五摆臂支撑梁的末端铰连于第二摆臂下段的中部；

床架支撑组包括对称设置的两组，每个床架支撑组包括第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂具有夹角范围为165-180度的上下两段，其首端铰连于第二摆臂上段的中部，其两段结合部铰连于第二支撑臂的首端，第二支撑臂的末端铰连于第一摆臂上段的中部；

配重组固定在两组摆臂组的第二摆臂的下段上，其重心沿第二摆臂的下段方向可调；

电磁动力组固定在底架上，具有竖直运动的主轴；

角度检测器固定在底架上；

载台的底面与主轴的顶端配合，且其四角分别设有立柱，立柱的末端分别与第一摆臂和第二摆臂的上段的端部铰接，第一支撑臂的末端分别铰连于其中一个立柱的中部。

上述结构中，以第二摆臂为杠杆，配重组和载台为杠杆两端负荷，调节配重组使其重心沿第二摆臂的下段方向进行调整，直到杠杆平衡后角度检测器将第二摆臂的上段当前位置记录为参考值。

当载台上加减了负荷之后，摆臂组的平衡被打破，第二摆臂的上段必然会转动一定角度，这一变化被角度检测器感应，随即启动配重组使其重心沿第二摆臂的下段方向进行调整，直到角度检测器感应到第二摆臂的上段位置回到为参考值，作为杠杆的第二摆臂重新进入平衡状态，此时仅需较小的动力即可驱动载台，因此电磁动力组的额定功率可以控制在很小的范围内。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

通过配重装置自动平衡负载重量，在平衡状态下仅采用低功耗的动力装置即可实现平稳升降，结构简单，节能环保；应用范围广泛，可替代现有电动摇摆床装置，也可以应用于回转木马等游乐装置，以及其他类似的助力升降装置。

附图说明

图1是本发明的一种工作状态示意图。

图2是本发明的另一种工作状态示意图。

图3是本发明的底架的结构示意图。

图4是本发明的摆臂支撑组的结构示意图。

图5是本发明的摆臂组的结构示意图。

图6是本发明的床架支撑组的结构示意图。

图7是本发明的配重组的结构示意图。

图8是本发明的电磁动力组的结构示意图。

图9是本发明的电磁动力组的局部剖视图。

图10是本发明的载台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

如图1到图10所示，本发明的自平衡助力升降装置包括：底架1、摆臂支撑组2、摆臂组3、床架支撑组4、配重组5、电磁动力组6、角度检测器7和载台8。图中所示，本发明实施为保健床，载台8为床体。

摆臂支撑组2包括对称设置的两组，每个摆臂支撑组2包括第一摆臂支撑梁21、第二摆臂支撑梁22、第三摆臂支撑梁23、第四摆臂支撑梁24、第五摆臂支撑梁25，第一摆臂支撑梁21的末端与第二摆臂支撑梁22的首端铰链，第二摆臂支撑梁22的中部与第三摆臂支撑梁23的首端铰链，第四摆臂支撑梁24、第五摆臂支撑梁25的首端皆与第一摆臂支撑梁21的首端铰链；

摆臂组3包括对称设置的两组，每个摆臂组3包括第一摆臂31和第二摆臂32，第一摆臂31具有夹角范围为165-180度的上下两段，其两段结合部铰连于底架上，第二摆臂32也具有夹角范围为165-180度的上下两段，其两段结合部也铰连于底架1上，第二摆臂支撑梁22的末端铰连于第一摆臂31下段的中上部，第四摆臂支撑梁24的末端铰连于第一摆臂31下段的中部，第三摆臂支撑梁23的末端铰连于第二摆臂32下段的中上部，第五摆臂支撑梁25的末端铰连于第二摆臂32下段的中部；

床架支撑组4包括对称设置的两组，每个床架支撑组4包括第一支撑臂41和第二支撑臂42，第一支撑臂41具有夹角范围为165-180度的上下两段，其首端铰连于第二摆臂32上段的中部，其两段结合部铰连于第二支撑臂42的首端，第二支撑臂42的末端铰连于第一摆臂31上段的中部；

配重组5固定在两组摆臂组3的第二摆臂32的下段上，其重心沿第二摆臂32的下段方向可调；

电磁动力组6固定在底架1上，具有竖直运动的主轴64；

角度检测器7固定在底架1上；

载台8的底面与主轴64的顶端配合，且其四角分别设有立柱81，立柱81的末端分别与第一摆臂31和第二摆臂32的上段的端部铰接，第一支撑臂41的末端分别铰连于其中一个立柱81的中部。

上述结构中，以第二摆臂32为杠杆，配重组5和载台8为杠杆两端负荷，调节配重组5使其重心沿第二摆臂32的下段方向进行调整，直到杠杆平衡后角度检测器7将第二摆臂32的上段当前位置记录为参考值。

当载台8上加减了负荷之后，摆臂组3的平衡被打破，第二摆臂32的上段必然会转动一定角度，这一变化被角度检测器7感应，随即启动配重组5使其重心沿第二摆臂32的下段方向进行调整，直到角度检测器7感应到第二摆臂32的上段位置回到为参考值，作为杠杆的第二摆臂32重新进入平衡状态，此时电磁动力组6仅需较小的动力即可驱动载台8，因此电磁动力组6的额定功率可以控制在很小的范围内。

为充分发挥保健床的功能，电磁动力组6将载台8抬升后将其释放，载台8自然下降，随后作为杠杆的第二摆臂32可以逐渐停止摇摆进入平衡状态，若人乘卧其上，可感觉到失重感，如此往复，可实现平稳舒适的催眠效果，让人体得到极佳的放松和恢复。

第一摆臂31和第二摆臂32各自的夹角范围影响着第二摆臂32进入平衡状态过程中的摆动频率，夹角越大频率越低。

床架支撑组4主要起支撑载台8的作用，使其始终保持上下运动，避免水平摆动。

如图7所示，配重组5具有沿第二摆臂32的下段方向的丝杆51和导轨52，导轨52上设有可移动的比重铁53，比重铁53与丝杆51螺纹配合，导轨52一端还设有与丝杆51连接的电机54，比重铁53通过轴承55与导轨52配合。

如图8和图9所示，电磁动力组6包括：

外壳61，采用非导磁材料制成，成筒状；

线圈架62，采用非导磁材料制成，设于外壳61内部的上方，具有中空轴；

线圈63，绕设于线圈架62上；

主轴64，自外壳61的顶部插设于线圈架62的中空轴内并与之滑动配合，该主轴64包括固接而成的上段和下段，上段采用非导磁材料制成，下段则采用导磁材料制成；

导轮架65，采用非导磁材料制成，至少三个导轮架65沿主轴64的轴向对称分布并固定在外壳61的顶部，导轮架65沿主轴的轴向至少设有两个导轮，导轮的轮轴与主轴64的轴向正交，导轮的轮面恰与主轴64的柱面相切。

外壳61、线圈架62、主轴64的上段和导轮架65采用奥氏体型不锈钢制成，主轴64的下段则采用45号钢制成。

为了精确的控制主轴64的行程，设置线圈63的高度为h1，设置主轴64的下段的高度为h2，设置h2≤h1，优选为h2=h1。根据电磁学常识，主轴64的下段被吸进线圈架62的中空轴之后为了达到稳定状态，两者的中心点趋于重叠。因此，采用上述设置时，主轴64的行程大小为（h1+h2）/2，线圈63的高度越高，主轴64的行程越大。

由于主轴64的行程启动时需要初始化主轴64的下段与线圈63的相对位置，使主轴的下段进入线圈的高度范围内，可选择两种结构进行初始化：

其一，设置外壳61的高度为h3，设置（h3-h1）<h2，在静止状态下，主轴64的下段的大部分落入外壳61内的线圈63下方，局部位于线圈63的高度范围内；

其二，设置外壳61的高度为h3，设置（h3-h1）>h2，在静止状态下，主轴64的下段的全部落入外壳61内的线圈63下方，主轴64的行程开始前，通过外部连接结构向上牵引主轴64的上段，使主轴64的下段局部进入线圈63的高度范围内。

主轴64的运动可能导致外壳61内产生高压或负压，也可能产生活塞效应，为了克服这些缺陷，可在所述的外壳61的侧壁上开设排气口66，同时还利于线圈63散热。

主轴64要完成完整的行程，还需要控制线圈63断开电源的时机，根据一般的电路控制常识，通过霍尔元件等位置传感器对主轴64的位置直接或间接进行判断便可以准确的控制线圈断开电源。当线圈断开电源后，由于磁场消失，在重力和惯性作用下主轴完成一个行程，并开始下一行程。在本实施例中，通过角度检测器7间接判断主轴64的位置。

对于本领域的技术人员来说，可根据本发明所揭示的结构和原理获得其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都属于本发明的保护范畴。

Claims (9)

1.自平衡助力升降装置，其特征在于，包括：底架、摆臂支撑组、摆臂组、床架支撑组、配重组、电磁动力组、角度检测器和载台；

摆臂支撑组包括对称设置的两组，每个摆臂支撑组包括第一摆臂支撑梁、第二摆臂支撑梁、第三摆臂支撑梁、第四摆臂支撑梁、第五摆臂支撑梁，第一摆臂支撑梁的末端与第二摆臂支撑梁的首端铰链，第二摆臂支撑梁的中部与第三摆臂支撑梁的首端铰链，第四摆臂支撑梁、第五摆臂支撑梁的首端皆与第一摆臂支撑梁的首端铰链；

摆臂组包括对称设置的两组，每个摆臂组包括第一摆臂和第二摆臂，第一摆臂具有夹角范围为165-180度的上下两段，其两段结合部铰连于底架上，第二摆臂也具有夹角范围为165-180度的上下两段，其两段结合部也铰连于底架上，第二摆臂支撑梁的末端铰连于第一摆臂下段的中上部，第四摆臂支撑梁的末端铰连于第一摆臂下段的中部，第三摆臂支撑梁的末端铰连于第二摆臂下段的中上部，第五摆臂支撑梁的末端铰连于第二摆臂下段的中部；

床架支撑组包括对称设置的两组，每个床架支撑组包括第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂具有夹角范围为165-180度的上下两段，其首端铰连于第二摆臂上段的中部，其两段结合部铰连于第二支撑臂的首端，第二支撑臂的末端铰连于第一摆臂上段的中部；

配重组固定在两组摆臂组的第二摆臂的下段上，其重心沿第二摆臂的下段方向可调；

电磁动力组固定在底架上，具有竖直运动的主轴；

角度检测器固定在底架上；

载台的底面与主轴的顶端配合，且其四角分别设有立柱，立柱的末端分别与第一摆臂和第二摆臂的上段的端部铰接，第一支撑臂的末端分别铰连于其中一个立柱的中部。

2.如权利要求1所述的自平衡助力升降装置，其特征在于：配重组具有沿第二摆臂的下段方向的丝杆和导轨，导轨上设有可移动的比重铁，比重铁与丝杆螺纹配合，导轨一端还设有与丝杆连接的电机。

3.如权利要求2所述的自平衡助力升降装置，其特征在于：比重铁通过轴承与导轨配合。

4.如权利要求1所述的自平衡助力升降装置，其特征在于，电磁动力组包括：

外壳，采用非导磁材料制成，成筒状；

线圈架，采用非导磁材料制成，设于外壳内部的上方，具有中空轴；

线圈，绕设于线圈架上；

主轴，自外壳的顶部插设于线圈架的中空轴内并与之滑动配合，该主轴包括固接而成的上段和下段，上段采用非导磁材料制成，下段则采用导磁材料制成；

导轮架，采用非导磁材料制成，至少三个导轮架沿主轴的轴向对称分布并固定在外壳的顶部，导轮架沿主轴的轴向至少设有两个导轮，导轮的轮轴与主轴的轴向正交，导轮的轮面恰与主轴的柱面相切。

5.如权利要求4所述的新型螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于：外壳、线圈架、主轴的上段和导轮架采用奥氏体型不锈钢制成，主轴的下段则采用45号钢制成。

6.如权利要求5所述的新型螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于：设置线圈的高度为h1，设置主轴的下段的高度为h2，设置h2≤h1。

7.如权利要求6 所述的新型螺旋电磁铁线性动力装置， 其特征在于：设置外壳的高度为h3，设置（h3-h1）<h2。

8.如权利要求6所述的新型螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于：设置外壳的高度为h3，设置（h3-h1）>h2。

9.如权利要求4所述的新型螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于：所述的外壳的侧壁上开设若干个排气孔。

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