CN110131295B - 用于回转式设备的平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于回转式设备的平衡装置，该回转式设备包括能围绕至少一个转轴枢转或摆动的回转体。根据本发明，该平衡装置包括磁体组件以及力矩调节机构，其中，所述磁体组件至少包括两个或两个以上的磁体的组合，所述力矩调节机构设置为能调整由所述两个或两个以上的磁体的组合所产生的力矩。本发明的平衡装置能产生与回转体的不平衡力矩完美匹配的余弦或正弦形输出力矩，并且具有占用空间小、不会疲劳失效的优点。

Description

用于回转式设备的平衡装置

技术领域

本发明涉及具有回转体的回转式设备，所述回转体例如手术显微镜系统中连接于平衡挂臂的手术显微镜本体(亦称为手术显微镜头部)，该回转体能围绕至少一个转轴枢转或摆动并且能在枢转或摆动后保持其位置或状态，例如可以围绕手术显微镜系统的轴5和轴6枢转的所述手术显微镜本体。更具体地，本发明涉及用于使这种回转式设备的回转体在回转过程中，在回转体重心相对于转轴有位置改变的情况下，保持其位置的自平衡装置。

背景技术

已知这样的设备，该设备的主要工作部件布置成相对于设备的机架或基座伸出并且能围绕一个或多个转轴枢转或摆动。在此，将这样的主要工作部件称为“回转体”，并且由此将包括这种工作部件的设备称为“回转式设备”，其中，所述回转体需要在枢转或摆动后，在回转体重心相对于转轴有位置改变的情况下，保持在其枢转或摆动后的位置以便操作人员利用该回转体进行工作。这样的设备常见于医疗设备领域，例如手术显微镜设备或牙科治疗仪。为了使这种悬置的回转体能容易地转动并且自由地停止且保持在枢转或摆动后的任意位置，已有设置自平衡装置来抵抗由回转体在枢转或摆动后因重心位置改变而相对于转轴产生的新的力矩—以下称为“不平衡力矩”，由此使该回转体能停止于任意期望的位置。

美国专利US 5,492,296公开了一种用于光学观察设备的可调节支架。该光学观察设备尤其是指手术显微镜，该可调节支架包括用于显微镜的倾斜轴和枢转轴。为使手术显微镜能够保持平衡，该专利提出一种能够平衡或抵消该手术显微镜本体的重力力矩(不平衡力矩)的能量储存装置，该能量储存装置由安装在弹簧壳体中的螺旋弹簧构成。所述弹簧壳体座放在与倾斜轴相连的承载架中并且能随着该倾斜轴的转动而相对于该承载架转动。这样，当倾斜轴转动(改变手术显微镜的位置)时，弹簧壳体中的螺旋弹簧接收由该转动产生的扭矩，由此即使手术显微镜本体的重心位置改变时，也能保持其平衡。

然而，上述已知方案存在诸多缺点。首先，通过螺旋弹簧输出的力矩是线性的，而由手术显微镜本体的重心位置相对于转轴移动导致的不平衡力矩通常呈现正弦或余弦曲线，因此这种已知的平衡系统在原理或效果上存在一定的限制，不容易实现较好的平衡效果。其次，由于其固有的疲劳强度，螺旋弹簧在长期反复的弯折后容易出现强度下降的问题，甚至出现疲劳失效的风险。最后，为保证强度，这种螺旋弹簧式平衡系统可能需要较大的安装空间。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术中的问题，并且提出了一种新颖的平衡装置。该平衡装置采用彼此相对布置的永磁体来输出扭转力矩，这样的力矩输出方式为非接触式的，不会产生疲劳失效的问题，而且由此产生的扭转力矩是以正弦或余弦规律变化的，很好地匹配了回转体的需要被平衡的不平衡力矩。

在本发明中，“回转体”是指相对于设备的机架或者基座伸出或悬置的一个工作部件，它能围绕至少一个转轴枢转或摆动并且需要在枢转或摆动结束后保持其位置。相应地，包括这种回转体的设备称为“回转式设备”。

具体地，本发明提供了一种用于回转式设备的平衡装置，该回转式设备包括能围绕至少一个转轴枢转或摆动的回转体，其中，该平衡装置包括磁体组件以及力矩调节机构，所述磁体组件至少包括两个或两个以上的磁体的组合，所述力矩调节机构设置为可调整由所述两个或两个以上的磁体的组合所产生的力矩。

本发明的平衡装置具有如下有利的技术特征，这些技术特征可以单独应用或者以技术上可能的方式任意组合应用：

-所述力矩用来平衡(抵消)回转体的重心相对于转轴所产生的扭矩；

-所述两个或两个以上的磁体包括导磁体；

-所述磁体组件包括能相对于彼此运动的第一磁体和第二磁体；

-所述力矩调节机构设置为能通过调整电流或调整所述两个或两个以上的磁体之间的相对位置关系来调节所述两个或两个以上的磁体所产生的力矩；

-所述磁体是径向圆环磁体或海尔贝克阵列磁体，或者是钕铁硼磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁或铁氧体磁铁，或者是永磁铁、软磁体或电磁铁；

-所述力矩调节机构包括磁体相位调节机构，该磁体相位调节机构配置成调节第一磁体和/或第二磁体的极性相对于彼此的初始相位；

-所述力矩调节机构包括力矩幅值调节机构，该力矩幅值调节机构配置成调节第一磁体和/或第二磁体的耦合程度；

-该平衡装置包括与该回转式设备的机架固定连接的平衡装置壳体；

-该第一磁体和/或第二磁体与所述转轴以不能相对转动的方式联接；

-所述第一磁体和所述第二磁体均具有环形形状，其中，该第二磁体的内直径大于该第一磁体的外直径并且与该第一磁体基本上同轴地布置，第一磁体和第二磁体设置能可相对彼此转动；

-所述第一磁体和/或第二磁体由多个磁体块形成，所述多个磁体块按照海尔贝克阵列设置；

-所述力矩幅值调节机构具有驱动装置，该驱动装置构造成使得第一磁体和/或第二磁体中的至少一个能相对于另一个平移，以便逐渐地或者阶梯式地改变这两个磁体的耦合程度；

-所述耦合程度为第一磁体和第二磁体之间彼此相面对部分的区域的大小；

-所述驱动装置包括第一驱动部件和第二驱动部件，该第一驱动部件承载所述第一磁体或第二磁体并且布置成能沿所述转轴平移，该第二驱动部件布置成能被从所述平衡装置壳体的外部操纵以便驱使该第一驱动部件进行平移移动；

-所述第一驱动部件由安装在所述转轴上的套筒形滑块构成，该套筒形滑块在朝向第二驱动部件的一侧具有内螺纹；所述第二驱动部件包括套筒状部和/或杆状部，该套筒状部和/或杆状部在朝向第一驱动部件的一侧具有与所述内螺纹相接合的外螺纹；

-所述第二驱动部件还包括与所述套筒状部和/或杆状部相连并且处于平衡装置壳体外部的操纵部，所述操纵部用于操纵力矩幅值调节机构；

-所述操纵部构造成具有方向盘或船舵状结构或者呈现手轮的形式；

-所述力矩幅值调节机构还包括磁体位置指示装置，该磁体位置指示装置包括与第一磁体或第二磁体相关联的随动部以及从平衡装置的外部可见的显示部，该随动部构造成根据第一磁体或第二磁体的运动改变该显示部的显示状态；

-该随动部包括顶杆及套筒型圆锥体，所述顶杆的一个顶端放置在一个可随第一磁体或第二磁体平移的套筒型圆锥体的外表面，以便随第一磁体或第二磁体的轴向平移而沿径向往复移动；所述显示部的显示状态设置成可随顶杆的径向往复移动而改变；

-所述磁体相位调节机构包括能从该平衡装置的外部操作以使该第一磁体和/或第二磁体转动的构件；

-所述磁体相位调节机构包括设置在该平衡装置壳体的外周表面上的转动环；

-所述磁体相位调节机构还包括锁紧环，该锁紧环与该转动环并排布置在该平衡装置壳体的外周表面上并且在朝向该转动环的端面上具有齿，所述齿旨在与设置在转动环的对应端面上的齿啮合；

-所述磁体相位调节机构包括蜗轮和蜗杆，该蜗轮设置为可随第一磁体或第二磁体一起转动，该蜗杆安装在所述平衡装置壳体中并且伸出到该平衡装置壳体的外部，转动蜗杆可带动蜗轮和第一磁体或第二磁体的转动；

-该蜗杆的伸出到平衡装置壳体外部的端部上设置有操作手轮；

-该平衡装置设置在所述转轴的转轴区段上，该转轴区段以可拆分的方式连接所述转轴的其余部分；

-所述力矩调节机构由电机驱动；以及

-所述回转式设备为手术显微镜系统，所述回转体为手术显微镜本体。

附图说明

下面参照附图详细说明本发明的实施例，在附图中：

图1示出可以应用本发明的平衡装置的示例性设备；

图2以剖视图示出本发明的平衡装置的一个具体实施例；

图3A和3B示出第一磁体和第二磁体的优选实施例；

图4A至4C示出第一磁体和第二磁体的不同耦合状态；

图5以透视图示出力矩幅值调节机构的驱动部件的优选实施例；

图6A至6C示出第一磁体与第二磁体的不同初始相对相位；

图7示出本发明的平衡装置所输出的扭转力矩的曲线；

图8示出本发明的平衡装置的另一具体实施例的端部视图；

图9为图8所示实施例的从外部看去的透视图；

图10和11为图8所示实施例的从不同角度看去的剖视图。

具体实施方式

参见图1，其中示出了作为回转式设备的示例的手术显微镜系统。该手术显微镜系统包括手术显微镜本体1，该手术显微镜本体1由平衡挂臂2承载并且能围绕轴5摇摆以及围绕轴6翻滚。转轴5a限定所述轴5。转轴6a限定所述轴6。平衡挂臂2连接所述转轴5a和转轴6a。该平衡挂臂2通过连接接口3附装至手术显微镜系统的支架主体。

在使用中，手术显微镜本体1应当能快速且精确地对准病患的手术部位。为此，该手术显微镜本体1需要作为回转体围绕转轴5a和转轴6a进行左右摇摆或前后翻滚等枢转或摆动运动，并且需要能在已经枢转或摆动一定角度之后保持其位置。然而，这种运动会导致手术显微镜本体1的重心位置相对于转轴位置发生改变，并且相对于相应转轴产生新的不平衡力矩。这种不平衡力矩使得手术显微镜本体1在对准病患的手术部位以后具有继续运动(枢转或摆动)的趋势。

另外，有时还需要在手术显微镜本体1上附装助手镜(图中未示出)，以供辅助人员例如医师的助手观察手术的进行过程。这种助手镜的重量通常比较大，且通常附装成从手术显微镜本体1伸出较远的距离。因此，这种助手镜的附装也会导致整个回转体的重心位置产生显著改变，并且产生不平衡力矩。同样地，这种不平衡力矩也会使包括助手镜和手术显微镜本体1的回转体具有继续运动的趋势。

为了抵消或平衡上述不平衡力矩以便阻止手术显微镜本体1继续运动，使手术显微镜本体1静止停留在枢转或摆动后的角度位置，针对该手术显微镜本体1配设了根据本发明的平衡装置。在下面的说明中，将以设置在转轴6a处的平衡装置为例进行说明。然而，可以理解，也可以在转轴5a处设置所述平衡装置，以使手术显微镜本体1相对于转轴5a保持平衡。还可以在转轴5a以及转轴6a处都设置平衡装置。

本发明提供了一种磁性平衡装置，它包括磁体组件和力矩调节机构，该磁体组件至少包括能相对于彼此运动—例如转动和平移—的两个磁体，该力矩调节机构可以包括用于调节这两个磁体的耦合程度的机构以及用于调节这两个磁体的初始相对相位的机构。所述两个磁体可以由彼此间隔开的两个永磁铁或者电磁铁构成，并且能以非接触的方式输出以余弦或正弦规律变化的扭转力矩。

参见图2，其中示出根据本发明的第一实施例的平衡装置100的截面视图。该平衡装置100具有平衡装置壳体13，该平衡装置壳体13与手术显微镜系统支架或平衡挂臂2连接。在该平衡装置壳体13中设置有第一磁体11和第二磁体12。第一磁体11以不能相对转动的方式设置在转轴6a的转轴区段16上，该转轴区段16可以可拆卸地连接在转轴6a的其余部分上或者可以形成为转轴6a的一体部分。第二磁体12与第一磁体11相对地布置在平衡装置壳体13中、尤其是设置在位于平衡装置壳体13内的磁体外壳14中，磁体外壳14与第二磁体12固定在一起。

这样，当操作人员例如医师推拉、扭转或摆动安装在转轴6a上的手术显微镜本体1以调整其位置或姿态时，转轴6a随手术显微镜本体1的转动角度而转动，同时第一磁体11将随着转轴6a的转动而转动，此时设置在平衡装置壳体13中的第二磁体12则保持位置固定。由此，第一磁体11与第二磁体12之间的相对转动运动通过磁力产生了呈现正弦或余弦曲线的扭转力矩，以平衡手术显微镜本体1相对转轴6a转动所产生的不平衡力矩。

根据本发明的第一实施例，如图2中所示，第一磁体11和第二磁体12均构造成具有环形形状，其中，第二磁体12的内径大于第一磁体11的外径。这样，第一磁体11呈现围绕转轴区段16安装的内圈磁体的形式，第二磁体12呈现围绕该内圈磁体布置的外圈磁体的形式。

在这种情况下，优选外圈磁体12由多个、尤其是12个磁体块构成。这些磁体块通过粘接拼合形成圆环，各磁体块的充磁方向和布置位置根据海尔贝克阵列排布，如图3A和3B所示。在此，内圈磁体11构造成为沿径向充磁的磁环，其充磁方向如图3B中的箭头F所示。

仍参见图2，本发明的平衡装置100的力矩调节机构包括用于调节第一磁体11和第二磁体12之间的耦合程度的力矩幅值调节机构。具体地说，该力矩幅值调节机构通过调节第一磁体11与第二磁体12彼此相面对部分的面积(“感应面积”)来调节这些磁体11、12在相对转动过程中产生的扭转力矩的幅值。

力矩幅值调节机构可以构造成使得形式为内圈磁体的第一磁体11与形式为外圈磁体的第二磁体12在完全耦合状态(如图4A所示)、部分耦合状态(如图4B所示)以及脱离状态(如图4C所示)之间逐渐变化，以使第一磁体11与第二磁体12在彼此相对转动360°周期产生的扭转力矩的幅值按规律增大或减小(如图7所示)。

具体地说，当第一磁体11与第二磁体12完全耦合、亦即第一磁体11完全设置于第二磁体12内部时，此时第一磁体11外表面与第二磁体12内表面之间相面对部分的面积最大，它们在相对转动360°的过程中产生的扭转力矩的幅值为最大值。当第一磁体11与第二磁体12部分耦合、亦即第一磁体11部分设置于第二磁体12内部时，它们在相对转动360°的过程中产生的扭转力矩的幅值为中间值。当第一磁体11与第二磁体12脱离、亦即第一磁体11外表面与第二磁体12内表面之间没有相面对的部分时，它们在相对转动360°的过程中产生的扭转力矩的幅值为最小值或零。

回到图2，根据图中所示的优选实施例，力矩幅值调节机构可以包括用于驱动第一磁体11沿转轴区段16滑动或平移的驱动装置。该驱动装置可以包括第一驱动部件21和第二驱动部件22。该第一驱动部件21承载第一磁体11，以便使该第一磁体11随之移动。该第二驱动部件22能被从平衡装置100的外部操作并且用于致动第一驱动部件21以使之沿转轴区段16平移移位。第一磁体11和第一驱动部件21与所述转轴区段16构造成不能发生相对转动。

如可从图2中看出的，第一驱动部件21优选呈现位于转轴区段16外围的套筒形滑块的形式。环形的第一磁体11例如通过粘接固定地设置在该第一驱动部件21的圆周表面上。如图5中最佳地示出的，第一驱动部件21通过键连接部17装配在转轴区段16上。在此，转轴区段16是通过例如非圆形接口部18可拆分地连接到转轴6a的其余部分上的转轴部分。当然，转轴区段16也可以是与转轴6a一体形成的部分。

仍参见图2并结合图5，在图示的实施例中，第一驱动部件21的朝向转轴6a的端部具有沿径向突出的凸缘210，以用于第一磁体11在其圆周表面上的固定或定位。

根据本发明的第一实施例，形式为套筒形滑块的第一驱动部件21在其远离转轴6a的一侧具有内螺纹，该内螺纹沿该第一驱动部件21的轴向方向(即，图2中的左右方向)延伸一定的长度。第二驱动部件22可构造为设置在转轴区段16外围的套筒或者和转轴区段16同轴的杆状部。第二驱动部件22与转轴区段16之间构造成不接触或光滑接触，以使两者之间可产生相对滑动和自由转动。第二驱动部件22具有与第一驱动部件21的内径相配的外径并且具有与第一驱动部件21的内螺纹啮合的外螺纹。

这样，当转动第二驱动部件22时，由于其外螺纹与第一驱动部件21的内螺纹的螺纹旋合过程，承载着第一磁体11的所述第一驱动部件21将在转轴区段16上沿轴向平移或滑动，从而改变该第一磁体11与第二磁体12的相面对部分区域的面积尺寸。在此过程中，第一磁体11和第一驱动部件21与所述转轴6a之间不发生相对转动，转轴6a及转轴区段16亦构造成不随第二驱动部件22转动而转动。

作为未在图中示出的替代性实施例，也可以设想将第一驱动部件21和第二驱动部件22合并成单个驱动部件。该单个驱动部件例如构造成为装配在转轴区段16上并具有内螺纹的套筒，该套筒的内螺纹与对应地设置在转轴区段16上的外螺纹相接合，以便通过逐渐地旋入和旋出来带动第一磁体11在转轴区段16上平移移动。

再回到图2，优选地，第二驱动部件22还包括能被操作人员接近并操作的操纵部221，该操纵部221与所述第二驱动部件22的其余部分形成一体或者以可拆分的方式连接在一起，操作人员通过旋转操纵部221而转动第二驱动部件22，从而驱使第一磁体11在转轴区段16上沿轴向平移或滑动。在如图2所示的实施例中，该操纵部221具有类似于方向盘或船舵的结构，并且还具有沿轴向突出的把手或手柄，以便有利于操作人员的操作。根据一个替代性实施例，所述操纵部221也可以具有手轮的形式。

应当理解，虽然在前面的第一实施例中将第一磁体11设置成能在转轴的轴向方向上平移以便改变第一磁体11和第二磁体12的相对区域，但也可以考虑将第一磁体11设置成位置固定而将第二磁体12设置成能够平移移动，或者考虑将第一和第二磁体11和12都设置成能平移移动，以便改变这两个磁体之间的相面对部分区域的大小，也就是改变它们的耦合程度。

仍如图2所示，本发明的平衡装置100的力矩调节机构还包括用于调节第一磁体11与第二磁体12的初始相对相位的磁体相位调节机构30。根据图2所示的第一实施例，磁体相位调节机构30包括能从平衡装置100的外部操作的转动环31。特别地，该转动环31可以围绕平衡装置壳体13的外周表面安装并且通过例如螺钉33与磁体外壳14相连。特别地，所述螺钉33穿过形成在平衡装置壳体13中的狭长的滑槽。

这样，可以通过在平衡装置100的外部使转动环31转动来带动磁体外壳14并由此带动第二磁体12转动，由此改变第二磁体12与第一磁体11的相对相位。

优选地，该磁体相位调节机构30还包括锁紧环32。该锁紧环32与转动环31并排地布置在平衡装置壳体13的外周表面上，并且尤其可以在与转动环31相对的轴向端面上设置有齿，以用于与转动环31上对应设置的齿接合，从而在完成相位调节后锁定该转动环31。

可以理解，本发明的磁体相位调节机构30不限于上述具体实施例，也不限于是通过第一磁体11还是第二磁体12的转动来实现初始相位的调节。例如，可以设想在容纳第二磁体12的磁体外壳14上设置凸起部(图中未示出)，并使该凸起部经由形成在平衡装置壳体13中的狭长的滑槽露出，以便能从平衡装置100的外部操作，从而引起磁体外壳14及其所容纳的第二磁体12的转动。又如，在第一驱动部件21的凸缘210上设置齿的结构(图中未示出)，通过对凸缘210上的齿的控制调节第一磁体11的转动，从而进行相位调节。相应地，此时力矩幅值调节机构驱动第二磁体12相对第一磁体11平移移动。

以图1所示的手术显微镜设备为例，当已经安装手术显微镜本体1并且希望它在使用过程中总是相对于转轴6a保持平衡时，可以将本发明的平衡装置100安装到该转轴6a上、具体是安装到其转轴区段16上，并且进行如下初始设置：

根据手术显微镜本体1的重心相对于转轴6a的位置，通过磁体相位调节机构30来调节第一磁体11与第二磁体12的初始相对相位，也就是调节第一磁体11的N极与S极的连线与第二磁体12的N极与S极的连线之间的初始相对角度。具体地，参见图6A-6C，如果手术显微镜本体1的重心正好处于转轴6a的下方(此时不需要扭矩输出)，则将第一磁体11与第二磁体12的初始相对相位设置成如图6A所示的状态；如果手术显微镜本体1的重心处于转轴6a的左侧(以图6A-6C中的方向为准，此时需要产生使第一磁体11顺时针转动的扭转力矩)，则根据扭转力矩大小，将第一磁体11与第二磁体12的初始相对相位设置成类似如图6B或6C所示的状态。在此过程中，可以通过目测手术显微镜本体1的姿态来判断其重心相对于转轴6a的位置。初始设置完成后，在使用手术显微镜过程中，根据手术显微镜本体1的重量、亦即根据该手术显微镜本体1相对于转轴6a产生的不平衡力矩的大小，通过力矩幅值调节机构来调节第一磁体11与第二磁体12的相对耦合程度，由此产生用以抵消所述不平衡力矩的扭转力矩，直至该手术显微镜本体1处于水平的工作姿态。

作为本实施例的另一个初始设置方式：当磁铁处于解耦状态时(即第一磁体11与第二磁体12彼此相面对部分的面积为最小，或第一磁体11与第二磁体12处在彼此距离最远的状态)，回转体会自由下落，下落后其重心位置处于转轴6a的竖直正下方，此时直接将第一磁体11与第二磁体12调为相位为0状态(即把第一磁体11的S级与第二磁体12的N级对准)。然后，通过力矩幅值调节机构来增加第一磁体11与第二磁体12的相对耦合程度。最后在某一个合适的耦合程度将回转体扶正到使用状态，即可实现磁体组件输出扭矩和回转体产生的不平衡力矩的匹配。

经过上述设置和调节，操作人员已经可以使用手术显微镜系统，并且可以在使用过程中根据实际需要将手术显微镜本体1相对于转轴6a枢转或摆动到任意位置。由于本发明的平衡装置100的存在，手术显微镜本体1在被操作人员沿转轴6a转动一定角度释放后，将保持其角度位置，而不继续枢转或摆动。这是由于该平衡装置100可以在手术显微镜本体1的重心移动过程中输出与其不平衡力矩完美匹配的以余弦(或正弦)规律变化的扭转力矩，如图7中的曲线所示。

下面结合图8至11说明本发明的另一具体实施例。该实施例尤其适合于其回转体具有显著变化的两种重量的回转式设备。仍以手术显微镜系统为例，对于包括助手镜的手术显微镜系统而言，其回转体可能具有两种显著不同的重量和重心位置：一种是仅包括手术显微镜本体的重量和重心位置，另一种是将助手镜附接至手术显微镜本体外部后的总重量和重心位置，并且由此在使用中产生两种大小和幅值明显不同的不平衡力矩。

图8-11中所示的平衡装置实施例与图2中所示的平衡装置实施例的主要区别在于力矩幅值调节机构。具体地说，图8-11所示实施例的力矩幅值调节机构配置成使第一磁体11与第二磁体12仅以两种耦合程度进行相对面的面积的变化。或者，虽然第一磁体11与第二磁体12仍然以被驱动逐渐耦合的方式改变相互之间的相对面的面积，但是在平衡装置壳体13的外部设置显示部236以清楚得向操作者显示两种耦合程度。

参见图8，在本实施例中，力矩幅值调节机构除了包括与图2所示实施例中的部件相似的第一驱动部件和第二驱动部件以外，还包括磁体位置指示装置231-234。该磁体位置指示装置231-234包括从平衡装置的外部可见的显示部236(见图9)以及用于改变该显示部的显示状态的随动部。

如图9所示，所述显示部236可以包括两个显示标记，以用于分别指示第一磁体与第二磁体的当前耦合状态，从而使操作人员能够进行与设备的当前情况(即，是否安装了助手镜)相匹配的设置。有利地，该显示部236可以包括“有助手镜状态(with co-observer)”和“无助手镜状态(without co-observer)”这两种显示标记。

所述随动部可以构造成能跟随第一磁体11的平移而运动，以便指示显示部236的一个显示标记。

回到图8和11，优选地，所述随动部可以包括顶杆231、杠杆232以及滑竿233。所述顶杆231的一个顶端放置在一个可随第一磁体11一起平移的套筒型圆锥体219的圆锥体外表面上，所述套筒型圆锥体219可套接在第一驱动部件21的外侧随第一磁体11一起平移，这样顶杆231便随着第一磁体11的轴向平移而沿径向往复移动(上升或下降)。所述杠杆232与顶杆231连接、例如铰接连接，以便随着该顶杆231的往复移动而发生摆动运动。特别地，该杠杆232能通过摆动运动向滑竿233施加压力，以使该滑竿233进行往复运动。所述滑竿233可以插置在平衡装置壳体13的狭槽中，并且例如通过弹簧234安装到平衡装置壳体13上。滑竿233从平衡装置壳体13的狭槽中伸出并且能与显示部236上的一个显示标记对齐。

现在参见图10和11，其中示出磁体相位调节机构30’的优选实施例。该磁体相位调节机构30’包括蜗轮35和蜗杆36，该蜗轮35固定在磁体外壳14的外周表面上并且带有外周齿，该蜗杆36包括旨在与蜗轮35的齿接合的带齿部以及伸出到平衡装置外部的杆部，该杆部通过轴承安装在平衡装置壳体13上，并且在端部设置有形式为手轮37的操作件。这样，可以通过转动手轮37来驱动蜗轮和蜗杆的联动，以带动磁体外壳14和第二磁体12的转动，由此调节第一磁体11与第二磁体12的初始相对相位。

本实施例的平衡装置可以这样使用。如果手术显微镜设备仅装备了手术显微镜本体1，则操作者可以参考显示部236的显示标记通过力矩幅值调节机构将第一磁体和第二磁体置于称为“无助手镜状态”的耦合状态，并且通过磁体相位调节机构30’调节第一磁体与第二磁体的初始相位，以实现仅包括手术显微镜本体1的回转体的平衡。如果在手术显微镜本体1上附装了助手镜，则通过力矩幅值调节机构将第一磁体和第二磁体置于称为“有助手镜状态”的耦合状态，并且通过磁体相位调节机构30’调节第一磁体与第二磁体的初始相位，以实现包括手术显微镜本体以及助手镜的回转体的平衡。当然，本实施例也可以构造成具有显著变化的两种以上重量改变的回转式设备，只要调整显示部236的相应显示标记即可。例如，当手术显微镜本体外部需要进一步安装外部相机或者其它配置时，可在显示部236上进一步增加一个显示标记。

根据另一个未示出的实施例，可以通过电机驱动的方式来实现对力矩幅值调节机构和/或磁体相位调节机构的调节。所述调节可为通过传感器和电子手段进行的扭转力矩自动检测和自动力矩生成调节。

虽然前面以手术显微镜系统为例对本发明进行了描述，但应当理解，本发明的应用领域绝不限于此，而是可以应用于任何具有回转体的回转式设备，例如工业领域中的加工或操作设备、建筑领域中的塔吊设备等。本发明所应用的第一磁体与第二磁体可以是各种类型的磁体，例如径向圆环磁体或海尔贝克阵列磁体，例如钕铁硼磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁或铁氧体磁铁，例如永磁铁或软磁体或电磁铁。

Claims (28)

1.一种用于回转式设备的平衡装置，该回转式设备包括能围绕至少一个转轴枢转或摆动的回转体，其特征在于，该平衡装置包括磁体组件以及力矩调节机构，其中，所述磁体组件至少包括两个或两个以上的磁体的组合，所述力矩调节机构设置为可调整由所述两个或两个以上的磁体的组合所产生的力矩。

2.根据权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，所述力矩用来平衡回转体的重心相对于转轴所产生的扭矩。

3.根据权利要求1或2所述的平衡装置，其特征在于，所述两个或两个以上的磁体包括导磁体。

4.根据权利要求1或2所述的平衡装置，其特征在于，所述磁体组件包括能相对于彼此运动的第一磁体和第二磁体。

5.根据权利要求1或2所述的平衡装置，其特征在于，所述力矩调节机构设置为能通过调整电流或调整所述两个或两个以上的磁体之间的相对位置关系来调节所述两个或两个以上的磁体所产生的力矩。

6.根据权利要求1或2所述的平衡装置，其特征在于，所述磁体是径向圆环磁体或海尔贝克阵列磁体，或者是钕铁硼磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁或铁氧体磁铁，或者是永磁铁、软磁体或电磁铁。

7.根据权利要求4所述的平衡装置，其特征在于，所述力矩调节机构包括磁体相位调节机构，该磁体相位调节机构配置成调节第一磁体和/或第二磁体的极性相对于彼此的初始相位。

8.根据权利要求4所述的平衡装置，其特征在于，所述力矩调节机构包括力矩幅值调节机构，该力矩幅值调节机构配置成调节第一磁体和/或第二磁体的耦合程度。

9.根据权利要求1或2所述的平衡装置，其特征在于，该平衡装置包括与该回转式设备的机架固定连接的平衡装置壳体。

10.根据权利要求4所述的平衡装置，其特征在于，该第一磁体和/或第二磁体与所述转轴以不能相对转动的方式联接。

11.根据权利要求4所述的平衡装置，其特征在于，所述第一磁体和所述第二磁体均具有环形形状，其中，该第二磁体的内直径大于该第一磁体的外直径并且与该第一磁体基本上同轴地布置，第一磁体和第二磁体设置能可相对彼此转动。

12.根据权利要求4所述的平衡装置，其特征在于，所述第一磁体和/或第二磁体由多个磁体块形成，所述多个磁体块按照海尔贝克阵列设置。

13.根据权利要求8所述的平衡装置，其特征在于，所述力矩幅值调节机构具有驱动装置，该驱动装置构造成使得第一磁体和/或第二磁体中的至少一个能相对于另一个平移，以便逐渐地或者阶梯式地改变这两个磁体的耦合程度。

14.根据权利要求13所述的平衡装置，其特征在于，所述耦合程度为第一磁体和第二磁体之间彼此相面对部分的区域的大小。

15.根据权利要求13所述的平衡装置，其特征在于，所述驱动装置包括第一驱动部件和第二驱动部件，该第一驱动部件承载所述第一磁体或第二磁体并且布置成能沿所述转轴平移，该第二驱动部件布置成能被从所述平衡装置的平衡装置壳体的外部操纵以便驱使该第一驱动部件进行平移移动。

16.根据权利要求15所述的平衡装置，其特征在于，所述第一驱动部件由安装在所述转轴上的套筒形滑块构成，该套筒形滑块在朝向第二驱动部件的一侧具有内螺纹；所述第二驱动部件包括套筒状部和/或杆状部，该套筒状部和/或杆状部在朝向第一驱动部件的一侧具有与所述内螺纹相接合的外螺纹。

17.根据权利要求16所述的平衡装置，其特征在于，所述第二驱动部件还包括与所述套筒状部和/或杆状部相连并且处于平衡装置壳体外部的操纵部，所述操纵部用于操纵力矩幅值调节机构。

18.根据权利要求17所述的平衡装置，其特征在于，所述操纵部构造成具有方向盘或船舵状结构或者呈现手轮的形式。

19.根据权利要求13所述的平衡装置，其特征在于，所述力矩幅值调节机构还包括磁体位置指示装置，该磁体位置指示装置包括与第一磁体或第二磁体相关联的随动部以及从平衡装置的外部可见的显示部，该随动部构造成根据第一磁体或第二磁体的运动改变该显示部的显示状态。

20.根据权利要求19所述的平衡装置，其特征在于，该随动部包括顶杆及套筒型圆锥体，所述顶杆的一个顶端放置在一个可随第一磁体或第二磁体平移的套筒型圆锥体的外表面，以便随第一磁体或第二磁体的轴向平移而沿径向往复移动；所述显示部的显示状态设置成可随顶杆的径向往复移动而改变。

21.根据权利要求7所述的平衡装置，其特征在于，所述磁体相位调节机构包括能从该平衡装置的平衡装置壳体的外部操作以使该第一磁体和/或第二磁体转动的构件。

22.根据权利要求21所述的平衡装置，其特征在于，所述磁体相位调节机构包括设置在该平衡装置壳体的外周表面上的转动环。

23.根据权利要求22所述的平衡装置，其特征在于，所述磁体相位调节机构还包括锁紧环，该锁紧环与该转动环并排布置在该平衡装置壳体的外周表面上并且在朝向该转动环的端面上具有齿，所述齿旨在与设置在转动环的对应端面上的齿啮合。

24.根据权利要求21所述的平衡装置，其特征在于，所述磁体相位调节机构包括蜗轮和蜗杆，该蜗轮设置为可随该第一磁体或第二磁体一起转动，该蜗杆安装在所述平衡装置壳体中并且伸出到该平衡装置壳体的外部，转动蜗杆可带动蜗轮和第一磁体或第二磁体的转动。

25.根据权利要求24所述的平衡装置，其特征在于，该蜗杆的伸出到平衡装置壳体外部的端部上设置有操作手轮。

26.根据权利要求1或2所述的平衡装置，其特征在于，该平衡装置设置在所述转轴的转轴区段上，该转轴区段以可拆分的方式连接所述转轴的其余部分。

27.根据权利要求1或2所述的平衡装置，其特征在于，所述力矩调节机构由电机驱动。

28.根据权利要求1或2所述的平衡装置，其特征在于，所述回转式设备为手术显微镜系统，所述回转体为手术显微镜本体。

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