CN112043131B - 正向力矩保护与反向开关控制旋转机构及指纹锁杯盖 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，属于力矩保护控制领域。包括主动件、从动件和旋转控制件，主动件通过旋转控制件控制从动件同步旋转/不旋转，旋转控制件包括齿轮台、顺向爪、逆向爪，顺向爪与逆向爪镜像设置，顺向爪为弹性设置，以使顺向爪与齿轮台之间存在啮合阈值，与齿轮台啮合/打滑，逆向爪为抬放设置，以与齿轮台啮合/不啮合；本发明可以实现主动件顺时针旋转并带动从动件同步顺时针旋转时，对从动件的力矩保护，以及主动件逆时针旋转时，逆向爪下放的前提下才能同步带动从动件逆时针旋转，也就是对从动件逆时针旋转进行条件附加，从而达到锁止功能。

Description

正向力矩保护与反向开关控制旋转机构及指纹锁杯盖

技术领域

本发明属于力矩保护控制领域，更具体地，涉及一种正向力矩保护与反向开关控制旋转机构。

背景技术

杯子作为生活必需品，种类繁多，一般都配有螺旋拧紧的盖子，能够起到保温、防漏、保洁等作用。杯子大部分不带锁止装置，这种不带锁的杯子任何人都能轻易打开，因此存在被他人使用或恶意投物的风险，从而造成疾病的传播和健康损害。并且，通过螺纹旋转进行关盖开盖的杯子还通常会出现使用者用力过大，关盖过紧从而导致难以开盖的问题。

而想要在杯盖上既实现锁止功能、关盖保护功能，通常需要十分精密复杂的结构，与杯盖的实际简单的使用环境格外不符，因此，如何制作出既能满足上述功能，又能匹配杯盖的适用场景，简化杯盖的结构，实现量产是目前需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，其目的在于解决现有技术中通过简单的结构同时实现锁止、力矩保护等功能的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，包括主动件、从动件和旋转控制件，所述主动件通过所述旋转控制件控制所述从动件同步旋转或不旋转，所述旋转控制件包括齿轮台、顺向爪、逆向爪，所述顺向爪单独置于所述齿轮台的齿缝中时，与齿缝其中一边的齿始终处于打滑的状态、与另一边的齿处于啮合或打滑的状态，具体为：当啮合力小于啮合阈值时，顺向爪与另一边的齿处于啮合状态；当啮合力超过啮合阈值时，顺向爪与另一边的齿处于打滑状态；所述逆向爪单独置于齿轮台的齿缝中时，与齿缝其中一边的齿始终处于打滑的状态、与另一边的齿始终处于啮合状态；所述顺向爪与所述逆向爪镜像设置，所述顺向爪为弹性设置，以使所述顺向爪与所述齿轮台之间存在啮合阈值，与所述齿轮台啮合或打滑，所述逆向爪为抬放设置，以与所述齿轮台啮合/不啮合；

所述主动件顺时针旋转：

当所述顺向爪受所述齿轮台的啮合力未超过所述顺向爪的啮合阈值，通过所述顺向爪与所述齿轮台之间的啮合使所述从动件同步顺时针旋转；当所述顺向爪与所述齿轮台的啮合力超过啮合阈值后，所述顺向爪与所述齿轮台相对打滑，所述从动件不旋转；

所述主动件逆时针旋转：

当所述逆向爪放下，与所述齿轮台啮合，所述从动件同步逆时针旋转；当所述逆向爪抬起，与所述齿轮台不啮合，所述从动件不旋转。

通过上述技术方案，可以实现主动件顺时针旋转并带动从动件同步顺时针旋转时，对从动件的力矩保护，以及主动件逆时针旋转时，逆向爪下放的前提下才能同步带动从动件逆时针旋转，也就是对从动件逆时针旋转进行条件附加，从而达到锁止功能。

作为方案的优选，所述顺向爪的爪头包括卡紧面和支撑面，所述卡紧面和支撑面均为弧形面且平滑连接，所述顺向爪卡入所述齿轮台时，所述顺向爪的爪头悬空于所述齿轮台的齿缝底部，所述顺向爪的爪头的卡紧面与支撑面分别与上述齿缝的相邻的齿相抵，以使所述顺向爪与所述齿轮台的啮合力超过所述啮合阈值后，所述卡紧面相对于所述齿轮台打滑；

所述顺向爪通过压簧弹性啮合在所述齿轮台内，所述顺向爪与所述齿轮台的啮合阈值由所述卡紧面和支撑面的弯曲弧度、所述压簧的弹力及所述齿轮台中顺向爪的爪头与相邻两个齿的抵触点之间的距离共同决定。

作为方案的优选，所述啮合阈值具体为：设压簧对顺向爪施加的弹力为g，顺向爪的卡紧面和支撑面分别为半径为r和半径为R的圆形的部分弧，齿轮台中顺向爪的爪头与相邻两个齿的抵触点之间的距离为l，则顺向爪与齿轮台之间的啮合阈值F＝cotα*g，而cotα＝y/x，通过二元二次方程组R²＝[(R-r)+x]²+(l-y)²与r²＝x²+y²来计算cotα，即可得出F；

所述顺向爪卡紧面的切面与竖直面之间的夹角α不超过45°，所述顺向爪支撑面的切面与竖直面之间的夹角不小于45°。

作为方案的优选，所述逆向爪通过控制装置进行抬放，所述逆向爪的爪头面为平面，当逆向爪放下后与齿轮台啮合时，逆向爪完全卡入齿轮台的齿缝中，以使所述爪头与齿缝的底部面接触。

作为方案的优选，在所述齿轮台的中心向外沿着直径的方向上，齿轮台的齿宽由窄变宽后再变窄，以使顺向爪、逆向爪与齿啮合时，与相邻齿的接触形式不同，具体为：与始终处于打滑的相邻的齿接触为点接触，而与另一相邻的齿的接触点为非点接触。

作为方案的优选，所述主动件与所述从动件内均开设有半球槽，还包括滚珠，所述滚珠部分设置于所述主动件的半球槽中、部分设置于所述从动件的半球槽中，以使所述主动件与从动件相对旋转。

本发明还提供一种过保护旋转杯盖，包括上述的正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，其中，所述主动件为外盖，所述从动件为内盖，所述外盖包括顶板与外周壁，所述内盖包括底板与内周壁，所述内盖的内周壁的顶端向外盖的外周壁延伸出支撑板，并在支撑板上设有上凸台，所述外盖的顶板向内盖延伸对应设有下凸台、且所述下凸台与外周壁间设有放置区，上凸台设置在所述放置区中，以使所述下凸台置于所述支撑板上；

所述外盖的顶板的下表面还一体成型有跑道型的定位盒，定位盒包括有两面相互平行且垂直于外盖下表面的定位板，逆向爪和顺向爪分别设置在两块定位板上，齿轮台设置在内盖中；

所述外盖的半球槽开设在所述下凸台远离外盖中心的一侧，所述内盖的半球槽开设在所述上凸台朝向内盖中心的一侧，所述上凸台远离内盖中心的一侧则开设有用于嵌设有密封圈的密封槽；

在外盖和内盖上的相对应位置均开设有与球槽连通的下珠口，具体为：所述外盖的下珠口为开设在所述顶板上、与所述下凸台的球槽相连通的圆孔，所述内盖的下珠口为开设在所述上凸台的边缘处的豁口。

该过保护旋转盖，可通过上凸台、下凸台、滚珠实现外盖与内盖相对旋转且密封；同时，通过下珠口实现滚珠的安装实现外盖与内盖相对旋转。

本发明又提供一种过保护旋转杯盖的装配方法，用于装配上述的过保护旋转杯盖，包括以下步骤：

将逆向爪与顺向爪分别固定到定位盒上的定位板上；

将上凸台嵌入下凸台与外盖的外周壁之间的放置区，逆向爪、顺向爪置于齿轮台的齿缝中，此时外盖的圆孔形下珠口与内盖的豁口形下珠口对齐；

从外盖的圆孔形下珠口向球槽内放滚珠，滚珠经过内盖的豁口形下珠口后进入环形球槽；若滚珠堆在圆孔处下珠口未顺利进入环形球槽，则从圆形下珠口侧面的侧向开口处拔动滚珠，使滚珠进入环形球槽，当滚珠填满环形球槽后，将圆柱塞嵌入所述外盖的圆孔形下珠口，完成下珠口的封堵。

本发明还提供一种指纹锁杯盖，包括上述的过保护旋转杯盖，所述外盖内设有主电路板，所述外盖的外表面设有与所述主电路板电性连接的指纹面板，所述主电路板根据所述指纹面板识别的指纹驱动所述控制装置下放或抬起所述逆向爪，以使所述内盖逆时针旋转或不旋转；

所述内盖的底板正中心设有贯穿所述底板的金属堵头，所述定位盒中还设有与主电路板电性连接的水温传感器，所述水温传感器悬空于所述金属堵头上方。

通过指纹面板来识别指纹以控制是否开盖；通过金属堵头与水温传感器相结合来感应水温。

本发明还提供一种指纹锁杯盖的使用方法，用于使用上述的指纹锁杯盖，包括关盖和开盖：

关盖时，顺时针旋转所述外盖，通过所述顺向爪与所述齿轮台的啮合，使所述内盖同步顺时针转动，以实现关盖；

关盖过程中，顺时针旋转所述外盖，所述齿轮台与所述顺向爪之间的啮合力逐渐增大，直到超过所述啮合阈值后，所述顺向爪与所述齿轮台相对打滑，所述内盖不再随所述外盖转动；

开盖时，首先识别开盖者的指纹，识别通过后，所述主电路板驱动所述控制装置放下所述逆向爪，逆时针旋转所述外盖，通过所述逆向爪与所述齿轮台的啮合，驱动所述内盖同步逆时针转动，以实现开盖；

识别未通过，所述逆向爪保持抬起状态，逆时针旋转所述外盖，所述逆向爪与所述齿轮台不啮合，并且所述顺向爪与所述齿轮台打滑，所述内盖不旋转，不能开盖。

通过该使用方法可进一步提高指纹锁杯盖的安全性。

附图说明

图1是正向力矩保护与反向开关控制旋转机构的示意图；

图2是旋转控制件的示意图；

图3是顺向爪和逆向爪与齿轮台之间的配合示意图；

图4是正向力矩保护与反向开关控制旋转机构的部分剖视示意图；

图5是图4中A部分的放大示意图。

图中，1、主动件；11、顶板；12、外周壁；13、下凸台；131、放置区；14、定位盒；141、定位板；2、从动件；21、底板；22、内周壁；23、支撑板；24、上凸台； 25、密封槽；3、齿轮台；31、顺向爪；311、卡紧面；312、支撑面；313、压簧；32、逆向爪；321、摆杆；322、电机；323、支爪；4、球槽；41、圆孔；42、豁口；5、固定环；51、圆柱塞；6、主电路板；61、指纹面板；62、金属堵头；63、指示灯。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

如图1和图2所示，本发明提出一种正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，包括主动件、从动件和旋转控制件，主动件通过旋转控制件控制从动件与其同步旋转或不旋转，旋转控制件包括齿轮台3、顺向爪31、逆向爪32，所述顺向爪31单独置于所述齿轮台3的齿缝中时，与齿缝其中一边的齿始终处于打滑的状态、与另一边的齿处于啮合或打滑的状态，具体为：当啮合力小于啮合阈值时，顺向爪31与另一边的齿处于啮合状态；当啮合力超过啮合阈值时，顺向爪31与另一边的齿处于打滑状态；所述逆向爪 32单独置于齿轮台3的齿缝中时，与齿缝其中一边的齿始终处于打滑的状态、与另一边的齿始终处理啮合状态；顺向爪31与逆向爪32镜像设置，顺向爪31为弹性设置，以使顺向爪31与齿轮台3处于非始终打滑状态的齿之间存在啮合阈值，以使所述顺向爪31与齿轮台3啮合或打滑，逆向爪32为抬放设置，以与齿轮台3啮合或不啮合。

主动件顺时针旋转：

当顺向爪31受齿轮台3的啮合力未超过所述啮合阈值时，通过顺向爪31与齿轮台3之间的啮合使从动件同步顺时针旋转；当顺向爪31受齿轮台3的啮合力超过啮合阈值时，通过顺向爪31与齿轮台3的相对打滑实现从动件不随主动件同步旋转；

主动件逆时针旋转：

当逆向爪32下放，与齿轮台3啮合，从动件同步逆时针旋转；当逆向爪32抬起，与齿轮台3不啮合，从动件不随主动件同步旋转。

具体地，顺向爪31与逆向爪32可以设置在主动件上，而齿轮台3设置在从动件上，通过顺向爪31与逆向爪32跟随主动件的运动可以驱动齿轮台3运动，从而带动从动件同步运动；也可以将顺向爪31与逆向爪32设置在从动件上，而将齿轮台3设置在主动件上，通过齿轮台3跟随主动件的运动可以驱动顺向爪31、逆向爪32运动，从而带动从动件同步运动。

进一步地，顺向爪31的弹性设置通过压簧313实现，压簧313可以是扭簧或其他类型的弹簧，压簧313和顺向爪31共同安装在主动件上，或共同安装在从动件上，从而可以持续地对顺向爪31施加弹力，使顺向爪31与齿轮台3啮合。通过控制压簧313 的作用力的大小，可以控制顺向爪31与齿轮台3处于非始终打滑状态的齿之间的啮合阈值的大小，当顺向爪31受齿轮台3的啮合力超过啮合阈值后，顺向爪31则会与齿轮台3之间相对打滑，如未超过，则顺向爪31正常啮合在齿轮台3内。

如图2所示，顺向爪31的爪头为圆滑设置，所述顺向爪31的爪头包括卡紧面311 和支撑面312，且均为弧形面并平滑连接，所述顺向爪31卡入所述齿轮台3时，所述顺向爪31的爪头悬空于所述齿轮台3的齿底部，所述顺向爪31的爪头的卡紧面311 与支撑面312分别与上述齿缝的相邻的齿相抵，从而便于超过啮合阈值时，顺向爪31 的卡紧面311与齿轮台3相对打滑。啮合阈值受压簧313的弹力、顺向爪31卡紧面 311以及支撑面312的弯曲弧度及齿轮台3中顺向爪31的爪头与相邻两个齿的抵触点之间的距离共同决定。

所述啮合阈值具体为：设压簧313对顺向爪31施加的弹力为g克(单位为克)，顺向爪31的卡紧面311和支撑面312分别为半径为r(单位为毫米)和半径为R(单位为毫米)的圆形的部分弧，齿轮台3中顺向爪31的爪头与相邻两个齿的抵触点之间的距离为l(单位为毫米)，则顺向爪31与齿轮台3之间的啮合阈值F＝cotα*g，而cotα＝y/x，通过二元二次方程组R2＝[(R-r)+x]2+(l-y)2与r2＝x2+y2来计算cotα，即可得出F(单位为克)。即，当顺向爪31与齿轮台3之间的啮合力超过F时，顺向爪31与齿轮台3 之间相对打滑。本实施例中压簧313对顺向爪31施加的弹力g＝220g，顺向爪31的卡紧面311所对应的圆形的半径r＝2.2mm，顺向爪31的支撑面312所应对的圆形的半为 R＝2.6mm，齿轮台3中顺向爪31的爪头与相邻两个齿的抵触点之间的距离l＝3.8mm，则F＝472g。

当主动件顺时针旋转时，如顺向爪31与齿轮台3的啮合超过阈值，则顺向爪31 的卡紧面311与齿轮台3之间打滑；而主动件逆时针旋转时，则由顺向爪31的支撑面 312与齿轮台3之间打滑。

进一步地，顺向爪31卡紧面311的切面与竖直面之间的夹角α不超过45°，本实施例为25°，顺向爪31支撑面312的切面与竖直面之间的夹角不小于45°。卡紧面 311和支撑面312的倾斜在此范围内，更加有利于顺向爪31与齿轮台3在顺时针方向与逆时针两个方向上的打滑，当顺向爪31在顺时针方向上打滑，可实现力矩保护，避免带动从动件旋转过度，当顺向爪31在逆时针方向上打滑，则不影响逆向爪32的功能实现，从而达到正向力矩保护。

进一步地，逆向爪32的抬放通过控制装置实现，控制装置可以为凸轮与电机322组成，也可以为摆杆321与电机322组成或其他能抬起放下逆向爪32的控制装置，摆杆321为偏心设置，并且，逆向爪32除了与齿轮台3啮合之外，其侧壁还延伸出与控制装置配合的支爪323，凸轮或摆杆321可以抵接在支爪323的下表面，通过凸轮凸面与圆面的交替转动和摆杆321的偏心转动，将支爪323顶起或放下，并且，逆向爪32 的上方也可以设有压簧313，从而对应实现逆向爪32的抬起或下放。控制装置也可以直接为驱动逆向爪32转动的电机322，可以使逆向爪32远离电机322的一端转动至抬起或下放，实现与齿轮台3的不啮合或啮合。

逆向爪32的爪头为平面。因此，当逆向爪32下放后与齿轮台3啮合时，逆向爪 32完全卡入齿轮台3的齿缝中，以使所述爪头与齿缝的底部面接触。因此，主动件逆时针旋转时，则可保证从动件同步逆向旋转且不会相对打滑，而逆向爪32抬起后，不与齿轮台3啮合，无法控制从动件同步旋转，可实现反向旋转的开关控制功能。并且，通过前述分析可知，顺向爪31与逆向爪32为镜像设置，主动件逆时针旋转时，顺向爪 31的爪头的支撑面312与齿轮台3打滑，不影响逆向爪32的功能实现；而主动件在顺时针旋转时，逆向爪32可抬起也可使其与齿轮台3打滑，同理不会影响顺向爪31的功能实现。

进一步地，如图3所示，在齿轮台3的中心向外沿着直径的方向上，齿轮台3的齿宽由窄变宽后再变窄，以使顺向爪31、逆向爪32与齿啮合时，与相邻齿的接触形式不同，具体为：与始终处于打滑的相邻的齿接触为点接触，而与另一相邻的齿的接触点为非点接触。在此基础上，顺向爪31、逆向爪32与齿轮台3在同方向上更容易通过啮合同步旋转，在反方向上更容易相对打滑。

进一步地，如图4所示，主动件与从动件内均开设有半球槽4，还包括滚珠，所述滚珠部分设置于所述主动件的半球槽4中、部分设置于所述从动件的半球槽4中，以使所述主动件与从动件相对旋转。具体地，两个半球槽4的配合面可以为除水平面以外的任何一面，这是因为，如果配合面为水平面时，滚珠即使填充在球槽4内，两个半球槽 4也会在垂直于水平面也就是竖直方向上出现分离，导致主动件与从动件无法结合；而配合面为除水平面以外的任何一面时，由于滚珠填满了一圈球槽4，因此，主动件和从动件无法在除竖直方向上的任何方向上出现相背运动而分离，从而同时能牢固地结合在一起。

进一步地，所述外盖1与内盖2上的半球槽4均为环形半球槽4，以使滚珠可填满整个环形球槽4。

实施例二

本申请还提出一种过保护旋转杯盖，包括前述的正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，如图4和图5所示，其中主动件为外盖1，从动件为内盖2，外盖1呈倒“U”字形，以使所述外盖1具有顶板11与外周壁12，内盖2呈正“U”字形，以使所述内盖2具有底板21与内周壁22，外盖1套设于所述内盖2外。内盖2的内周壁22的顶端向外盖1的外周壁12延伸出支撑板23，并在支撑板23上设有上凸台24，外盖1的顶板11向内盖2延伸对应设有下凸台13、且所述下凸台13与外周壁12间设有放置区 131，上凸台24设置在所述放置区131中，以使所述下凸台13置于所述支撑板23上；

外盖1的半球槽4开设在下凸台13远离外盖1中心的一侧，内盖2的半球槽4开设在上凸台24朝向内盖2中心的一侧，上凸台24远离内盖2中心的一侧则开设有用于嵌设有密封圈的密封槽25。当滚珠填充在两个半球槽4组成的球槽4中后，外盖1 与内盖2就变成不可分离的组合状态，而外盖1与内盖2之间又通过密封圈进行密封，密封圈位于内盖2的最外侧，又由于上凸台24设置在外盖1的外周壁12与下凸台13 之间，因此，可以有效避免液体从外盖1与内盖2之间的缝隙流入到外盖1与内盖2 之间，同时，外盖1与内盖2分离的设置便于单独开模制作，成本低、工艺简单。

具体地，如图1所示，在过保护旋转杯盖中，外盖1的顶板11的下表面还一体成型有跑道型的定位盒14，定位盒14包括有两面相互平行且垂直于外盖1下表面的定位板141，逆向爪32和顺向爪31分别设置在两块定位板141上，齿轮台3设置在内盖2 中，压簧313安装在定位板141上，控制逆向爪32抬升的控制装置为电机322与凸轮，电机322安装在定位盒14内，避免液体等污染影响，凸轮则安装在逆向爪32所在的定位板141上。由于杯盖中存在用电场景，通过将杯盖的各零件集中在定位盒14中，可以对电机322等零件进行保护，且避免打滑时电线缠绕，当然，定位盒14也可与内盖2一体成型，各零件集中在内盖2的定位盒14内，而齿轮台3则位于外盖1中。将逆向爪32与顺向爪31安装在跑道型结构的定位盒14上，使其更好地与齿宽由窄变宽后再变窄的齿轮台3配合，以使顺向爪31、逆向爪32与齿啮合时，与相邻齿的接触形式不同，具体为：与处于始终打滑的相邻的齿接触为点接触，而与另一相邻的齿的接触点为非点接触。在此基础上，顺向爪31、逆向爪32与齿轮台3在同方向上更容易通过啮合同步旋转，在反方向上更容易相对打滑。

如图5所示，在主动件和从动件上的相对应位置均开设有与球槽4连通的下珠口，具体为：所述主动件的下珠口为开设在顶板11上、与所述下凸台13的球槽4相连通的圆孔41，所述从动件的下珠口为开设在所述上凸台24的边缘处的豁口42。该结构可使得滚珠从主动件的圆孔41进入后不会被卡住，而可以顺利进入球槽4中。

进一步地，所述顶板11上、在所述圆孔41的两侧设有侧向开口。以使当滚珠堆在圆孔41处时将拔入球槽4轨道中。

还包括圆柱塞51。当滚珠通过下珠口填充完后，将圆柱塞51对准在顶板11的下珠口，完成下珠口的封堵，可以防止滚珠从下珠口散落。

具体产品时，在外盖1上还可包括固定环5，所述圆柱塞51设置在固定环5上。

实施例三

本申请还提出一种过保护旋转杯盖的装配方法，如图4和图5所示，用于装配上述的过保护旋转杯盖，包括以下步骤：

将逆向爪32与顺向爪31分别固定到定位盒14上的定位板141上，电机322、摆杆321、压簧313安装到定位盒14上；

将上凸台24嵌入下凸台13与外盖1的外周壁12之间的放置区131，逆向爪32、顺向爪31置于齿轮台3的齿缝中，此时外盖1的圆孔41形下珠口与内盖2的豁口42 形下珠口对齐；

从外盖1的圆孔41形下珠口向球槽4内放滚珠，滚珠经过内内盖2的豁口42形下珠口后进入环形球槽4；若滚珠堆在圆孔41处下珠口未顺利进入环形球槽4，则从圆形下珠口侧面的侧向开口处拔动滚珠，使滚珠进入环形球槽4。当滚珠填满环形球槽4 后，将圆柱塞51嵌入所述圆孔41形下珠口，完成下珠口的封堵。

该装配方法，通过将滚珠填满整个环形球槽4内，就可以将内盖2与外盖1结合起来，装配十分简单，既实现了二者的相对旋转，也实现了二者的组装。并且，在此装配方法下，内盖2与外盖1可以分开单独进行开模制作，工艺更加简单，成本更低，适合量产。

实施例四

本申请还提出一种指纹锁杯盖，如图1所示，在上述的过保护旋转杯盖的基础上，还包括有主电路板6、与主电路板6电性连接的指纹面板61，指纹面板61位于外盖1 的外周壁12上，用于识别开盖者的指纹，主电路板6则可以位于定位盒14中，进行保护，也避免绕线。主电路板6根据指纹面板61识别的指纹来决定是否驱动控制装置去下放或抬起逆向爪32。具体地，逆向爪32在识别前可为抬起状态，如指纹识别通过，则控制逆向爪32下放，此时外盖1逆时针旋转就能带动内盖2逆时针旋转，完成开盖动作；如指纹识别未通过，则逆向爪32仍旧为抬起状态，此时外盖1逆时针旋转，内盖2不旋转，无法进行开盖，因此，通过本指纹锁杯盖可实现身份识别后开盖，具有保护功能。

进一步地，内盖2的底板21正中心设有贯穿所述底板21的金属堵头62，所述定位盒14中还设有与主电路板6电性连接的水温传感器，水温传感器可采用型号为 MF52DF3950的传感器，所述水温传感器悬空于所述金属堵头62上方。通过本申请的指纹锁杯盖，可以将水温直接展示给使用者，使用起来更加安全、便捷。

进一步地，外盖1的外周壁12上还设有指示灯63，所述指示灯63分别与所述主电路板6、水温传感器及指纹面板61电性连接。指示灯63既作为水温指示类，也作为指纹识别通过与否指示灯63。

实施例五

本申请还提出一种指纹锁杯盖的使用方法，用于使用上述公开的指纹锁杯盖，如图 1所示，具体包括开盖和关盖：

关盖时，直接顺时针旋转外盖1，由于顺向爪31在压簧313作用下与齿轮台3啮合，因此，内盖2同外盖1一起顺时针旋转，逐渐与杯体拧紧，直到完成关盖动作；

关盖完毕后，内盖2由于已与杯体拧紧而停止顺时针旋转，而外盖1在使用者的操作下仍旧具有顺时针旋转的运动趋势，因此，齿轮台3和顺向爪31之间的啮合力逐渐增大，直到超过啮合阈值，齿轮台3与顺向爪31之间发生打滑，从而避免内盖2旋转过度而难以进行反向旋转开盖的现象；

开盖时，首先通过指纹面板61识别开盖者的指纹，当识别的指纹通过后，主电路板6才会驱动控制装置放下逆向爪32，逆向爪32才能与齿轮台3啮合，此时，使用者逆时针旋转外盖1才能带动内盖2同步逆时针旋转，从而进行开盖；如果指纹识别未通过，则逆向爪32仍旧保持抬起的状态，并且顺向爪31与齿轮打滑，不管使用者如何逆时针旋转外盖1，都无法驱动内盖2同步逆时针旋转，也就无法进行开盖。从而提高使用的安全性，私密性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，其特征在于，包括主动件、从动件和旋转控制件，所述主动件通过所述旋转控制件控制所述从动件同步旋转或不旋转，所述旋转控制件包括齿轮台、顺向爪、逆向爪，所述顺向爪单独置于所述齿轮台的齿缝中时，与齿缝其中一边的齿始终处于打滑的状态、与另一边的齿处于啮合或打滑的状态，具体为：当啮合力小于啮合阈值时，顺向爪与另一边的齿处于啮合状态；当啮合力超过啮合阈值时，顺向爪与另一边的齿处于打滑状态；所述逆向爪单独置于齿轮台的齿缝中时，与齿缝其中一边的齿始终处于打滑的状态、与另一边的齿始终处于啮合状态；所述顺向爪与所述逆向爪镜像设置，所述顺向爪为弹性设置，以使所述顺向爪与所述齿轮台处于非始终打滑状态的齿之间存在啮合阈值，以使所述顺向爪与所述齿轮台啮合或打滑，所述逆向爪为抬放设置，以与所述齿轮台啮合或不啮合；

所述主动件顺时针旋转：

当所述顺向爪受所述齿轮台的啮合力未超过所述啮合阈值，通过所述顺向爪与所述齿轮台之间的啮合使所述从动件同步顺时针旋转；当所述顺向爪与所述齿轮台的啮合力超过啮合阈值后，所述顺向爪与所述齿轮台相对打滑，所述从动件不随主动件同步旋转；

所述主动件逆时针旋转：

当所述逆向爪下放，与所述齿轮台啮合，所述从动件同步逆时针旋转；当所述逆向爪抬起，与所述齿轮台不啮合，所述从动件不随主动件同步旋转。

2.根据权利要求1所述的正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，其特征在于，所述顺向爪的爪头包括卡紧面和支撑面，所述卡紧面和支撑面均为弧形面且平滑连接，所述顺向爪卡入所述齿轮台时，所述顺向爪的爪头悬空于所述齿轮台的齿缝底部，所述顺向爪的爪头的卡紧面与支撑面分别与上述齿缝的相邻的齿相抵，以使所述顺向爪与所述齿轮台的啮合力超过所述啮合阈值后，所述卡紧面相对于所述齿轮台打滑；

所述顺向爪通过压簧弹性啮合在所述齿轮台内，所述顺向爪与所述齿轮台的啮合阈值由所述卡紧面和支撑面的弯曲弧度、所述压簧的弹力及所述齿轮台中顺向爪的爪头与相邻两个齿的抵触点之间的距离共同决定。

3.根据权利要求2所述的正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，其特征在于，所述啮合阈值具体为：设压簧对顺向爪施加的弹力为g，顺向爪的卡紧面和支撑面分别为半径为r和半径为R的圆形的部分弧，齿轮台中顺向爪的爪头与相邻两个齿的抵触点之间的距离为l，则顺向爪与齿轮台之间的啮合阈值F＝cotα*g，而cotα＝y/x，通过二元二次方程组R²＝[(R-r)+x]²+(l-y)²与r²＝x²+y²来计算cotα，即可得出F；

所述顺向爪卡紧面的切面与竖直面之间的夹角α不超过45°，所述顺向爪支撑面的切面与竖直面之间的夹角不小于45°。

4.根据权利要求3所述的正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，其特征在于，所述逆向爪通过控制装置进行抬放，所述逆向爪的爪头面为平面，当逆向爪放下后与齿轮台啮合时，逆向爪完全卡入齿轮台的齿缝中，以使所述爪头与齿缝的底部面接触。

5.根据权利要求4所述的正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，其特征在于，在所述齿轮台的中心向外沿着直径的方向上，齿轮台的齿宽由窄变宽后再变窄，以使顺向爪、逆向爪与齿啮合时，与相邻齿的接触形式不同，具体为：与始终处于打滑的相邻的齿接触为点接触，而与另一相邻的齿的接触点为非点接触。

6.根据权利要求5所述的正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，其特征在于，所述主动件与所述从动件内均开设有半球槽，还包括滚珠，所述滚珠部分设置于所述主动件的半球槽中、部分设置于所述从动件的半球槽中，以使所述主动件与从动件相对旋转。

7.一种过保护旋转杯盖，其特征在于，包括如权利要求6所述的正向力矩保护与反向开关控制旋转机构，其中，所述主动件为外盖，所述从动件为内盖，所述外盖包括顶板与外周壁，所述内盖包括底板与内周壁，所述内盖的内周壁的顶端向外盖的外周壁延伸出支撑板，并在支撑板上设有上凸台，所述外盖的顶板向内盖延伸对应设有下凸台、且所述下凸台与外周壁间设有放置区，上凸台设置在所述放置区中，以使所述下凸台置于所述支撑板上；

所述外盖的顶板的下表面还一体成型有跑道型的定位盒，定位盒包括有两面相互平行且垂直于外盖下表面的定位板，逆向爪和顺向爪分别设置在两块定位板上，齿轮台设置在内盖中；

所述外盖的半球槽开设在所述下凸台远离外盖中心的一侧，所述内盖的半球槽开设在所述上凸台朝向内盖中心的一侧，所述上凸台远离内盖中心的一侧则开设有用于嵌设有密封圈的密封槽；

在外盖和内盖上的相对应位置均开设有与球槽连通的下珠口，具体为：所述外盖的下珠口为开设在所述顶板上、与所述下凸台的球槽相连通的圆孔，所述内盖的下珠口为开设在所述上凸台的边缘处的豁口。

8.一种过保护旋转杯盖的装配方法，其特征在于，用于装配如权利要求7所述的过保护旋转杯盖，包括以下步骤：

将逆向爪与顺向爪分别固定到定位盒上的定位板上；

将上凸台嵌入下凸台与外盖的外周壁之间的放置区，逆向爪、顺向爪置于齿轮台的齿缝中，此时外盖的圆孔形下珠口与内盖的豁口形下珠口对齐；

从外盖的圆孔形下珠口向球槽内放滚珠，滚珠经过内盖的豁口形下珠口后进入环形球槽；若滚珠堆在圆孔处下珠口未顺利进入环形球槽，则从圆形下珠口侧面的侧向开口处拔动滚珠，使滚珠进入环形球槽，当滚珠填满环形球槽后，将圆柱塞嵌入所述外盖的圆孔形下珠口，完成下珠口的封堵。

9.一种指纹锁杯盖，其特征在于，包括如权利要求7所述的过保护旋转杯盖，所述外盖内设有主电路板，所述外盖的外表面设有与所述主电路板电性连接的指纹面板，所述主电路板根据所述指纹面板识别的指纹驱动所述控制装置下放或抬起所述逆向爪，以使所述内盖逆时针旋转或不旋转；

所述内盖的底板正中心设有贯穿所述底板的金属堵头，所述定位盒中还设有与主电路板电性连接的水温传感器，所述水温传感器悬空于所述金属堵头上方。

10.一种指纹锁杯盖的使用方法，其特征在于，用于使用如权利要求9所述的指纹锁杯盖，包括关盖和开盖：

关盖时，顺时针旋转所述外盖，通过所述顺向爪与所述齿轮台的啮合，使所述内盖同步顺时针转动，以实现关盖；

关盖过程中，顺时针旋转所述外盖，所述齿轮台与所述顺向爪之间的啮合力逐渐增大，直到超过所述啮合阈值后，所述顺向爪与所述齿轮台相对打滑，所述内盖不再随所述外盖转动；

开盖时，首先识别开盖者的指纹，识别通过后，所述主电路板驱动所述控制装置放下所述逆向爪，逆时针旋转所述外盖，通过所述逆向爪与所述齿轮台的啮合，驱动所述内盖同步逆时针转动，以实现开盖；

识别未通过，所述逆向爪保持抬起状态，逆时针旋转所述外盖，所述逆向爪与所述齿轮台不啮合，并且所述顺向爪与所述齿轮台打滑，所述内盖不旋转，不能开盖。

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