CN114730676A - 包括定位球的双稳态机械闩锁 - Google Patents

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Abstract

本文提供了一种改进的双稳态致动器，其包括可联接到壳体的第一芯部件，该第一芯部件包括中心孔，该中心孔包含轴和轴弹簧。该致动器可以进一步包括围绕第一芯部件延伸的第二芯部件，其中，第二芯部件和第一芯部件可相对于彼此轴向地移动，以及在第二芯部件内延伸的第三芯部件，其中，第三芯部件和第二芯部件可相对于彼此轴向地移动。该致动器可以进一步包括延伸穿过第一芯部件的开口的定位球，其中，当双稳态致动器处于第一位置时，定位球邻接第二芯部件，并且其中，当双稳态致动器处于第二位置时，定位球邻接轴的止动部。

Description

包括定位球的双稳态机械闩锁
技术领域
本公开总体上涉及机械闩锁的领域，更具体地，涉及包括定位球的双稳态机械闩锁。
背景技术
电力电池开关或电池断路器是一种能使两个接线柱或电极之间形成电连接或断开电连接的装置，以便将电流从电源传输到其他电力负载。一些继电器包括线圈和永磁体。当电流流过线圈时，就会产生与电流成正比的磁场。在预定点处，磁场强大到足以将开关的可移动触点从其静止或断电位置拉向按压抵靠开关的固定触点的致动或通电位置。
螺线管是一种特殊类型的高电流电磁继电器。螺线管操作的开关广泛用于响应于提供给螺线管的相对低电平的控制电流而向负载装置供应电力。螺线管可以用于各种应用中。例如，螺线管可以用在电起动器中，以便容易且方便地起动各种车辆，包括传统的汽车、卡车、草坪拖拉机、大型割草机等。
常开继电器是一种在被供以电力时保持其触点闭合且在电力供应被切断时断开其触点的开关。常开继电器需要的是减少部件的数量和增加开关的寿命的解决方案。
发明内容
在根据本公开的一种方案中，闩锁组件可以包括壳体，该壳体包括开口和双稳态致动器，该双稳态致动器包括联接到壳体的第一芯部件，该第一芯部件包括中心孔，该中心孔包含轴和轴弹簧。双稳态致动器可以进一步包括围绕第一芯部件延伸的第二芯部件，其中，第二芯部件和第一芯部件可相对于彼此轴向地移动，以及在第二芯部件内延伸的第三芯部件，其中，第三芯部件和第二芯部件可相对于彼此轴向地移动。双稳态致动器可以进一步包括延伸穿过第一芯部件的开口的定位球，其中，当双稳态致动器处于第一位置时，定位球邻接第二芯部件，并且其中，当双稳态致动器处于第二位置时，定位球邻接轴的止动部。
在本公开的另一种方案中，双稳态机械闩锁致动器可以包括可联接到壳体的第一芯部件，该第一芯部件包括容纳轴和轴弹簧的中心孔，以及围绕第一芯部件延伸的第二芯部件，其中，第二芯部件和第一芯部件可相对于彼此轴向地移动。双稳态致动器可以进一步包括在第二芯部件内延伸的第三芯部件，其中，第三芯部件和第二芯部件可相对于彼此轴向地移动，以及延伸穿过第一芯部件的开口的定位球，其中，在第一位置时，定位球邻接第二芯部件，并且其中，在第二位置时，定位球邻接轴的止动部。
在本公开的又一种方案中，方法可以包括提供双稳态致动器，该双稳态致动器包括联接到壳体的第一芯部件，该第一芯部件包括中心孔，该中心孔包含轴和轴弹簧。双稳态致动器可以进一步包括围绕第一芯部件延伸的第二芯部件，其中，第二芯部件和第一芯部件可相对于彼此轴向地移动，以及在第二芯部件内延伸的第三芯部件，其中，第三芯部件和第二芯部件可相对于彼此轴向地移动。双稳态致动器可以进一步包括位于第一芯部件的开口内的定位球。该方法可以进一步包括将第二芯部件内的第三芯部件从第一径向位置偏压到第二径向位置，其中，当第三芯部件处于第一径向位置时，定位球邻接第二芯部件，并且其中，当第三芯部件处于第二径向位置时，定位球邻接轴的止动部。
附图说明
附图示出了迄今为止为其原理的实际应用而设计的公开实施例的示例性方案，其中：
图1描绘了根据本公开的实施例的闩锁组件的透视图；
图2描绘了根据本公开的实施例的图1的闩锁组件的双稳态致动器的透视图；
图3是根据本公开的实施例的图2的双稳态致动器的侧剖视图；以及
图4A-4F描绘了根据本公开的实施例的用于操作图2-3的双稳态致动器的方法。
附图不一定是按比例绘制的。附图仅仅是代表，并不旨在描绘本公开的具体参数。附图旨在描绘本公开的典型实施例，因此不应被认为是在范围上的限制。在附图中，相同的编号代表相同的元件。
此外，为了说明清楚，一些图中的某些元件可以省略，或者不按比例示出。此外，为了清楚起见，在某些附图中可以省略一些附图标记。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述根据本公开的实施例。其组件、部件和方法可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底且完整，并将组件、部件和方法的范围全面传达给本领域技术人员。
如将在本文中描述的，本公开的实施例涉及基于两个不同位置的新颖的双稳态机构，一组(即一个或更多个)球可以在具有固定和活动部件的复杂组件中呈现所述两个不同位置。在一些实施例中，ON(接通)和OFF(断开)可以通过闩锁活动芯和轴的相互位置来保证。这两个部件都可以具有适当的凹部或止动部来容纳球。当轴中的凹部出现在球的前面时，球被引导到凹部中，使得闩锁活动芯自由/被迫(例如，通过弹簧)移动。同样，当活动芯的凹部出现在球的前面时，球被引导到活动芯的凹部中，使得轴自由/被迫(例如，通过第二弹簧)移动。为了在两个位置之间切换，可以施加外力，其中，该力可以是机械力、磁力、机电力或任何其他力。
应当理解，本公开的双稳态机构可以应用于例如电池断路开关、继电器或具有双稳态特征的类似装置。双稳态机构可利用由电磁产生的外力来操作。
图1示出了根据本公开的实施例的闩锁组件(以下称为“组件”)100。组件100可以包括一个或更多个壳体102，每个壳体联接到双稳态致动器(以下称为“致动器”)105。尽管不限于任何特定的构造，但壳体102可以包括连接到顶壁108的一组侧壁106，其中，穿过顶壁108可以设置开口110。如将在本文中更详细地描述的，致动器105可以包括例如沿着壳体的下侧114联接到壳体102的第一芯部件111。致动器105可以进一步包括围绕第一芯部件111延伸的第二芯部件112，其中，第一芯部件111和第二芯部件112可相对于彼此轴向地移动(例如，沿着y轴)，以及在第二芯部件112内延伸的第三芯部件113，其中，第二芯部件112和第三芯部件113可相对于彼此轴向地移动。致动器105的轴116被配置为延伸经过穿过壳体102的顶壁108的开口110。
在一个非限制性实施例中，致动器105可以是双稳态继电器(也称为“闩锁继电器”)的一部分。众所周知，双稳态继电器是当继电器的电力被切断时保持其最后状态的继电器。通常，双稳态继电器包括开关机构，例如致动器105，以打开或闭合端子之间的电触点。在一些示例中，双稳态继电器可以由螺线管形成，该螺线管操作各种部件以打开或闭合开关机构触点。
作为又一个示例，双稳态继电器可以由环绕含铁柱塞(例如轴116和/或第一、第二、第三芯部件111、112、113)的一对永磁体118形成。含铁柱塞可以设置在永磁体118的线圈的中心内，其中，提供芯弹簧122以将含铁柱塞推出线圈。在操作期间，当线圈在一个方向上被通电时，磁场推动含铁柱塞远离永磁体118，并且芯弹簧122将其保持在“释放”位置，根据触点的定位和连接，该释放位置可以对应于打开或闭合位置。当线圈在另一方向上被通电时，磁场将柱塞拉回到永磁体118的范围内，并且柱塞被永磁体118保持(例如，克服芯弹簧122的弹簧力)在适当位置。
在进一步的示例中，线圈可以包括中心抽头绕组，其可以连接到电压源的正侧。因此，线圈的每个端部对应于打开或闭合绕组。在替代示例中，线圈可以包括两个分开的绕组，即一个用于打开，一个用于闭合。
在使用期间，组件100可以被配置为当特定条件发生(例如，电力轨上的输入功率中断)时使致动器105进入打开或闭合状态。如本文所使用的，在以下情况下输入功率可能中断：当输入功率降到特定值以下时；当输入功率降至零时；当输入功率降低特定百分比时；当输入功率在特定时间内降到低于特定值时；或者通常每当可用的电力供应减少或中断时。
现在转到图2-3，将更详细地描述本公开的致动器105。如图所示，第一芯部件111、第二芯部件112和第三芯部件113例如同心地围绕中心纵向轴线124联接在一起。第一芯部件111可以包括包含轴116和轴弹簧128的中心孔126。第一芯部件111可以包括与第二端部131相对的第一端部130，其中，第一端部130在第二芯部件112的内部空腔133中延伸，并且第二端部131通常延伸到第二芯部件112的外部。第一芯部件111可以进一步包括从中心纵向轴线124径向地突出或延伸的凸缘135，该凸缘135可操作以接合第二芯部件112的第一端部136，这取决于第一芯部件111和第二芯部件112的相对位置。如图所示，第一芯部件111还可以包括面向第二芯部件112和第三芯部件113的止挡表面138。在一些实施例中，根据第一芯部件111和第二芯部件112的相对位置，可以在止挡表面138与第二芯部件112之间形成空腔140。
如进一步所示，第二芯部件112可以是中空的圆柱体，包括在内表面144与外表面145之间具有第一径向厚度(R1)的第一区域141和在内表面144与外表面145之间具有第二径向厚度(R2)的第二区域142。第二芯部件112可以进一步包括在第一区域141与第二区域142之间的肩部区域146。根据第一芯部件111和第二芯部件112的相对轴向位置，肩部区域146和止挡表面138可以彼此接合或邻接。如进一步所示，第二芯部件112的第二端部147与芯弹簧122的一个端部接合。
第三芯部件113可以包括与第二端部149相对的第一端部148，其中，第一端部148在第二芯部件112的内部空腔133中延伸。如图所示，第一端部148可以具有比第二端部149更小的直径。芯弹簧122可以环绕第三芯部件113，在第二芯部件112的第二端部147与第三芯部件113的凸缘150之间延伸。芯弹簧122的弹簧力偏压第二芯部件112和第三芯部件113彼此远离。
致动器105可以进一步包括一个或更多个定位球155，所述定位球延伸穿过第一芯部件111的开口156。在一些实施例中，多个定位球155可以围绕第一芯部件111周向地布置。如本文将更详细描述的，定位球155可以部分地设置在空腔140内，并且当致动器105处于第一位置(如所示)时可以邻接第二芯部件112，当致动器105处于第二位置时邻接轴116的止动部158。如图所示，定位球155可以与第二芯部件的肩部区域146直接物理接触。
现在转到图4A-4F，将描述根据本公开的实施例的致动器105的操作。如图4A所示，致动器可以处于“OFF”位置，其中除了来自芯弹簧122的弹簧力之外，没有力作用在第一部件111、第二部件112和/或第三部件113上。定位球155处于外部/阻挡位置，在一侧上由第二芯部件112的肩部区域146接合，并且在第二侧上由轴116的外表面接合。在该实施例中，第一芯部件111可以相对于壳体102的下侧114保持固定在适当位置。
如图4B所示，随着第三芯部件113受到力(F1)，第三芯部件113朝着第一芯部件111轴向地移动(在所示的方位中向上)，从而压缩芯弹簧122。第三芯部件113的移动进一步使轴116轴向移动，使止动部158与第一芯部件111的开口156对准。定位球155朝着中心纵向轴线124自由地径向向内移动。如图所示，定位球155可以与轴116的止动部158接合，但是不与第二芯部件112的肩部区域146接合。定位球155可以抵靠止动部158保持在适当位置。结果，定位球155阻止轴116轴向地移动。
接下来，如图4C所示，第二芯部件112和第三芯部件113可以被朝着第一芯部件111偏压，以使第二芯部件112的第一端部136与第一芯部件111的凸缘135邻接。第二芯部件112的移动可以使空腔140(图4B)部分或完全地消除。随着第二芯部件112相对于第一芯部件111和轴116轴向地移动，定位球155可以例如沿着第二区域142的内表面144接合第二芯部件112。轴116和定位球155可以在该步骤期间固定。
接下来，如图4D所示，一旦力从第三芯部件113移除，第三芯部件113可以被芯弹簧122的弹簧力偏压远离第一芯部件111和第二芯部件112。内部空腔133可以扩大，使得在第三芯部件113的第一端部148与轴116之间形成间隙。轴116和定位球155可以在该步骤期间保持固定，这表示致动器105的“ON”位置。
接下来，如图4E所示，第二力(F2)可以施加到第二芯部件112，使得第二芯部件112的第一端部136与第一芯部件111的凸缘135脱离。定位球155不再与第二芯部件112的第二区域142的内表面144接合。相反，定位球155现在可以与第二芯部件112的第一区域141对准或邻近该第一区域。由于第一区域141的较小的第一径向厚度，定位球155远离中心纵向轴线124自由地径向移动。如图所示，定位球155不再与轴116的止动部158接合，这允许轴116轴向向下移动，如图4F所示。为了返回图4A的OFF位置，可以移除第二力，从而允许芯弹簧122偏压第三芯部件113远离第二芯部件112。
为了方便和清楚起见，本文使用术语比如“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“侧向”和“纵向”来描述附图中出现的部件及其组成部分的相对位置和方位。这些术语将包括特别提到的词语、其派生词以及类似含义的词语。
如本文所使用的，以单数形式叙述并以词语“一”开头的要素或操作应理解为包括复数要素或操作，除非明确叙述了这种排除。此外，对本公开的“一个实施例”的引用不旨在是限制性的。其他实施例也可以结合所叙述的特征。
此外，术语“基本”或“基本上”，以及术语“近似”或“近似地”在一些实施例中可以互换使用，并且可以使用本领域普通技术人员可接受的任何相对度量来描述。例如，这些术语可以用作与参考参数的比较，以指示能够提供预期功能的偏差。尽管是非限制性的，但是与参考参数的偏差可以在例如小于1％、小于3％、小于5％、小于10％、小于15％、小于20％等的量的范围内。
此外，本领域技术人员将理解，当元件或部件被称为形成在、沉积在或设置在另一元件“上”、“上方”或“顶上”时，该元件可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”、“直接在另一元件上方”或“直接在另一元件顶上”时，不存在中间元件。
本公开的范围不受本文描述的具体实施例的限制。实际上，除了本文描述的那些之外，根据前面的描述和附图，本公开的其他各种实施例和修改对于本领域普通技术人员来说将是清楚明白的。因此，这样的其他实施例和修改旨在落入本公开的范围内。此外，本文已经在用于特定目的的特定环境中以特定实现方式的背景描述了本公开。本领域普通技术人员将会认识到，有用性不限于此，并且本公开可以有益地在用于任何数量的目的的任何数量的环境中实现。因此，所阐述的权利要求将根据本文描述的本公开的全部范围和精神来解释。

Claims (20)

1.一种闩锁组件，包括：
壳体，所述壳体包括开口；以及
双稳态致动器，该双稳态致动器包括：
联接到所述壳体的第一芯部件，所述第一芯部件包括中心孔，所述中心孔包含轴和轴弹簧；
围绕所述第一芯部件延伸的第二芯部件，其中，所述第二芯部件和第一芯部件能相对于彼此轴向地移动；
在所述第二芯部件内延伸的第三芯部件，其中，所述第三芯部件和第二芯部件能相对于彼此轴向地移动；以及
延伸穿过所述第一芯部件的开口的定位球，其中，当所述双稳态致动器处于第一位置时，所述定位球邻接所述第二芯部件，并且其中，当所述双稳态致动器处于第二位置时，所述定位球邻接所述轴的止动部。
2.根据权利要求1所述的闩锁组件，其中，在所述第一位置，所述定位球设置在所述第一芯部件与第二芯部件之间的空腔内。
3.根据权利要求1所述的闩锁组件，所述第二芯部件包括：
在内表面与外表面之间具有第一径向厚度的第一区域；
在内表面与外表面之间具有第二径向厚度的第二区域，其中，所述第二径向厚度大于所述第一径向厚度；以及
在所述第一区域与第二区域之间的肩部区域，其中，当所述双稳态致动器处于第一位置时，所述定位球与所述肩部区域物理接触。
4.根据权利要求1所述的闩锁组件，进一步包括与所述第二芯部件和第三芯部件接触的芯弹簧。
5.根据权利要求4所述的闩锁组件，所述第二芯部件包括第一端部和第二端部，其中，所述第一端部能操作以接合所述第一芯部件的凸缘，并且其中，所述第二端部与所述芯弹簧接合。
6.根据权利要求1所述的闩锁组件，其中，所述第一芯部件围绕中心纵向轴线同心地设置，并且其中，所述第二芯部件围绕所述第一芯部件同心地设置。
7.根据权利要求1所述的闩锁组件，进一步包括沿着所述第一芯部件的圆周定位的一个或更多个附加的定位球。
8.根据权利要求1所述的闩锁组件，其中，所述第一芯部件与所述壳体的下侧邻接，并且其中，所述轴延伸穿过所述壳体的开口。
9.一种双稳态机械闩锁致动器，包括：
能联接到壳体的第一芯部件，所述第一芯部件包括中心孔，所述中心孔接收轴和轴弹簧；
围绕所述第一芯部件延伸的第二芯部件，其中，所述第二芯部件和第一芯部件能相对于彼此轴向地移动；
在所述第二芯部件内延伸的第三芯部件，其中，所述第三芯部件和第二芯部件能相对于彼此轴向地移动；以及
延伸穿过所述第一芯部件的开口的定位球，其中，在第一位置时，所述定位球邻接所述第二芯部件，并且其中，在第二位置时，所述定位球邻接所述轴的止动部。
10.根据权利要求9所述的双稳态机械闩锁致动器，其中，在所述第一位置，所述定位球设置在所述第一芯部件与第二芯部件之间的空腔内。
11.根据权利要求9所述的双稳态机械闩锁致动器，所述第二芯部件包括：
在内表面与外表面之间具有第一径向厚度的第一区域；
在内表面与外表面之间具有第二径向厚度的第二区域，其中，所述第二径向厚度大于所述第一径向厚度；以及
在所述第一区域与第二区域之间的肩部区域，其中，当所述双稳态致动器处于第一位置时，所述定位球与所述肩部区域物理接触。
12.根据权利要求9所述的双稳态机械闩锁致动器，进一步包括与所述第二芯部件和第三芯部件接触的芯弹簧。
13.根据权利要求12所述的双稳态机械闩锁致动器，所述第二芯部件包括第一端部和第二端部，其中，所述第一端部能操作以接合所述第一芯部件的凸缘，并且其中，所述第二端部与所述芯弹簧接合。
14.根据权利要求9所述的双稳态机械闩锁致动器，其中，所述第一芯部件围绕中心纵向轴线同心地设置，并且其中，所述第二芯部件是围绕所述第一芯部件同心地设置的圆柱体。
15.根据权利要求9所述的双稳态机械闩锁致动器，进一步包括沿着所述第一芯部件的圆周定位的一个或更多个附加的定位球。
16.一种方法，包括：
提供双稳态致动器，该双稳态致动器包括：
联接到壳体的第一芯部件，所述第一芯部件包括中心孔，所述中心孔包含轴和轴弹簧；
围绕所述第一芯部件延伸的第二芯部件，其中，所述第二芯部件和第一芯部件能相对于彼此轴向地移动；
在所述第二芯部件内延伸的第三芯部件，其中，所述第三芯部件和第二芯部件能相对于彼此轴向地移动；以及
定位在所述第一芯部件的开口内的定位球；以及
将所述第二芯部件内的所述第三芯部件从第一径向位置偏压到第二径向位置，其中，当所述第三芯部件处于第一径向位置时，所述定位球邻接所述第二芯部件，并且其中，当所述第三芯部件处于第二径向位置时，所述定位球邻接所述轴的止动部。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括将所述第二芯部件和第三芯部件朝向所述第一芯部件偏压，其中，所述第二芯部件的第一端部邻接所述第一芯部件的凸缘，并且其中，所述定位球邻接所述第二芯部件和所述轴的止动部。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括将所述第三芯部件偏压远离所述第一芯部件，其中，所述第二芯部件的第一端部保持与所述第一芯部件的凸缘邻接，并且其中，所述定位球保持与所述第二芯部件和所述轴的止动部邻接。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括将所述第二芯部件偏压远离所述第一芯部件，其中，所述第二芯部件的第一端部不再与所述第一芯部件的凸缘邻接，并且其中，所述定位球不再与所述轴的止动部邻接。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括将所述轴朝向所述第三芯部件偏压。
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