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配置成生成用于測(cè)量操作的電力的電子卡尺的制作方法
【專利摘要】電子卡尺生成用于測(cè)量操作的電力。卡尺包括：刻度構(gòu)件；滑塊；信號(hào)處理部，其配置成測(cè)量刻度構(gòu)件和滑塊之間的移位；以及安裝到滑塊的發(fā)電構(gòu)造，該發(fā)電構(gòu)造包括齒輪組件和發(fā)電機(jī)，齒輪組件配置成響應(yīng)于用戶開閉卡尺時(shí)經(jīng)由刻度構(gòu)件對(duì)齒輪組件施加的力而轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)聯(lián)接到齒輪組件，并且配置成響應(yīng)于轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪組件提供的力而轉(zhuǎn)動(dòng)并且將電力提供到信號(hào)處理部。發(fā)電構(gòu)造在用戶開閉卡尺時(shí)發(fā)電，發(fā)電構(gòu)造配置成使得：在用戶利用最大手動(dòng)加速度和/或速度開閉卡尺期間，發(fā)電構(gòu)造所貢獻(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力分量最大為20N。
【專利說明】配置成生成用于測(cè)量操作的電力的電子卡尺【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)總體上涉及計(jì)量系統(tǒng)，更具體地涉及一種能夠從電子卡尺使用所需的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)發(fā)電的電子卡尺。
【背景技術(shù)】
[0002]已知使用電子位置編碼器的各種電子卡尺。這些編碼器一般基于低功率的電感式、電容式或磁性位置感應(yīng)技術(shù)。一般而言，編碼器可包括讀取頭和刻度。讀取頭一般可包括讀取頭傳感器和讀取頭電子器件。讀取頭輸出作為讀取頭傳感器的位置沿著測(cè)量軸線相對(duì)于刻度的函數(shù)而改變的信號(hào)。在電子卡尺中，刻度一般固定到包括第一測(cè)量卡爪的長(zhǎng)的刻度構(gòu)件，讀取頭被固定到滑塊，滑塊可沿著刻度構(gòu)件移動(dòng)并且包括第二測(cè)量卡爪。因此，可基于從讀取頭輸出的信號(hào)確定出兩個(gè)測(cè)量卡爪之間的距離的計(jì)量。
[0003]在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利N0.RE37490、N0.5，574，381和N0.5，973，494中公開了示例性的電子卡尺，這些文件的全部?jī)?nèi)容均通過引用合并于此。卡尺技術(shù)重視低電力消耗的需求，例如美國(guó)專利N0.5，973，494公開了降低卡尺中的電力消耗的配置。然而，即使在低功率構(gòu)造中，也需要定期地更換電池。這被一些用戶視為不想要的不方便和/或代價(jià)。期望一種免除更換電池或顯著延遲電池更換的卡尺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]提供該概要以用簡(jiǎn)要的形式介紹下面將在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步說明的構(gòu)思的節(jié)選。該概要不想要標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征，也不是想要輔助用于確定所要求保護(hù)的主題的范圍。
[0005]當(dāng)發(fā)電以免除或延遲更換卡尺中的電池的需求時(shí)，用戶可能不想損失現(xiàn)有的卡尺操作的所期望的方面。因此，在各實(shí)施方式中，如果卡尺中的電力是從卡尺使用所需的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)生成的，則是期望的且是最方便的。此外，如果標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的感覺與現(xiàn)有的卡尺相比相對(duì)沒有變化，則是期望的。例如，期望地，用于開閉卡爪所需的力保持較小，從而用戶對(duì)卡尺具有精密儀器的感覺，并且還可對(duì)工件接觸力施加精細(xì)控制，以便防止工件變形，并且獲得更可重復(fù)的測(cè)量。
[0006]公開了一種電動(dòng)卡尺(electrically powered caliper),其配置成生成用于測(cè)量信號(hào)處理操作的電力，所述卡尺包括:刻度構(gòu)件；滑塊；信號(hào)處理部，其配置成測(cè)量所述刻度構(gòu)件和所述滑塊之間的移位；以及安裝到所述滑塊的發(fā)電構(gòu)造，其包括齒輪組件和發(fā)電機(jī)，所述齒輪組件配置成響應(yīng)于用戶開閉所述卡尺時(shí)經(jīng)由所述刻度構(gòu)件對(duì)所述齒輪組件施加的力而轉(zhuǎn)動(dòng)；所述發(fā)電機(jī)聯(lián)接到所述齒輪組件，并且配置成響應(yīng)于轉(zhuǎn)動(dòng)的所述齒輪組件提供的力而轉(zhuǎn)動(dòng)并且將電力提供到所述信號(hào)處理部。
[0007]所述發(fā)電構(gòu)造在用戶開閉所述卡尺時(shí)發(fā)電。在各實(shí)施方式中，所述發(fā)電構(gòu)造配置成使得:在用戶利用最大或更小的手動(dòng)加速度開閉所述卡尺期間，所述發(fā)電構(gòu)造所貢獻(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力分量最大為20N，或者在其它實(shí)施方式中為ION或更小。運(yùn)動(dòng)阻力分量可包括慣性分量和發(fā)電機(jī)工作分量。由發(fā)電構(gòu)造所貢獻(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力分量可通過如下方式測(cè)量出:通過確定滑塊組件和發(fā)電構(gòu)造接合從而通過移動(dòng)滑塊而驅(qū)動(dòng)發(fā)電構(gòu)造時(shí)的運(yùn)動(dòng)阻力與滑塊組件和發(fā)電構(gòu)造解除接合而使得滑塊運(yùn)動(dòng)不驅(qū)動(dòng)發(fā)電構(gòu)造的任何元件時(shí)的運(yùn)動(dòng)阻力之間的差值。最大手動(dòng)加速度和速度是指典型的卡尺用戶開閉卡尺時(shí)所期望能得到的最大加速度和速度。
[0008]在一些實(shí)施方式中，齒輪組件包括小直徑的輸入元件，輸入元件聯(lián)接到大直徑的外齒輪，外齒輪驅(qū)動(dòng)小直徑的內(nèi)齒輪，內(nèi)齒輪聯(lián)接到大直徑的另一外齒輪，該另一外齒輪通過一個(gè)或多個(gè)附加齒輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。在一些實(shí)施方式中，輸入元件是被安裝到刻度構(gòu)件的齒條所驅(qū)動(dòng)的小齒輪或內(nèi)齒輪。在一些實(shí)施方式中，輸入元件是被刻度構(gòu)件的邊緣所驅(qū)動(dòng)的小摩擦輥。在一些實(shí)施方式中，摩擦輥包括與刻度構(gòu)件的邊緣接合的楔形凹部。在一些實(shí)施方式中，卡尺包括使摩擦輥壓靠刻度構(gòu)件的彈簧元件。在一些實(shí)施方式中，由用戶使彈簧元件移動(dòng)，彈簧元件被配置成:在與有效發(fā)電狀態(tài)對(duì)應(yīng)的第一位置中，使摩擦輥壓靠刻度構(gòu)件的邊緣；在與不想要發(fā)電的失效狀態(tài)對(duì)應(yīng)的第二位置中，不使摩擦輥壓靠刻度構(gòu)件的邊緣。
[0009]在一些實(shí)施方式中，齒輪組件包括力限制離合器，其配置成限制運(yùn)動(dòng)阻力分量。在一些實(shí)施方式中，力限制離合器位于齒輪組件的輸入元件和通過力限制離合器而聯(lián)接到輸入元件的齒輪之間。
[0010]在一些實(shí)施方式中，信號(hào)處理部包括能量存儲(chǔ)元件，能量存儲(chǔ)元件包括存儲(chǔ)發(fā)電構(gòu)造所生成的能量的電容器和電池中的至少一者。
[0011]在一些實(shí)施方式中，齒輪組件包括徑節(jié)至少為120的齒輪。
[0012]在一些實(shí)施方式中，發(fā)電構(gòu)造的至少一些齒輪位于刻度構(gòu)件的頂部和包圍信號(hào)處理部的罩的內(nèi)部之間的容積中。
[0013]在一些實(shí)施方式中，發(fā)電構(gòu)造的至少一些齒輪位于刻度構(gòu)件的底部和滑塊的繞刻度構(gòu)件的底部包裹的部分的內(nèi)表面之間的容積中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]通過結(jié)合附圖的下面的具體說明，將更容易地理解和明白本發(fā)明的前述方面及其所帶來的很多好處。
[0015]圖1是可適于這里公開的原理的手持工具式卡尺的分解示意圖；
[0016]圖2是整合在卡尺中的發(fā)電構(gòu)造的第一實(shí)施方式的示意圖；
[0017]圖3A和圖3B是整合在卡尺中的發(fā)電構(gòu)造的第二實(shí)施方式的示意圖；
[0018]圖4A和圖4B是示出整合在卡尺中的發(fā)電構(gòu)造的第三實(shí)施方式的一部分的示意圖；和
[0019]圖5是示出整合在卡尺中的發(fā)電構(gòu)造的第四實(shí)施方式的一部分的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1是可適于這里公開的發(fā)電原理的手持工具式卡尺100的一個(gè)實(shí)施方式的分解示意圖。在該示例中，卡尺100包括磁性或電感性傳感器組件158和刻度基板(scalesubstrate)125，刻度基板125包括沿著長(zhǎng)的刻度構(gòu)件102定位在槽127中的刻度軌道126(刻度基板125和刻度軌道126均示出為切出段)。滑塊組件170包括安裝到滑塊130的電氣組件160。磁性或電感性傳感器組件158被包含在電氣組件160中。
[0021]卡尺100的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)和物理操作與現(xiàn)有的一些電子卡尺(例如，全部?jī)?nèi)容通過引用合并在此的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利N0.5，901，458中的電子卡尺)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)和物理操作類似?？潭葮?gòu)件102是剛性的或半剛性的棒，其可包括結(jié)合到大致矩形截面的各種槽和/或其它特征。與已知的電子卡尺中所用的及之前并入的美國(guó)專利N0.RE37490、N0.5，901, 458和全部?jī)?nèi)容通過引用合并在此的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利N0.6，400, 138中描述的方式類似，刻度基板125可剛性地結(jié)合在槽127中，刻度軌道126可包括與包含在電氣組件160中的傳感器組件158對(duì)應(yīng)的元件(未示出)協(xié)作的刻度元件。
[0022]一對(duì)卡爪108、110 —體地形成在刻度構(gòu)件102的第一端附近。對(duì)應(yīng)的一對(duì)卡爪116、118形成在滑塊130上。通過將工件放在卡爪108、116的接合面114之間來測(cè)量工件的外尺寸。類似地，通過將卡爪110、118的一對(duì)接合面122靠著工件的相對(duì)的內(nèi)表面放置來測(cè)量工件的內(nèi)尺寸。在有時(shí)稱作零位置的位置處，接合面114彼此抵接，接合面122—致，由卡尺100所測(cè)量的外尺寸和內(nèi)尺寸兩者可指示為零。
[0023]測(cè)量出的尺寸可顯示在數(shù)字顯示器144上，數(shù)字顯示器144安裝在卡尺100的電氣組件160的罩140內(nèi)。電氣組件160還可包括一套按鈕開關(guān)143、141和142 (例如，開/閉開關(guān)、模式開關(guān)和零設(shè)定開關(guān))，信號(hào)處理和顯示電路板150包括讀取頭信號(hào)處理和控制電路159。在圖1所的一個(gè)實(shí)施方式中，信號(hào)處理和顯電路板150的底面被安裝成在刻度構(gòu)件102的任一側(cè)上抵接滑塊130的頂表面。
[0024]與圖1所示類型相似的一些卡尺通過連接到電氣組件160的一個(gè)或多個(gè)電池供電。還已知利用太陽能電池對(duì)類似的卡尺供電，例如如美國(guó)專利N0.4，963，811 (后面稱為’ 811專利)教導(dǎo)了這種方案，其全部?jī)?nèi)容通過引用合并在此?！?811專利教導(dǎo)了一種電力管理系統(tǒng)，其包括太陽能收集器、存儲(chǔ)裝置(例如儲(chǔ)能電容器)和電力控制電路。如果太陽能收集器提供的電力比用于操作卡尺所需的電力多，則電力控制電路可將太陽能收集器連接到存儲(chǔ)裝置以存儲(chǔ)儲(chǔ)備能量?？ǔ呖蓛H依靠存儲(chǔ)的能量多次操作。
[0025]為了該公開的目的，電氣組件160可包括與’ 811專利類似的電力管理部156。電力管理部156包括能量存儲(chǔ)裝置156es和電力調(diào)制和控制電路156pc。能量存儲(chǔ)裝置156es可以例如是電池或電容器，其存儲(chǔ)用于操作卡尺100的能量。電力調(diào)制和控制電路156pc可提供與上面所述的和/或與’ 811專利中類似的電力和能量管理功能，以存儲(chǔ)和使用如這里公開地產(chǎn)生的能量，可以以交流電流或電壓的形式提供該能量。因此，電力調(diào)制和控制電路156pc還可包括下面的圖中所示的對(duì)發(fā)電機(jī)的AC電壓進(jìn)行升壓和整流的升壓和整流電路，從而升壓和整流后的能量可由能量存儲(chǔ)裝置156es存儲(chǔ)并且用于操作卡尺100。例如，一種適用的升壓和整流電路是在Adv.Radio Sc1., 6:219-225, 2008中的文章“Highly efficient integrated rectifier and voltage boosting circuits for energyharvesting applications”(用于能量采集應(yīng)用的高效的集成整流升壓電路)描述的,其通過引用合并在此。在一些實(shí)施方式中，一部分或全部的電力調(diào)制和控制電路156pc可并入信號(hào)處理和控制電路159和/或與信號(hào)處理和控制電路159不可區(qū)分。
[0026]應(yīng)當(dāng)理解，盡管上面說明了磁性或電感式卡尺，但是使用任何傳感器類型的電子卡尺都可適于參照?qǐng)D2-圖5所描述的原理。例如，使用電容式感應(yīng)技術(shù)的卡尺可使用圖2-圖5中描述的特征。
[0027]圖2是整合到卡尺200中的發(fā)電構(gòu)造205的第一實(shí)施方式的示意圖?？ǔ?00可與卡尺100類似，因此，參照?qǐng)D2僅說明顯著的不同之處。圖2中省略了刻度構(gòu)件202的一些部分，以便可更清楚地示出發(fā)電構(gòu)造205的各部件。包括輪齒(gear teeth)的齒條220安裝到刻度構(gòu)件202或制作為刻度構(gòu)件202的一部分。在圖2所示的實(shí)施方式中，齒條202定位在刻度202的下側(cè)的槽202rg中，槽202rg足夠大以為被齒條驅(qū)動(dòng)的齒輪232Ai (下面將說明)提供間隙。
[0028]如圖2所示，發(fā)電構(gòu)造205整合到滑塊230(可在如圖1所示的滑塊組件170中使用)并且隨著滑塊230運(yùn)動(dòng)。發(fā)電構(gòu)造205包括齒輪組件232和發(fā)電機(jī)231。齒輪組件232包括被刻度構(gòu)件驅(qū)動(dòng)的輸入元件，在本實(shí)施方式中，輸入元件是被齒條220驅(qū)動(dòng)的內(nèi)齒輪232Α?,內(nèi)齒輪232Ai被接合到大徑齒輪232A或與大徑齒輪232A —體化。齒輪組件232還包括被齒輪232A驅(qū)動(dòng)的內(nèi)齒輪232Bi，內(nèi)齒輪232Bi被接合到大徑齒輪232B或與大徑齒輪232B 一體化。應(yīng)當(dāng)理解，通過該配置，使齒輪232B的輪齒速度遠(yuǎn)高于齒條220的速度，從而在用于開閉卡尺以進(jìn)行測(cè)量所需的正常運(yùn)動(dòng)期間，當(dāng)用戶移動(dòng)卡尺200的刻度構(gòu)件202和齒條220時(shí)，這適于以高RPM驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)231。
[0029]齒輪組件232還包括齒輪231gg，其接合到發(fā)電機(jī)231的軸并且被齒輪232B驅(qū)動(dòng)(直接地驅(qū)動(dòng)或者通過中間齒輪等被驅(qū)動(dòng))。齒輪組件232的各齒輪可繞定位于滑塊230上的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。可選地，在一些實(shí)施方式中，發(fā)電機(jī)231的軸可從電氣組件160的適當(dāng)部位懸出?；谠摴_本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，滑塊230可根據(jù)需要包括用于收容發(fā)電構(gòu)造205的其它特征(例如，凹部230r)。
[0030]概括而言，在操作中，當(dāng)用戶移動(dòng)滑塊組件170以便使卡爪108、110相對(duì)于卡爪116、118移動(dòng)來進(jìn)行測(cè) 量時(shí)，滑塊230相對(duì)于齒條220移動(dòng)，由此驅(qū)動(dòng)齒輪組件232，齒輪組件232驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)231的轉(zhuǎn)動(dòng)部(例如，磁性轉(zhuǎn)子)以從卡尺200的正常操作運(yùn)動(dòng)中發(fā)電。
[0031]發(fā)電機(jī)231可與可在商業(yè)上買到的腕表中使用的發(fā)電機(jī)類似。例如，可從Kinetron買到的微型發(fā)電機(jī)和/或在美國(guó)專利N0.5，923，619和/或N0.6，124，649 (其全部?jī)?nèi)容通過引用合并在此)中公開的微型發(fā)電機(jī)可適用于這里公開的原理。發(fā)電機(jī)231可具有電引線231w，如虛線示意性地所示，其可連接到前面所述的電力管理部156。
[0032]在上述實(shí)施方式中，齒輪組件232被配置成具有如下總傳動(dòng)比:在用戶在操作期間以期望的速度移動(dòng)滑塊231期間，發(fā)電機(jī)231以提供較有效地發(fā)電的速度轉(zhuǎn)動(dòng)(例如，1000~10000RPM)。這可以是較高的傳動(dòng)比。然而，在各實(shí)施方式中，還期望地，當(dāng)發(fā)電構(gòu)造205隨著用戶開閉卡尺而發(fā)電時(shí)，在用戶開閉卡尺期間發(fā)電構(gòu)造205所貢獻(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力分量最大為大約20N。發(fā)明人已經(jīng)確定，當(dāng)該力分量超過大約20N時(shí)，該力與正常操作力(例如，滑動(dòng)摩擦力)的合力使得卡尺難以反復(fù)地操作和/或使得反復(fù)地操作讓人感覺累，和/或在測(cè)量期間給用戶提供一種不精確或者不靈敏的感覺。用戶偏好該阻力分量最大為大約20N的卡尺，更高的阻力分量是不期望的。用戶更偏好該阻力分量最大為大約ION而不是20N的卡尺。
[0033]應(yīng)當(dāng)理解，該運(yùn)動(dòng)阻力分量被施加在刻度構(gòu)件和齒輪組件的輸入元件之間，在本示例中，被施加在齒條220和輸入齒輪232Ai之間。主要?dú)w因于齒輪組件232和發(fā)電機(jī)231的慣性、發(fā)電機(jī)231中產(chǎn)生的磁性力(發(fā)電機(jī)工作時(shí))和發(fā)電構(gòu)造205中的摩擦而出現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)阻力分量，運(yùn)動(dòng)阻力分量還受各齒輪的半徑之間的關(guān)系的影響。因此，在各實(shí)施方式中，基于該公開可確定齒輪慣性、齒輪半徑等的適當(dāng)組合(例如，通過分析和/或試驗(yàn))，從而當(dāng)用戶以最大期望加速度和/或速度使滑塊組件170相對(duì)于刻度構(gòu)件202移動(dòng)時(shí)，由發(fā)電構(gòu)造205所貢獻(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力分量最大為大約20N，或者在其它實(shí)施方式中為10N，或者更小。應(yīng)當(dāng)理解，圖2中所示的和上面所述的具體齒輪構(gòu)造僅為示例性的而非限制性的。例如，可在其他實(shí)施方式中使用行星齒輪構(gòu)造。基于該公開的教導(dǎo)，這些和其它可選方案對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將變得明顯。
[0034]圖3A和圖3B是整合在卡尺300中的發(fā)電構(gòu)造305的第二實(shí)施方式的示意圖?？ǔ?00可與卡尺200類似，發(fā)電構(gòu)造305可與發(fā)電構(gòu)造205類似，標(biāo)記為3XX的元件可與卡尺200的標(biāo)記為2XX的元件相同或類似。因此，參照?qǐng)D3A和3B僅詳細(xì)說明顯著不同之處。特別地，齒輪組件332與齒輪組件232的不同之處在于，齒輪組件332包括力限制離合器332C，其在圖3A中示出且在下面將進(jìn)一步說明的圖3B中進(jìn)一步放大。
[0035]如前所述，期望地，當(dāng)發(fā)電構(gòu)造305在用戶開閉卡尺而發(fā)電時(shí)，發(fā)電構(gòu)造305在用戶開閉卡尺期間貢獻(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力分量最大為大約20N。發(fā)明人已經(jīng)確定，當(dāng)該力分量超過大約20N時(shí)，該力與正常操作力(例如，滑動(dòng)摩擦力)的合力使得卡尺難以反復(fù)地操作和/或使得反復(fù)地操作讓人感覺累，和/或在測(cè)量期間給用戶提供一種不精確或者不靈敏的感覺。用戶偏好該阻力分量最大為大約20N的卡尺，更高的阻力分量是不期望的。用戶更偏好該阻力分量最大為大約ION而不是20N的卡尺。因此，在各實(shí)施方式中，基于該公開配置力限制離合器332C (例如,基于分析和/或?qū)嶒?yàn)),從而當(dāng)用戶以最大加速度和/或速度(或較小的加速度和/或速度)手動(dòng)地使滑塊組件相對(duì)于刻度構(gòu)件移動(dòng)時(shí)，由發(fā)電構(gòu)造305所貢獻(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力分量最大為大約20N，或者在其它實(shí)施方式中為ION或更小。換言之，如果滑塊組件的移動(dòng)使得發(fā)電構(gòu)造305將貢獻(xiàn)的沿著齒條320的運(yùn)動(dòng)阻力分量超過大約20N (或者在其它實(shí)施方式中為ION或更小)，則力限制離合器332C被設(shè)定成使得力限制離合器332C打滑和/或使得齒輪組件332 (和發(fā)電機(jī)331)的至少一部分與齒條320有效地解除接合或解除聯(lián)接，以將運(yùn)動(dòng)阻力分量限制到期望的水平，從而避免齒輪組件332和發(fā)電機(jī)331的元件的損壞或過度磨損。
[0036]應(yīng)當(dāng)理解，這可有效地解除發(fā)電機(jī)331的驅(qū)動(dòng)，犧牲發(fā)電，從而絕對(duì)化地限制運(yùn)動(dòng)阻力分量。然而，應(yīng)當(dāng)理解，一旦運(yùn)動(dòng)阻力分量落在離合器332C所確定的限制值以下，就使齒輪組件332 (和發(fā)電機(jī)331)重新接合或聯(lián)接到齒條320，并且再次發(fā)電。
[0037]此外，離合器的存在允許期望的設(shè)計(jì)權(quán)衡。例如，在一些這種實(shí)施方式中，與不具有離合器的發(fā)電構(gòu)造205相比，不必將發(fā)電構(gòu)造305的總傳動(dòng)比配置成對(duì)其運(yùn)動(dòng)阻力分量進(jìn)行限制，這是因?yàn)殡x合器提供了這種限制。反而，可能期望較大的傳動(dòng)比，從而例如以較小的滑塊速度提供較高的發(fā)電機(jī)RPM，以有利地在較低的滑塊速度時(shí)生成更多電力。由于不必保守地限制傳動(dòng)比，所以相對(duì)于發(fā)電構(gòu)造205，對(duì)于大多數(shù)典型的卡尺操作運(yùn)動(dòng)，這實(shí)際上在發(fā)電方面產(chǎn)生凈增益。
[0038]圖3B以放大的形式示出了力限制離合器332C的一個(gè)簡(jiǎn)化實(shí)施方式。離合器332C包括接合到內(nèi)齒輪332Ai的上離合器元件332Ct和接合到外齒輪332B的下離合器元件332Cb。這些元件的配合的凸凹面(ridged surface)在離合器交界面332Cint處會(huì)合。這些元件示出為在交界處分離開，但是這僅僅是圖示的目的。在操作時(shí)，在離合器預(yù)加載彈簧332Cps的力的作用下，這些元件被施力以彼此配合，由緊固件332Cf使離合器預(yù)加載彈簧332Cps壓抵內(nèi)齒輪332Ai。緊固件332Cf擰入接合到下離合器元件332Cb和/或外齒輪332A的軸(以虛線輪廓示出)中。
[0039]在正常操作下，離合器預(yù)加載彈簧332Cps使上離合器元件332Ct沿著軸向下滑動(dòng)以使離合器元件的配合凸凹在離合器交界面332Cint處接合，從而在交界處傳遞扭矩，并且使內(nèi)齒輪332Ai驅(qū)動(dòng)外齒輪332A。離合器預(yù)加載彈簧被設(shè)計(jì)和/或調(diào)節(jié)成(例如，通過調(diào)節(jié)緊固件332Cf)使得:當(dāng)齒條作用在內(nèi)齒輪332Ai上的力超過期望的運(yùn)動(dòng)阻力分量時(shí)，在離合器交界面332Cint處作用在配合凸凹上的力/扭矩使上離合器元件332Ct滑起越過下離合器元件332Cb的凸凹，這將使內(nèi)齒輪332Ai與外齒輪332A有效地解除接合，使得內(nèi)齒輪332Ai更自由地轉(zhuǎn)動(dòng)并且將作用在齒條320上的反作用力分量降低到期望的水平。
[0040]應(yīng)當(dāng)理解，圖3A和圖3B示出和上面所述的特別簡(jiǎn)化的離合器構(gòu)造僅是示例性的而不是限制性的。例如，可取代凸凹元件使用面摩擦板，和/或圓錐形或圓柱形元件可以形成離合器交界面，和/或可增加軸承或其它附加元件以減小各支承點(diǎn)處的磨損，和/或可改變離合器元件和各其它元件的直徑，或可通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)齒輪將離合器定向在不同的平面內(nèi)，等等?；谠摴_的教導(dǎo)，這些和其它可選方案對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是明顯的。
[0041]圖3A還示出發(fā)電機(jī)331的一個(gè)實(shí)施方式的附加細(xì)節(jié)。發(fā)電機(jī)331可包括線圈331c、定子331s、被齒輪331gg驅(qū)動(dòng)(在本實(shí)施方式中，還包括中間齒輪)的磁性轉(zhuǎn)子331mr。磁性轉(zhuǎn)子331mr被安裝到軸(未示出)上，該軸被安裝到齒輪331gg。在一些實(shí)施方式中，磁性轉(zhuǎn)子331mr可以是多極SmCo合金磁體(例如美國(guó)專利N0.5，229，738中公開的)。外齒輪332B使齒輪33Igg轉(zhuǎn)動(dòng)，由此使磁性轉(zhuǎn)子33Imr相對(duì)于線圈331c轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈331c由此生成能量，該能量可通過配線連接331w作為AC電力傳遞到電力管理部156，其可連接到相鄰的信號(hào)處理和顯不電路板150 (例如，電路板150)。
[0042]應(yīng)當(dāng)理解，基于該公開的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可理解，盡管卡尺300的發(fā)電構(gòu)造305的元件的配置示出為與卡尺200的發(fā)電構(gòu)造的元件的配置相似,但是這些元件的實(shí)施方式可以適應(yīng)于任何適當(dāng)?shù)目ǔ吲渲谩?br> [0043]圖4A和圖4B是整合在卡尺400中的發(fā)電構(gòu)造405的第三實(shí)施方式的一部分的示意圖?？ǔ?00可與卡尺200或300類似，發(fā)電構(gòu)造405可與發(fā)電構(gòu)造205或305類似，標(biāo)記為4XX的元件可與卡尺200的標(biāo)記為2XX的元件或卡尺300的標(biāo)記為3XX的元件相同或類似。因此，參照?qǐng)D4A和圖4B僅說明顯著不同之處。特別地，齒輪組件432與齒輪組件232和332的不同之處在于，提供前面所述的輸入齒輪(例如，齒輪232Ai或332Ai)的功能的輸入元件是可接合到外齒輪432A的摩擦輥432Ai。摩擦輥432Ai通過摩擦與刻度構(gòu)件402的邊緣接合并且由此轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)外齒輪432A。由此，與卡尺200和300相比，可去除齒條(例如，齒條220或320)和刻度構(gòu)件中的相關(guān)的槽。
[0044]應(yīng)當(dāng)理解，除了各齒輪、軸、孔和凹部的位置可調(diào)節(jié)成收納摩擦輥的配置之外，齒輪組件432可與齒輪組件232或332相同或相似，滑塊430可與滑塊230或330相似。在一個(gè)實(shí)施方式中，摩擦輥432Ai和外齒輪432A可安裝成繞支撐在滑塊430中的軸432Aa (圖4B中示出)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0045]在示出的實(shí)施方式中，軸432Aa可安裝在軸支撐件432Aas中，軸支撐件432Aas可在滑塊430中的配合槽中滑動(dòng)短距離，這為摩擦輥432Ai的位置提供自由度，使得可通過使壓力彈簧432Aips與摩擦輥432Ai上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸承432Aib接合或解除接合而施加或解除與刻度構(gòu)件402的摩擦力，通過查看圖4A和圖4B將明白。
[0046]在圖4B所示的實(shí)施方式中，摩擦輥432Ai包括楔形凹部432Aiw，對(duì)于來自壓力彈簧432Aips的給定力，楔形凹部432Aiw可增大與刻度構(gòu)件402的摩擦力?？稍诠餐D(zhuǎn)讓的美國(guó)專利N0.7，533, 474中發(fā)現(xiàn)類似的楔形凹部輥，其全部?jī)?nèi)容通過引用合并在此。
[0047]在一個(gè)實(shí)施方式中，用戶可通過從壓力彈簧432Aips延伸的按鈕或滑塊、或通過罩(例如，罩140)來移動(dòng)壓力彈簧432Aips (例如，如圖4A的雙頭箭頭所示)。當(dāng)壓力彈簧432Aips在朝向摩擦輥432Ai的方向上被致動(dòng)時(shí)，壓力彈簧432Aips的布置使得壓力彈簧432Aips被摩擦輥432Ai偏斜并且對(duì)摩擦輥432Ai施加的力使摩擦輥432Ai以高摩擦力接合刻度構(gòu)件402。當(dāng)壓力彈簧432Aips在遠(yuǎn)離摩擦輥432Ai的方向上縮回時(shí)，壓力彈簧432Aips不對(duì)摩擦輥432Ai施加力，使得摩擦輥432Ai分離且對(duì)刻度構(gòu)件402上基本不施加摩擦力。這允許用戶在發(fā)電狀態(tài)的“有效(active)”或“失效(inactive)”之間轉(zhuǎn)換。
[0048]圖4A和圖4B示出“有效”狀態(tài)。由于“失效”狀態(tài)減小了滑塊組件的移動(dòng)阻力的大小，因此“失效”狀態(tài)有時(shí)可以是有好處的。當(dāng)用戶不需要存儲(chǔ)更多的電力來為卡尺400供能時(shí)，卡尺400可以從“有效”狀態(tài)轉(zhuǎn)換成“無效”狀態(tài)。狀態(tài)可通過用戶的輸入來觸發(fā)，或者在一些實(shí)施方式中，當(dāng)卡尺400存儲(chǔ)有足夠量的電力時(shí),該狀態(tài)可自動(dòng)地被觸發(fā)。
[0049]應(yīng)當(dāng)理解，上述觸發(fā)能力是可選的。在一些實(shí)施方式中，壓力彈簧432Aips被固定在總是接合摩擦輥432Ai的位置處。在可維持足夠精密的組件公差的一些實(shí)施方式中，可省略壓力彈簧432Aips和能滑動(dòng)的軸支撐件432Aas，且軸432Aa可直接安裝在滑塊430中的在摩擦輥432Ai和刻度構(gòu)件402之間生成期望的摩擦力的位置處。應(yīng)當(dāng)理解，圖4A和圖4B示出和上面所述的特別簡(jiǎn)化的壓力彈簧配置僅是示例性的而不是限制性的。此外，根據(jù)需要，可在齒輪組件432中實(shí)施力限制離合器(例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，在齒輪432Bi和外齒輪432B之間)?；谠摴_的教導(dǎo)，這些和其它可選方案對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將變得明顯。
[0050]圖5是示出整合在卡尺500中的發(fā)電構(gòu)造505的第四實(shí)施方式的一部分的示意圖?？ǔ?00可與卡尺200或300類似，發(fā)電構(gòu)造505可與發(fā)電構(gòu)造205或305類似，標(biāo)記為5XX的元件可與卡尺200的標(biāo)記為2XX的元件或卡尺300的標(biāo)記為3XX的元件相同或類似。因此，參照?qǐng)D5僅說明顯著不同之處。
[0051]特別地，齒輪組件505與齒輪組件232和332的不同之處在于，齒輪組件505的至少一些齒輪位于刻度構(gòu)件502的頂部和包圍信號(hào)處理部的罩(例如，圖1所不的罩140)的內(nèi)部之間的容積中。此外，提供前面所述的輸入齒輪(例如，齒輪232Ai或332Ai)的功能的輸入元件是可接合到外齒輪532A的摩擦輥532Ai。摩擦輥532Ai可與前面所述的摩擦輥432Α?相同或類似，并且通過摩擦與刻度構(gòu)件502的邊緣接合，由此使摩擦輥532Ai轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)外齒輪532A。此外，摩擦輥532Ai還可與離合器332C類似地提供力限制功能。
[0052]在示出的實(shí)施方式中，可通過查看圖5而理解，軸532Aa可包括收容在軸支撐槽532Aslot中的軸承，使得軸532Aa具有朝向刻度構(gòu)件502的自由度，并且可在壓力彈簧(未示出)的作用下抵靠刻度構(gòu)件502的邊緣，以提供所需的摩擦力。摩擦輥532Ai可包括壓靠刻度構(gòu)件502的具有高摩擦系數(shù)的聚合物套或涂層。
[0053]如上所述,齒輪組件505的至少一些齒輪位于刻度構(gòu)件502的頂部和包圍信號(hào)處理部的罩的內(nèi)部之間的容積中。在示出的實(shí)施方式中，可以看出，齒輪532A、532Bi和532B以及發(fā)電機(jī)531位于該容積中，例如這在例如經(jīng)濟(jì)性組裝方面具有好處。在該【具體實(shí)施方式】中，齒輪和發(fā)電機(jī)位于電路板550 (用虛線不出)和罩之間。用于齒輪532B的軸和發(fā)電機(jī)531可安裝在電路板550中或電路板550上(例如，在插入件中，或者在安裝到電路板550的組裝框架上)。軸和/或安裝框架可被配置成相對(duì)于齒輪和發(fā)電機(jī)為各電子部件提供間隙。
[0054]應(yīng)當(dāng)理解，除了各電路元件、齒輪、軸、孔和凹部的位置可如上所述地調(diào)節(jié)外，齒輪組件532可與齒輪組件232或332相同或相似，卡尺500可與卡尺200或300類似。根據(jù)需要，可在齒輪組件532中實(shí)施力限制離合器(例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，在摩擦輥532Ai和外齒輪532A之間)?；谠摴_的教導(dǎo)，這些和其它可選方案對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將變得明顯。
[0055]已經(jīng)圖示和說明了本發(fā)明的各實(shí)施方式，基于該公開，對(duì)圖示和說明的特征的構(gòu)造和操作順序的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是明顯的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)卡尺，其配置成生成用于測(cè)量操作的電力，所述卡尺包括: 刻度構(gòu)件； 滑塊； 信號(hào)處理部，其配置成測(cè)量所述刻度構(gòu)件和所述滑塊之間的移位；和相對(duì)于所述滑塊固定的發(fā)電構(gòu)造，其包括: 齒輪組件，其配置成響應(yīng)于用戶開閉所述卡尺時(shí)經(jīng)由所述刻度構(gòu)件對(duì)所述齒輪組件施加的力而轉(zhuǎn)動(dòng)；和 發(fā)電機(jī)，其聯(lián)接到所述齒輪組件，并且配置成響應(yīng)于轉(zhuǎn)動(dòng)的所述齒輪組件提供的力而轉(zhuǎn)動(dòng)并且將電力提供到所述信號(hào)處理部， 其中: 所述發(fā)電構(gòu)造在用戶開閉所述卡尺時(shí)發(fā)電；以及 所述發(fā)電構(gòu)造配置成使得:在用戶利用最大手動(dòng)加速度開閉所述卡尺期間，所述發(fā)電構(gòu)造所貢獻(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力分量最大為20N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述發(fā)電構(gòu)造配置成使得:在用戶利用最大手動(dòng)速度開閉所述卡尺期間，所述發(fā)電構(gòu)造所貢獻(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力分量最大為20N。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的卡尺，其特征在于，所述發(fā)電構(gòu)造配置成使得其貢獻(xiàn)的運(yùn)動(dòng)阻力分量最大為10N。
4.根據(jù)權(quán)利要 求2所述的卡尺，其特征在于，所述齒輪組件包括力限制離合器，所述力限制離合器配置成限制所述運(yùn)動(dòng)阻力分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的卡尺，其特征在于，所述齒輪組件包括輸入元件，所述輸入元件被經(jīng)由所述刻度構(gòu)件提供的力驅(qū)動(dòng)，所述力限制離合器位于所述輸入元件和通過所述力限制離合器而聯(lián)接到所述輸入元件的齒輪之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的卡尺，其特征在于，所述力限制離合器配置成將所述運(yùn)動(dòng)阻力分量限制成最大為10N。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述信號(hào)處理部包括能量存儲(chǔ)元件，所述能量存儲(chǔ)元件包括配置成存儲(chǔ)所述發(fā)電構(gòu)造所生成的能量的電容器和電池中的至少一者。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述齒輪組件包括輸入元件，所述輸入元件被經(jīng)由所述刻度構(gòu)件提供的力驅(qū)動(dòng)，所述輸入元件包括齒輪和摩擦輥中的一者。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的卡尺，其特征在于，所述輸入元件包括被安裝到所述刻度構(gòu)件的齒條驅(qū)動(dòng)的齒輪。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的卡尺，其特征在于，所述輸入元件包括被所述刻度構(gòu)件的邊緣驅(qū)動(dòng)的摩擦輥。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的卡尺，其特征在于，所述卡尺包括彈簧元件，所述彈簧元件使所述摩擦輥壓靠所述刻度構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的卡尺，其特征在于，所述彈簧元件能被用戶移動(dòng)，所述彈簧元件配置成:在與有效發(fā)電狀態(tài)對(duì)應(yīng)的第一位置中，使所述摩擦輥壓靠所述刻度構(gòu)件的邊緣；在與不想要發(fā)電的失效狀態(tài)對(duì)應(yīng)的第二位置中，不使所述摩擦輥壓靠所述刻度構(gòu)件的邊緣。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述齒輪組件包括小直徑的輸入元件，所述輸入元件聯(lián)接到大直徑的外齒輪，所述外齒輪驅(qū)動(dòng)小直徑的內(nèi)齒輪，所述內(nèi)齒輪聯(lián)接到大直徑的另一外齒輪，所述另一外齒輪通過至少一個(gè)附加齒輪驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述發(fā)電構(gòu)造的至少一些齒輪位于所述刻度構(gòu)件的頂部和包圍所述信號(hào)處理部的罩的內(nèi)部之間的容積中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述發(fā)電構(gòu)造的至少一些齒輪位于所述刻度構(gòu)件的底部和所述滑塊的繞 所述刻度構(gòu)件的底部包裹的部分的內(nèi)表面之間的容積中。
【文檔編號(hào)】G01B3/20GK103851973SQ201310646641
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月4日
【發(fā)明者】C·E·艾特曼, M·內(nèi)厄姆 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐