磁机械夹紧装置的制作方法

本发明涉及磁机械夹紧装置。

背景技术：

以下文献对各种磁性固定装置进行了描述：US8368494、WO/2012/160195、DE145325。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供了一种夹紧机构，该夹紧机构包括：设置有第一磁性构件的第一部件、第二部件、以及设置有第二磁性构件并连接到所述第二部件的第三部件。所述夹紧机构使得所述第一部件和第二部件沿轴线聚集在一起以使所述第一磁性构件和第二磁性构件旋转对齐并相对径向移动，以实现所述第一部件和第二部件的轴向夹紧，并且其中，所述第一部件和第三部件相对旋转以使所述第一磁性构件和第二磁性构件错位，从而使得所述径向移动反转并使得所述第一部件和第二部件松开。

本发明的其它方面在所附权利要求中进行阐述。

附图说明

图1是夹紧装置的一种实施方式的立体图，显示了夹紧位置和松开位置，其中驱动运动是线性的；

图2是另一种实施方式的立体图，其中驱动运动是环形的；

图3是又一种实施方式的立体图，其中驱动运动是环形的；

图4是需要单步驱动的一种实施方式的分解图；

图4a是图4实施方式的一些部件的视图；

图5是图4实施方式的组装图，其中图示了夹紧过程和松开过程；

图6是图4的组装好的系统的剖面图，为了清晰去掉了某些部件；

图7是需要两步驱动的一种实施方式的分解图；

图8显示了图7实施方式的夹紧和松开；

图9是需要两步驱动的又一种实施方式的分解图；

图10是图9实施方式的组装图，其中显示了夹紧过程和松开过程；

图11进一步显示了线性夹紧和松开机构；以及

图12显示了另一线性夹紧和松开机构。

具体实施方式

通过第三部件3防止第一部件1相对于第二部件2沿第一方向Z移动，该第三部件3夹住第一部件1和第二部件2。所述第三部件3能够从夹紧位置移动到松开位置，反之亦然。所述第三部件3沿第二方向X向其夹紧位置的运动通过磁力驱动。另外，该磁力可以用作保持系统夹紧的方式和/或用作夹紧过程中引导第一部件1相对于第二部件2和第三部件3的路径的力。所述第三部件3沿第二方向X向其松开位置的运动通过由相对于第一部件1沿第三方向Y移动第三部件3而触发的力驱动。

图1显示了机构的原理。其提供了接下来描述的一系列动作。从左到右，系统从夹紧变成松开。第一，通过夹钳3防止第一部件1和第二部件2相对于彼此沿Z方向移动；该系统被称为夹紧。第二，夹钳3相对于第一部件1沿Y方向移动；该运动在下文中被称为驱动运动。第三，该驱动运动提供力以使夹钳3移动远离第一部件1和第二部件2；该系统被称为松开。但是，在夹钳3开始沿+X方向移动之前或当其开始沿+X方向移动时，夹钳3需要沿Y方向移动以使夹钳3与其最终夹紧位置对齐。否则，夹钳3将由于松开力而依然保持远离第一部件1和第二部件2。夹钳3沿Y方向的运动可以通过朝第一部件1和第二部件2拉动夹钳3的磁力或通过其他力(例如手动力、其他磁力、弹簧等)来驱动。

相反地，从右到左，系统从松开变成夹紧。第一和第二，第一部件1和第二部件2沿Z方向彼此越来越靠近；夹钳3松开并位于第二部件2附近。第三，当第一部件1和第二部件2彼此足够靠近时，作用在第一部件1和夹钳3上的磁力使夹钳3移动得更靠近第一部件1和第二部件2。最终，通过夹钳3防止第一部件1和第二部件2沿Z方向相对于彼此移动；系统夹紧。但是，在夹钳3开始沿+X方向移动之前或当其开始沿+X方向移动时，夹钳3需要沿Y方向移动以使夹钳3与其最终夹紧位置对齐。否则，夹钳3将由于松开力而依然保持远离第一部件1和第二部件2。夹钳3沿Y方向的运动可以通过朝第一部件1和第二部件2拉动夹钳3的磁力或通过其他力(例如手动力、其他磁力、弹簧等)来驱动。

根据定义，顺磁材料只有在存在外加磁场时才被吸引，反磁材料被磁场排斥，抗磁材料不受磁场作用的影响，铁磁材料用于制成磁体或吸引到磁体。

夹紧磁力由两个磁性构件产生。一个构件(下文称为第一磁性构件)为磁体。另一构件(下文称为第二磁性构件)为磁体或由铁磁/顺磁材料制成。一个磁性构件位于第一部件1上，第二磁性构件位于夹钳3上。因此当第一部件1向第二部件2以及向夹钳3移动越来越近时，磁力将获得增强，直到强度足以使夹钳3移动到其夹紧位置。

为了松开系统，夹钳3沿Y方向的运动降低(即调节)强度，或者反转夹紧磁力的方向。如果夹紧磁力反转，则第二磁性构件为另一磁体，或者由一些反磁材料制成。如果第二磁性构件也是磁体，即如果其不是由反磁材料制成，则第一磁体和第二磁体的磁性取向必须使得两个磁体在驱动运动已经执行之后将彼此推开。如果夹紧磁力减小，则当系统夹紧时松开力已经存在，但其强度低于夹紧磁力。仅当磁力的强度已经足够减小时，夹钳3才能够通过该松开力(通常为由弹簧产生的力)移动远离第一部件1和第二部件2。

在图1中驱动运动为线性的。但是，其也可以为环形的、绕平行于Z方向的轴线旋转。图2和图3中对此进行了图示。在图2中，夹钳3在第一部件1和第二部件2的外部边缘上滑动；该系统称为“外部”。在图3中，夹钳3在第一部件1和第二部件2的外部边缘上滑动；该系统称为“内部”。在这些附图中，第一部件1和第二部件2覆盖90度的旋转角。该旋转角可以更大或更小。应当注意的是，以上讨论的驱动运动的路径为线性的或旋转的。但是也可以为任何形式。

图4是内部夹紧系统的一种示例实施方式的分解图。左图和右图分别从自下而上的视角和自上而下的视角显示了各种部件。有两个夹钳3。这两个夹钳能够沿杆4滑动。杆4的一端伸入驱动部件5内。驱动部件5围绕第二部件2旋转并使杆4随之旋转。杆4的旋转导致夹钳3相对于第一部件1和第二部件2旋转。底部部件6拧紧到第二部件2上。底部部件6围绕第二部件2支撑驱动部件5。

在此实施方式中，已经选择每个夹钳3内插入一个磁体7。这两个磁体7(图中显示为黑色)可以具有各种尺寸和形状。它们的偶极定向成使得两个夹钳3互相吸引以移动到杆4的中心。因此，这两个磁体7之间产生的磁力构成松开力。因此，夹紧磁力仅需要调节(即尽管可以但不强制其反转)以松开第一部件1和第二部件2。这就是为什么在此实施方式中，第二磁性构件(图中显示为黑色)可以是磁体或由铁磁/顺磁材料8制成。

在此实施方式中，一旦夹紧，第一部件1就无法相对于第二部件2旋转。另外，45度旋转能够使夹紧磁力足够减小，以使夹钳3移动远离第一部件1和第二部件2。因此，当系统夹紧时，第一部件1相对于第二部件2的相对角位置是固定的。但是，能够逐步变化90度；当系统松开时必将发生旋转。

为了帮助松开，第二部件2成形为使得夹钳3不仅能够通过磁拉力拉向对方，而且能够通过具有弧形形状的边缘9机械推离第一部件1和第二部件2。该边缘允许增加夹紧磁力，而不会破坏松开系统的能力；磁力随着磁体之间的距离减小。

图4a显示了如何防止第一部件无意中与第二部件脱离。需要防止夹钳3相对于第二部件2的任何意外的旋转，因为这可能会导致第一部件1意外脱离。

一旦处于夹紧位置，通过使第一部件1底面上的凹槽16与第二部件上表面上的对应凸起17相配合，可以防止第一部件1相对于第二部件2旋转。

这两个夹钳3安装在杆4上，夹钳3能够沿杆4沿径向滑动。杆4的一端接合在设置于驱动件5内壁上的通道19内。因此杆4随驱动件5旋转而旋转。从图4可以理解的是，底部部件6拧紧到第二部件2上。底部部件6围绕第二部件2支撑驱动件5，因此驱动件不固定，而是可以旋转。但是，驱动件5的旋转受形成在第二部件2侧壁上的狭槽18限制。一旦第一部件1处于夹紧位置，则驱动件5的通道19位于狭槽18的顶端。因此可以防止驱动件逆时针旋转。

可以沿顺时针方向旋转驱动件5，并因此旋转杆4。驱动件5的顺时针旋转能够持续，直到通道19的外部与狭槽18的另一端接触。此时，夹钳3(安装在杆4上)已经顺时针旋转45度左右，第一部件1可以与第二部件2脱离。应当理解的是，夹钳3的顺时针旋转只能通过驱动件5沿顺时针方向的故意旋转而发生。该旋转受到夹紧磁体3和第一部件1的磁体8之间的吸引力的抵抗，因此不太可能发生意外旋转。

图5表示组装好的系统。为了说明的目的，第一部件1可以连接到智能手机或智能手机壳，同时第二部件2连接到智能手机或智能手机壳想要连接的构件，例如自行车的把手。涉及到第三部件，其至少包括夹钳3、杆4、驱动件5和磁体7。

通过以下四个步骤来描述图5所示系统的操作：

步骤1：在开始夹紧操作之前，第三部件的磁体7使得夹钳3由于磁体7之间的吸引力而拉聚在一起或处于闭合位置。

步骤2：当第一部件1与第二部件2和第三部件3聚集在一起时，第一部件1上的磁体8吸引夹紧磁体7。夹钳3上的磁体7与第一部件1上的磁体8之间的吸引力将第一部件1自动引入到第二部件2上的位置，如左手图所示。根据两组磁体7、8的旋转对齐，这包括第三部件在第二部件2内旋转到磁体7、8旋转对齐的位置。

同时，这种吸引使得每个夹紧磁体7朝第一部件1的各个磁体8移动，将两个夹钳3拉开，即沿径向向外拉开，如右手图所示。换句话说，第一部件1上的磁体8与夹紧磁体7之间的吸引足够大以克服两个夹紧磁体7之间的吸引。因此，每个夹钳3被拉到其至少部分重叠第一部件1的夹紧表面20的位置。(请注意：该夹紧表面是倾斜的，在某种意义上，其向下倾斜，以降低高公差，否则将是必需的，以保证紧密夹持。)这种重叠将第一部件1保持在位置上，使其保持抵靠第二部件2。在此位置，第一部件1不能相对第二部件2自由旋转或轴向移动，实际上将两个部件锁定在一起。

应当注意的是，步骤1和步骤2的程序在很大程度上是自动的，因为其仅仅通过将第一部件1和第二部件2靠在一起而发生。不需要任何仔细地对齐部件。这个过程是自动对齐的。

步骤3：为了从第二部件2释放第一部件1，需要相对第二部件2旋转夹钳3。这通过使用者用一只手的手指抓持驱动件5，用另一只手的手指抓持第一部件1和第二部件2中的一个或两个，然后旋转来实现。此旋转将夹紧磁体7旋转到不与第一部件1的磁体8对齐，将夹紧磁体7与夹钳3拉在一起。夹钳3的这种向内移动将其从夹紧表面20拉下来，从而将第一部件1从第二部件2释放。除了因旋转使得磁体7、8之间的磁引力减弱，松开过程还借助于第二部件2内表面上的弧形边缘9，如参考图4所示。驱动件5的旋转使夹钳3从左手图所示的位置移动到右手图所示的位置。

步骤4：一旦夹钳3处于闭合位置，则夹钳3将不再重叠第一部件1的夹紧表面20，于是第一部件1被松开并且可以远离第二部件2的表面。

当处于夹紧位置时，彼此面对的夹钳3的表面与第一和第二部件1，2的表面之间存在间隙。该间隙是由不可避免的制造公差引起的。其允许第一部件1和第二部件2相对彼此以及相对夹钳3沿Z方向移动。这种运动即使很小(通常0.1mm)也是不利的。为了消除此间隙，所述表面可以相对XY平面倾斜。这种倾斜在图6中显示。

图6是组装好的系统的剖面图，仅显示了第一部件1和第二部件2以及夹钳3。左右夹钳分别夹紧和松开。其显示了当夹钳3处于夹紧位置时，彼此面对的夹钳3和第一部件1的表面10是倾斜的。所述表面在左夹钳中相接触，即没有间隙。

值得注意的是，另一种机构也是可以的。在此机构中，两个夹钳中仅一个具有磁体。该第一夹钳通过一些方法(例如一些线缆)机械连接到第二夹钳，从而当第一夹钳移动到夹紧位置时其拉(或推)第二夹钳，以使第二夹钳同时也使第一夹钳移动到夹紧位置。

图1至图6描述了仅需一个驱动步骤来松开系统的机构，即夹钳3相对部件1沿驱动方向Y运动。图7及下文将描述需要两个驱动步骤来松开系统的机构。第一步骤为部件1带动夹钳3相对驱动部件5沿不在XY平面内的方向(即，通常沿平行于Z轴线的方向)的运动。第二驱动步骤如前所述为夹钳3相对部件1沿Y方向的驱动运动。该第一驱动步骤是必需的，因为在执行之前，要防止部件1和驱动部件5(以及随后夹钳3)相对彼此沿驱动方向Y移动。需注意的是，在执行第一驱动步骤之前不必机械地防止夹钳3相对驱动部件5沿Y方向移动，假设在其之后。同样，如前所述，第二驱动步骤可以是线性的、旋转的或其他任何方式。

因此，需要附加力以保持部件1相对驱动部件5定位，从而二者不会相对彼此沿第一驱动步骤的运动方向移动。这通常可以通过弹簧或配置为起到弹簧作用的一些磁性材料来实现。如果(例如)第一部件1太大而不能轻易接近位于第一部件1后面的驱动部件5，则这种系统是有用的。

图7和图8中显示了这种双驱动步骤式机构。图7为图8中所包括的构件的分解图。其显示了当第二部件2的凸起11位于驱动部件5内切出的狭槽12内时，第二部件2和驱动部件5无法相对彼此沿Y方向移动。另外，当夹紧时，部件1和2无法相对彼此沿Y方向移动，因此部件1无法相对驱动部件5移动。需注意的是，凸起可以在第一部件1上或者同时在部件1和2上，并且部件上的狭槽和凸起的位置可以颠倒(图9和图10中就是这种情况)。

图8显示了松开和/或夹紧图7所述系统所需的步骤。上图和下图分别从自上而下的视角和自下而上的视角显示了这些步骤。从左向右，系统从夹紧变成松开。第一，系统夹紧，第一部件1和第二部件2无法相对驱动部件5沿Y方向移动。第二，执行第一驱动步骤。因此第一部件1和第二部件2以及夹钳3相对驱动部件5沿-Z方向移动。需注意的是，它们也可以沿+Z方向移动。第三，第一部件1和第二部件2相对夹钳3和驱动部件5沿Y方向移动。第四，由于之前的运动，松开力使夹钳3移动到其松开位置。第五，第一部件1和第二部件2能够沿Z方向从彼此移开。需注意的是，夹紧操作可以是相反的步骤顺序，但不是必需的。实际上，在第一部件1和第二部件2已经分离之后，第二部件2可以相对驱动部件5移动回到其在执行第一驱动步骤之前所在的位置，但是夹钳3仍然处于其松开位置(直到第一部件1再次移动靠近夹钳3)。

图9和图10描述了与图4至图6中所描述的实施方式非常类似的实施方式。不同之处在于此实施方式为如图7至图8所述的双驱动步骤式机构，而图4至图6的实施方式为单驱动步骤式机构。

图9为分解图。左图和右图分别从自下而上的视角和自上而下的视角显示了各种部件。与图7和图8相反，凸起11和狭槽12分别与驱动部件5和第二部件2相关联。底盖13拧紧到驱动部件5上，并起到驱动部件5的底盖的作用。一个力连续推动底部部件6和第二部件2远离底盖13，以保证当夹紧时凸起11处于狭槽12中而不会进入沟槽14内。该力通常通过位于底部部件6和底盖13之间的弹簧15产生。也可以通过起到弹簧作用的磁体产生。当执行第二驱动步骤时，抵抗前面提到的力，当第一部件1和第二部件2相对夹钳3以及相对驱动部件5旋转时凸起11可以在沟槽14内水平地滑动。

图10是图9实施方式的组装图。为了说明的目的，第一部件1可以连接到电视或监视器的背面，同时第二部件2可以连接到墙上。

通过附图中指出的以下四个步骤来描述图10系统的操作：

步骤1：在开始夹紧之前，夹钳3通过两个夹紧磁体7之间的吸引力拉聚在一起而处于闭合位置。当第一部件1与第二部件2聚集在一起时，夹紧磁体7被吸引到第一部件1的磁体8，第一部件1被引入到第二部件2表面上的位置。该位置如右手图所示。

同时，每个夹紧磁体7朝第一部件的各个磁体8移动，将夹钳3拉到打开位置。换句话说，夹紧磁体7之间的吸引力被每个夹紧磁体7与各个第一部件磁体8之间的吸引力克服。一旦处于夹紧位置，则第一部件1通过夹钳3保持在第二部件2的表面上，夹钳3至少部分重叠第一部件1的夹紧表面。

步骤2：底座13通过弹簧15与第二部件2的底面6保持分离，如上文参照图9所述。向下推或施加压缩力于第一部件1的上表面(或者于其连接的构件，例如电视)，压缩弹簧15。这使得驱动件5内壁上的凸起11滑入第二部件2外壁上的沟槽14中，从而使第一部件1和第二部件2旋转。

步骤3：第一部件1和第二部件2相对驱动件5和夹钳3的旋转还使第一部件的磁体8旋转。从图9可以理解，驱动件5通过螺钉连接到底盖13上，底盖13可以固定到(例如)墙上。因此，一旦凸起11与沟槽14配合，相对驱动件5旋转的是第二部件2，而驱动件5不能旋转。由于夹钳3安装在杆4上，杆4与驱动件5配合，所以夹钳3本身不能旋转。由于第一部件1的磁体8旋转远离夹紧磁体3，所以二者之间的吸引力减小，直到被夹紧磁体7本身之间的吸引力超过。

步骤4：然后夹钳3被拉回到闭合位置，其中夹钳3不再重叠第一部件1的夹紧表面，第一部件1可以从第二部件2的表面脱离。

图10中所描述的系统的优点在于，可以通过“推扭”过程实现松开，其中完全无需接近驱动件5或者甚至是夹紧装置。这在该装置用于将电视或监视器固定到墙上且接近电视或监视器的背面受限时特别有利。

图10表示组装好的机构以及松开系统所需的步骤顺序。第一，系统夹紧。第一部件1和第二部件2无法相对驱动部件5旋转。第二，第一部件1和第二部件2以及夹钳3已相对驱动部件5向下推。第三，第一部件1和第二部件2已相对夹钳3和驱动部件5旋转。第四，第一部件1移动远离其它部件。需注意的是，一旦完成，可增加另一力以使第二部件2转回，并且其后还使凸起11移动回到狭槽12内。该力通常可以通过弹簧产生。其也可以通过夹钳3内的磁体7以及位于第二部件2内的一些铁磁/顺磁材料产生。但是，这种磁力必须足够强以旋转第二部件2及其底部部件6，但是又足够弱不足以将夹钳3从松开位置移开；否则当系统夹紧时将防止第一部件1移动得足够靠近第二部件2。

现在参照图11A至图11C，对可以用于连接第一设备和第二设备的线性夹紧和松开机构进行描述。这些设备可以是例如婴儿车架(带轮子)和婴儿提篮。在此示例中部件100连接到婴儿提篮，而部件200连接到婴儿车架。夹钳标记为数字300，而部件400为驱动件。部件100设置有一对线性间隔的磁体，该对磁体交替排列，因此其中一个磁体具有对夹钳300的正极端(绿色)，而另一个磁体具有负极端(红色)。夹钳300设置有具有对部件100的正极端(绿色)的磁体。夹钳200可滑动地安装在驱动件内，因此能够在夹紧位置和松开位置之间移动(通常在图中为从左向右)。

图11A中的顺序从左向右显示了从夹紧到松开的转变。在最左图中，夹钳和部件100上的相反磁极对齐，这意味着夹钳保持抵靠部件100，将部件100和部件200夹紧在一起。为了松开部件，驱动件沿-Y方向相对部件100和部件200滑动，且夹钳300也移动(第二图)。这导致正极(绿色)对齐，使得夹钳300从部件100推开(排斥)，沿-X方向滑出驱动件(第三图)。这将允许部件100沿Z方向移动，使其与部件200分离(第四图)。图11B从不同的视角显示了此相同的步骤顺序，从夹紧到松开。

现在参照图12A至图12C，对另一线性机构进行描述。在此机构中，部件500可以连接到婴儿提篮，而部件501可以连接到婴儿车架。夹钳502与部件501上的狭槽可滑动地配合，因此能够沿X方向在夹紧位置和松开位置之间移动。假设部件501和部件502无法接近，而使用者可以移动部件500。

图12A显示了包括在夹紧位置和松开位置之间移动在内的操作顺序(从左向右)。在最左图中，部件500和部件502上的正(绿色)负(红色)极对齐，这导致吸引并因此夹紧部件。为了松开，使用者沿Y方向相对其他部件移动部件502，从而使两正(绿色)极对齐(第二图)。这使得部件500和部件502相排斥，且夹钳502在部件501的狭槽中向外滑动(第三图)。这将允许部件500升高远离部件501(第四图)。图12B图示了从松开位置移动到夹紧位置的对应的步骤顺序(从右向左移动)。

参照图11和图12，应当注意的是，在从夹紧位置向松开位置移动过程中，可以利用机械力以引起或帮助部件分离。例如，参照图11A，可以在部件100的表面101上设置面向-X方向的斜坡。当驱动件400沿Z方向滑动时，该斜坡使得夹钳300沿-X方向移动。可以额外地或另外选择使用弹簧或其他偏置装置以帮助部件分离。

本申请中描述的单驱动步骤式系统和双驱动步骤式系统的可能应用包括将电子设备连接到交通工具(例如自行车、汽车、卡车、飞机、火车、轮椅等)上或交通工具内，或者一些墙(例如房屋或公寓的墙)上。还包括将婴儿车连接到推椅上。