配置成生成用于测量操作的电力的电子卡尺的制作方法
【专利摘要】电子卡尺生成用于测量操作的电力。卡尺包括：刻度构件；滑块；信号处理部，其配置成测量刻度构件和滑块之间的移位；以及安装到滑块的发电构造，发电构造包括齿轮组件和发电机，齿轮组件配置成响应于用户使发电手柄相对于齿轮组件移动时由发电手柄施加到齿轮组件的力而转动，发电机联接到齿轮组件，并且配置成响应于转动的齿轮组件提供的力而转动并且将电力提供到信号处理部。发电构造在用户移动发电手柄时发电；发电构造在用户利用最大手动加速度移动发电手柄时贡献的运动阻力分量最大为20N。
【专利说明】配置成生成用于测量操作的电力的电子卡尺【技术领域】
[0001]本申请总体上涉及计量系统，更具体地涉及一种能够发电的电子卡尺。
【背景技术】
[0002]已知使用电子位置编码器的各种电子卡尺。这些编码器一般基于低功率的电感式、电容式或磁性位置感应技术。一般而言，编码器可包括读取头和刻度。读取头一般可包括读取头传感器和读取头电子器件。读取头输出作为读取头传感器的位置沿着测量轴线相对于刻度的函数而改变的信号。在电子卡尺中，刻度一般固定到包括第一测量卡爪的长的刻度构件，读取头被固定到滑块，滑块可沿着刻度构件移动并且包括第二测量卡爪。因此，可基于从读取头输出的信号确定出两个测量卡爪之间的距离的计量。
[0003]在共同转让的美国专利N0.RE37490、N0.5，574，381和N0.5，973，494中公开了示例性的电子卡尺，这些文件的全部内容均通过引用合并于此。卡尺技术重视低电力消耗的需求，例如美国专利N0.5，973，494公开了降低卡尺中的电力消耗的配置。然而，即使在低功率构造中，也需要定期地更换电池。这被一些用户视为不想要的不方便和/或代价。期望一种免除更换电池或显著延迟电池更换的卡尺。
【发明内容】
[0004]提供该概要以以简要的形式介绍下面将在【具体实施方式】中详细说明的构思的节选。该概要不想要标识所要求保护的主题的关键特征，也不是想要辅助用于确定所要求保护的主题的范围。
[0005]当发电以免除或延迟更换卡尺中的电池的需求时，如果在较短的运动范围内符合人体工学且方便的运动导致发电，则将是期望的和最方便的。
[0006]公开了一种电动卡尺(electrically powered caliper),其配置成生成用于测量信号处理部的电力，所述卡尺包括:刻度构件；滑块；信号处理部，其配置成测量所述刻度构件和所述滑块之间的移位；以及安装到所述滑块的发电构造，所述发电构造包括齿轮组件和发电机，所述齿轮组件配置成响应于用户使发电手柄相对于所述齿轮组件移动时由所述发电手柄施加到所述齿轮组件的力而转动；所述发电机联接到所述齿轮组件，并且配置成响应于转动的所述齿轮组件提供的力而转动并且将电力提供到所述信号处理部。所述发电构造在用户移动所述发电手柄时发电；所述发电构造配置成使得:在用户利用最大手动加速度移动所述发电手柄时，所述发电构造贡献的运动阻力分量最大为20N。
[0007]在各实施方式中，所述发电构造配置成使得:在用户利用最大手动速度或小于最大手动速度的速度移动所述发电手柄时，所述发电构造贡献的运动阻力分量最大为20N，或者在其它实施方式中为ION或小于10N。运动阻力分量可包括惯性分量和发电机工作分量。由发电构造贡献的运动阻力分量可通过如下方式测量出:通过确定发电手柄与发电构造接合的情况下通过移动发电手柄来驱动发动构造时的运动阻力，与发电手柄与发电构造解除接合而使发电手柄的运动不驱动发电构造的任何元件时的运动阻力之间的差值。最大手动加速度和速度是指典型的卡尺用户移动发电手柄时能期望得到的最大加速度和速度。
[0008]在一些实施方式中，所述齿轮组件可包括力限制离合器，所述力限制离合器配置成限制所述运动阻力分量。在一些实施方式中，所述齿轮组件可包括输入元件，由所述发电手柄提供的力驱动所述输入元件，所述力限制离合器位于所述输入元件和通过所述力限制离合器而联接到所述输入元件的齿轮之间。在一些实施方式中，所述力限制离合器可配置成将所述运动阻力分量限制成最大为10N。
[0009]在一些实施方式中，所述齿轮组件可包括输入元件，由所述发电手柄提供的力驱动所述输入兀件，所述输入兀件包括齿轮和摩擦棍中的一者。在一些实施方式中，所述输入元件可包括被安装到所述发电手柄的齿条驱动的齿轮。在一些实施方式中，所述输入元件可包括由所述发电手柄的平坦面驱动的摩擦辊。在一些实施方式中，所述卡尺可包括弹簧元件，所述弹簧元件使所述摩擦辊压靠所述发电手柄。
[0010]在一些实施方式中，所述齿轮组件可包括小直径的输入元件，所述输入元件联接到大直径的外齿轮，所述外齿轮驱动小直径的内齿轮，所述内齿轮联接到大直径的另一外齿轮，所述另一外齿轮通过至少一个附加齿轮驱动所述发电机。
[0011]在一些实施方式中,所述齿轮组件包括最多6个齿轮。
[0012]在一些实施方式中，所述发电手柄可被限制在滑块上。
[0013]在一些实施方式中，所述齿轮组件可包括每英寸至少80齿的径节(diametralpitch)的齿轮。
[0014]在一些实施方式中，所述发电手柄的运动范围被限制为最大2.5英寸，或者在一些其他实施方式中被限制为1.25英寸或更小。
[0015]在一些实施方式中，所述齿轮组件可包括面宽度最大为0.15英寸的齿轮。
[0016]在一些实施方式中，所述发电手柄可连接到往复元件，所述往复元件配置成当用户在两相反方向上的任一方向上移动所述发电手柄时在同一转动方向上驱动所述输入兀件。在一些实施方式中，所述往复元件包括上下齿条，根据所述发电手柄的移动方向，上下齿条分别在不同的时间驱动同一齿轮。
[0017]在一些实施方式中，所述发电构造的至少一些齿轮可位于所述刻度构件的顶部和包围所述信号处理部的罩的内部之间的容积中。
[0018]在一些实施方式中，所述发电构造的至少一些齿轮可位于所述刻度构件的底部和所述滑块的绕所述刻度构件的底部包裹的部分的内表面之间的容积中。
[0019]在一些实施方式中，所述卡尺还可包括复位弹簧，所述复位弹簧存储能量，以在用户沿于复位弹簧中存储能量的方向移动所述发电手柄以发电之后释放所述发电手柄时，使所述发电手柄返回至其起始位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]通过结合附图的下面的具体说明，将更容易地理解和明白本发明的前述方面及其所带来的很多好处。
[0021]图1是可适于这里公开的原理的手持工具式卡尺的分解示意图；
[0022]图2是整合在卡尺中的发电构造的第一实施方式的示意图；
[0023]图3是图2所示的发电构造的分解示意图，示出附加细节；[0024]图4A、图4B和图4C是整合在卡尺中的发电构造的第二实施方式的细节示意图；
[0025]图5A和图5B是整合在卡尺中的发电构造的第三实施方式的示意图；
[0026]图6是整合在卡尺中的发电构造的第四实施方式的示意图；
[0027]图7是配置成当用户在两相反方向中的任一方向上移动发电手柄时在同一转动方向上驱动输入齿轮的往复元件的一部分的示意图，该往复元件可结合在整合在卡尺中的发电构造中；和
[0028]图8是整合在卡尺中的发电构造的第五实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0029]图1是可适于这里公开的发电原理的手持工具式卡尺100的一个实施方式的分解示意图。在该示例中，卡尺100包括磁性或电感性传感器组件158和刻度基板(scalesubstrate)125，刻度基板125包括沿着长的刻度构件102定位在槽127中的刻度轨道126(刻度基板125和刻度轨道126均示出为切出段)。滑块组件170包括安装到滑块130的电气组件160。磁性或电感性传感器组件158被包含在电气组件160中。
[0030]卡尺100的整体机械结构和物理操作与现有的一些电子卡尺(例如，全部内容通过引用合并在此的共同转让的美国专利N0.5，901，458中的电子卡尺)的整体机械结构和物理操作类似。刻度构件102是刚性的或半刚性的棒，其可包括结合到大致矩形截面的各种槽和/或其它特征。与已知的电子卡尺中所用的及之前并入的美国专利N0.RE37490、N0.5，901, 458专利和全部内容通过引用合并在此的共同转让的美国专利N0.6，400, 138中描述的方式类似，刻度基板125可刚性地结合在槽127中，刻度轨道126可包括与包含在电气组件160中的传感器组件158对应的元件(未示出)协作的刻度元件。
[0031]一对卡爪108、110 —体地形成在刻度构件102的第一端附近。对应的一对卡爪116、118形成在滑块130上。通过将工件放在卡爪108、116的接合面114之间来测量工件的外尺寸。类似地，通过将卡爪110、118的一对接合面122靠着工件的相对的内表面放置来测量工件的内尺寸。在有时称作零位置的位置处，接合面114彼此抵接，接合面122 —致，由卡尺100所测量的外尺寸和内尺寸两者可指示为零。
[0032]测量出的尺寸可显示在数字显示器144上，数字显示器144安装在卡尺100的电气组件160的罩140内。电气组件160还可包括一套按钮开关143、141和142 (例如开/闭开关、模式开关和零设定开关)，信号处理和显示电路板150包括读取头信号处理和控制电路159。在图1所的一个实施方式中，信号处理和显电路板150的底面被安装成在刻度构件102的任一侧上抵接滑块130的顶表面。
[0033]与图1所示类型相似的一些卡尺通过连接到电气组件160的一个或多个电池供电。还已知利用太阳能电池对类似的卡尺供电，例如如美国专利N0.4，963，811 (后面称为“’ 811专利”)教导了这种方案，其全部内容通过引用合并在此。’ 811专利教导了一种电力管理系统，其包括太阳能收集器、存储装置(例如储能电容器)和电力控制电路。如果太阳能收集器提供的电力比用于操作卡尺所需的电力多，则电力控制电路可将太阳能收集器连接到存储装置以存储储备能量。卡尺可仅依靠存储的能量多次操作。
[0034]为了该公开的目的，电气组件160可包括与’ 811专利类似的电力管理部156。电力管理部156包括能量存储装置156es和电力调制和控制电路156pc。能量存储装置156es可以例如是电池或电容器，其存储用于操作卡尺100的能量。电力调制和控制电路156pc可提供与上面所述的和/或与’ 811专利中类似的电力和能量管理功能，以存储和使用如这里公开地产生的能量，可以以交流电流或电压的形式提供该能量。因此，电力调制和控制电路156pc还可包括下面的图中所示的对发电机的AC电压进行升压和整流的升压和整流电路，从而升压和整流后的能量可由能量存储装置156es存储并且用于操作卡尺100。例如，一种适用的升压和整流电路是在Adv.Radio Sc1., 6:219-225, 2008中的文章“Highly efficient integrated rectifier and voltage boosting circuits for energyharvesting applications”(用于能量采集应用的高效的集成整流升压电路)描述的,其通过引用合并在此。在一些实施方式中，一部分或全部的电力调制和控制电路156pc可并入信号处理和控制电路159和/或与信号处理和控制电路159不可区分。
[0035]应当理解，尽管上面说明了磁性或电感式卡尺，但是使用任何传感器类型的电子卡尺都可适于参照图2-图7所描述的原理。例如，使用电容式感应技术的卡尺可使用图2-图7中描述的特征。
[0036]图2是整合到卡尺200中的发电构造205的第一实施方式的示意图。卡尺200可与卡尺100类似，因此，参照图2仅说明显著的不同之处。图2中省略了刻度构件202的一些部分，以便可更清楚地示出发电构造205的各部件。如图2所示，发电构造205整合到滑块230 (如图1所示，可在滑块组件170中使用)并且随着滑块230运动。发电构造205包括齿轮组件232、发电机231和发电手柄210。在该实施方式中，发电手柄210连接到包括轮齿的齿条210R。发电手柄210被用户驱动(例如，被用户右手拇指驱动，而滑块被保持在用户的右手其它手指中)，发电手柄210驱动齿条210R。发电手柄210在支撑引导件210G中的槽中被引导和/或被限制，这种引导和/或限制可以是直接地或者通过安装到可在槽中被引导和/或限制的齿条310R来实施(如示出的)。支撑引导件210G也可紧固到滑块230或者与滑块230 —体化。在一些实施方式中，发电手柄210可在结合在卡尺罩中(例如，结合在适当的适配罩140中)的可选的或配合的手柄支撑特征来引导和/或限制。
[0037]齿轮组件232包括输入元件，在本实施方式中，输入元件是被齿条210R驱动的内齿轮232Ai，内齿轮232Ai被接合到大径齿轮232A或与大径齿轮232A —体化。齿轮组件232还包括被齿轮232A驱动的齿轮232B。齿轮组件232还包括被齿轮232B驱动的内齿轮232Ci(在该视图中看不到，但是在图3中示出)，内齿轮232Ci被接合到大径齿轮232C或与大径齿轮232C —体化。齿轮组件232还包括被齿轮232C (在该视图中看不到，但是在图3中示出)驱动的内齿轮232Di (在该视图中看不到，但是在图3中示出)，内齿轮232Di被接合到大径齿轮232D或与大径齿轮232D —体化。齿轮组件232还包括被齿轮232D驱动的内齿轮232Ei，内齿轮232Ei被接合到大径齿轮232E或与大径齿轮232E —体化。应当理解，通过该配置使得齿轮232E的轮齿速度远大于齿条210R的速度，从而当用户移动发电手柄210和齿条210R时，适于以高RPM驱动发电机231。
[0038]齿轮组件232还包括齿轮231gg (在该视图中看不到，但是在图3中示出)，齿轮231gg接合到发电机231的轴并且被齿轮232E驱动(直接地驱动或者通过中间齿轮等驱动)。齿轮组件232的各齿轮可绕定位于滑块230中的孔(未示出)中的轴(和/或轴承)转动。可选地，在一些实施方式中，发电机231的轴可从电气组件160的适当部位悬出。基于该公开，本领域的普通技术人员应该理解，滑块230可根据需要包括用于收容发电构造205的其它特征。
[0039]概括而言，在操作中，当用户移动发电手柄210，进而驱动齿轮组件232，齿轮组件232的部件驱动发电机231的转动部(例如,磁性转子)以发电。在一些实施方式中，发电手柄210和/或齿条210R可连接到复位弹簧210RS，复位弹簧210RS的一端直接或间接地紧固到滑块。当用户致动发电手柄210，这使复位弹簧210RS拉伸或压缩，复位弹簧210RS存储能量以使发电手柄210返回到其起始位置(在用户将其松开时)，从而在该复位期间产生额外的电力。可选地，可省略复位弹簧210RS，用户可简单地提供用于在两个方向上操作手柄的力。
[0040]发电机231可与可在商业上买到的腕表中使用的发电机类似。例如，可从Kinetron买到的微型发电机和/或在美国专利N0.5，923，619和/或N0.6，124，649 (其全部内容通过引用合并在此)中公开的微型发电机可适用于这里公开的原理。发电机231可具有电引线231w，如虚线示意性地所示，其可连接到前面所述的电力管理部156。
[0041]在上述实施方式中，齿轮组件232被配置成具有如下总传动比:在用户在操作期间以期望的速度移动发电手柄210期间，发电机231以提供较有效的电力生成速度转动(例如，1000?10000RPM)。然而，在各实施方式中，还期望地，当发电构造205随着用户移动发电手柄210而发电时,发电构造205贡献的运动阻力分量最大为大约20N。
[0042]在图2所示的实施方式中，用户可利用拇指以方便且符合人体工学的方式驱动发电手柄210。由于可利用拇指相对于滑块驱动发电手柄210，可期望地，对于发电手柄210使用短距离的运动，但是通过多圈转动的形式来驱动齿轮组件232以使得发电机231尽可能长地维持高RPM的运动。在一些实施方式中，发电手柄的运动范围限制为最大2.5英寸，或者在其它实施方式中为1.25英寸或者更小。
[0043]如前所述，在为了期望的人体工学而限制发电手柄的运动范围的实施方式中，期望使用高传动比来足够的转动速度驱动发电机231足够长的时间。为了在容许齿轮的面宽度(face width)的有限空间内提供高传动比，在一些实施方式中需要使齿轮组件包括至少四个齿轮元件。然而，出于经济和人体工学的原因还期望限制齿轮的数目。因此，在一些实施方式中，齿轮组件232包括最多六个齿轮。具有较高径节的齿轮可允许使用较少的齿轮在发电机231中实现足够的转动速度。因此，在一些实施方式中，期望地，齿轮组件包括具有至少80或更大的径节的齿轮。
[0044]高传动比可受到与传递到轮齿的、引起过早的故障或磨损的运动阻力有关的设计考虑的限制。发明人已经确定，在这里公开的一些实施方式中，期望地，齿轮组件包括面宽度至少为0.075英寸的齿轮(例如，至少对于直径较小的齿轮)。发明人还确定，在这里公开的一些实施方式中，期望地，关于紧凑的卡尺尺寸和其它设计考虑，齿轮组件包括面宽度至少为0.15英寸的齿轮。
[0045]应当理解，该运动阻力分量被施加在发电手柄210和齿轮组件的输入元件之间，在本示例中，被施加在齿条2IOR和输入齿轮232Ai之间。主要归因于齿轮组件232和发电机231的惯性、发电机231中(发电机工作时)出现的磁性力和发电构造205中的摩擦而出现运动阻力分量，运动阻力分量还受各齿轮的半径之间的关系的影响。因此，在各实施方式中，基于该公开可确定齿轮惯性、齿轮半径等的适当组合(例如，通过分析和/或试验)，从而当用户以最大期望加速度和/或速度使发电手柄210移动时，由发电构造205贡献的运动阻力分量最大为大约20N，或者在其它实施方式中为10N，或者更小。
[0046]应当理解，图2中所示的和上面所述的具体齿轮构造仅为示例性的而非限制性的。例如，图8示出包括显著不同的齿轮组件安装配置的实施方式，其中，发电构造的齿轮位于刻度构件的顶部和包围信号处理部的罩的内部之间的容积内。可选地，在一些实施方式中，发电构造的至少一些齿轮可以位于刻度构件的底部和滑块的绕在刻度构件的底部包裹的部分的内表面之间的容积中。在其他实施方式中可使用行星齿轮构造。基于该公开的教导，这些和其它可选方案对于本领域的普通技术人员将变得明显。
[0047]图3是图2所示的卡尺200的发电构造205的分解示意图，示出在图2所示的视图中看不见的元件的附加细节。特别地，图3示出安装到齿轮232C的内齿轮232C1、安装到齿轮232D的内齿轮232Di和安装到发电机231的轴的齿轮232gg。
[0048]图4A和图4B是齿轮组件432的一部分的细节示意图，其可结合到根据这里公开的原理整合在卡尺中的发电构造405的第二实施方式中。图4C示出整合在卡尺中的发电机431的一个实施方式时附加细节。齿轮组件432可与齿轮组件232类似，标记为4XX的元件可与卡尺200的标记为2XX的元件相同或类似。因此，参照图4A和4B仅详细说明显著不同之处。齿轮组件432与齿轮组件232的不同之处在于，齿轮组件432包括力限制离合器432C，其在图4A中示出且在下面将详细说明的图4B中进一步放大。
[0049]如前所述，期望地，当发电构造405在用户移动发电手柄410时发电时，发电构造305贡献的运动阻力分量最大为大约20N。在各实施方式中，基于该公开配置力限制离合器432C (例如,通过分析和/或实验),从而当用户以最大加速度和/或速度(或较小的加速度和/或速度)手动地移动发电手柄410时,发电构造405贡献的运动阻力分量最大为大约20N，或者在其它实施方式中为ION或更小。换言之，如果移动发电手柄410使得发电构造405所贡献的沿着齿条410R的运动阻力分量超过大约20N(或者在其它实施方式超过为ION或更小)，则力限制离合器432C被设定成使得，力限制离合器432C打滑和/或使齿轮组件432 (和发电机431)的至少一部分与齿条410R有效地解除接合或解除联接，以将运动阻力分量限制到期望的水平，从而避免齿轮组件432和发电机431的元件的损坏或过度磨损。
[0050]应当理解，这可有效地解除发电机431的驱动联接，牺牲发电，从而绝对化地限制运动阻力分量。然而，应当理解，一旦运动阻力分量落在离合器432C所确定的限制值以下，就使齿轮组件432 (和发电机431)重新接合或联接到齿条410R，并且再次发电。
[0051]此外，离合器的存在允许期望的设计权衡。例如，在一些这种实施方式中，与不具有离合器的发电构造405相比，不必将发电构造405的总传动比配置成对其运动阻力分量进行限制，这是因为离合器提供了这种限制。反而，可具有期望的较大的传动比，从而例如以较小的发电手柄速度提供较高的发电机RPM，例如，以有利地在较低的发电手柄速度时生成更多电力。由于不必保守地限制传动比，所以相对于发电构造405这实际上在发电方面生成净增益。
[0052]图4B以放大的形式示出了力限制离合器432C的一个简化实施方式。离合器机构432C包括接合到内齿轮432Ai的上离合器元件432Ct和接合到外齿轮432B的下离合器元件432Cb。这些元件的配合的凸凹面(ridged surface)在离合器交界面432Cint处会合。这些元件示出为在交界处分离开，但是这仅仅用于图示的目的。在操作时，在离合器预加载弹簧432Cps的力的作用下，元件被施力以彼此配合，紧固件432Cf使离合器预加载弹簧432Cps压靠内齿轮432Ai。紧固件432Cf拧入接合到下离合器元件432Cb和/或外齿轮432A的轴(以虚线轮廓示出)中。
[0053]在正常操作下，离合器预加载弹簧432Cps使上离合器元件432Ct沿着轴向下滑动以使离合器元件的配合凸凹在离合器交界面432Cint处啮合，从而在交界处传递扭矩，并且内齿轮432Ai驱动外齿轮432A。离合器预加载弹簧被设计和/或调节成(例如，通过调节紧固件432Cf )使得:当齿条作用在内齿轮432Ai上的力超过期望的运动阻力分量时，作用在离合器交界面432Cint处的配合凸凹上的力/扭矩使上离合器元件432Ct滑起越过下离合器元件432Cb的凸凹，这使内齿轮432Ai与外齿轮432A有效地解除接合，使得内齿轮432Α?更自由地转动并且将作用在齿条410R上的反作用力分量降低到期望的水平。
[0054]应当理解，图4A和图4B示出和上面所述的特别简化的离合器构造仅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/或圆锥形或圆柱形元件可以形成离合器交界面，和/或可增加轴承或其它附加元件以减小各支承点处的磨损，和/或可改变离合器元件和各其它元件的直径，或可通过适当的适配齿轮将离合器定向在不同的平面内，等等。基于该公开的教导，这些和其它可选方案对本领域的普通技术人员将是明显的。
[0055]如前所述，图4C示出发电机431的一个实施方式的附加细节。发电机431可包括线圈431c、定子431s、被齿轮431gg驱动的磁性转子431mr。磁性转子431mr被安装到轴(未示出)上，该轴被安装到齿轮431gg。在一些实施方式中，磁性转子431mr可以是多极SmCo合金磁体(例如美国专利N0.5，229，738中公开的)。外齿轮432E使齿轮431gg转动，由此使磁性转子431mr相对于线圈431c转动，线圈431c由此生成能量，该能量可通过配线连接431w作为AC电力传递到电力管理部156，其可连接到相邻的信号处理和显示电路板(例如，电路板150)。
[0056]应当理解，基于该公开的教导，本领域的普通技术人员可理解，尽管发电构造405的元件的配置示出为与卡尺200的发电构造的元件的配置相似，但是这些元件的实施方式可以适于任何适当的卡尺配置。
[0057]图5A和图5B是示出整合在卡尺500中的发电构造505的第三实施方式的一部分的图。卡尺500可与卡尺200类似，发电构造505可与发电构造205或405类似，标记为5XX的元件可与卡尺200的元件2XX或卡尺发电构造405的元件4XX相同或类似。因此,参照图5A和图5B仅详细说明显著不同之处。
[0058]特别地，齿轮组件532与齿轮组件232和432的不同之处在于，提供前面所述的输入齿轮(例如，齿轮232Ai或432Ai)的功能的输入元件是可接合到外齿轮532A的摩擦辊532Ai。摩擦辊532Ai通过摩擦与连接到发电手柄510的表面块510SB的至少一个边缘接合，由此转动以驱动外齿轮532A。由此，与卡尺200相比，可去除齿条(例如，齿条210R)。 [0059]应当理解，除了各齿轮、轴、孔和凹部的位置可调节成收纳摩擦辊的配置之外，齿轮组件532可与齿轮组件232或432相同或相似，滑块530可与滑块230相似。在一个实施方式中，摩擦辊532Ai和外齿轮532A可安装成绕支撑在滑块530中的轴532Aa(图5B中示出)转动。
[0060]在示出的实施方式中，轴532Aa可安装在轴支撑件532Aas中，轴支撑件532Aas可在滑块530上绕枢轴532Aap转动短距离，这为摩擦辊532Ai的位置提供自由度，使得可通过接合压力弹簧532Aips而施加抵靠表面块5IOSB的摩擦压力，如图5B示意性示出的。在一个实施方式中，压力弹簧532Aips可是绕枢轴532Aap安装的扭转弹簧。
[0061]应当理解，图5A和图5B示出和上面所述的特别简化的压力弹簧配置仅是示例性的而不是限制性的。此外，根据需要，可在齿轮组件532中实施力限制离合器(例如，在一个实施方式中，在齿轮532Ai和外齿轮532A之间)。基于该公开的教导，这些和其它可选方案对于本领域的普通技术人员将变得明显。
[0062]图6是整合在卡尺600中的发电构造605的第四实施方式的示意图。卡尺600可与卡尺200或500类似，发电构造605可与发电构造205、405或505类似，标记为6XX的元件可与卡尺200的的元件2XX、发电构造405的元件4XX或卡尺500的元件5XX相同或类似。因此，参照附图6仅详细说明显著不同之处。
[0063]特别地，齿轮组件632与齿轮组件232、432和532的不同之处在于，提供前面所述的输入齿轮(例如，齿轮232A1、432Ai或532Ai)的功能的输入元件是可接合到外齿轮632A的摩擦辊632Ai，摩擦辊632Ai通过摩擦与连接到发电手柄610的表面块610SB的表面接合，以驱动外齿轮632A。在示出的实施方式中，轴632Aa可被压力弹簧(例如，使用如前面参照图5中的轴支撑件532Aas所述的加载轴支撑件的弹簧)在表面块610SB的方向上施力以提供所需的摩擦力。摩擦辊632Ai可包括具有高摩擦系数的、压靠手柄610的聚合物套或涂层。根据需要，可在齿轮组件632中实施力限制离合器(例如，在一个实施方式中，以与卡尺400相似的方式，在摩擦辊632Ai和外齿轮632A之间)。基于该公开的教导，这些和其它可选方案对于本领域的普通技术人员将变得明显。 [0064]图7是包括往复元件710re的发电构造705的一部分的示意图，往复元件710re配置成当用户在两相反方向上的任一方向上移动发电手柄710时在同一转动方向上驱动输入齿轮732Ai，该往复元件可结合在整合在卡尺中的发电构造705中(例如，与卡尺200的发电构造205类似)。标记为7XX的元件可与卡尺200的元件2XX相同或相似。因此，参照图7仅说明显著不同之处。
[0065]在图7所示的实施方式中，发电手柄710连接到往复元件710re、上齿条710RU和下齿条710R1。往复元件710re配置成:当用户在沿X轴的两相反方向的任一方向上移动发电手柄710时,在同一转动方向上驱动输入兀件。在操作中，在用户朝向-X方向移动发电手柄710时，往复元件的倾斜面ISu向下推动上齿条710Ru，使得上齿条710Ru接合内齿轮732Α?的上部，驱动内齿轮732Ai，使得内齿轮(相对于X-Y平面)沿逆时针方向转动。相反，在用户朝向+X方向移动发电手柄710时，往复元件的倾斜面ISl向上推动下齿条710R1，使得下齿条710R1接合内齿轮732Ai的下部，驱动内齿轮732Ai，使得内齿轮(相对于X-Y平面)沿逆时针方向转动。这样，用户可沿X方向在两个运动方向上交替地推动手柄720，以在同一方向上连续地驱动内齿轮732Ai。该配置不必颠倒齿轮组件的转动方向、保留角动量并且改进发电操作的效率和人体工学性。
[0066]图8是整合在卡尺800中的发电构造805的第五实施方式的示意图。卡尺800可与卡尺200类似，发电构造805可与发电构造205类似，标记为8XX的元件可与卡尺200的元件2XX相同或类似。因此，参照附图8仅详细说明显著不同之处。
[0067]特别地，齿轮组件832与齿轮组件232的不同之处在于，齿轮组件805的至少一些齿轮位于刻度构件802的顶部和包围信号处理部的罩(例如，图1所不的罩140)的内部之间的容积中。提供前面所述的输入齿轮(即，齿轮232Ai)的功能的输入元件是可接合到外齿轮832A的内齿轮832Ai。齿轮组件832包括输入元件，在本实施方式中，输入元件是被齿条8IOR驱动的内齿轮832Ai，内齿轮832Ai被接合到大径齿轮832A或与大径齿轮832A —体化。齿轮组件832还包括被齿轮832A驱动的内齿轮832Bi，内齿轮832Bi被接合到大径齿轮832B或与大径齿轮832B —体化。齿轮组件832还包括齿轮831gg，其接合到发电机831的轴并且被齿轮832B驱动(直接地驱动或者通过中间齿轮等驱动)。因此，与前面所述的实施方式相比，齿轮组件832具有较少的齿轮总数，但是仍能实现上述原理。
[0068]如上所述，齿轮组件832的至少一些齿轮位于刻度构件802的顶部和包围信号处理部的罩的内部之间的容积中。在示出的实施方式中，可以看出，齿轮832A、832Bi和832B以及发电机831位于该容积中，例如这在例如经济性组装方面具有好处。在该【具体实施方式】中，齿轮和发电机位于电路板850 (用虚线示出)和罩之间。
[0069]用于齿轮832B和发电机831的轴可安装在电路板850中或电路板850上(例如，在插入件中，或者在安装到电路板850的组装框架上)。轴和/或安装框架可被配置成相对于齿轮和发电机为各电子部件提供间隙。齿条810R可在滑块中的槽830G中被引导，并且可通过保持板830RP (以剖视图的形式示出一部分)保持在槽中。
[0070]应当理解，除了各电路元件、齿轮、轴、孔和凹部的位置可如上所述地调节外，尽管齿轮的定向不同，齿轮组件832配置存在微小差异，仍满足与齿轮组件232相同或相似的功能和原理，卡尺800可与卡尺200类似。根据需要，可在齿轮组件832中实施力限制离合器(例如，在一个实施方式中，在内齿轮832Ai和外齿轮832A之间)。基于该公开的教导，这些和其它可选方案对于本领域的普通技术人员将变得明显。
[0071]已经图示和说明了本发明的各实施方式，基于该公开，对图示和说明的特征的构造和操作顺序的各种修改对于本领域的普通技术人员将是明显的。因此，应当理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可对本发明进行各种修改。
【权利要求】
1.一种电动卡尺，其配置成生成用于测量操作的电力，所述卡尺包括: 刻度构件； 滑块； 信号处理部，其配置成测量所述刻度构件和所述滑块之间的移位；和 相对于所述滑块固定的发电构造，其包括: 发电用齿轮组件，其配置成响应于用户使发电手柄相对于所述齿轮组件移动时由所述发电手柄施加到所述齿轮组件的力而转动；和 发电机，其联接到所述齿轮组件，并且配置成响应于转动的所述齿轮组件提供的力而转动并且将电力提供到所述信号处理部， 其中: 所述发电构造在用户移动所述发电手柄时发电；以及 所述发电构造配置成使得:在用户利用最大手动加速度移动所述发电手柄时，所述发电构造贡献的运动阻力分量最大为20N。
2.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述发电构造配置成使得:在用户利用最大手动速度移动所述发电手柄期间，所述发电构造贡献的运动阻力分量最大为20N。
3.根据权利要求2所述的卡尺，其特征在于，所述发电构造配置成使得其贡献的运动阻力分量最大 为10N。
4.根据权利要求2所述的卡尺，其特征在于，所述齿轮组件包括力限制离合器，所述力限制离合器配置成限制所述运动阻力分量。
5.根据权利要求4所述的卡尺，其特征在于，所述齿轮组件包括输入元件，由所述发电手柄提供的力驱动所述输入元件，所述力限制离合器位于所述输入元件和通过所述力限制离合器而联接到所述输入元件的齿轮之间。
6.根据权利要求4所述的卡尺，其特征在于，所述力限制离合器配置成将所述运动阻力分量限制成最大为10N。
7.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述信号处理部包括能量存储元件，所述能量存储元件包括配置成存储由所述发电构造所生成的电力的电容器和电池中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述齿轮组件包括输入元件，由所述发电手柄提供的力驱动所述输入元件，所述输入元件包括齿轮和摩擦辊中的一者。
9.根据权利要求8所述的卡尺，其特征在于，所述输入元件包括被连接到所述发电手柄的齿条驱动的齿轮。
10.根据权利要求8所述的卡尺，其特征在于，所述输入元件包括被连接到所述发电手柄的面驱动的摩擦辊。
11.根据权利要求10所述的卡尺，其特征在于，所述卡尺包括弹簧元件，所述弹簧元件使所述摩擦辊压靠被连接到所述发电手柄的所述面。
12.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述齿轮组件包括小直径的输入元件，所述输入元件联接到大直径的外齿轮，所述外齿轮驱动小直径的内齿轮，所述内齿轮联接到大直径的另一外齿轮，所述另一外齿轮通过至少一个附加齿轮驱动所述发电机。
13.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述齿轮组件包括最多6个齿轮。
14.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述发电手柄和连接到所述发电手柄的输入驱动元件中的至少一者被限制成沿着支撑引导件中的路径被引导，所述路径与所述刻度构件近似平行。
15.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述齿轮组件包括每英寸至少80齿的径节的齿轮。
16.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述发电手柄的运动范围被限制为最大1.25英寸。
17.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述齿轮组件包括面宽度最大为0.15英寸的齿轮。
18.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述发电手柄包括往复元件，所述往复元件配置成:当用户在两相反方向上的任一方向上移动所述发电手柄时，所述往复元件在同一转动方向上驱动输入兀件。
19.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述发电构造的至少一些齿轮位于所述刻度构件的顶部和包围所述信号处理部的罩的内部之间的容积中。
20.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述发电构造的至少一些齿轮位于所述刻度构件的底部和所述滑块的绕所述刻度构件的底部包裹的部分的内表面之间的容积中。
21.根据权利要求1所述的卡尺，其特征在于，所述卡尺还包括复位弹簧，所述复位弹簧存储能量，以在用户沿第一方向移动所述发电手柄以发电之后释放所述发电手柄时，使所述发电手柄返回至其起始·位置。
【文档编号】H02K7/18GK103851974SQ201310646699
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月4日
【发明者】C·E·艾特曼, M·内厄姆 申请人:株式会社三丰