專利名稱：用于彈性致動(dòng)設(shè)備的負(fù)速率開關(guān)方法和系統(tǒng)的制作方法
用于彈性致動(dòng)設(shè)備的負(fù)速率開關(guān)方法和系統(tǒng) 相關(guān)專利申請的交叉引用本專利申請是2003年11月14日向美國專利商標(biāo)局提交的第 10/710,010號美國專利申請的繼續(xù)申請，其名稱為"負(fù)速率扣合動(dòng)作 (snap-acting)開關(guān)裝置和方法"，該申請?jiān)诒疚闹腥囊胱鳛閰⒖?。技術(shù)領(lǐng)域?qū)嵤├傮w上涉及機(jī)電開關(guān)。實(shí)施例還涉及恒溫器。除此之外， 實(shí)施例還涉及能夠適用于恒溫器的機(jī)電開關(guān)。，*鮮機(jī)電開關(guān)用于各種工業(yè)、消費(fèi)和商業(yè)應(yīng)用場合。某些種類的電切 換應(yīng)用場合需要能夠在緩慢施加低致動(dòng)力的情況下適當(dāng)工作的機(jī)械開 關(guān)。這種開關(guān)還必需在處理小致動(dòng)差動(dòng)時(shí)非?？煽?，并且生成精確、 可重復(fù)的響應(yīng)。這些要求或許通常源于涉及機(jī)電恒溫器的應(yīng)用場合 中，該恒溫器用于控制住宅和建筑物中的供暖和供冷，其中標(biāo)準(zhǔn)雙金 屬條的線圏構(gòu)成了開關(guān)致動(dòng)元件。許多年來，這種恒溫切換功能是由 汞球管開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)的。由于使用汞會(huì)帶來環(huán)境問題，因此十分期望機(jī)電開關(guān)最終取代基 于汞的開關(guān)。目前在許多國家已經(jīng)起草并通過了法案，旨在在大多數(shù) 消費(fèi)者應(yīng)用場合中禁止使用汞，包括美國。因此，必需研發(fā)基于非汞 的開關(guān)，以取代這種汞型切換機(jī)構(gòu)。為了取代汞切換設(shè)備，已經(jīng)進(jìn)行了一些嘗試，但是這些嘗試都不 是非常成功。例如已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種稱作"扣合動(dòng)作"的開關(guān)，來解決 汞球管開關(guān)元件帶來的環(huán)境問題。如本文中使用的術(shù)語"扣合動(dòng)作開 關(guān)，，通常是指低致動(dòng)力開關(guān)，其利用內(nèi)部機(jī)構(gòu)，響應(yīng)于開關(guān)工作元件 從第一位置移動(dòng)到第二位置，快速地將可移動(dòng)觸點(diǎn)從一個(gè)位置移動(dòng)或 扣合到另一個(gè)位置，從而建立或切斷該可移動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)之間的 電導(dǎo)通，該開關(guān)工作元件例如活塞、操縱桿、彈簧等。通常，這些開 關(guān)僅需要工作元件的幾毫米移動(dòng)來改變開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。
利用恒溫器控制的標(biāo)準(zhǔn)24VAC電源能夠使這種開關(guān)在幾安培的電 流水平安全而可靠地工作。然而，當(dāng)利用諸如恒溫器的線圏雙金屬條 提供的緩慢施加的低致動(dòng)力致動(dòng)時(shí)，該扣合動(dòng)作開關(guān)偶爾會(huì)中止在兩 種導(dǎo)通狀態(tài)之間，或者可能在兩種導(dǎo)通狀態(tài)之間過緩地切換，使得在 進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)會(huì)出現(xiàn)不可接受的電弧和/或發(fā)熱。任一種情況都會(huì) 引起不可接受的操作可靠性和可預(yù)測性。此外，這種開關(guān)經(jīng)常具有不可接受的大差動(dòng)，這意味著開關(guān)致動(dòng) 到一個(gè)狀態(tài)時(shí)工作元件的位置與開關(guān)致動(dòng)到另一個(gè)狀態(tài)時(shí)致動(dòng)元件的 位置完全不同。如果差動(dòng)過大，則受控空間經(jīng)歷的溫度范圍也過大。 因此，在恒溫型應(yīng)用場合中使用扣合動(dòng)作開關(guān)不是特別成功。電子恒溫器通常是本領(lǐng)域公知的。已經(jīng)在商業(yè)、消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用 場合中使用的機(jī)電恒溫器的實(shí)例是由Honeywell International公司 ("Honeywell")生產(chǎn)的T87恒溫器。S.M.Rev.4國86中版號60-2222-2的出版物《恒溫器T87F (Thermostats T87F)》中公開了 T87恒溫 器的實(shí)例，該文在本文中引入作為參考。S.M.Rev.8-93中版號60-0830-3 的出版物《T87F通用恒溫器(T87F Universal Thermostats )》中公開 了 T87F恒溫器的另一個(gè)實(shí)例，該文也在本文中引入作為參考。該T87F 恒溫器尤其提供了對住宅供熱、供冷或者供熱-供冷系統(tǒng)的溫度控 制。在Farrey等人于2004年4月13日提交的美國專利第6，720，852號 "利用磁體致動(dòng)和去致動(dòng)開關(guān)設(shè)備的方法和裝置(Methods and Apparatus for Actuating and Deactuating a Switching Device Using Magnets)"中，公開了能夠用于恒溫應(yīng)用場合的各種形式的開關(guān)組件 實(shí)例，該專利轉(zhuǎn)讓給了 Honeywell International /〉司。本文中引入該美 國專利第6，720，852號作為參考。如今使用的許多恒溫器的有效利用過程中遭遇的一個(gè)問題是以緩 慢移動(dòng)的致動(dòng)器(例如雙金屬線圏)致動(dòng)機(jī)電開關(guān)而不會(huì)損害該開關(guān) 電子壽命的問題。例如，機(jī)械恒溫器，例如Honeywell生產(chǎn)的T87恒 溫器線，利用雙金屬線圏作為溫度檢測設(shè)備。在該恒溫器的操作中， 該雙金屬線圈以緩慢的速度少量移動(dòng)。在切換周期中，當(dāng)扣合上(snap-over)或接近扣合上時(shí)，不使用 雙金屬線圏而直接致動(dòng)開關(guān)會(huì)導(dǎo)致過度耗時(shí)。機(jī)電開關(guān)在接近扣合上 時(shí)具有低接觸力以及在扣合上時(shí)具有零接觸力。當(dāng)該開關(guān)接觸力低或 為零時(shí)，在接觸界面上的電阻量增大。隨著對經(jīng)過該開關(guān)的電流的電 阻的增大，熱量也增加。由于在扣合上點(diǎn)處或者接近扣合上點(diǎn)時(shí)攜帶 電流，機(jī)電開關(guān)的電子壽命會(huì)隨時(shí)間減少。如果致動(dòng)力本質(zhì)上是有彈性的并且在不確定的時(shí)間周期略微變化 到切換操作力以下或者略微變化到切換釋放力以上，則在切換應(yīng)用場 合中會(huì)出現(xiàn)不可接受的電子切換性能。開關(guān)通常設(shè)計(jì)并適用于監(jiān)測和/ 或控制屬性變化的設(shè)備，該屬性例如位置、壓力、溫度、加速度等。在許多這些應(yīng)用場合中，介于開關(guān)機(jī)構(gòu)與受檢測的系統(tǒng)屬性之間 的檢測元件是有彈性的。例如，通過線團(tuán)雙金屬彈簧，能夠?qū)囟茸?化轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)。該線團(tuán)雙金屬響應(yīng)于溫度變化并且起到力敏感(彈性) 致動(dòng)器的作用，從而驅(qū)動(dòng)該開關(guān)機(jī)構(gòu)。該雙金屬是有彈性的，原因在于其位置取決于力，反之亦然；然而，非彈性(剛性)致動(dòng)器不會(huì)隨 著施加在其上的力變化而改變位置。具有彈性力偏折彈簧負(fù)荷率的開關(guān)致動(dòng)器的其它實(shí)例包括風(fēng)箱 (bellow)、布爾登管、膜片、浮子、阻尼器和磁體。固定質(zhì)量、重力 和非重力加速度也能用于制造具有彈性性質(zhì)的開關(guān)致動(dòng)器。如果將質(zhì) 量塊附著于開關(guān)的外部操縱桿，并且由于重力或者與質(zhì)量塊質(zhì)心的重 合，該開關(guān)、外部操縱桿和所附著的質(zhì)量塊組件圍繞不平行于力的軸 旋轉(zhuǎn)，則所生成的、致動(dòng)該開關(guān)的力矩是該開關(guān)、外部操縱桿和質(zhì)量 塊組件的旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)。一般而言，如果向開關(guān)機(jī)構(gòu)施加固定質(zhì)量塊，并且加速，則能夠 施加力，該力約等于質(zhì)量與沿著與加速度方向相反的方向的加速度的 乘積。因?yàn)樵撡|(zhì)量是固定的，所以施加到開關(guān)機(jī)構(gòu)上的致動(dòng)力是加速 度的函數(shù)。在所有這些應(yīng)用場合中，彈性界面響應(yīng)于致動(dòng)源(壓力、 溫度、加速度等)的變化，并且該彈性界面移動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)開關(guān)機(jī)構(gòu) 通過一定行程范圍，以接通電路。為了獲得可靠的并且可預(yù)測的電切換性能，希望保持最大的接觸 力，直到致動(dòng)或去致動(dòng)點(diǎn)為止。在非扣合開關(guān)和絕大部分精確扣合動(dòng) 作開關(guān)中，接觸力在活塞自由位置處(活塞完全伸展)和完全超程位 置處(活塞完全壓縮)為最大值。當(dāng)開關(guān)機(jī)構(gòu)接近工作點(diǎn)時(shí)，接觸力 降低到零，該工作點(diǎn)為開關(guān)將電狀態(tài)從常閉(NC)電路變化到常開 (NO)電路的活塞位置。同樣，當(dāng)開關(guān)機(jī)構(gòu)接近其釋放點(diǎn)時(shí)，接觸力降低到零，該釋放點(diǎn) 為開關(guān)將狀態(tài)從NO電路變回到NC電路的活塞位置。當(dāng)接觸力變化到 零或接近零時(shí)，該開關(guān)容易受到間歇非接觸、觸點(diǎn)焊接以及過量發(fā)熱 和觸點(diǎn)腐蝕的影響。此外，在一次連續(xù)的運(yùn)動(dòng)中， 一旦致動(dòng)或者去致 動(dòng)開始，則希望該開關(guān)機(jī)構(gòu)從自由位置移動(dòng)到完全超程位置，反之亦 然。開關(guān)機(jī)構(gòu)從自由位置移動(dòng)到完全超程位置的無間斷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了接 近零接觸力的最小花費(fèi)時(shí)間，并且在切換操作之間產(chǎn)生了在可移動(dòng)觸 點(diǎn)與固定觸點(diǎn)之間最大的相對運(yùn)動(dòng)。精確扣合開關(guān)通常具有正速率力偏轉(zhuǎn)性能，其通常用于致動(dòng)力本 質(zhì)上是彈性的應(yīng)用場合中。正速率扣合開關(guān)的活塞力例如能夠隨著活 塞從自由位置壓縮到工作位置而增大。由于在利用彈性致動(dòng)器致動(dòng)正 速率開關(guān)時(shí)繼續(xù)活塞運(yùn)動(dòng)所需的力增大，所以出現(xiàn)了力平衡。彈性致 動(dòng)器與正速率開關(guān)機(jī)構(gòu)之間的力平衡在彈性致動(dòng)器響應(yīng)于所檢測的屬 性變化時(shí)變得不平衡。所檢測的屬性變化導(dǎo)致由彈性致動(dòng)器生成的力的增大或減少。通 常所檢測的屬性變化隨時(shí)間非常緩慢地變化，就像恒溫雙金屬情況中 那樣。這造成開關(guān)活塞在長時(shí)間周期內(nèi)以小增量移動(dòng)；這能夠造成電 觸點(diǎn)的錯(cuò)誤非接觸(死中斷)、電弧或者焊接。如果彈性致動(dòng)器與開 關(guān)機(jī)構(gòu)力保持平衡，則開關(guān)活塞不會(huì)移動(dòng)。如果開關(guān)機(jī)構(gòu)處于接觸力 非常小的位置，則平衡狀態(tài)對于電切換性能有害。利用某些正速率開 關(guān)，在活塞從完全超程移動(dòng)到釋放點(diǎn)的過程中，該彈性致動(dòng)器力與開 關(guān)機(jī)構(gòu)力能夠平衡；從而導(dǎo)致不良的電切換性能。發(fā)明內(nèi)容以下的概述有助于理解本發(fā)明特有的某些創(chuàng)新特征，并且無意完 整說明本發(fā)明。通過從整體上理解整個(gè)說明書、權(quán)利要求書、附圖和 摘要，能夠完整理解本文中公開的實(shí)施例的各個(gè)方面。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種經(jīng)改進(jìn)的機(jī)電開關(guān)。 本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了能夠適用于恒溫器的經(jīng)改進(jìn)的機(jī)電開關(guān)。本發(fā)明的又一個(gè)方面提供了一種經(jīng)改進(jìn)的負(fù)速率開關(guān)。
本發(fā)明的再一個(gè)方面提供了用于彈性致動(dòng)設(shè)備的負(fù)速率開關(guān)方法 和系統(tǒng)。如本文中所述，能夠?qū)崿F(xiàn)上述的各個(gè)方面以及其它目的和優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明公開了一種用于致動(dòng)負(fù)速率開關(guān)的方法和系統(tǒng)。
一般而言，能夠提供一種包括活塞(plunger)及其彈性致動(dòng)器的負(fù)速率開關(guān)，其中 在自由位置時(shí)出現(xiàn)最大活塞力，在完全超程位置出現(xiàn)最小活塞力。該 負(fù)速率開關(guān)能夠配置為當(dāng)彈性致動(dòng)器提供彈性致動(dòng)力以克服與自由位 置相關(guān)聯(lián)的自由位置力時(shí)，該活塞不受干擾地移動(dòng)通過其全部行程范 圍，并且當(dāng)彈性致動(dòng)力略微降低到與完全超程位置相關(guān)聯(lián)的完全超程 活塞力以下時(shí)，該負(fù)速率開關(guān)克服彈性致動(dòng)力以將活塞不受干擾地返 回到其自由位置。因此，當(dāng)彈性致動(dòng)器與負(fù)速率開關(guān)的力偏轉(zhuǎn)彈簧負(fù)荷率(force-defection spring rate) 適當(dāng)匹配時(shí)，該開關(guān)機(jī)構(gòu)和彈性致動(dòng)器能夠無干 擾地從自由位置移動(dòng)到完全超程位置，反之亦然。利用本文中公開的 負(fù)速率開關(guān)，在自由位置時(shí)出現(xiàn)最大活塞力，并且在完全超程時(shí)出現(xiàn) 最小活塞力。當(dāng)彈性致動(dòng)力克服了自由位置力時(shí)，該負(fù)速率開關(guān)活塞 無干擾地移動(dòng)通過其全部行程范圍。同樣， 一旦該彈性致動(dòng)力略微降 低到完全超程活塞力之下時(shí)，該負(fù)速率開關(guān)克服彈性致動(dòng)力，并且使 該活塞無干擾地返回到自由位置。適當(dāng)配合的彈性致動(dòng)器和負(fù)速率開 關(guān)系統(tǒng)是雙穩(wěn)態(tài)的，具有與最大NC和NO接觸力重合的穩(wěn)定點(diǎn)。


附圖進(jìn)一步詮釋了本發(fā)明，并且連同對本發(fā)明的詳細(xì)說明闡述了 本發(fā)明的原理，在各個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或功能相似 的元件，并且包含在說明書中且構(gòu)成說明書的一部分。圖1示出繪制了其中包含彈性致動(dòng)特征的正速率開關(guān)曲線的曲線圖；圖2示出繪制了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例包含彈性致動(dòng)的負(fù)速率開關(guān)曲線 的曲線圖；圖3示出繪制了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例與希望的負(fù)速率開關(guān)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián) 的數(shù)據(jù)的曲線圖；圖4示出繪制了與不希望的負(fù)速率開關(guān)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的曲線
圖5示出繪制了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例與活塞力滯后現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù) 的曲線圖；圖6示出繪制了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例接觸力數(shù)據(jù)對活塞位移數(shù)據(jù)的曲 線圖；圖7示出繪制根據(jù)優(yōu)選或可選實(shí)施例處于雙金屬線圏上不同位置的負(fù)速率開關(guān)的實(shí)物電路圖；以及圖8示出繪制根據(jù)優(yōu)選或可選實(shí)施例用于恒溫雙金屬上不同致動(dòng) 位置的控制帶變化數(shù)據(jù)的曲線圖。
具體實(shí)施方式
能夠改變這些非限定性實(shí)例中討論的特定值和配置，并且引用這 些值和配置僅僅是為了說明至少一個(gè)實(shí)施例，無意限制這些實(shí)施例的 范圍。圖l示出繪制其中包括彈性致動(dòng)特征的正速率開關(guān)曲線的曲線圖100。曲線圖IOO總體上示出正速率開關(guān)在開關(guān)活塞的不同行進(jìn)位置處施加的力或者在該正速率開關(guān)上施加的力?；钊钊谐糖€的形狀和行程范圍取決于特定開關(guān)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在曲線圖100中，由線 102、 104、 106和108示出當(dāng)以剛性致動(dòng)器操縱時(shí)，精確扣合動(dòng)作開關(guān) 的典型力偏折曲線，這些線共同構(gòu)成了單一的數(shù)據(jù)曲線。剛性致動(dòng)部 件的實(shí)例是粗操縱桿、凸輪、滾輪和插頭。許多常規(guī)的精確開關(guān)設(shè)計(jì)在開關(guān)活塞處具有1亳米或更小的總活 塞行程。對于精確開關(guān)而言，在活塞預(yù)行程(從自由位置到工作位置 的距離)過程中產(chǎn)生的力通常與活塞行程量成正比。因此，如圖1的 曲線圖100所示，開關(guān)力近似為活塞行程的線性函數(shù)。某些不太精確 而且較大的行程范圍開關(guān)設(shè)計(jì)(例如達(dá)到2.5mm或更大)具有非線性 的活塞力相對于行程的特性，但是對于大多數(shù)開關(guān)活塞預(yù)行程范圍而 言仍然表現(xiàn)出正彈簧負(fù)荷率。圖1的曲線圖100中的點(diǎn)A能夠用于表示在活塞處存在很小或不 存在力的該開關(guān)的自由位置。在開關(guān)活塞從點(diǎn)A到工作點(diǎn)(由點(diǎn)B表 示)的預(yù)行程過程中，機(jī)械能存儲(chǔ)在開關(guān)機(jī)構(gòu)中。當(dāng)活塞達(dá)到工作點(diǎn)B 時(shí)，該開關(guān)機(jī)構(gòu)使用一部分所存儲(chǔ)的能量使得可移動(dòng)觸點(diǎn)從常閉"扣
合上，，到常開位置。當(dāng)致動(dòng)器為剛性設(shè)備時(shí)，在可移動(dòng)觸點(diǎn)的扣合上過程中，活塞不會(huì)從其點(diǎn)B處的位置移動(dòng)。但是開關(guān)活塞施加到致動(dòng)器上的力在可移 動(dòng)觸點(diǎn)到達(dá)常開穩(wěn)定接觸位置之后下降到點(diǎn)C。當(dāng)開關(guān)活塞繼而移動(dòng) 到超程范圍內(nèi)時(shí)，活塞力沿著從點(diǎn)C到點(diǎn)D的線增大。在反轉(zhuǎn)活塞行 進(jìn)方向并且逐漸釋放活塞的過程中，從點(diǎn)D到點(diǎn)C回掃相同的線。然而，該路徑繼續(xù)沿著相同方向越過點(diǎn)C到達(dá)點(diǎn)E，該點(diǎn)為釋放 點(diǎn)。在點(diǎn)E處活塞不再移動(dòng)，該開關(guān)機(jī)構(gòu)利用存儲(chǔ)的能量將可移動(dòng)觸 點(diǎn)彈回其最初的常閉位置，并且活塞施加的力從點(diǎn)E增大到點(diǎn)F。當(dāng) 進(jìn)一步釋放活塞時(shí)，活塞力從點(diǎn)F回掃該曲線，返回點(diǎn)A，即自由位 置。曲線ABCD圍成的區(qū)域表示施加到開關(guān)的機(jī)械能，DCEFA圍成的 區(qū)域表示由開關(guān)返回到剛性致動(dòng)設(shè)備的能量。區(qū)域BCEF表示開關(guān)機(jī) 構(gòu)在使可移動(dòng)觸點(diǎn)來回扣合過程中利用的能量。當(dāng)利用彈性致動(dòng)設(shè)備時(shí)，這種設(shè)備僅僅改變點(diǎn)C和F的位置。在 以活塞處于點(diǎn)A開始的這種情況下，該彈性致動(dòng)設(shè)備以隨著如線AB 所示的行程線性改變的力壓縮活塞。在工作點(diǎn)B處，該開關(guān)機(jī)構(gòu)扣合 上，但是這次開關(guān)活塞移動(dòng)的原因在于該致動(dòng)器為彈性的或者非剛性 的，同時(shí)開關(guān)力改變。并非如剛性致動(dòng)設(shè)備中的活塞那樣到達(dá)點(diǎn)C， 該活塞到達(dá)點(diǎn)C與Cn之間的某個(gè)點(diǎn)C，，該點(diǎn)的確切位置是由彈性部件的彈簧屬性確定的。盡管將BC，的可能路徑表示為圖l的曲線圖100所示的直線110、 112、 114、 116、 118、 120、 122、 124、 126、 128，但是彈性致動(dòng)器的 力偏折路徑未必就是線性的。然而，為了簡化，在圖1中將力偏折路 徑表示為線性的。其實(shí)際形狀通常不是很重要，但是點(diǎn)C與Cn之間 的點(diǎn)C，的位置很重要。對于具有彈簧負(fù)荷率K (每單位行程的力)的 彈性致動(dòng)設(shè)備而言，通過繪制通過B點(diǎn)的具有斜率-K的直線，能夠使 點(diǎn)C，沿著線C-Cn定位。按照類似的方式，釋放點(diǎn)E保持不變，但是 在彈性致動(dòng)器使開關(guān)活塞彈回之后，該活塞位于某點(diǎn)F，，而不是點(diǎn)F。 同樣為了定位點(diǎn)F，，能夠繪制通過點(diǎn)E的具有斜率-K的的直線，直到 其與線AB相交為止。氣體填充皺紋膜片、熱風(fēng)箱和線圍雙金屬彈簧是用于將溫度變化
轉(zhuǎn)變?yōu)橹聞?dòng)開關(guān)機(jī)構(gòu)以及控制電路所需的力偏折能量的溫度反應(yīng)彈性 致動(dòng)器的實(shí)例。由于這種致動(dòng)器能夠產(chǎn)生的機(jī)械能量有限，因此該開 關(guān)機(jī)構(gòu)通常需要具有低工作力、低差動(dòng)行程和低總行程。精確開關(guān)設(shè)計(jì)能夠滿足低力和低行程的要求，但是也降低了可用 于產(chǎn)生扣合動(dòng)作的機(jī)械能量。"更弱"的扣合的結(jié)果是在可移動(dòng)觸點(diǎn) 處獲得更少的動(dòng)能，從而影響靜觸點(diǎn)擊穿任何不同的薄膜，并且形成 良好的電接觸。減少開關(guān)的力-行程特性以便與溫度反應(yīng)彈性致動(dòng)器 相連接，也導(dǎo)致觸點(diǎn)焊接中斷能力差，對振動(dòng)的抵抗力更小、接觸力 小、開關(guān)電阻過大、電弧情況不可接受以及在工作和釋放位置附近的 間歇電接觸。由溫度反應(yīng)彈性致動(dòng)器產(chǎn)生的用于驅(qū)動(dòng)正速率機(jī)械開關(guān)的緩慢致 動(dòng)速率增加了出現(xiàn)不希望的非接觸的可能性。非接觸是恰好在可移動(dòng) 觸點(diǎn)表面物理接觸靜觸點(diǎn)時(shí)發(fā)生的一種情況。隨著開關(guān)活塞緩慢朝工作點(diǎn)B移動(dòng)，接觸力會(huì)變得過小，使得在接觸界面處產(chǎn)生大電阻，并且開關(guān)不再能夠傳導(dǎo)足夠的電流以致動(dòng)被控設(shè)備。由于點(diǎn)B處的低開關(guān)活塞速度、扣合上開始以及扣合之后，也會(huì) 產(chǎn)生非接觸，其中可移動(dòng)觸點(diǎn)開始與常閉靜觸點(diǎn)斷開?？梢苿?dòng)觸點(diǎn)的 移動(dòng)在其過渡到非導(dǎo)電狀態(tài)下的常開靜觸點(diǎn)過程中實(shí)際上會(huì)停止一段 時(shí)間。無論非接觸條件的原因如何，活塞行程的距離稱作死中斷，在 該活塞行程過程中發(fā)生非導(dǎo)電情況。過大的死中斷就像較大的差動(dòng)行 程(活塞從工作位置行進(jìn)到釋放位置) 一樣，使開關(guān)能夠控制的差動(dòng) 壓強(qiáng)或溫度范圍增大。開關(guān)工作和釋放點(diǎn)的不準(zhǔn)確度增大以及可重復(fù) 性降低也是由于死中斷過大造成的。圖2示出繪制根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例其中包含彈性致動(dòng)的負(fù)速率開關(guān)曲 線的曲線圖200。注意，本文中公開的實(shí)施例通常描述了采用具有彈性致動(dòng)器部件的負(fù)速率開關(guān)來克服與利用正速率開關(guān)相關(guān)聯(lián)的電接觸性 能問題的方法和系統(tǒng)。此處表示的圖2的曲線圖200用于說明彈性致 動(dòng)器部件和負(fù)速率開關(guān)如何能夠共同用于控制設(shè)備。2003年11月14 日向美國專利商標(biāo)局提交的美國專利申請No.10/710，010中公開了能夠應(yīng)用本文中所述實(shí)施例的負(fù)速率開關(guān)的實(shí)例，該申請的名稱是"負(fù)速 率扣合動(dòng)作開關(guān)裝置和方法(Negative Rate Snap-Acting SwitchApparatus and Method )，，。
如圖2的曲線圖200所示，點(diǎn)A能夠用于表示開關(guān)活塞的自由位 置。自由位置處的開關(guān)力目前處于任意活塞行程位置的最大值處。對 于負(fù)速率開關(guān)而言，活塞力隨著活塞行進(jìn)到工作點(diǎn)B而沿著線AB降 低。從點(diǎn)B開始，在可移動(dòng)觸點(diǎn)扣合上過程中活塞力突然下降到點(diǎn)C， 并且在如線CD所示的超程過程中繼續(xù)下降。當(dāng)開關(guān)活塞從全部超程點(diǎn) D緩慢釋放時(shí)，活塞力沿著曲線DCEFA返回?？傊?，負(fù)速率開關(guān)的力 偏折斜率的符號(+或-)恰好與正速率開關(guān)的力偏折斜率的符號相反。 曲線圖200中的線202通常表示工作中的彈性彈簧負(fù)荷率，而線204 示出釋放時(shí)的彈性彈簧負(fù)荷率。線206示出構(gòu)成理想扣合開關(guān)力偏折 曲線的數(shù)據(jù)。將圖2的曲線圖200中表示的實(shí)線202、 204和208理想化為線性 的并且平行的曲線，以表示彈性致動(dòng)部件在不同壓力或溫度下的力偏 折特性。將彈性部件的環(huán)境壓力或溫度力偏折表示為(PO， TO)或者 線208。如果存在開關(guān)活塞并且其與彈性部件相連接，則該彈性部件產(chǎn) 生的力不夠大，以克服點(diǎn)A處開關(guān)的較大自由位置活塞力。如果去除 阻擋彈性部件的開關(guān)活塞，則該彈性部件將沿著(PO, TO)曲線208 移動(dòng)，直到其力降低到O為止。如圖2的曲線圖200所示，彈性致動(dòng)器產(chǎn)生的力必須提高到(P2， T2)曲線，以克服自由位置點(diǎn)A處的開關(guān)活塞力。點(diǎn)l表示彈性部件 產(chǎn)生的力，并且其僅略大于點(diǎn)A處的開關(guān)活塞力。 一旦彈性部件迫使 開關(guān)活塞開始移動(dòng)，則它們共同移動(dòng)，而不會(huì)停止，直到該開關(guān)活塞 移動(dòng)通過其總行程范圍到達(dá)物理終點(diǎn)為止。這時(shí)，彈性部件力已經(jīng)降 低到點(diǎn)2。開關(guān)活塞力在點(diǎn)D處終止。正在被從點(diǎn)A驅(qū)動(dòng)到點(diǎn)D的開 關(guān)活塞快速移動(dòng)通過工作點(diǎn)B，在該點(diǎn)處開關(guān)的導(dǎo)電狀態(tài)改變。當(dāng)開關(guān)在點(diǎn)B處工作時(shí)，其可能已經(jīng)關(guān)閉了電加熱器，該加熱器 已經(jīng)加熱了房間并且提高了該房間的溫度。隨著環(huán)境溫度繼而冷卻， 該彈性致動(dòng)器通過降低其在開關(guān)活塞上產(chǎn)生的力作出反應(yīng)。 一旦彈性 力水平降低到點(diǎn)3，點(diǎn)D處的開關(guān)活塞力目前略大于彈性驅(qū)動(dòng)部件的力。在由線204表示的(Pl， Tl)曲線處，該彈性致動(dòng)器不再能夠產(chǎn) 生足夠的力來保持開關(guān)活塞壓縮。來自開關(guān)活塞的力將彈性部件推回 點(diǎn)4，同時(shí)活塞返回到點(diǎn)A處的自由位置。同樣，開關(guān)機(jī)構(gòu)快速移動(dòng)
通過釋放點(diǎn)E，在該位置可移動(dòng)觸點(diǎn)彈回常閉位置。繼而該電加熱器再次接通，開始加熱。加熱使得彈性致動(dòng)器開始對點(diǎn)1施加力，并且控制循環(huán)再次開始。如果使用正速率開關(guān)，該彈性致動(dòng)器總處于操縱或釋放開關(guān)活塞的力的控制下。該彈性致動(dòng)器生成逐漸增大的力，以逐漸移動(dòng)該活塞通過工作點(diǎn)，該開關(guān)改變電狀態(tài)，并且致動(dòng)器力繼而逐漸降低，活塞繼續(xù)沿原路返回通過釋放點(diǎn)，并且改變回到先前的電狀態(tài)。根據(jù)控制設(shè)定，正速率開關(guān)的活塞移動(dòng)總范圍在某些壓力或溫度控制應(yīng)用場合中可以是最小的。彈性致動(dòng)器通常將正速率開關(guān)的總活塞行程限制為在由圖l的曲線圖IOO表示的封閉路徑BC，EF，表示的開關(guān)工作和釋放位置附近來回循環(huán)。當(dāng)將負(fù)速率開關(guān)與彈性致動(dòng)器組合起來控制壓力或溫度時(shí)，開關(guān) 機(jī)構(gòu)和彈性致動(dòng)器依次驅(qū)動(dòng)開關(guān)活塞的工作和釋放沖程。在沿著活塞力曲線ABCD操縱開關(guān)的過程中，彈性致動(dòng)器具有較大的力(即從圖2的曲線200中的點(diǎn)1到點(diǎn)2的線202)，并主要將開關(guān)活塞快速從點(diǎn)A驅(qū)動(dòng)到點(diǎn)D。在工作沖程上的快速活塞遷移過程中，開關(guān)在點(diǎn)B處工作，導(dǎo)電狀態(tài)改變并且改變了壓力或溫度致動(dòng)源。接著，彈性致動(dòng)器能夠通過降低其生成的力量，最終下降到點(diǎn)3，來對壓力或溫度的變化作出反應(yīng)。如果點(diǎn)D處的開關(guān)活塞力目前比點(diǎn)3處的彈性致動(dòng)器力略高，則負(fù)速率開關(guān)成為主要力源來驅(qū)動(dòng)彈性致動(dòng)器返回點(diǎn)4，而開關(guān)活塞沿著曲線DEFA移動(dòng)，通過釋放點(diǎn)E，并且再次改變導(dǎo)電狀態(tài)?？傊?，彈性部件在工作沖程下先前推開關(guān)活塞，并 且開關(guān)活塞在釋放或返回沖程下向后推彈性部件。在控制周期過程 中，該彈性部件和扣合開關(guān)依次來回相互推動(dòng)。注意，盡管為了說明本文中所述實(shí)施例公開的負(fù)速率開關(guān)方法而 描述了溫度和壓力致動(dòng)源，但是相同的控制方法也能夠用于本質(zhì)上是 彈性的任何致動(dòng)力。關(guān)于雙穩(wěn)定模式，重要的是要注意，當(dāng)可以迫使正速率開關(guān)活塞 進(jìn)入圍繞圖1的曲線圖100中的封閉路徑BC，EF，緩慢移動(dòng)的情況時(shí)， 圖2的曲線圖200所示的負(fù)速率開關(guān)的活塞移動(dòng)在自由位置點(diǎn)A與全 超程位置點(diǎn)D之間較快。該負(fù)速率開關(guān)和彈性致動(dòng)部件設(shè)計(jì)成用作雙 穩(wěn)定組件，從而在開關(guān)行程的任一端獲得穩(wěn)定位置，而對于在兩端之 間的所有其它活塞行進(jìn)位置都是不穩(wěn)定的。
如早先關(guān)于正速率開關(guān)所述的，彈性致動(dòng)器力偏折曲線的實(shí)際形狀或者從點(diǎn)B到點(diǎn)C，的彈簧負(fù)荷率K通常是不重要的。然而，對于彈 性驅(qū)動(dòng)的負(fù)速率開關(guān)而言，彈性致動(dòng)器與扣合開關(guān)彈簧負(fù)荷率之間的 形狀和差別是相當(dāng)重要的。如圖2的曲線圖200所示，負(fù)荷率差越大 (線1-2與A-B或者線3-4與D-E之間)，開關(guān)活塞移動(dòng)和動(dòng)作越快并且越干凈利落。
如果彈性部件和扣合開關(guān)的彈簧負(fù)荷率(斜率)過于接近，也就 是說，如果線1-2與A-B或者線3-4與D-E接近重合，則該開關(guān)活塞 將按照更加緩慢并且有些"粘滯"的方式移動(dòng)，而不是所希望的快速 而干凈利落的動(dòng)作。此外，如果彈性致動(dòng)器的線l-2的斜率或彈簧負(fù)荷 率變得比負(fù)速率開關(guān)的線A-B的斜率更陡，則該彈性致動(dòng)器使開關(guān)活 塞緩慢通過工作沖程，這與利用正速率彈回開關(guān)時(shí)該彈性致動(dòng)器的動(dòng) 作相同。總之，利用負(fù)速率開關(guān)時(shí)彈簧負(fù)荷率的形狀和差別是重要的。 當(dāng)利用正速率開關(guān)時(shí)，彈簧負(fù)荷率的形狀和差別不太重要，這是因?yàn)?彈性致動(dòng)器總能夠在開關(guān)的工作和釋放沖程上使活塞通過其行程。
如先前所示，點(diǎn)C與Cn之間的點(diǎn)C，的位置相當(dāng)重要。實(shí)際上， 點(diǎn)C，與F，之間的距離表示確保最重要的導(dǎo)電狀態(tài)的切換所需的差動(dòng)活 塞行程。對于彈性驅(qū)動(dòng)正速率開關(guān)方法而言，該差動(dòng)活塞行程越寬， 差動(dòng)控制范圍變得越大。對于彈性驅(qū)動(dòng)負(fù)速率開關(guān)概念而言，差動(dòng)行 程的量術(shù)重要。然而，從點(diǎn)B到C的力下降的量成為負(fù)速率開關(guān)設(shè)計(jì) 中實(shí)際關(guān)心的問題。對于該開關(guān)而言，在工作位置處從點(diǎn)B到C和在釋放位置處從點(diǎn) E到F的較大力變化需要彈性致動(dòng)器力曲線(即從點(diǎn)1到2的線202 和從點(diǎn)3到4的線204)之間存在距離，從而提高并且由此擴(kuò)大該設(shè)備 的差動(dòng)控制能力超過所希望的程度。圖3和4示出具有從點(diǎn)B到點(diǎn)C 的最小力下降的負(fù)速率開關(guān)曲線的優(yōu)選設(shè)計(jì)與不希望的具有從點(diǎn)B到 點(diǎn)C的實(shí)際較大下降的負(fù)速率開關(guān)設(shè)計(jì)的另一設(shè)計(jì)曲線的比較。圖3 示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的與希望的負(fù)速率開關(guān)設(shè)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)的曲線圖 300。在圖3中，線302表示從點(diǎn)1到2的(P2， T2)數(shù)據(jù)，而線304 表示從點(diǎn)3到4的(P1， Tl)數(shù)據(jù)。線302表示工作中的彈性彈簧負(fù) 荷率。線304表示釋放時(shí)的彈性彈簧負(fù)荷率。線306表示扣合開關(guān)數(shù)
據(jù)。圖3中還示出在活塞行程的釋放位置與工作位置之間的差動(dòng)行程 數(shù)據(jù)312。曲線圖300中還由點(diǎn)B與C之間的線310示出力的下降。另一方面，圖4示出與不希望的負(fù)速率開關(guān)設(shè)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)的曲 線圖400。在曲線圖400中，示出線402，其表示從點(diǎn)1到2的(P2， T2)。線402表示代表工作時(shí)的彈性彈簧負(fù)荷率的數(shù)據(jù)。線404表示 從點(diǎn)3到4的(P1， Tl)數(shù)據(jù)，而曲線圖400中還示出釋放位置與工 作位置之間的差動(dòng)行程數(shù)據(jù)410。線404表示釋放時(shí)的彈性彈簧負(fù)荷 率。圖4中還示出扣合開關(guān)曲線406。曲線圖400中還由點(diǎn)B與C之 間的線412示出力的下降。圖5示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的與活塞力滯后現(xiàn)象有關(guān)的數(shù)據(jù)的曲線 圖500。開關(guān)機(jī)構(gòu)內(nèi)的任意內(nèi)部摩擦能夠造成曲線圖500的工作曲線 AB與釋放曲線FA之間或者線CD與DE之間的力滯后或者力變化。 圖5的曲線圖500表示可能由于開關(guān)機(jī)構(gòu)中的可移動(dòng)組件的滑動(dòng)和旋 轉(zhuǎn)表面之間的摩擦以及位移產(chǎn)生的活塞力滯后的實(shí)例。工作沖程與釋 放沖程之間活塞力曲線的分離提高了正常工作所需的彈性致動(dòng)器力曲 線(即圖5的從點(diǎn)1到2的曲線或線以及從點(diǎn)3到4的曲線或線504) 之間的距離，并且擴(kuò)大了該設(shè)備的差動(dòng)控制能力。在曲線圖500中， 線502表示工作中的彈性彈簧負(fù)荷率，而線504表示釋放時(shí)的彈性彈 簧負(fù)荷率。對于限制彈性驅(qū)動(dòng)負(fù)速率開關(guān)的從點(diǎn)B到C的力下降振幅和活塞 力滯后的需要，取代了對于限制彈性驅(qū)動(dòng)正速率開關(guān)的差動(dòng)行程和死 中斷(dead-break)的量的需要。對于不熟悉彈性驅(qū)動(dòng)開關(guān)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的 人來說，似乎用一些問題替換另一些問題實(shí)際上沒有得到什么。然而， 試圖克服與彈性驅(qū)動(dòng)正速率開關(guān)方法相關(guān)的死中斷相對于使彈性驅(qū)動(dòng) 負(fù)速率開關(guān)的活塞力滯后最小化而言是個(gè)更加艱難的挑戰(zhàn)。這是因?yàn)?死中斷在涉及低活塞速度的應(yīng)用場合中最明顯，這是許多彈性驅(qū)動(dòng)正 速率開關(guān)控制應(yīng)用場合的固有特性。曲線圖500中由線510與512之間 的間隙508表示由于摩擦造成的活塞力滯后。為了增加利用彈性驅(qū)動(dòng)正速率開關(guān)方法的活塞速度，設(shè)計(jì)者必須 注意附加的能量源，例如巻起的彈簧、繼電器或者與磁鐵極靴相組合 的永磁體，使其包含在控制組件中。為了使活塞力滯后最小化，減少 負(fù)速率開關(guān)機(jī)構(gòu)內(nèi)和致動(dòng)器界面處的機(jī)械摩擦的來源對于設(shè)計(jì)者而言 是個(gè)非常容易實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。與彈性驅(qū)動(dòng)正速率開關(guān)相比，適當(dāng)設(shè)計(jì)的彈性致動(dòng)器和負(fù)速率開關(guān)組件的其它優(yōu)點(diǎn)是1) 快速動(dòng)作、雙穩(wěn)定切換動(dòng)作2) 開關(guān)機(jī)構(gòu)的更大可能的活塞行程范圍3 ) 可移動(dòng)接觸平移(滑動(dòng))增大以去除觸點(diǎn)雜質(zhì)4) 由于切換致動(dòng)更快，更不容易在接觸界面處形成焊接5) 由于可移動(dòng)觸點(diǎn)滾動(dòng)和滑動(dòng)動(dòng)作更大，接觸焊接斷開能力更好6) 對開關(guān)工作和釋放位置附近的機(jī)械振動(dòng)的抵抗力提高7) 觸點(diǎn)電阻更小并且更穩(wěn)定8) 在接觸界面處更不容易產(chǎn)生電弧9) 消除了死中斷，即該開關(guān)工作和釋放位置附近的不確定電非 接觸的時(shí)間不再是個(gè)問題10) 切換性能提高的魯棒設(shè)計(jì)(切換點(diǎn)的準(zhǔn)確度和可重復(fù)性更 好)。圖6示出繪制根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的接觸力數(shù)據(jù)相對于活塞位移數(shù)據(jù) 的曲線圖600。曲線圖600示出典型的接觸力相對于活塞力行程的曲 線，其代表正或負(fù)比率開關(guān)。對于彈性驅(qū)動(dòng)正速率開關(guān)而言，隨著活 塞朝工作或扣合上位置移動(dòng)，接觸力在點(diǎn)B處緩慢降低到零。 一旦該 開關(guān)已經(jīng)工作，可移動(dòng)接觸力變?yōu)樨?fù)值，以表示其與常開靜觸點(diǎn)相連 接。在曲線圖600中，線602表示點(diǎn)A與B之間的數(shù)據(jù)，而線604表 示點(diǎn)E與點(diǎn)D之間的數(shù)據(jù)。線606表示點(diǎn)F與E之間的數(shù)據(jù)，線608 表示點(diǎn)B與C之間的數(shù)據(jù)。為了使正速率開關(guān)釋放并且將可移動(dòng)觸點(diǎn)轉(zhuǎn)變回常閉靜接觸，使 該開關(guān)活塞緩慢移動(dòng)回釋放位置(點(diǎn)E)，并且該可移動(dòng)接觸力再次 緩慢降低到0。正速率開關(guān)的可移動(dòng)觸點(diǎn)通過零接觸力區(qū)域的緩慢漂移 動(dòng)作導(dǎo)致了不確定的電非接觸、高接觸阻抗、電弧、焊接等等。對于剛性致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的負(fù)速率開關(guān)而言，根據(jù)開關(guān)特性的標(biāo)準(zhǔn)定 義，該開關(guān)的工作力和位置位于點(diǎn)B，該位置的接觸力變?yōu)榱?。然而?一旦適當(dāng)設(shè)計(jì)的彈性致動(dòng)器產(chǎn)生足夠的力超過穩(wěn)定自由位置點(diǎn)A處的 負(fù)速率開關(guān)活塞力，則將開關(guān)活塞快速驅(qū)動(dòng)到穩(wěn)定的完全超程位置， 同時(shí)活塞力也降低。利用彈性致動(dòng)器，有意義的開關(guān)操作力和位置與自由位置點(diǎn)A真正重合，同樣，有意義的開關(guān)釋放力和位置與完全超 程位置點(diǎn)D重合，而不是與標(biāo)準(zhǔn)限定的釋放點(diǎn)E重合。介紹另一種方式，如果是彈性驅(qū)動(dòng)負(fù)速率開關(guān)，工作位置B和釋 放點(diǎn)E目前向外移動(dòng)到自由位置點(diǎn)A和超程位置點(diǎn)D，如果是彈性驅(qū) 動(dòng)正速率開關(guān)，在該工作位置B和釋放點(diǎn)E處，零接觸力可能在短時(shí) 間內(nèi)出現(xiàn)。在穩(wěn)定活塞行進(jìn)位置點(diǎn)A和D處，在負(fù)速率開關(guān)突然扣合 上或彈回之前保持適當(dāng)?shù)慕佑|力量。在負(fù)速率開關(guān)的工作或釋放沖程 之前保持這種較高水平的接觸力，有助于克服利用正速率開關(guān)時(shí)所述 的電接觸性能問題。圖7示出繪制了根據(jù)優(yōu)選或可選實(shí)施例由圍繞中心點(diǎn)718的雙金 屬線圈702上不同位置701、 703的開關(guān)部分706、 708構(gòu)成的負(fù)速率開 關(guān)的實(shí)物電路圖。位置701位于與中心點(diǎn)718的距離714或A處，而 位置703位于與中心點(diǎn)718的距離716或B處。圖8示出繪制了根據(jù)優(yōu)選或可選實(shí)施例的用于恒溫雙金屬上不同 致動(dòng)位置的控制帶變化數(shù)據(jù)的曲線圖800。在曲線圖800中，線802表 示T1時(shí)點(diǎn)B處的雙金屬彈簧負(fù)荷率。線804表示T1時(shí)點(diǎn)A處的雙金 屬彈簧負(fù)荷率。線806表示理想扣合開關(guān)力偏折曲線，而線810表示 T2時(shí)點(diǎn)A處的雙金屬彈簧負(fù)荷率。此外，線808表示T2時(shí)點(diǎn)B處的 雙金屬彈簧負(fù)荷率。此外，附圖標(biāo)記812代表點(diǎn)A處的控制帶，而附 圖標(biāo)記814表示點(diǎn)B處的控制帶。一般而言，通過改變負(fù)速率開關(guān)相對于彈性致動(dòng)器的位置，能夠 調(diào)整針對彈性致動(dòng)設(shè)備的負(fù)速率開關(guān)方法的控制帶。例如，在機(jī)械恒 溫應(yīng)用場合中，移動(dòng)雙金屬線團(tuán)上的接觸點(diǎn)能夠改變雙金屬線圏相對 于開關(guān)的有效力偏折彈簧負(fù)荷率。通過將雙金屬上的致動(dòng)點(diǎn)從位置A 移動(dòng)到B(即參見圖7)，該雙金屬的有效彈簧負(fù)荷率降低并且控制帶 增大(即參照圖8)。這種調(diào)整控制帶的方法能夠在開關(guān)或致動(dòng)器的材 料或尺寸不發(fā)生變化的情況下實(shí)現(xiàn)。根據(jù)前面的內(nèi)容，能夠理解，本文中所述的實(shí)施例通常涉及包括 活塞和彈性致動(dòng)器的負(fù)速率開關(guān)，其中在自由位置出現(xiàn)最大活塞力， 以及在完全超程位置出現(xiàn)最小活塞力。該負(fù)速率開關(guān)能夠配置為當(dāng)彈 性致動(dòng)器提供彈性致動(dòng)力以克服與自由位置相關(guān)的自由位置力時(shí)，該
活塞在無干擾的情況下移動(dòng)通過其總行程范圍，并且當(dāng)彈性致動(dòng)力略 微降低到與完全超程位置相關(guān)的完全超程活塞力以下時(shí)，該負(fù)速率開 關(guān)克服彈性致動(dòng)力，從而將活塞在無干擾的情況下返回到其自由位 置。本文中所述的實(shí)施例能夠用于多種切換應(yīng)用場合，例如加速度、 浮力、氣流、溫度控制、壓力控制等等。例如，加速度致動(dòng)是機(jī)電切 換應(yīng)用場合中經(jīng)常遇到的領(lǐng)域。有時(shí)，設(shè)備制造商利用機(jī)電開關(guān)檢測 其裝置中的"不平衡"情況，例如洗衣機(jī)和干衣機(jī)。由于重視節(jié)水和能耗，這些設(shè)備以比幾年前高得多的RPM旋轉(zhuǎn)負(fù)載。此外，目前更普 遍的是在住宅的第一層和第二層中擺放洗衣機(jī)和干衣機(jī)-不再將它們 放置在水泥地板的地下室中。如果RPM和更大并且地板彈性更好，則 不平衡的情況更加引人關(guān)注。因此，本文中的實(shí)施例可以找到在這些 應(yīng)用場合中的理想應(yīng)用。根據(jù)前面的內(nèi)容，能夠理解，能夠?qū)崿F(xiàn)一種系統(tǒng)，其能夠包括負(fù) 速率開關(guān)、外部控制桿以及質(zhì)量，以便控制旋轉(zhuǎn)角度。這種系統(tǒng)潛在 地發(fā)現(xiàn)了在蓋子具有安全互鎖的設(shè)備中的應(yīng)用，該互鎖根據(jù)蓋子的角 度位置去致動(dòng)/致動(dòng)該設(shè)備。當(dāng)蓋子開口為零(關(guān)閉)或者低于特定距 離時(shí)，必須致動(dòng)該設(shè)備，并且當(dāng)蓋子開口超過某個(gè)距離時(shí)，必須使該 設(shè)備去致動(dòng)。這種設(shè)備的一個(gè)好例子是洗衣機(jī)。能夠?qū)⑸w子的較小角 度移動(dòng)用于控制該設(shè)備的工作?？傮w而言，大多數(shù)設(shè)備的蓋子或者門的互鎖利用某些類型的位置 致動(dòng)。也就是說，利用與蓋子相連的探測器能夠物理致動(dòng)該互鎖開關(guān)。 這種結(jié)構(gòu)通常需要與該設(shè)備的移動(dòng)蓋子相連的敏銳探測器，以及穿過 該設(shè)備外殼的孔。該孔和探測器方法產(chǎn)生了通常容易故障并且難以保 持清潔的設(shè)備互鎖系統(tǒng)。大膽的小孩，例如想觀察洗衣機(jī)的缸旋轉(zhuǎn)的小孩可能會(huì)探索粘在 該設(shè)備外殼中的孔中的物品，以便致動(dòng)互鎖開關(guān)。盡管這是一種明顯 的產(chǎn)品誤用，但是仍然使該設(shè)備以不安全的狀態(tài)運(yùn)行。因?yàn)榭缀吞綔y 器方法需要穿過該設(shè)備外殼的孔，所以清潔設(shè)備的外觀令人心煩。該互鎖孔通常難以接近，因此難以保持清潔。利用包括負(fù)速率開 關(guān)、外部操縱桿和質(zhì)量的系統(tǒng)，能夠?qū)⒄麄€(gè)設(shè)備包含在該設(shè)備外殼之 下。 一種能夠使負(fù)速率開關(guān)方法類型的互鎖致動(dòng)或去致動(dòng)的輸入的實(shí)
例是致動(dòng)力矩的變化。利用負(fù)速率開關(guān)的角度位置、外部操縱桿和質(zhì) 量系統(tǒng)能夠確定致動(dòng)力矩。該負(fù)速率開關(guān)方法類型的互鎖本質(zhì)上是防 竄改的，并且不需要任何穿過該設(shè)備外殼的孔，并且不需要與該設(shè)備 蓋子相連的任何敏銳或特定形狀的探測器?？梢岳斫?，可以根據(jù)需要將上述的以及其它特征和功能的變化或 其可選方式結(jié)合到許多其它不同的系統(tǒng)或設(shè)備中。而且可以理解，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行各種目前還未預(yù)知或還未預(yù)見的可選方式、修 改、變形或改進(jìn)，均也包含在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于致動(dòng)負(fù)速率開關(guān)的方法，包括以下步驟提供負(fù)速率開關(guān)，包括活塞及其彈性致動(dòng)器，其中在自由位置處出現(xiàn)最大活塞力以及在全超程位置處出現(xiàn)最小活塞力；以及配置所述負(fù)速率開關(guān)，使得當(dāng)所述彈性致動(dòng)器提供彈性致動(dòng)力以克服與所述自由位置相關(guān)聯(lián)的自由位置力時(shí)，所述活塞在無干擾的情況下移動(dòng)通過其總行程范圍，并且當(dāng)所述彈性致動(dòng)力略微下降到與所述全超程位置相關(guān)聯(lián)的全超程活塞力以下時(shí)，所述負(fù)速率開關(guān)克服所述彈性致動(dòng)力，以使所述活塞在無干擾的情況下返回到其所述自由位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟，使所述彈 性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)適當(dāng)配合，以便允許所述負(fù)速率開關(guān)按照 雙穩(wěn)定的方式工作，該方式包括多個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在壓力控制活動(dòng)下使所述彈 性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)配合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在溫度控制活動(dòng)下使所述彈 性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)配合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在加速度控制活動(dòng)下使所述 彈性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)配合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在氣流控制活動(dòng)下使所述彈 性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)配合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在浮力控制活動(dòng)下使所述彈 性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)配合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括使所述負(fù)速率開關(guān)適 用于恒溫器的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述恒溫器包括至少一個(gè)恒 溫雙金屬組件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟，配置所 述負(fù)速率開關(guān)，使得所述彈性致動(dòng)器在工作沖程下向前推所述活塞， 并且所述活塞在釋放沖程或返回沖程啟動(dòng)時(shí)向后推所述彈性致動(dòng)器。
11. 一種致動(dòng)負(fù)速率開關(guān)的方法，包括以下步驟 提供負(fù)速率開關(guān)，包括活塞及其彈性致動(dòng)器，其中在自由位置處出現(xiàn)最大活塞力以及在全超程位置處出現(xiàn)最小活塞力；以及配置所述負(fù)速率開關(guān)，使得當(dāng)所述彈性致動(dòng)器提供彈性致動(dòng)力以 克服與所述自由位置相關(guān)聯(lián)的自由位置力時(shí)，所述活塞在無干擾的情 況下移動(dòng)通過其總行程范圍，并且當(dāng)所述彈性致動(dòng)力略微下降到與所 述全超程位置相關(guān)聯(lián)的全超程活塞力以下時(shí)，所述負(fù)速率開關(guān)克服所 述彈性致動(dòng)力以使所述活塞在無干擾的情況下返回到其所述自由位置；使所述彈性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)適當(dāng)配合，以便允許所述負(fù) 速率開關(guān)按照雙穩(wěn)定的方式工作，該方式包括多個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)；以及配置所述負(fù)速率開關(guān)，使得所述彈性致動(dòng)器在工作沖程下向前推 所述活塞，并且所述活塞在釋放沖程或返回沖程啟動(dòng)時(shí)向后推所述彈 性致動(dòng)器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟，使所述 負(fù)速率開關(guān)適用于恒溫器，其中所述恒溫器包括至少一個(gè)恒溫雙金屬 組件。
13. —種用于致動(dòng)負(fù)速率開關(guān)的系統(tǒng)，包括負(fù)速率開關(guān)，包括活塞及其彈性致動(dòng)器，其中在自由位置處出現(xiàn) 最大活塞力以及在全超程位置處出現(xiàn)最小活塞力；以及其中當(dāng)所述彈性致動(dòng)器提供彈性致動(dòng)力以克服與所述自由位置相 關(guān)聯(lián)的自由位置力時(shí)，所述活塞在無干擾的情況下移動(dòng)通過其總行程 范圍，并且當(dāng)所述彈性致動(dòng)力略微下降到與所述全超程位置相關(guān)聯(lián)的 全超程活塞力以下時(shí)，所述負(fù)速率開關(guān)克服所述彈性致動(dòng)力以使所述 活塞在無干擾的情況下返回到其所述自由位置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述彈性致動(dòng)器與所述負(fù) 速率開關(guān)適當(dāng)配合，以便允許所述負(fù)速率開關(guān)按照雙穩(wěn)定方式工作， 該方式包括多個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中在壓力控制活動(dòng)下使所述 彈性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)配合。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中在溫度控制活動(dòng)下使所述 彈性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)配合。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中在加速度控制活動(dòng)下使所 述彈性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)配合。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中在氣流控制活動(dòng)下使所述 彈性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)配合。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中在浮力控制活動(dòng)下使所述 彈性致動(dòng)器與所述負(fù)速率開關(guān)配合。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述負(fù)速率開關(guān)適用于恒'、曰嬰
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述恒溫器包括至少一個(gè) 恒溫雙金屬組件。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述彈性致動(dòng)器在工作沖 程下向前推所述活塞，并且所述活塞在釋放沖程或返回沖程啟動(dòng)時(shí)向 后推所述彈性致動(dòng)器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中與所述負(fù)速率開關(guān)相關(guān)聯(lián) 的控制帶是可通過改變所述負(fù)速率開關(guān)相對于所述彈性致動(dòng)器的位置 或者通過改變所述彈性致動(dòng)器相對于所述負(fù)速率開關(guān)的位置來調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于致動(dòng)負(fù)速率開關(guān)的方法和系統(tǒng)。能夠提供了一種負(fù)速率開關(guān)，包括活塞及其彈性致動(dòng)器，其中在自由位置處出現(xiàn)最大活塞力以及在全超程位置處出現(xiàn)最小活塞力。能夠配置該負(fù)速率開關(guān)，使得當(dāng)所述彈性致動(dòng)器提供彈性致動(dòng)力以克服與所述自由位置相關(guān)聯(lián)的自由位置力時(shí)，所述活塞在無干擾的情況下移動(dòng)通過其總行程范圍，并且當(dāng)所述彈性致動(dòng)力略微下降到與所述全超程位置相關(guān)聯(lián)的全超程活塞力以下時(shí)，所述負(fù)速率開關(guān)克服所述彈性致動(dòng)力以使所述活塞在無干擾的情況下返回到其自由位置。
文檔編號H01H13/26GK101116162SQ200580047886
公開日2008年1月30日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者E·L·斯特恩, M·G·馬基尼 申請人:霍尼韋爾國際公司