专利名称：机械放大器，该放大器的系统以及一种运动的机械放大方法
技术领域：
本发明属于一种机械放大器。此外，此发明涉及一种机械放大器，该放大器用于将某种致动器装置，如压电致动器，所产生的运动进行放大。
背景技术：
随着科技的不断进步，主要在压电陶瓷领域，对机械放大器的需求已经有所增加。 压电陶瓷替代电磁溶液，正被愈加广泛的应用于致动器装置。原因为与电磁技术相比，使用压电陶瓷技术，F/M比值大了将近10倍。一个电磁为压电致动器所取代的例子就是汽车工业中的燃油喷射阀。它引领了新一代燃料低损耗发动机的产生。此压电致动器技术已经使在每一个活塞活动中将燃油喷射以毫秒来控制成为可能。不幸的是由于压电技术即使提供巨大的能量，也只能产生小振幅运动，所以无法完全取代电磁铁。这样由压电陶瓷所引发的运动必须经过放大。这可以由多种途径来实现，比如通过水压(常用于燃油喷射)，美国专利6749176和6003836中所阐述的通过机械变形，或者美国专利53观149中所述的杠杆技术。水压机械放大器相对容易实现，因为它们遵循一个简单的原理。此种涉及依旧遗留了一大堆的技术问题需要解决，比如水压水流速，质量，气体成分，毒性，耐温性，水压系统的封闭性。这些情况增加了设计成本，也并不适用于医疗设备等用途。利用变形技术的放大器采用不同的原理。可是，现在溶液常会遇到某些限制，比如复合阀座，大的尺寸或限制的放大。此外，采用此种技术很难进行串联。杠杆原理简易且容易串联，但是某些技术上的设计问题使得它很难找到一种整合的解决方案，使其无摩擦且有力量，低损耗，低质量，高共振频率，大放大系数，小尺寸以及低制造成本。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种改良的或替代性的运动放大设备和方法。此发明的另一宗旨为提供一种设备，施力无摩擦并且更加小型耐用，同时也易于操作，更加优化的显示出低功耗或/且低质量或/且高共振频率或/且大放大作用或/且小尺寸或/且低制造成本。这些目标及其他目标，根据附加的独立专利要求所提供的设备和方法，已经被单独或联合实现，而独特的实施方案是权利要求的主体。发明力求单独或联合减轻，改良或消除传统技术中上述已识别出的某个或几个缺点和不足。根据附加专利要求通过提供一种设备，系统或/且方法至少部分地解决上述所提到的问题。一方面，本发明有一种机械运动放大器组成，，用于将产生自某一致动器装置的运动的振幅加以扩大。该运动放大器包括至少两个成角度串联相接的横杆，而每根横杆的厚
3度比与厚度正交的长度小。每根横杆至少有一个支撑元件，该横杆以其为轴进行旋转。当这一串联结构置于来自于至少一致动器装置的具有第一振幅的推或拉的运动中时，致动器在同一平面上平行地产生一具有大于第一振幅的第二振幅的推或拉运动。增大的振幅和振幅方向由设计所提供的设备所决定，取决于横杆，支撑元件和至少一个致动器装置彼此之间的放置关系。该设计结合了具有多重属性的横杆，此横杆除具有轻薄特质外还具有低扭转力低质量小尺寸的特点。这些特性引导获得更重要的性能，比如串联横杆的设计会产生低惯性从而产生快速的放大反应。此外，在本发明的一些实施方式中，传动装置的传送是通过推、拉运动作用于第一根横杆实现的，该推、拉运动或来自一个或多个的致动器装置，或来自与运动邻近的第二横杆，且第二横杆位于距运动的支撑元件Xi距离处，而支撑元件距第一横杆与第三根横杆即最后一根横杆相接处X2距离，此处为最终放大运动作用处。可选地，该设备每一串联横杆距离可设计成具有Xl <= X2的关系。为获得最终运动的放大振幅，上述关系需与横杆为串联相接这一点紧密结合。在该机械运动放大器的某些实施方案中，每个横杆的支撑原件的位置要能够通过推、拉中横杆协调产生传递的放大的运动振幅。通过调节系列中每一串联横杆的支撑元件的摆放位置，最终的放大运动会成为推或拉活动。例如，来源于某一致动器装置的推运动会成为一个放大运动，但是如果某人改变了支撑元件的位置，那么同样的推运动可能会转变成为一个放大的拉的运动。在某些实施方案中，此机械运动放大器的横杆可由箔(薄金属片)制成。通过用箔制作横杆，可具有轻薄，低扭转强度，低重和小尺寸的特性。在另一个实施方案中，该机械运动放大器的串联相接的横杆可由一片连续箔片制成一个整体。在该机械运动放大器的另一实施方案中，由次横杆的运动所引发的扭转运动和侧面运动会与首根横杆逆向发生，且通过第一横杆的侧面弯曲和扭转由第一横杆吸收承载。在该机械运动放大器的另一方面，一根没有运动放大效果的横杆可以连接2个具有放大效果的毗邻横杆。在该机械运动放大器的某些实施方案中，致动器装置至少须为一压电致动器。此外，成串联相接的横杆可以成为多个机械运动放大器系统的一组成部分，为将产生于某一或几个激发起装置的推、拉运动以一种紧凑的方式分送出去，该系统的设计允许串联相接横杆系列中的至少两个致动器装置连接，推拉运动与这两相连装置相垂直，且在至少两个区域中并行产生具有经过放大振幅的推拉运动。此种类型的系统拥有2个以上的横杆串联系统中的装置，有效地实现了放大的运动振幅(推或者拉)的并行产生而非同时产生。相关推和拉的联合运动也可以在相同该系统中得以实现。此发明的另一方面描述了一种机械运动放大的方法。该方法包含使用至少2个串联相接横杆，每一横杆设计为低扭转强度，低重量，小尺寸。根据此方法，至少由一个致动器装置所产生的推、拉运动会产生首个振幅，不串联相接的横杆会接受到一个经过放大的振幅，该振幅为串联相接横杆间的协调作用的结果，这样首个推拉运动振幅的总计放大即为相互协作的横杆在运动振幅放大作用上的产物。这样，最终的推拉运动就并行与首次推拉运动。具有方形横截面的横杆的硬度会在杠杆作用方向上增大到横截面宽度的立方倍。 因此，在杠杆作用方向上的横杆横截面的宽度被制成大于其正交方向的宽度。这样也减少了质量并提供了更高的共振频率。具有低粗糙度的表面的金属比经过加工过的表面具有更大的消耗阻力。因此，在该发明的某些实施方案中具有与此相结合的设计。在一个实施例中，箔的横截面不是弯曲的，而是与实际的箔正交。细的横杆具有低的扭转力，在此装置中可用来吸收运动。箔的厚度在0. 1 Imm 之间。在一些实施例中，箔厚度约为0.5mm。以某种不合适的方式排列的2横杆的运动，会在同一平面中相互反作用，可以通过将其中一个横杆相对于另一个折弯的方式将其吸收，这样所述运动就可以被转换成第一横杆的扭转作用。要将横杆制作的细，就可以由箔来制造。根据本发明的设计，通过将箔折成想要的结构，是很容易产生三维结构的。为了在较大作用力下工作，上述结构可以包含几个并联的横杆系统。本发明另一方面提供一种制造机械运动放大器的方法。该制作方法从一个单个箔片上切下两个串联相接的横杆，所述横杆成角度串联相接，其中，每一横杆的厚度比其正交长度小得多。将箔厚度成直角弯折以制作两个成角度的横杆，并且，可选的，将压电致动器平行两个横杆厚度的其中一个设置在其中一个横杆上，从而产生可以由此两个成角度相连的横杆进行放大的运动。
本发明的特点和优点将在下面描述的具体实施方式
中予以展示和表述，请参照附图，其中图1是本发明机械放大器一个优选实施方式的示意图，所示机械放大器包括成角度的杠杆。图2显示了根据一项发明原理，可弯折成3维结构的箔片纵面图。在此结构中所包含的部分与图1和图3中的相应部分是一致的。图3显示了关于图2所示的四片箔片侧面图，是如何根据该发明的一项原理，被弯折连接成一个复杂结构的。全部的结构均由图二所示的一个部件所组成。图4显示了根据此发明的一项原理，具有倾斜角度杠杆的一种机械放大器的另一种示范实施方案。图5显示了如何将如图四所示的多个相连的箔结构，图中为6个的箔结构，连接成一个结构。完整的箔结构由3个箔元件构成。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。根据该发明的一个实施方案所制备的设备来举例，该例根据图1，通过首根横杆10来呈现。横杆10与12成角度，和杠杆一致的垂直连接在基板19上。作用力FO保持横杆压着基板19。通过箔13 (与横杆成正交关系)，横杆置于一个朝下的运动d中。这样，横杆的长度X1+X2就组成了一个具有放大系数为(X1+X》/X1的杠杆.横杆10的运动6，作为一个即将到来的运动会被直接传送到横杆11。到达后，横杆11会以支撑元件14为轴纵向旋转。由于杠杆间的角度，旋转运动会通过扭转被首个横杆10优先吸收承载。运动10的横线条区为此作出了显示。第二根横杆的放大作用为-Y2/ Y1，并且整套设备的放大作用D/d是各个杠杆放大作用的产物。图2所示的所有部分均可由图二所示的连续箔片所制成。通过将上述箔片弯折成合适的形态，图三所示的结构就可以通过使用4片完全相同的箔片来制成。作用力会被分散到4个部分中去，而运动则是并行的。此时，力FO从横杆31开始传递。为了吸收承载分解的运动，传送初始运动的连接处34被设置成具角度倾斜的状态。所述结构可用于制造一种运动放大作用元件，该元件具有将近50倍放大作用，小于0. 5cm3的容积，小于Ig的重量，200η范围内的致动器力度。通过向所涉及的4横杆设备中的每一个增加第三根横杆会获得更大的放大作用。低质量和小尺寸会在系统中产生低惯性，这样就会产生对经过放大的致动器运动的快速应答。由于作为杠杆进行工作的横杆具有运动放大作用，运动必须利用比下一个横杆放大系数大的放大系数来控制作用力。这可以通过将处于受力方向上的横杆做的更高来实现。图一显示了首个横杆10的示例，在箔13朝向致动器点方向上增加了高度。可是，这只在有限范围内可行，因为横杆几何结构容易损坏。替代的，作为补充，增加与受力方向垂直的横杆的厚度会更好。可是，此种设计在某些情况下不那么具有优势。例如，它会导致处于同一箔片中的多个横杆的箔厚度产生多种变化。此外，加厚的箔可能会在将其弯折成预期结构时产生困难。出于此种原因，在设备中将首个横杆加倍可能更具有优势。图四即为此种设计的示意图。图4为图5中6个组成部分的其中一个。首个横杆41具有由2个横杆联合形成的横梁48。横梁48经由一弹性部向下接触至下一根横杆42 (韧性区为图中横线标识处)。 连接部44为避免连接中的磨损更适于具有硬度。在此箔结构中采用快速箔连接(snap-connection)更具有优势(图中未示)。第一横杆41的输入运动，产生于致动器经由部件45来发生(图中未示)。部件 45拥有弹性部来吸收横杆以基板19为轴旋转产生的运动。第一横杆41的折叠突出的角状物作用为靠紧基板19的弹性支撑元件。角状物47并非必须固定至基板19。替代性的，它可以骑在紧靠基板19的角状物边缘。在此案中，角状物无需伸缩弯曲。第二个横杆42，是单独的，为首个横杆41向下推动。42的角状突出体43作用为基板19的弹性支撑点。角状突出体46通过由图中线条所标示出的弹性联接区来传递结构中最初的运动。所述结构的放大系数 D/d 为[(X1+X2) /XI] X [ (Y1+Y2) /Yl]。图4所示结构可视为图5所示结构的一部分。图4所示的部分47，41和48为6个弯折成一体的末段封闭且折叠的连续箔，且实现了图五所示的结构形状52。组成部分43，42和46是以同样的方式折叠来实现图五所示的结构形状52的。致动器联动装置47也是6次折叠实现了图五所示的结构造型53.此种方法引导出了如图四和图五所示的机械放大器，产生于致动器的力会分送至12个相连点且产生来自于6个联动装置的交流运动。 上述原理在结合了产生小运动的致动器时才具有优势，且除了压电致动器外，还可连接其他致动器，如电致伸缩型的，热能型的或化学型的。
如图所示，引发推、拉的双重放大运动已成为可能。 以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种机械放大器，适用于将致动器装置所产生运动的振幅进行放大，其特征在于，包括至少2个成角度串联相接的横杆，每根横杆的厚度要远小于与其正交方向的长度；每根横杆至少由一个支撑元件所组成，该横杆绕其旋转；当该串联结构承受来自于至少一个致动器装置的推、拉运动时会产生首个振幅，该运动被放大并且引发第二个运动，此运动实际上为并行的运动，产生比首个振幅大的次振幅；经过放大的次振幅和它的方向取决于结构的传动，而此结构取决于其横杆、支撑元件及至少两个致动器装置之间的放置关系。
2.权利要求1中的机械放大器，其特征在于，所述运动是由作用于首个横杆的推或拉运动来实现的，此运动由一个或多个致动器装置产生或来自于与首个横杆相连的次根横杆，次横杆距第一横杆的支撑元件Xl距离处，依次的支撑元件距第一横杆与第三根横杆相接处或串联系列中最后一根横杆相接处X2距离，而此处为最终放大运动作用处。
3.权利要求1-2中的机械放大器，其特征在于，所述每根横杆的每个支撑元件皆能协调传输扩大运动的振幅，而无论横杆处于推、或拉的运动中。
4.权利要求1-3中的机械运动放大器，其特征在于，横杆由箔制成。
5.权利要求4中的机械运动放大器，其特征在于，串联相接的横杆为一连续箔片。
6.权利要求1-5中的机械运动放大器，其特征在于，其中与第一横杆相连的次横杆所产生的运动，引发了与第一横杆逆向发生的扭转运动和侧面运动，第一横杆通过侧面弯曲和扭转将其吸收承载。
7.权利要求1-6中的机械运动放大器，其特征在于，对运动无放大效果的横杆可与2个具有运动放大作用的横杆相连。
8.权利要求1-7中的机械运动放大器，其特征在于，致动器装置至少为一压电致动器。
9.一种机械运动放大器的系统，其特征在于，将至少两个串联相接横杆的致动器装置连接，以将产生于某一或几个激发起装置的推或拉运动以一种紧凑的方式分送出去，而推拉运动与这两相连装置相垂直，且在至少两个区域中并行产生具有经过放大振幅的推拉运动。
10.权利要求9中所述的机械运动放大器，其特征在于，其中与受力方向一致的横杆会更高些，并且\或与受力方向垂直的横杆厚度会增加。
11.一种机械运动放大的方法包含使用根据权利要求1-10中的机械运动放大器，拥有至少2个串联横杆，每根横杆皆设计为低扭转强度，低质量，小尺寸；由至少一个致动器装置所产生的推、拉运动在其中某一串联横杆上产生首个振幅，这是串联横杆以此种方式进行协作的结果，而首个推、拉运动振幅的最终放大则是互相协作的横杆对运动振幅增强作用的产物，而最终经过放大的推或拉运动与第一推或拉运动是平行的。
12.—种机械运动放大器的制作方法包含从一单独箔片上切下2个串联相接的横杆， 将该箔片弯折以获得成角度相连的2个串联横杆，每根横杆的厚度要远小于其正交长度； 将箔厚度成直角弯折以制作2个成角度的横杆；将压电致动器并联连接到其中某一横杆的某一厚度上，产生可以由此两个成角度相连横杆进行放大的运作。
13.权利要求12中所述方法，其特征在于，其中具有未经机械加工过表面的横杆面临弯或曲。
全文摘要
本发明有关于一种将小运动的振幅转或为较大的运动振幅的机械放大器。此方法包含使用2个或2个以上彼此成角度串联相接的横杆。结构中产生的预期外运动会通过扭转作用为结构所吸收。每根横杆皆为一个机械放大器，通过将这些横杆串联相接，总体放大作用即为这些横杆联合放大作用的产物。此发明也有关于一种包含2个或2个以上相连横杆的设备，其中横杆的相连角度以90°为佳。
文档编号H01L41/09GK102252072SQ20111012600
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月16日 优先权日2010年5月17日
发明者戈兰·西维斯 申请人:迈瑞医疗(瑞典)公司