本申请要求于 2014年 2月 28日提交的、 名称为 "一种自动翻转装置" 的中国专利申请 No.201410069989.1的优先权及权益。 在此， 通过引用将该 申请的全部内容结合在本文中。 技术领域

本发明涉及工业控制及自动化领域， 更具体地说， 本发明涉及一种用于 打开和关闭诸如盖子或门之类的翻转件的自动 翻转装置。 背景技术

诸如家用电器、 汽车等产品一般都包括诸如盖子或门之类的翻 转件。 有 些翻转件是手动打开和关闭的。 但是， 随着科技的发展， 人们对这些产品的 自动化程度要求越来越高， 希望诸如盖子或门之类的翻转件能够自动地开 启 和关闭。 为了实现翻转件的自动开启和关闭功能， 许多厂商都开发了具备自 动开启和关闭功能的翻转件。 然而， 目前市场上具有这种翻转件的产品仍然 存在问题， 无法完全满足消费者的需求。

例如， 现有的翻转件大多数用电机直接驱动。 如果翻转件的重量较大， 则需要功率较大的电机。 大功率电机不仅工作时会产生噪音， 而且能耗高， 体积大， 装配不方便， 并且会增加整体系统的成本。 此外， 由于翻转件的翻 转力矩不是线性变化的， 利用电机驱动翻转件翻转时， 翻转件不能勾速流畅 地翻转， 舒适性差。

另外， 对于重量较大的翻转件， 如果用电机直接驱动， 电机负荷较大， 使电机长时间超负荷工作， 非常容易导致电机损坏， 增加维修成本。 也会致 使用户抱怨产品质量， 影响企业市场竟争力和品牌形象。

此外， 现有的翻转件不能在异常情况（例如断电、 电机故障或零部件失 效）下自动停止， 而是在重力作用下向下闭合。 闭合时的巨大冲击力会砸伤 人体， 发生安全事故。 而且， 现有的翻转件在闭合过程中遇到反作用力时也 不会停止或向相反方向上升， 而是继续下降， 从而会夹伤人体， 发生安全事 故。

因此， 需要一种能够顺畅翻转、 操作灵活方便的翻转机构。 同时， 这种 翻转机构应该能够利用较小功率的驱动机构（ 例如电机、 液压马达或气动马 达）来驱动。 而且，这种这种翻转机构还应该具备安全功能 和故障报警功能。 发明内容

鉴于现有技术中的上述问题而作出了本发明， 并且本发明的目的是提供 一种用于打开和关闭翻转件的自动翻转装置。 通过才艮据本发明的自动翻转装 置， 能够实现翻转件的顺畅翻转， 降低驱动机构的功率和噪音， 从而降低生 产成本。

另外， 通过根据本发明的自动翻转机构， 能够确保在翻转机构发生故障 时发出警报， 从而便于使用和维修。

此外， 通过根据本发明的自动翻转机构， 能够确保翻转件安全翻转而不 会造成安全问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于打开 和关闭翻转件的自动翻转 装置， 该自动翻转装置包括： 底座， 该底座安装在具有所述翻转件的设备本 体上； 至少一个驱动机构， 所述至少一个驱动机构安装在所述底座上并连 接 至所述翻转件， 所述至少一个驱动机构能使所述翻转件自动地 在关闭位置和 打开位置之间运动； 以及至少一个弹性元件， 所述至少一个弹性元件被构造 和安装成在所述翻转件位于所述关闭位置时存 储预定能量并在所述至少一 个驱动机构将所述翻转件从所述关闭位置向所 述打开位置驱动过程中将所 存储的预定能量至少部分地释放， 由此在所述驱动过程中至少部分地平衡所 述翻转件的重量作用。

在本发明的一个实施方式中， 所述自动翻转装置可以还包括： 至少一个 转轴， 所述至少一个转轴中的至少一个第一转轴的一 端通过联轴器分别与所 述至少一个驱动机构的输出轴连接， 另一端与所述翻转件连接； 和至少一个 支撑件， 所述至少一个支撑件分别将所述至少一个转轴 旋转地支撑在所述底 座上。

在本发明的一个实施方式中， 所述至少一个转轴中的至少一个第二转轴 的一端为自由端， 另一端与所述翻转件连接。 在本发明的一个实施方式中， 所述自动翻转装置还包括分别与所述至少 一个转轴的所述另一端连接的用于安装所述翻 转件的至少一个连接件。

在本发明的一个实施方式中， 所述至少一个支撑件的数量为所述至少一 个转轴的数量的两倍， 并且所述至少一个转轴中的每个转轴均由对应 的两个 支撑件支撑。

在本发明的一个实施方式中， 所述至少一个支撑件为轴承。

在本发明的一个实施方式中， 所述至少一个驱动机构包括电机。

在本发明的一个实施方式中， 所述自动翻转装置还包括至少一个弹性元 件安装部， 所述至少一个弹性元件安装部被分别固定至所 述至少一个第一转 轴中的至少一个， 其中所述至少一个弹性元件的一端被分别安装 至所述弹性 元件安装部， 所述至少一个弹性元件的另一端被分别安装至 所述底座。

在本发明的一个实施方式中， 所述自动翻转装置还包括至少一个弹性元 件安装部， 所述至少一个弹性元件安装部被分别固定至所 述至少一个第一转 轴和 /或所述至少一个第二转轴中的至少一个，其� �所述至少一个弹性元件的 一端被分别安装至所述弹性元件安装部， 所述至少一个弹性元件的另一端被 分别安装至所述底座。

在本发明的一个实施方式中，在所述至少一个 弹性元件安装部中的每个 弹性元件安装部的一侧或两侧均安装有至少一 个弹性元件。

在本发明的一个实施方式中， 所述弹性元件安装部为固定地套设在所述 至少一个第一转轴和 /或所述至少一个第二转轴中的至少一个上的� �定轴套， 其中所述固定轴套在其轴向两侧或一侧设置有 用于容纳所述弹性元件的一 端的凹部。

在本发明的一个实施方式中， 所述弹性元件安装部为贯穿所述转轴的径 向通孔， 所述弹性元件的一端安装在该通孔中， 另一端安装至所述底座。

在本发明的一个实施方式中，在所述至少一个 弹性元件安装部中的每个 的两侧各设有用于支撑所述转轴的一个支撑件 。

在本发明的一个实施方式中， 所述至少一个弹性元件为从由扭簧、 卷簧 和压缩螺旋弹簧或它们的任意组合构成的组中 选择的至少一种。

在本发明的一个实施方式中， 所述自动翻转装置还包括弹性元件安装基 座， 该弹性元件安装基座安装在具有所述翻转件的 设备本体上或作为该设备 本体的一部分， 其中所述至少一个弹性元件的一端固定在所述 安装基座上， 另一端靠在所述翻转件的至少一部分下面。

在本发明的一个实施方式中， 所述至少一个弹性元件为从由板簧、 压缩 螺旋弹簧和片簧或它们的任意组合构成的组选 择的至少一种。

在本发明的一个实施方式中， 所述至少一个驱动机构 （2 ) 包括静态电 机， 该静态电机的静态扭矩^1 扭 、 所述翻转件的最大负载扭矩 M 翻转件最大扭 «和所述至少一个弹性元件（8 )的最大扭矩 M 弹, _1± 元件最^扭被设置成满足： M _ft 转件最大扭矩〉 M 静态扭矩〉 M 翻转件最大扭矩- M 弹性元件最大扭矩？ 从而使得所述翻转件能够停止在 所述关闭位置和打开位置之间的一个区间内的 任意位置。

在本发明的一个实施方式中， 该自动翻转装置还包括盖子， 所述盖子和 所述基座一起构成限定密闭空间的壳体， 所述至少一个驱动机构被容纳在该 密闭空间中， 其中所述至少一个转轴的所述另一端分别伸出 到所述壳体的外 部。

在发明的一个实施方式中， 所述自动翻转装置还包括与所述驱动机构通 信连接的控制系统， 其中该控制系统在所述翻转件的打开过程中监 测所述至 少一个驱动机构的电流， 并且在所述至少一个驱动机构的电流高于第一 预定 阔值时发出故障警报。

在本发明的一个实施方式中， 所述控制系统还在所述翻转件关闭过程中 监测所述至少一个驱动机构电流， 并且在所述至少一个驱动机构的电流低于 第二预定阔值时发出故障警报。

在本发明的一个实施方式中， 所述控制系统还在所述翻转件的关闭过程 中监测所述至少一个驱动机构的电流， 并且在所述至少一个驱动机构的电流 高于第三预定阔值时发出安全警报， 并通过所述至少一个驱动机构朝向所述 打开位置驱动所述翻转件。

在本发明的一个实施方式中， 所述控制系统通过设置在底座外部的接插 件与外部主控制系统通信连接。

在本发明的一个实施方式中， 该自动翻转装置还包括控制系统， 该控制 系统与所述至少一个驱动机构的电机连接， 并包括： 控制器， 该控制器与外 部主控制系统通信连接并连接至所述电机， 以根据外部主控制系统的信号对 所述电机进行控制， 所述控制器包括至少两路 AD转换器； 以及信号釆集电 路， 所述信号釆集电路包括： 第一电阻器， 该第一电阻器的一端连接至所述 至少两路 AD转换器中的一路 AD转换器， 另一端与所述电机的电源输入端 相连，用于釆集所述电机的电压或电流信号； 第二电阻器，该第二电阻器（ R3 ) 的一端连接至所述至少两路 AD转换器中的另一路 AD转换器， 另一端与所 述电机的接地端连接； 和毫欧电阻器， 所述第一电阻器的所述另一端连接至 所述毫欧电阻器的一端， 该毫欧电阻器的另一端与所述电机的接地端连 接， 其中所述控制器对两路 AD转换器釆集的两路信号进行差分处理， 以消除所 釆集的电机信号中的干扰。

在本发明的一个实施方式中， 所述电机的接地端和所述控制器的接地端 接在分开的地上。

在本发明的一个实施方式中， 该信号釆集电路还包括与所述毫欧电阻 器并联连接在所述第一电阻器的所述另一端和 所述电机的接地端之间的并 联连接的电容器。

在本发明的一个实施方式中， 所述第一电阻器的所述一端还连接至滤波 电路的一端， 所述滤波电路的另一端连接至所述控制器的接 地端， 并且所述 第二电阻器的所述一端连接至另一个滤波电路 的一端， 所述另一个滤波电路 的另一端连接至所述控制器的接地端。

根据本发明的另一个方面， 提供了一种用于控制电机操作的控制系统， 该控制系统包括： 控制器， 该控制器与外部主控制系统通信连接并连接至 所 述电机， 以根据外部主控制系统的信号对所述电机进行 控制， 所述控制器包 括至少两路 AD转换器； 和信号釆集电路， 所述信号釆集电路包括： 第一电 阻器， 该第一电阻器的一端连接至所述至少两路 AD转换器中的一路 AD转 换器， 另一端与所述电机的电源输入端相连， 用于釆集所述电机的电压或电 流信号； 第二电阻器， 该第二电阻器的一端连接至所述至少两路 AD转换器 中的另一路 AD转换器， 另一端与所述电机的接地端连接； 和毫欧电阻器， 所述第一电阻器的所述另一端连接至所述毫欧 电阻器的一端， 该毫欧电阻器 的另一端连接与所述电机的接地端连接， 其中所述控制器对两路 AD转换器 釆集的两路信号进行差分处理， 以消除所釆集的电机信号中的干扰。

在本发明的一个实施方式中， 所述电机的接地端和所述控制器的接地端 接在分开的地上。

在本发明的一个实施方式中， 该信号釆集电路还包括与所述毫欧电阻器 并联连接在所述第一电阻器的所述另一端和所 述电机的接地端之间的并联 连接的电容器。 在本发明的一个实施方式中， 所述第一电阻器的所述一端还连接至滤波 电路的一端， 所述滤波电路的另一端连接至所述控制器的接 地端， 并且所述 第二电阻器的所述一端连接至另一个滤波电路 的一端， 所述另一个滤波电路 的另一端连接至所述控制器的接地端。

在根据本发明的自动翻转装置中， 由于安装有弹性元件（例如扭簧或板 簧）， 弹性元件在翻转件位于关闭位置时存储预定能 量， 并在翻转件打开过 程中将所存储的预定能量至少部分地释放， 因此降低了电机驱动翻转件打开 时的扭矩， 同时又使得翻转件顺畅地打开。 因此，可以釆用更小功率的电机， 降低了生产成本。 此外， 由于能够釆用更小功率的电机， 噪音也比较， 从而 进一步提高了运行环境的舒适性。

此外， 当翻转件闭合时遇到反力， 控制系统能够即时发出指令让电机反 转， 实现防夹功能； 当任一扭簧失效时， 控制系统能够瞬间给出指令， 使翻 转件向上翻转打开， 到达最终位置时停止运动， 并使设备主体发出报警， 从 而大大提高了该装置的使用安全性能， 大大提高企业的市场竟争力和品牌形 象。

本发明的其他特征、优点和效果将从如下结合 附图给出的示例性实施方 式的描述变得更为清楚、 明确。 附图说明

下面结合附图以示例的方式详细描述本发明的 示例性实施方式，其中在 附图中：

图 1是示出了根据本发明的一个示例性实施方式� �自动翻转装置的立体 图；

图 2是示出了根据本发明的一个示例性实施方式� �自动翻转装置的分解 立体图， 其中示出了仅在一个转轴上安装有一个固定轴 套和一个扭簧的示 例；

图 3是示出了根据本发明的另一个示例性实施方� �的自动翻转装置的立 体图；

图 4是示出了根据本发明的另一个示例性实施方� �的自动翻转装置的分 解立体图， 其中示出了在两个转轴上分别安装一个固定轴 套和一个扭簧的示 例；

图 5是示出了根据本发明的又一个示例性实施方� �的自动翻转装置的立 体图；

图 6是示出了根据本发明的又一个示例性实施方� �的自动翻转装置的分 解立体图， 其中示出了在一个转轴上安装一个固定轴套和 两个扭簧而在另一 个转轴上安装一个固定轴套和一个扭簧的示例 。

图 7是示出了根据本发明的再一个示例性实施方� �的自动翻转装置的立 体图；

图 8是示出了根据本发明的再一个示例性实施方� �的自动翻转装置的分 解立体图， 其中示出了在两个转轴上均安装一个固定轴套 和两个扭簧的示 例。

图 9 是示出了根据本发明的一个另选实施方式的自 动翻转装置的示意 图， 其中实线示出了盖板处于关闭位置， 此时弹性元件存储预定能量；

图 10示出了扭簧的一种另选安装方式；

图 11示出了弹性元件安装部和弹性元件的一个具� ��示例， 其中在图 11 ( a )中， 扭簧处于存储预定能量的状态， 在图 11 ( b ) 中扭簧处于释放预定 能量的状态；

图 12是控制系统 9的简要框图；

图 13是用于控制根据本发明的自动翻转装置的操� ��的一个具体电路图； 和

图 14示出了电机的三种工作状态。 具体实施方式

下面将参照附图描述根据本发明的示例性实施 方式。 需要注意的是， 在 附图中示出并在这里详细描述的示例性实施方 式仅仅是为了使本领域技术 人员能更好地理解本发明， 而不是为了将本发明限制于所描述和图示的具 体 结构形式。 本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物 来限定。

图 1示出了根据本发明的一个示例性实施方式的� �动翻转装置 100的立 体图。 自动翻转装置 100用于使待安装的翻转件在打开位置和关闭位 置之间 移动。 如图 2所示， 翻转件可以通过连接件 5安装至该自动翻转装置 100。

如图 1所示， 自动翻转装置 100包括由底座 11和盖子 12构成的壳体 1。 底座 11 可以固定至具有翻转件 （没有示出） 的设备本体上或作为该设备本 体的一部分。

将盖子 12盖在底座 11上在壳体 1内限定密闭空间。 自动翻转装置 100 的电机、 转轴、 扭簧等（稍后将进行描述）被容纳在该密封空 间内。 由于自 动翻转装置 100的组成部件被容纳在该密闭空间内，可以防 止灰尘和水等异 物进入壳体 1 内， 还可以降低电机等的工作噪音。 为了提高由底座 11和盖 子 12构成的壳体 1的密封性， 还可以在底座 11和盖子 12之间设置密封件 (没有示出）。 密封件可以釆取任何形式， 例如密封圈或密封胶。

当将底座 11和盖子 12组装在一起而限定具有密封空间的壳体 1时， 底 座 11和盖子 12可以在两端限定用于安装稍后将描述的轴承 6的开口或孔。 自动翻转装置 100的转轴 3经由安装在该开口或孔内的轴承 6伸出， 以便与 连接件 5连接。

如图 1所示， 连接件 5安装在从壳体 1伸出的转轴 3上。 连接件 5用于 安装待被驱动的翻转件 （没有示出）， 例如盖板、 盖子或门等转动机构。 需 要注意的是， 图中所示的连接件 5仅仅是用于连接待翻转的翻转件的一个示 例，可以根据具体的翻转件的形状和安装空间 而釆取不同的连接件 5。另外， 图 1和图 2中示出了釆用两个连接件 5安装待驱动的翻转件的情况， 然而， 可以根据实际需要釆用三个或更多个连接件。

此外， 转轴 3可以以任何适当的方式连接至连接件 5。 例如， 转轴 5可 以通过键连接、 花键连接等与连接件 5相连。

参照图 2， 图 2示出了根据本发明的一个示例性实施方式的� �动翻转装 置 100的分解立体图。 如图 2所示， 自动翻转装置 100包括驱动机构 2， 该 驱动机构 2安装在底座 11中。 驱动机构 2可以以任何合适的方式安装在底 座 11中。 驱动机构 2的输出轴通过联轴器 4与转轴 3的一端连接。 转轴 3 通过轴承 6支撑在基座 11上。转轴 3的另一端与用于安装翻转件的连接件 5 连接。 当驱动机构 2工作时， 通过联轴器 4带动转轴 3转动， 转轴 3再带动 连接件 5和翻转件进行翻转， 从而实现翻转件的打开和关闭。

在本示例性实施方式中，驱动机构 2包括电机和减速齿轮箱（没有示出）。 减速齿轮箱用于将电机输出的高转速降低成适 合于驱动转轴 3的低转速。减 速齿轮箱可以包括第一减速齿轮和第二减速齿 轮， 第一减速齿轮与电机的输 出轴相连并与第二减速齿轮啮合， 第二减速齿轮与驱动机构的输出轴相连， 其中第一减速齿轮的齿数和第二减速齿轮的齿 数相比较少， 以将电机输出的 高转速降低。 第一减速齿轮和第二减速齿轮的齿数比可以根 据翻转件的期望 翻转和打开速度来确定。 当然， 驱动机构 2也可以仅包括电机， 即利用电机 直接驱动转轴 3。

对于电机的功率和数量， 可以根据翻转件的负载扭矩（例如翻转件的重 量）、 摩擦力、 稍后将描述的扭簧（弹性元件的一个优选示例 ） 的预设扭矩 等来适当地选择。

虽然在该示例性实施方式中描述了驱动机构 2使用电机作为驱动源，但 本发明不限于此。 可以根据具体应用情况来选择其他驱动源。 例如， 可以釆 用液压马达、 气动马达等作为驱动源。

如图 2所示， 驱动机构 2的输出轴通过联轴器 4与转轴 3的一端相连。 作为联轴器 4，可以釆用套筒联轴器。套筒联轴器是利用� �共套筒并通过键、 花键等刚性构件将驱动机构 2的输出轴和转轴 3联接。套筒联轴器的优点是 结构简单、 制造方便、 成本较低， 完全可以满足本发明的要求。 当然， 也可 以根据具体应用情况而釆用其他类型的联轴器 ， 例如万向节联轴器、 凸缘联 轴器等。

转轴 3利用两个轴承 6支撑在基座 11上。 优选地， 将其中一个轴承安 装在由基座 11和盖子 12限定的开口或孔内。 转轴 3通过安装在该开口或孔 内的轴承从壳体 1伸出， 以与用于安装翻转件的连接件 5相连。

在图 2中， 示出了每个转轴 3由两个轴承 6支撑的情况。 然而， 也可以 仅使用一个轴承 6来支撑转轴 3。 在这种情况下， 优选将该轴承 6安装在由 基座 11和盖子 12限定的开口或孔内。 当然， 如果转轴 3较长， 则优选使用 两个或更多个轴承 6将转轴 3支撑在基座 11上。

继续参照图 2， 图 2示出了两个驱动机构 2 (—个由实线表示， 一个由 虚线表示）。 然而， 可以仅仅使用其中一个驱动机构。 当然， 如果一个驱动 机构 2不足以驱动翻转件翻转， 则可以釆用图 2所示的两个或更多个驱动机 构 2。 在图 2所示的两个驱动机构 2的情况下， 可以将一个驱动机构 2及其 相应的联轴器 4、 轴承 6、 转轴 3与另一个驱动机构 2及其相应的联轴器 4、 轴承 6、 转轴 3镜像对称地布置。 如果釆用三个或更多个驱动机构 2， 可以 在图 2所示的两个驱动机构 2之间布置第三驱动机构 2及其相应的联轴器 4、 轴承 6、 转轴 3和用于连接翻转件的连接件 5。 在本发明中， 驱动机构 2的 具体数量并不受到限制， 可以根据实际需要釆用适当数量的驱动机构 2。 需要指出的是，图 2示出了翻转件围绕水平轴线上下翻转的情况� �但是， 以上描述同样适合于翻转件围绕竖直轴线左右 翻转的情况。

继续参照图 2进行描述。 如图 2所示， 自动翻转装置 100还包括一个固 定轴套 7 (弹性元件安装部的示例）和一个扭簧 8 (弹性元件的示例）。 固定 轴套 7固定至转轴 3， 以与转轴 3—起旋转。 扭簧 8的一端安装至固定轴套 7， 另一端安装至底座 11。

在图 2中， 固定轴套 7和扭簧 8固定在左侧的转轴 3上。 然而， 该固定 轴套 7和扭簧 8也可以固定在右侧的转轴 3， 无论该转轴 3是否与驱动机构 2相连（也就是说， 无论是釆用一个驱动机构 （实线所示）还是釆用两个驱 动机构， 都可以将固定轴套 7和扭簧 8固定在任一个转轴 3上）。

图 14给出了固定轴套 7的一个具体示例性结构。 如图 14所示， 固定轴 套 7具有中央通孔，转轴 3贯穿插入该通孔。固定轴套 7可以通过销钉或键、 花键（未示出） 固定至转轴 3， 以与转轴 3—起旋转。 固定轴套 7也可以以 其他方式固定连接至转轴 3， 例如可以将转轴 3与固定轴套 7压铸成一个零 件。 固定轴套 7在转轴 3的轴向方向上的一侧或两侧具有 U形凹部 （图 14 中仅示出了一侧具有一个 U形凹部的情况）， 扭簧 8的一端容纳在该 U形凹 部中， 位于该一端的支腿 ·ί氏靠 U形凹部的一侧， 另一端 ·ί氏靠在底座 11上。

弹性元件安装部的示例不仅仅限于固定轴套 7。 例如， 可以釆取图 10 所示的固定方式。 在图 10中， 转轴 3设有贯穿转轴 3的径向通孔， 扭簧 8 的一端的支腿可以插入在径向通孔中， 另一端的支腿安装至底座 11。 当然， 可以根据实际需要， 釆用其他方式来固定扭簧 8。

下面描述如何安装扭簧 8。 在安装于连接件 5上的翻转件位于上述关闭 位置时， 使该扭簧 8存储预定能量（例如弹性势能（扭力、 扭矩））， 当驱动 机构 2 (例如电机）将翻转件从关闭位置向打开位置� �动的过程中， 扭簧 8 存储的预定能量释放，从而在该驱动的过程中 平衡安装至所述连接件上的翻 转件的重量作用。 也就是说， 在打开过程中， 利用驱动机构 2的驱动扭矩和 扭簧的扭矩的组合将翻转件从关闭位置驱动到 打开位置。 这样， 由于在驱动 过程中利用扭簧的扭矩辅助驱动机构驱动翻转 件，与不用扭簧 8的情况相比， 可以釆用功率更小的驱动机构 2。 例如， 可以釆用功率更小的电机。 由于电 机功率更小， 可以进一步降低电机运转时产生的噪音， 提高了运行环境的舒 适性。 此外， 由于釆用小功率电机， 还降低了整个系统的成本。

另一方面， 由于扭簧被安装成在翻转件位于关闭位置时存 储预定能量， 因此能够利用扭簧的緩冲作用使得翻转件更平 稳顺畅地翻转（即打开和关 闭）。

翻转件位于关闭位置时扭簧 8存储的预定能量可以被设定为这样， 即当 翻转件位于关闭位置时，扭簧 8存储的预定能量并不足以单独将翻转件打开� � 也就是说， 在驱动机构对翻转件没有驱动作用的情况下， 扭簧 8存储的预定 能量不能将翻转件打开。 优选地， 当驱动机构驱动翻转件向打开位置运动的 过程中， 扭簧 8至少部分地将其存储的预定能量释放， 由此在翻转件向打开 位置运动的过程中， 其重量作用能够至少部分地被扭簧 8的预定能量平衡， 从而减少驱动机构的电机所需的驱动功率。

另外， 在翻转件到达打开位置时， 优选扭簧 8仍剩余至少一部分预先存 储的能量（弹性势能）。 这样， 即使在翻转件位于打开位置时， 扭簧 8也可 以利用其剩余扭力而保持一定程度的张紧。

在以上描述中，扭簧被构造成和安装成在翻转 件位于关闭位置时存储预 定能量并在至少一个驱动机构将翻转件从关闭 位置向打开位置驱动过程中 将所存储的预定能量至少部分地释放， 由此在驱动过程中至少部分地平衡所 述翻转件的打开阻力。 在本发明的教导下， 本领域技术人员能够根据具体的 工作负荷 （翻转件的重量、 摩擦力等）、 翻转件的翻转角度以及所需的预定 存储能量（例如弹性势能）， 适当地选择扭簧的各种设计参数， 从而满足本 发明的上述要求。

例如， 本领域技术人员可以根据如下公式计算扭簧的 刚度：

T'=E*d ⁴ /(3367*D*n) (N.mm/(°)) ( 1 )

其中：

E为弹性模量， d为钢丝直径， D扭簧中径， n为有效圈数。

根据上述公式（ 1 )计算扭簧工作扭矩：

Τ1=Τ，*φ (N mm)， 其中 φ为扭篑工作角度 .(。)。 由此可见，扭簧的扭矩与 工作角度成正比。

根据翻转件的重量和重心计算出翻转件的扭矩 ， 并考虑到翻转件位于打 开位置时剩余的扭矩（剩余的扭矩可以根据实 际需要来确定）， 来确定翻转 件位于关闭位置时需要预先存储的扭矩（弹性 势能）。 另外， 在驱动机构包括静态电机的情况下， 可以将至少一个驱动机构的 静态电机的静态扭矩 M 扭 、所述翻转件的最大负载扭矩 M 件最^ ^和所述 至少一个弹性元件（例如扭簧等 )的最大扭矩 M _± ^扭被设置成满足： M 翻转件最大扭矩〉 M 静态扭矩〉 M翻转件最大扭矩- M 弹性元件最大扭矩。 这样， 可以使得所述翻转件能够 停止在所述关闭位置和打开位置之间的预定区 间内的任何位置。如果翻转件 位于关闭位置时为 C度（C一般可以为 0度， 例如）， 位于完全打开位置时 为 P度（相对于关闭位置）， 则该预定区间的范围可以例如为从（C+X )度 到 （P-Y )度。 在一些示例中， X可以为 1到 20度， 优选为 5度至 15度， Y可以为 1到 20度，优选为 5度到 15度。 当然，根据所选择的弹性元件（例 如扭簧） 的弹性特性， X、 Y还可以取其他值， 从而可以限定不同的预定区 间。

当翻转件位于水平位置时， 翻转件的负载扭矩最大， 而弹性元件（例如 扭簧）在关闭位置时扭矩最大， 存储最大扭矩， 即存储预定能量。

对于弹性元件釆取其他形式（例如卷簧、 压缩螺旋弹簧）的情况， 可以 以类似方式确定在翻转件位于关闭位置时弹性 元件需要存储的预定能量。

以上描述了釆用扭簧 8和固定轴套 7作为弹性元件和弹性元件安装部的 示例。 但是， 弹性元件和弹性元件安装部还可以釆用其他形 式。 例如， 如果 所需的扭矩较小，则除了扭簧之外，还可以釆 用卷簧。在釆用卷簧的情况下， 可以将卷簧的内端直接固定至转轴 3，另一端固定至基座 11。在这种情况下， 转轴 3的一部分用作弹性元件安装部。

同样， 在翻转件位于关闭位置时， 使卷簧存储预定能量， 并在驱动机构 2将翻转件从关闭位置向打开位置驱动的过程� �，将所存储的预定能量释放， 从而至少部分地平衡翻转件的打开阻力或重量 作用。 卷簧需要存储的预定能 量可以参照确定扭簧存储预定能量的方式来确 定。

此外， 还可以选择压缩螺旋弹簧。 在釆用压缩螺旋弹簧的情况下， 将压 缩弹簧的一端固定至固定轴套 7， 另一端固定至基座 11。 同样， 将压缩弹簧 安装成在翻转件位于关闭位置时存储预定能量 并在驱动机构 2将翻转件从关 闭位置向打开位置驱动的过程中， 将所存储的预定能量释放， 从而至少部分 地平衡翻转件的重量作用。 因此， 压缩螺旋弹簧和卷簧能够起到与扭簧一样 的作用和效果。

作为弹性元件安装部， 除了上述固定轴套 7之外， 还可以釆用其他形式 的弹性元件安装部。例如， 可以将一 U形板状构件的具有与转轴 3的形状相 符的一端焊接或釆用其他方式固定至转轴， 并在另一端设置一孔。 诸如扭簧 之类的弹性元件的一端可以固定至该孔， 另一端固定至基座 11。扭簧 8可以 套在转轴 3上。 固定方式。

下面以图 1和图 2所示的示例性实施方式为例来描述自动翻转� �构 100 的操作过程。

如图 1和 2所示， 自动翻转机构 100还包括控制系统 9， 控制系统 9与 驱动机构 2相连， 并通过接插件 9与外部主控制系统相连。 稍后将详细描述 控制系统 9。

当控制系统 9从外部主控制系统接收到启动信号时， 驱动机构 2启动。 此时， 翻转件位于关闭位置， 扭簧 8存储预定能量。 当接收到打开命令时， 驱动机构 2通过联轴器 4带动转轴 3转动， 在轴承 6的作用下， 转轴 3平稳 地转动， 转轴 3带动连接件 5和翻转件进行翻转。 由于固定轴套 7固定至转 轴 3， 因此固定轴套 7与转轴 3—起旋转。 随着固定轴套 7的旋转， 扭簧 8 存储的预定能量逐渐释放， 从而平衡翻转件的重量作用。 由于利用扭簧预先 存储的能量辅助驱动机构打开翻转件， 因此可以使得驱动机构 2带动的转轴 的扭矩较小， 因此可以釆用小功率的驱动机构， 从而降低驱动机构的噪音。 另外， 由于驱动机构的电机可在较小负荷下工作， 因此确保了稳定性， 从而 提高产品的可靠性， 并实现翻转件顺畅翻转。

在图 2所示的示例性实施方式中， 还可以将至少一个驱动机构 （2 ) 的 电机的静态扭矩 M 扭 、所述翻转件的最大负载扭矩 M 件最^ ^和所述至少 一个弹性元件（8 ) 的最大扭矩 M 弹性元件最大 被设置成满足： Μ _¾ 转件最大扭《〉M 静 态扭矩〉M翻转件最大扭矩- M 弹性元件最大扭矩？从而使得所述翻转件能够 停止在所述关闭位置 和打开位置之间的上述一个区间内的任意位置 。 这样， 在驱动机构的电机发 生故障而不能工作时， 能量利用扭簧 8的扭矩和电机的静态扭矩来平衡翻转 件的重量， 使得翻转件能够停止在上述一个区间内的任何 位置， 不会因为自 身重量而向下快速关闭， 从而防止发生事故， 确保翻转装置在使用过程中的 安全性。

下面参照图 3和图 4描述本发明的另一个示例性实施方式。 图 3示出了本发明的另一个示例性实施方式的立� �图， 图 4示出了本发 明的另一个实施方式的分解立体图。

图 3和图 4中所示的自动翻转机构 101与图 1和图 2中所示的自动翻转 机构 100基本相同， 区别在于图 3和图 4中的自动翻转机构 101具有两个扭 簧 8。

如图 4所示，在左侧的转轴 3和右侧的转轴 3上均安装有一个固定轴套 7和相应的扭簧 8。 固定轴套 7和扭簧 8的安装方式与图 1和图 2中所示相 同， 在此不再赘述。

在固定轴套 7和扭簧 8两侧分别安装有两个轴承 6， 轴承 6将转轴 3可 旋转地支撑在底座 11 中。 在图 4所示的示例性实施方式中， 当釆用一个驱 动机构 2 (例如左侧的驱动机构） 时， 右侧的转轴 3成为翻转件的从动轴。

在设置两个扭簧 8的情况下， 同样根据翻转件的重量（工作负荷）、 重 心、 翻转件的翻转角度等来确定扭簧 8的具体设计参数。 两个扭簧 8不必具 有相同的设计参数， 只要它们的组合能够在翻转件位于关闭时存储 预定能量 并在驱动机构将翻转件从关闭位置向打开位置 驱动过程中将存储的预定能 量至少部分地释放， 由此在驱动过程中平衡翻转件的重量作用即可 。 另外， 也可以不完全釆用扭簧， 而是可以釆用扭簧、 卷簧和压缩螺旋弹簧的任意组 合。

图 3和图 4所示的自动翻转机构的工作过程与图 1和图 2所示的相同。 下面参照图 5和图 6描述本发明的自动翻转装置的又一个示例性� �施方 式。

图 5示出了本发明的另一个示例性实施方式的立� �图， 图 6示出了本发 明的另一个实施方式的分解立体图。

图 5和图 6中所示的自动翻转机构 102与图 3和图 4中所示的自动翻转 机构 101基本相同， 区别在于图 5和图 6中的自动翻转机构 102具有三个扭 簧 8。

如图 6所示， 在左侧的转轴 3上安装有一个固定轴套 7， 在固定轴套 7 的两侧各安装一个扭簧 8。 在右侧的转轴 3上安装有一个固定轴套 7， 在固 定轴套 7的右侧安装一个扭簧 8。 该实施方式中的固定轴套 7和扭簧 8的安 装方式与图 1和图 2中的实施方式相同。

在图 6所示的实施方式中， 可以仅使用一个驱动机构 2 (例如实线所示 的驱动机构）， 也可以使用两个或更多个驱动机构 2。 当使用一个驱动机构 2 (例如实线所示的驱动机构）时， 也可以将固定轴套 7和两个扭簧 8设置在 右侧的转轴 3上， 而在左侧的转轴 3上设置一个固定轴套 7和一个扭簧 8。 本领域技术人员可以想到其他的安装方式， 例如， 三个扭簧 8都安装在左侧 的转轴 3或右侧的转轴 3上。

自动翻转机构 102的操作方式与自动翻转机构 100相同。

下面参照图 7和图 8描述本发明的自动翻转装置 103。

图 7示出了本发明的另一个示例性实施方式的立� �图， 图 8示出了本发 明的另一个实施方式的分解立体图。

图 7和图 8中所示的自动翻转机构 103与图 3和图 4中所示的自动翻转 机构 101基本相同， 区别在于图 7和图 8中的自动翻转机构 103具有四个扭 簧。

如图 8所示， 在左侧转轴 3和右侧转轴 3上均设置有两个扭簧 8。 具体 地说， 左侧的固定轴套 7在左侧的两个轴承 6之间固定地安装在左侧的转轴 3上。 在该固定轴套 7的两侧分别以上述方式安装有两个扭簧 8， 即这两个 扭簧 8的一端分别安装在固定轴套 7的 U形凹部中，另一端分别安装至基座 11。 右侧的固定轴套 7在右侧的两个轴承 6之间固定地安装在右侧的转轴 3 上。 在该固定轴套 7的两侧分别以上述方式固定有两个扭簧 8， 即这两个扭 簧 8的一端分别安装在固定轴套 7的 U形凹部中， 另一端分别安装至基座 11。

在图 8所示的实施方式中， 四个扭簧 8可以都安装在左侧的转轴 3或右 侧的转轴 3上。 其他安装方式也在本发明的范围内。

同样， 在图 8所示的实施方式中， 四个扭簧不必完全相同， 可以根据实 际需要选择不同类型的弹性元件或其组合。 例如， 可以釆用扭簧、 卷簧和压 缩螺旋弹簧的不同组合， 同样能够实现上述作用和效果。

图 9示出了根据本发明的另选示例性实施方式的� �动翻转机构 104。 该 自动翻转机构 104与图 1至图 8中所示的自动翻转机构 100至 103的不同之 处在于弹性元件类型及其布置位置。 在该实施方式中， 釆用板簧 42作为所 述弹性元件， 并且该弹性元件没有布置在任何转轴 3上， 而是布置在弹性元 件安装基座 41上。弹性元件安装基座 41可以安装在具有翻转件的设备本体 上或者作为该设备本体的一部分。 如图 9所示，板簧 9的一端固定至弹性元件安装基座 41。板簧 9可以通 过任何适当方式固定至该安装基座， 例如焊接、 铆接、 螺栓或螺钉连接等。 板簧 9的另一端抵靠在盖板 43 (翻转件的示例） 的下面。 根据板簧 42的作 用长度， 可以在盖板 43的下面设置供板簧 42抵靠的突起。 当然， 板簧 42 可以直接抵靠在盖板 43下面。

在图 9所示的实施方式中，盖板 43通过驱动机构 2(没有在图 9中示出） 的驱动而被打开和关闭。在盖板 2的关闭位置（图 9中实线所示的水平位置） 时， 板簧 42被存储预定能量。 当驱动机构 2将盖板 43从关闭位置向打开位 置（图 9中虚线所示的位置）驱动的过程中， 板簧 42存储的预定能量释放， 由此平衡所述翻转件的重量作用。

所述预定能量可以设置成这样， 即： 在盖板 43从关闭位置向打开位置 运动的过程中， 该板簧 42将其所存储的预定能量至少部分地释放。 但是优 选在盖板 43位于打开位置时， 板簧 42未完全恢复到其自由状态。 这样， 可 以确保板簧 42适当张紧而牢固地抵靠在盖板 43上。

可以根据翻转件的重量和重心计算出翻转件扭 矩， 并根据翻转件的翻转 角度、 翻转件位于关闭位置时板簧 42需要存储的预定能量以及翻转件位于 完全打开位置时板簧 42剩余的能量来确定板簧 42的参数。

图 9中示出了使用板簧 42的示例。 但除了板簧 42之外， 还可以使用压 缩螺旋弹簧和片簧等。 当然， 也可以使用板簧、 压缩螺旋弹簧和片簧中的任 意组合。

如上所述， 自动翻转装置 100还包括控制系统 9。 该控制系统 9与驱动 机构 2和外部主控制系统（例如， 具有翻转件的设备的主控制系统）通信地 连接。 控制系统 9接收来自外部主控制系统的信号（例如启动� �号、 复位信 号或其他信号）， 并对外部输入信号进行分析和处理， 然后发出控制指令对 驱动机构的电机进行运行控制。 例如， 电机正转使翻转件关闭， 电机反转使 翻转件打开。 此外， 控制系统 9还对电机的电流进行监控。 如果电流发生异 常则发出保护控制信号， 并对电机进行相应的控制。

下面参照图 2所示的自动翻转装置 100详细描述控制系统 9的操作过程。 如图 2所示， 控制系统 9通过位于壳体 1外部的接插件 10与外部主控 制系统通信连接。 在自动翻转装置 100没有操作时， 翻转件位于关闭位置， 扭簧 8存储预定能量。 当自动翻转装置 100上电时， 控制系统 9开始运转。 当控制系统 9接收到来自外部主控制系统的启动信号时，� �制系统 9开始对 驱动机构 2进行控制。 当控制系统 9接收到开启翻转件的指令时， 控制系统 9控制驱动机构 2将翻转件开启。 在开启过程中， 控制系统 9对驱动机构 2 的电机的电流进行监控。如果控制系统 9检测到电机的电流超过第一预定阔 值， 这表明电机的驱动扭矩比正常驱动时的驱动扭 矩大。 这说明， 在翻转件 的打开过程中扭簧 8存储的预定能量并没有正确地释放， 也就是说， 扭簧 8 出现了故障（扭簧失效或脱落）， 因此在打开过程中没有克服翻转件的重量。 在这种情况下， 控制系统 9发出警报。 警报可以以声音或光（LED )的形式 发出。

此外， 在翻转件的关闭过程中， 控制系统 9也对电机的电流进行检测。 如果电机电流低于第二预定阔值， 则表明在关闭过程中扭簧 9并没有对翻转 件的关闭动作进行緩冲， 从而无法利用翻转件的重量存储所述预定能量 ， 因 此判断扭簧 9出现故障 （失效或脱落）。 在这种情况下， 控制系统 9发出警 报。

另外， 在翻转件的关闭过程中， 如果电机电流大于第三预定阔值， 则表 明翻转件在关闭过程中夹到或碰到了其他物体 （例如小孩的手等）。 在这种 情况下， 控制系统 9控制驱动机构 2反转， 从而使翻转件向打开方向转动， 以避免夹坏或损伤物体。

当控制系统 9接收复位信号时， 控制系统 9控制驱动机构 2， 将翻转件 关闭， 并在关闭过程中使扭簧 8存储预定能量。

图 12示出了控制系统 9的一个示例性框图。 如图 12所示， 控制系统 9 包括信号釆集电路和控制器等。 在图 12中， 控制器从外部主控制系统接收 启动信号、 复位信号和其他信号， 并向电机输出电机控制信号。 同时， 控制 器还对电机的运行状态进行监控。 例如， 控制器通过信号釆集电路釆集电机 的电流， 并通过釆集的电流对电机的各种运行状态进行 判断， 并釆取相应的 措施， 如上所述。

图 13示出了用于控制本发明的自动翻转装置 100的控制系统 9的一个 具体电路图。 在图 13中， 釆用单片机 U2 (型号为： STC15F204EA )作为控 制系统 9的控制器。 该型号单片机具有 8路 10位 AD转换器。 然而， 可以 釆用其他类型的单片机， 只要该单片机至少具有两路 AD转换器和数据处理 能力即可。 单片机 U2通过引脚 3、 4、 5从外部主控制系统接收控制指令， 并通过 key5和 key6两个引脚对驱动机构 2的电机进行控制， 即控制电机的正转和 反转。

图 13中的附图标记 131表示信号釆集电路。 信号釆集电路 131包括电 阻器 R4、 R3和 R2。 电阻器 R4的一端连接至 U2的引脚 1 (一路 AD转换 器）， 电阻器 R3的一端连接至 U2的引脚 2 (另一路 AD转换器）。 当然， 电 阻器 R4、 R3的所述一端可以分别连接至 U2的其他 AD转换器输入引脚。

电阻器 R4的另一端与电阻器 R2的一端在 AD1处连接， AD1连接至电 机的电源输入端， 用于对电机的电压或电流信号进行釆样。 电阻器 R2的另 一端连接至地 GND2。 电阻器 R3的另一端 AD2也联接至地 GND2。 在 AD1 和 AD2之间与 R2并联连接两个电容器 EC3和 C3。

另外， 在电容器 R4、 R3和 U2的引脚 1、 2之间还分别连接有由电阻器 R6和电容器 EC6构成的滤波电路。 滤过电路用于对输入引脚 1、 2的信号进 行滤波， 使信号更为平滑。

如上所述， AD1连接至电机的电源输入端， 以便对电机的电压或电流进 行釆样。 图 14示出了在电机停止状态、 正转状态和反转状态时 AD1的连接 位置。 这种连接位置确保在 AD1 处总是获得正向电压。 电机停止、 正转和 反转时继电器 KA1和 KA2的触点开关连接方式属于本领域中的公知技 术， 在此不再赘述。

在电机工作时，从 AD1釆样的信号经由电阻器 R4输送给 U2的引脚 1， 作为 U2的 AD转换器的一路输入信号。 同时，与地 GND2连接的 AD2信号 (理论上为零电压） 经由电阻器 R3输送给 U2的引脚 2。 U2通过软件对输 入的两个路信号进行差分处理， 以便消除所釆集的电机信号中的干扰。

在传统的电机信号釆集方案中， 一般通过差分放大器将电机信号直接输 送给单片机的一路 AD转换器。 这种方案的缺点是放大器占用电路板空间， 而且成本较高。 而在本发明中， 利用单片机具有的多路 AD转换器， 釆用两 路信号输入（一路为电机信号， 一路为参照信号， 即接地信号）。 这样可以 通过单片机软件编程进行差分处理来消除对电 机信号的干扰。

另外， 发明人在实验中发现， 如果该信号釆集电路的接地端与单片机 U2连接至同一个地， 因为信号釆集电路与电机供地， 电机在频繁开闭和停 止过程中产品的强感应电动势会对单片机产生 干扰， 甚至造成系统损坏。 因此， 在本发明中， 将信号釆集电路的接地端和电机的接地端连接 至

GND2, 而将单片机的接地端连接至不同的地 GND3。 这样， 由于电机的接 地端和单片机的接地端联接至不同的地，避免 了电机的频繁开启对单片机造 成的影响， 进而提高了电机信号的取样精度和稳定性。

另外， 图 13还示出了用于给控制器（例如单片机 U2 )、 电机 M ( M1、 M2为电机的两个正负接线端子）和继电器 KA1、 KA2提供电流和 /或电压 的电源 DB 1、 DB2和 DB3。 这些电源可以作为控制系统 9的一部分， 也可 以单独设置。

需要注意的是， 图 13 中所示的电阻器和电容器的具体类型和电阻值 、 电容值等仅仅是具体示例， 本领域技术人员可以根据具体情况釆用其他类 型 的电阻器、电容器以及电阻值、电容值等。另 夕卜，图 13中的地 GND1、 GND2、 GND3表示不同的地， 即这些地是彼此分开的。

其他电路结构与本发明的主题无关， 属于本领域的公知技术， 在此不再 赘述。

虽然参照附图所示的示例性实施方式描述了本 发明，但本发明不限于所 描述的具体实施方式。 在本发明的精神和范围内， 本领域技术人员可以对所 示的示例性实施方式进行各种修改和改动。本 发明的范围由所附的权利要求 及其等同物来限定。