CN103867856A

CN103867856A - 一种平衡臂机构

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Publication number: CN103867856A
Application number: CN201210543982.XA
Authority: CN
Inventors: 徐佳义
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: CN103867856B; US9791136B2; WO2014090029A1; US20150316239A1

Abstract

本发明公开了一种平衡臂机构，具有一种能调节张力的可调节拉索张力***，该***包括拉索、拉伸弹簧、拉索调节机构；该拉索调节机构，能随平衡臂转动角度对拉索总长度进行调节；该拉索总长度，包括拉伸弹簧与拉索的长度；该拉索长度调节机构是根据直角△ABC两股和的特性来实施，前述公式中a、b为△ABC，∠A、∠B的对边，∠C为直角，R为直角△ABC外接圆半径；利用上述直角三角形两股和的特性，当两股是一平衡臂的拉索张力***的部份拉索，且当平衡臂转动时，能利用机械结构驱动直角△ABC的直角顶点，随着平衡臂的转动，并且在直角△ABC外接圆弧在线同步移动，则平衡臂所受可调节拉索张力***的张力将随着平衡臂的转动角度而变化。

Description

一种平衡臂机构

技术领域

本发明涉及一种平衡臂机构，特别是涉及一种利用拉伸弹簧提供张力的被动式平衡臂机构，尤其是涉及一种能够调整拉伸弹簧的拉伸长度以调整张力***张力的平衡臂机构。而所述张力***，指包含拉伸弹簧与拉索的拉索张力***。

背景技术

平衡臂是常见的机械设施，应用甚广，例如平衡吊(Balance Arm)、医用无影灯、机器人手臂、平衡臂灯等，其中平衡臂灯是家居和工作场所常见的设备。

平衡臂灯是一种具有可收折、可伸展的灯臂的灯具，能胜任多样的照明需要。

一般而言，平衡臂灯有类似人手臂的结构，除光源与灯罩等结构外，具有前灯臂、关节部、支撑臂、基座等结构。

光源与灯罩结构设置于前灯臂的前端，前灯臂的后端通过关节部与支撑臂相连结，关节部具有转轴结构，使前灯臂能在一个垂直面上，向下收折或向上抬起；支撑臂的另端连接基座，支撑臂与基座之间，一般而言，也具有转轴结构，相对于基座，支撑臂能适度调整倾角并做水平转动。

以下若非特别指明，前灯臂与支撑臂皆统称为灯臂，灯臂倾斜或伸展时，会受到地心引力产生的力矩作用，而有下垂的趋势，必须依靠张力***的张力和转轴结构的摩擦力或反方向的平衡力矩，来抵抗地心引力，才能使灯臂停留在倾斜或伸展的位置。

平衡臂灯的灯臂伸展至水平位置时，地心引力对灯臂产生的力矩最大，此时灯臂的张力***应有足够的张力，以抵抗地心引力产生的力矩，使伸展的灯臂能静止而不下垂。

但是，传统的平衡臂灯灯臂的张力***的张力，与拉伸弹簧被拉伸的长度成正比关系，因此平衡臂灯灯臂由水平位置向下收折时，拉伸弹簧会被拉伸得较长，导致产生较大的弹簧应力。这种结果，使平衡臂灯的灯臂不能大角度收折，或者是因为向下收折角度较大，拉伸弹簧被拉伸至极限，使拉伸弹簧容易疲乏。例如：美国专利文献US 2,076,446，US 2,787,434，US 5,016,153等，都有类似的问题。

为进一步了解先前平衡臂灯的传统平衡臂性能，以下配合图式进行说明。

首先，图1为先前平衡臂灯的拉伸弹簧工作说明图，图中揭示出一种常见的平衡臂灯的平衡臂机构，传统平衡臂1是以垂直于其运动平面的水平平衡臂转轴X为支点的第三类杠杆，而载荷W是位在传统平衡臂1上，远离平衡臂转轴X的远端位置，作用力点D，位于支点与载荷之间。

传统平衡臂1的传统张力***3的张力与平衡臂转轴X的摩擦力，使传统平衡臂1能停留在伸展的位置而不下垂。

图1中，传统平衡臂1停留在水平的位置，当传统平衡臂1被向下收折时，即如图1中虚线位置所示，传统张力***3的拉伸弹簧S被拉伸，被拉伸的长度为△L。

在本说明书中，所述传统张力***3是指拉伸弹簧S或是拉伸弹簧S与拉索T的组合体，称之为传统张力***3，所述的拉伸弹簧S也经常是隐藏在管状的灯臂结构中。传统张力***3在市售平衡臂灯上，普遍易见。

图2为另一种先前平衡臂灯的拉伸弹簧工作说明图，图中的传统平衡臂1是以水平的平衡臂转轴X为支点的第一类杠杆。以水平的平衡臂转轴X为支点，拉伸弹簧对传统平衡臂1的作用力点D与载荷W，分别位于支点的两侧，当传统平衡臂1被向下收折时，即如图2中虚线位置所示，传统张力***3被拉伸，实际上只有拉伸弹簧S能被拉伸，被拉伸的长度为△L。

图1、图2中，当传统平衡臂1继续被向下收折时，拉伸弹簧S将继续被拉伸，但是这种拉伸是没有益处的，换言之是无益的拉伸。因为传统平衡臂1被向下收折，离开水平位置后，地心引力对传统平衡臂1产生的力矩是递减的，而拉伸弹簧S反被拉伸，因此而增加的张力是无益的，这反而使传统平衡臂1有被向上拉回的趋势，造成传统平衡臂1向下收折的范围受到限制；再者，拉伸弹簧S过度的无益拉伸，也容易造成拉伸弹簧的弹性疲之。

如图1所示，平衡臂转轴X是垂直于传统平衡臂1运动平面的水平转轴，传统张力***3的一端，利用与平衡臂转轴X平行的销轴，固定于固定点G，传统张力***3的另一端，利用与平衡臂转轴X平行的销轴，固定于传统平衡臂1上的作用力点D，平衡臂转轴X的轴心至力矩支柱2上的传统张力***的固定点G的距离为R，至平衡臂上的作用力点D的距离为KR，K为比例常数；当传统平衡臂1在水平位置时，传统张力***3，包括拉伸弹簧S与拉索T的总长度为

在本说明书后文中，R将被定义为三角形外接圆半径，此处直接将平衡臂转轴X的轴心至力矩支柱2上的传统张力***的固定点G的距离设定为R，是为了在后文中引用时的方便。

如图1中虚线所示，当传统平衡臂1由水平位置被向下收折时，传统张力***3被拉伸了ΔL，亦即传统张力***中的拉伸弹簧S被拉伸了ΔL，因为拉索T的长度是不变的。在此需要指出，图1中传统张力***3中的拉伸弹簧S和拉索T的位置是可以互换的，互换后传统张力***两端，表现的张力是一样的。

当传统平衡臂1被向下收折至接近极限时，亦即传统平衡臂1接近垂直向下时，传统张力***3的长度将接近(R+KR)，(R+KR)是传统张力***3被拉伸后的最大长度，因此拉伸弹簧S被无益拉伸而增加的最大长度为：

公式1：

本发明的技术方案，就是消除或减少传统张力***3中拉伸弹簧S被无益拉伸而增加的长度ΔL，换言之，本发明的目的，就是消除或改善拉伸弹簧S被无益拉伸所造成的缺失。

发明内容

本发明公开一种克服传统被动式平衡臂设备缺失的技术方案，例如解决传统平衡臂灯灯臂，由水平位置向下收折时，拉伸弹簧被拉伸得较长，产生较大的弹簧张力，导致平衡臂灯的灯臂不能大角度向下收折，或者是因为向下收折的角度较大时，拉伸弹簧被拉伸至极限，造成拉伸弹簧容易疲乏的问题。

为解决上述问题及达到本发明的目的，本发明的技术手段是这样实现的：

一种平衡臂机构，其特征在于，包括一平衡臂、一平衡臂转轴、一平衡臂机构主体支架、一基座及一可调节拉索张力***，其中：

所述平衡臂转轴是一水平转轴，垂直于该平衡臂的转动平面，设置在该平衡臂机构主体支架上；

所述平衡臂，是通过该平衡臂转轴与该平衡臂机构主体支架结合，该平衡臂转轴还具有调整摩擦力的设施，且该平衡臂机构主体支架固定于该基座上；

所述可调节拉索张力***，包括一拉索、一拉伸弹簧、及一拉索调节机构；

所述可调节拉索张力***与平衡臂之间，还设置有连动机构；

所述拉索调节机构，包括一拉索力矩支柱、一拉索力矩支柱滑轮、一拉索调节机构固定臂、一拉索调节机构固定臂滑轮、一拉索调节机构活动臂、一拉索调节机构活动臂滑轮、及一拉索调节机构活动臂转轴；

所述拉索调节机构活动臂转轴是一平行于所述平衡臂转轴的水平转轴，所述拉索调节机构活动臂，固定于拉索调节机构活动臂转轴上；

所述拉索力矩支柱、拉索调节机构固定臂、拉索调节机构活动臂长度相等，以拉索调节机构活动臂转轴为轴心，径向设置，其端末位置，分别设置有拉索力矩支柱滑轮、拉索调节机构固定臂滑轮、拉索调节机构活动臂滑轮，其中，拉索力矩支柱、拉索调节机构固定臂固定于平衡臂机构主体支架的结构体上，并且以拉索调节机构活动臂转轴为中心，呈一对称直线结构；

所述拉索调节机构，位于可调节拉索张力***的中间位置，其两端为拉伸弹簧和拉索，在拉索调节机构中，拉索依序绕过拉索调节机构固定臂滑轮、拉索调节机构活动臂滑轮、拉索力矩支柱滑轮；

所述可调节拉索张力***的一端，连接至可转动的平衡臂上，可调节拉索张力***的另一端，固定于平衡臂机构主体支架的结构体上，可调节拉索张力***的拉伸弹簧，设置于可调节拉索张力***的任一端；

所述可调节拉索张力***的拉索与拉伸弹簧的总长度能调节，该拉索调节机构是该可调节拉索张力***的拉索与拉伸弹簧的总长度的调节机构；所述可调节拉索张力***的张力，是随该拉索调节机构对于该拉索与拉伸弹簧的总长度的调节而变化；

所述拉索调节机构是一直角三角形机构，该直角三角形机构的两股由局部的拉索构成，分别是拉索调节机构固定臂滑轮与拉索调节机构活动臂滑轮之间的拉索和拉索力矩支柱滑轮与拉索调节机构活动臂滑轮之间的拉索；所述拉索调节机构活动臂转轴是所述拉索调节机构直角三角形机构的外接圆的圆心，拉索调节机构直角三角形机构的弦边是其外接圆的直径，该弦边由拉索力矩支柱与该拉索调整机构固定臂构成，该拉索力矩支柱与该拉索调整机构固定臂以直角三角形机构的外接圆的圆心为中心呈对称直线设置；

所述拉索调节机构活动臂固定于拉索调节机构活动臂转轴上，拉索调节机构活动臂与该平衡臂的相对位置关系，为当该平衡臂停留在水平位置时，该拉索调节机构活动臂垂直于该拉索调节机构直角三角形机构的弦边，亦即，当该平衡臂停留在水平位置时，该拉索调节机构活动臂垂直于该拉索力矩支柱与该拉索调整机构固定臂连成一体的直线结构；使该拉索调节机构的直角三角形机构形成一等腰直角三角形；

所述拉索调节机构活动臂滑轮，位于直角三角形机构的直角顶点，拉索调节机构活动臂，能随平衡臂同步转动相同的角度量，拉索调节机构活动臂转动时，拉索调节机构活动臂滑轮，是在所述直角三角形机构的外接圆的局部圆周弧线轨迹上移动。

一种平衡臂机构，其特征在于：所述平衡臂与可调节拉索张力***之间设置的连动机构，是共轴并相互固定的拉索调节机构活动臂转轴与该平衡臂转轴，拉索调节机构活动臂固定于拉索调节机构活动臂转轴；平衡臂转动时，固定于拉索调节机构活动臂转轴的拉索调节机构活动臂，随平衡臂同步转动。

一种平衡臂机构，其特征在于：所述平衡臂与可调节拉索张力***之间设置的连动机构，是一齿轮组机构，所述齿轮组机构，至少包括一与平衡臂转轴同轴的第一齿轮、一与该第一齿轮相啮合的第二齿轮、及一与该第二齿轮相啮合的第三齿轮；

所述第一齿轮与平衡臂转轴同轴并相互固定，第一齿轮能随该平衡臂同步转动，在第一齿轮随该平衡臂转动时，驱动该第二齿轮，该第二齿轮是中间齿轮，其能推动该第三齿轮；该第三齿轮与该第一齿轮为全等形齿轮；

该第三齿轮的转轴，是拉索调节机构活动臂转轴，该第三齿轮的转轴上，固定设置拉索调节机构活动臂；

当该平衡臂转动时，该第三齿轮随该平衡臂转动相同的角度量，该拉索调节机构活动臂，也随该平衡臂转动相同的角度量；

当该平衡臂位于水平位置时，装置于该第三齿轮的转轴上的拉索调节机构活动臂，指向平衡臂转轴，并以该第三齿轮的转轴为中心，在垂直于该拉索调节机构活动臂的直线位置上，对称设置拉索力矩支柱与拉索调整机构固定臂；

该拉索力矩支柱末端位置点装设有拉索力矩支柱滑轮，该拉索调节机构固定臂末端位置点装设有拉索调节机构固定臂滑轮；

该第三齿轮的转轴至拉索力矩支柱末端位置点的距离长度和至拉索调节机构固定臂末端位置点的距离长度与拉索调节机构活动臂长度相等，都等于拉索调节机构的直角三角形机构外接圆的半径，拉索调节机构活动臂的末端位置点装设有拉索调节机构活动臂滑轮；

当该平衡臂转动时，该第三齿轮随该平衡臂转动相同的角度量，该拉索调节机构活动臂，也随该平衡臂转动相同的角度量。

一种平衡臂机构，其特征在于：所述拉索调节机构是一直角三角形机构，该直角三角形机构的两股，由所述可调节拉索张力***的局部的拉索构成，该拉索长度调节机构是根据直角△ABC两股和

的特性来实施，

前述正弦函数公式中a、b为直角△ABC，∠A、∠B的对边，∠C为直角，R为直角△ABC外接圆半径；利用上述直角三角形两股和的正弦函数公式特性，当平衡臂停留在水平位置时，两股和设定为最大值，亦即∠A等于π/4，直角三角形机构为等腰直角三角形；当平衡臂转动离开水平位置时，直角△ABC的直角顶点C，随着平衡臂的转动，在直角△ABC外接圆的局部圆周弧线轨迹上移动，两股和依前述正弦函数公式而变化长度。

一种平衡臂机构，其特征在于：所述平衡臂远离该平衡臂转轴的一端，设置有一载荷；所述载荷，为一照明装置。

一种平衡臂机构，其特征在于：所述平衡臂远离该平衡臂转轴的一端，设置有一载荷；所述载荷，为一照明装置；

所述平衡臂机构与该基座之间，更设置有平面平行四杆装置；

所述平面平行四杆装置的基杆固定于基座上，平面平行四杆装置的平面与平衡臂运动平面一致，平衡臂机构的平衡臂机构主体支架，固定于平面平行四杆装置的连杆上，连杆与基杆相互平行，当平衡臂停留于水平位置时，平衡臂机构的拉索调节机构活动臂与该拉索调节机构的直角三角形机构的弦边垂直，该拉索调节机构的直角三角形机构形成一等腰直角三角形。

一种平衡臂机构，其特征在于：所述可调节拉索张力***的一端，连接至可转动的平衡臂上，可调节拉索张力***的另一端，连结于静止的平衡臂机构主体支架上；可调节拉索张力***的拉伸弹簧，设置于平衡臂上。

本发明技术方案的核心是一种能调节张力的可调节拉索张力***，所述可调节拉索张力***，包括一拉索、一拉伸弹簧、及一拉索调节机构；所述拉索调节机构，能随平衡臂转动角度对拉索总长度进行调节；所述拉索总长度，系包括拉伸弹簧加上拉索的长度。

所述拉索长度调节机构，基本上是根据直角△ABC的两股和

的特性来实施。

前述公式中的a、b为△ABC，∠A、∠B的对边，∠C为直角，R为直角△ABC外接圆半径，a、b为直角△ABC的两股。

利用上述直角三角形两股和的特性，当两股a、b是由一平衡臂的拉索张力***的部份拉索构成，又直角△ABC的直角顶点，能利用机械结构，随着平衡臂的转动角度在直角△ABC外接圆的半圆弧线上同步移动，则平衡臂所受张力将随着平衡臂的转动角度而变化。依据上述公式，两股和随着平衡臂的转动角度而产生的长度变化情形，将配合图3详细说明。

综合上述，本发明能消除或减少传统张力***中拉伸弹簧被无益拉伸而增加的长度ΔL，也能消除或改善拉伸弹簧S被无益拉伸所造成的弹性疲乏缺失。

以下配合附图，说明本发明的构造特征、技术手段，及所依据的工作原理和应用例。

附图说明

图1：先前平衡臂灯的拉伸弹簧工作说明图。

图2：另一种先前平衡臂灯的拉伸弹簧工作说明图。

图3：本发明基于正弦定理的原理说明图。

图4：本发明一种平衡臂机构的说明图。

图5：本发明一种平衡臂机构的实施例示意图。

图6：为图5实施例的另一种实施机构示意图。

图7：本发明一种平衡臂机构的应用例说明图。

图8：本发明一种平衡臂机构的另一应用例说明图。

图9：为图8平衡臂机构的应用例的IX-IX局部剖视图。

图10：本发明一种平衡臂机构的再一应用例说明图。

图11：本发明平衡臂机构应用于平衡臂灯的一个实际应用例示意图。

图12：本发明平衡臂机构应用于平衡臂灯的另一实际应用例示意图。

图13：为图12中平衡臂机构拉伸弹簧移至平面平行四杆装置主动杆上的应用例示意图。

具体实施方式

图3是本发明原理说明图，图中的a、b、c为△ABC的∠A、∠B、∠C的对边，根据正弦定理，a/sinA＝b/sinB＝c/sinC＝2R，其中，R为△ABC的的外接圆半径。

∠C为直角时，△ABC为直角三角形，∠C的对边为弦边c，弦边c的长度为2R，a与b为两股。

∠C顶点C在以R为半径的外接圆圆弧上移动时，例如移动至C1点位置，△ABC均保持为直角三角形。

根据正弦定理，直角△ABC两股和a+b＝2R(sinA+sinB)＝2R(sinA+cosA)。

另根据，同样周期但不同相位移动的正弦波的任何线性组合是有相同周期但不同相位移动的正弦波的特性，在正弦和余弦波的线性组合的情况下，我们有：

其中m、n是任意常数，

令：m＝1、n＝1，则

\sin x + \cos x = \sqrt{2} \sin (x + π / 4)

得到公式2：

直角△ABC两股和

a + b = 2 \sqrt{2} R \sin (A + π / 4);

公式2显示，直角△ABC两股和(a+b)是一正弦函数，相位差为π/4。当∠A＝π/4时，△ABC为等腰直角三角形，两股和a+b为最大值，

a + b =

2 \sqrt{2} R

(最大值)；

根据公式2及图3，直角△ABC的直角顶点C，离开△ABC为等腰直角三角形位置，在半圆弧线上移动时，两股和a+b逐渐减小，当∠A→0时a→0，a+b→2R(最小值)，当∠A→π/2时b→0，a+b→2R(最小值)，两股和a+b的最大值与最小值的差为0＜∠A＜π/2。

显示直角△ABC的直角顶点C，离开△ABC为等腰直角三角形位置，在外接圆半圆弧线上移动时，两股和a+b最大的长度变化为：

利用上述直角三角形两股和的特性，如果，两股a、b是一平衡臂的拉索张力***的部份拉索，而当平衡臂转动时，直角△ABC的直角顶点C，能随着机械结构在直角△ABC外接圆半圆弧线上同步移动，则平衡臂转动时，拉索张力***的此部份拉索，将依上述直角△ABC两股和

的函数式同步变化，其中，0＜∠A＜π/2。

因为整个拉索张力***是由拉索与拉伸弹簧组成，而拉索本身长度是不变的，因此所述的两股和的长度变化，都是来自于拉伸弹簧自身的长度变化。

两股和的长度较长时，表示拉伸弹簧的长度被拉长，两股和的长度较短时，表示拉伸弹簧被拉伸的长度减小。

由于平衡臂在水平位置时，受到的地心引力力矩最大，因此平衡臂在水平位置时，拉伸弹簧应处于最大拉伸状态，以提供最大张力，亦即拉索张力***的拉索总长度应处于最大值状态，两股和的长度应是最大值。

根据公式2，直角△ABC两股和

a + b = 2 \sqrt{2} R \sin (A + π / 4),

两股和最大值是在∠A＝π/4时，亦即△ABC为等腰直角三角形时。

因此，平衡臂在水平位置时，直角△ABC应为等腰直角三角形状态，以使拉伸弹簧处于最大拉伸状态，提供最大张力。

再如图4所示，为本发明一种平衡臂机构说明图，根据上述基于正弦定理的原理，一种平衡臂机构10，包括一平衡臂11、一平衡臂转轴X、一平衡臂机构主体支架12、一基座13、及一可调节拉索张力***100；

所述平衡臂转轴X是一水平转轴，垂直于平衡臂11的转动平面，设置在平衡臂机构主体支架12上；

所述平衡臂11，通过平衡臂转轴X与平衡臂机构主体支架12结合，平衡臂转轴X还具有调整摩擦力的设施，图4中未示，平衡臂机构主体支架12固定于基座13上。

所述可调节拉索张力***100，包括一拉索T、一拉伸弹簧S、以及一拉索调节机构101；

所述拉索调节机构101，包括一拉索力矩支柱102、一拉索力矩支柱滑轮103、一拉索调节机构固定臂104、一拉索调节机构固定臂滑轮105、一拉索调节机构活动臂106、一拉索调节机构活动臂滑轮107、及一拉索调节机构活动臂转轴Y；

所述拉索调节机构活动臂转轴Y，是一平行于所述平衡臂转轴X的水平转轴，所述拉索调节机构活动臂106，固定于拉索调节机构活动臂转轴Y上；

而载荷W是位于平衡臂11上，且远离平衡臂转轴X的远程位置。

所述拉索力矩支柱102、拉索调节机构固定臂104、拉索调节机构活动臂106长度相等，以拉索调节机构活动臂转轴Y为轴心，径向设置；拉索力矩支柱末端位置点A，设置有拉索力矩支柱滑轮103；拉索调节机构固定臂末端位置点B，设置有拉索调节机构固定臂滑轮105；拉索调节机构活动臂末端位置点，设置有拉索调节机构活动臂滑轮107，其中，拉索力矩支柱102、拉索调节机构固定臂104，固定于平衡臂机构主体支架12的结构体上，并且以拉索调节机构活动臂转轴Y为中心，呈一对称直线结构；

所述拉索调节机构101，位于可调节拉索张力***100的中间位置，其两端为拉伸弹簧S和拉索T，在拉索调节机构101中，拉索T依序绕过拉索调节机构固定臂滑轮105、拉索调节机构活动臂滑轮107、拉索力矩支柱滑轮103；

因为可调节拉索张力***100的张力，与拉伸弹簧S的位置无关，拉伸弹簧S设置于可调节拉索张力***100的任一端，其表现的张力相同；

所述可调节拉索张力***100的一端，连接至可转动的平衡臂11上，可调节拉索张力***100的另一端，固定于平衡臂机构主体支架12的结构体上；

可调节拉索张力***100的拉伸弹簧S，可设置于可调节拉索张力***100的任一端。

所述可调节拉索张力***100的拉索T与拉伸弹簧S的总长度可调节，拉索调节机构101是拉索T与拉伸弹簧S的总长度的调节机构。所述可调节拉索张力***100的张力，是随拉索调节机构101对于拉索T与拉伸弹簧S的总长度的调节而变化。所述拉索调节机构101是一直角三角形机构，该直角三角形机构的两股a、b，由局部的拉索T构成，分别是拉索调节机构固定臂滑轮105与拉索调节机构活动臂滑轮107之间的拉索T和拉索力矩支柱滑轮103与拉索调节机构活动臂滑轮107之间的拉索T；所述拉索调节机构活动臂转轴Y是所述拉索调节机构101直角三角形机构的外接圆的圆心，拉索调节机构101直角三角形机构的弦边c是其外接圆的直径，该弦边c由拉索力矩支柱102与该拉索调整机构固定臂104构成，该拉索力矩支柱102与该拉索调整机构固定臂104以直角三角形机构的外接圆的圆心为中心呈对称直线设置；

上述拉索力矩支柱滑轮103是设置在拉索力矩支柱102的末端位置点A，拉索调整机构固定臂滑轮105是设置在拉索调整机构固定臂104的末端位置点B；又所述拉索调节机构活动臂滑轮107，是设置在拉索调节机构活动臂106上，由拉索调节机构活动臂转轴Y至拉索力矩支柱滑轮103、拉索调整机构固定臂滑轮105、拉索调节机构活动臂滑轮107的距离相等长，拉索调节机构活动臂滑轮107的位置点，等同于直角三角形机构的直角顶点C处；所述拉索调节机构活动臂106固定于拉索调节机构活动臂转轴Y上，拉索调节机构活动臂106与该平衡臂11的相对位置关系，为当该平衡臂11停留在水平位置时，该拉索调节机构活动臂106垂直于该拉索调节机构101直角三角形机构的弦边，亦即，当该平衡臂11停留在水平位置时，该拉索调节机构活动臂106垂直于该拉索力矩支柱102与该拉索调整机构固定臂104连成一体的直线结构；使该拉索调节机构101的直角三角形机构形成一等腰直角三角形；

所述拉索调节机构活动臂滑轮107，位于直角三角形机构的直角顶点C，拉索调节机构活动臂106，能随平衡臂11同步转动相同的角度量，拉索调节机构活动臂106转动时，拉索调节机构活动臂滑轮107，是在所述直角三角形机构的外接圆的局部圆周弧线轨迹上移动。

上述拉索T一端绕过拉索力矩支柱滑轮103，连结至平衡臂11上的施力点D；

上述拉索T另一端绕过拉索调整机构固定臂滑轮105，连接拉伸弹簧S的一端，而拉伸弹簧S的另一端，是固定于平衡臂机构主体支架12的结构***置点E上。

因为拉伸弹簧S设置于可调节拉索张力***100的任一端，其表现的张力相同，可调节拉索张力***100的张力，与拉伸弹簧S在可调节拉索张力***100中的位置无关；

例如图5所示，拉伸弹簧S可设置在平衡臂机构主体支架12的结构***置点E上；或如图6所示，设置在可转动的平衡臂11上的位置点E’。

所述拉索力矩支柱滑轮103、拉索调整机构固定臂滑轮105、拉索调节机构活动臂滑轮107，都是直径很小的滑轮，其转动轴都是平行于平衡臂转轴X。

所述拉索调节机构活动臂106的拉索调节机构活动臂转轴Y与平衡臂转轴X共轴并相互固定；转动平衡臂11时，拉索调节机构活动臂106随平衡臂11同步转动。

所述拉索调节机构活动臂106与平衡臂11的相对位置关系，为当平衡臂11位于水平位置时，拉索调节机构活动臂106与拉索调节机构101的直角三角形机构的弦边垂直，直角三角形机构的弦边由拉索力矩支柱102与拉索调整机构固定臂104构成，当平衡臂11位于水平位置时，拉索调节机构101的直角三角形机构形成一等腰直角三角形。

图5是本发明一种平衡臂机构的实施例示意图，图5是结合图1和图3而成，亦为图4中拉索调整机构固定臂104与平衡臂机构主体支架12重迭并合并的情形，拉索调整机构固定臂滑轮105装设于平衡臂机构主体支架12上，其转轴平行于平衡臂转轴X。

图5中，如果只观察拉索调节机构101的外部变化，平衡臂11由水平位置被向下收折至虚线位置时，可调节拉索张力***好像被拉伸了ΔL的长度；但是因为拉索调节机构101同时释放了一些拉索，因此实际上并没有被拉伸ΔL的长度。

依据公式1及公式2，进行对比：

公式1：

公式2：直角△ABC两股和

如果图1中拉伸弹簧S被无益拉伸而增加的长度ΔL(最大值)，能被直角△ABC两股和减小的长度完全抵消，则令：

((1 + K) - \sqrt{(1 + K^{2})}) R = 2 \sqrt{2} R - 2 R;

可得K＝2.25，K为比例常数。

上述结果显示，图5拉索张力***在平衡臂上的施力点D，距离平衡臂转轴X轴心的距离为直角△ABC外接圆半径R的2.25倍时，图5中平衡臂11由水平位置被向下收折至接近垂直向下时，拉索张力***被无益拉伸而增加的长度ΔL(最大值)，能被完全抵消。

再根据公式1，当K＝1时，

与两股和a+b的最大值与最小值的差为相比较，显示拉索调节机构101释放出来的拉索长度0.8R，大于拉伸弹簧S被无益拉伸而增加的长度0.6R。

显示当K＝1时，不但能消除拉伸弹簧S被无益拉伸而增加的长度，还有余裕，能进一步降低拉伸弹簧S的拉伸长度，降低拉索的张力。

这是符合实际需要的结果，因为平衡臂1由水平位置被向下收折时，地心引力造成的力矩是递减的。

因为可调节拉索张力***100的张力，与拉伸弹簧S的位置无关，拉伸弹簧S可设置于拉索T的任一端，其表现的张力相同。

图6是图5实施例的另一种实施机构示意图，图6中可调节拉索张力***100的拉伸弹簧S是装置于平衡臂上，该拉伸弹簧S的一端固定于平衡臂11上的位置点E’，拉伸弹簧S的另一端连接拉索T，拉索T绕过设置于平衡臂上的作用力点D的拉索转向滑轮108后，再连接到拉索调节机构101，所述拉索转向滑轮108的转轴垂直于平衡臂11的转动平面。

图6与图5的拉伸弹簧S，虽然位置不同，但是对于可调节拉索张力***100的效果是一样的，该拉伸弹簧S的具***置，以实用为考虑，可任意选择装置于可调节拉索张力***100的任一端，亦即拉伸弹簧S能设置在如图6所示之平衡臂11端，并且设置在平衡臂11上，或者设置在如图5所示之平衡臂机构主体支架12相固定的机械结构上。

图6中揭示出一虚线所示的滑轮A1，是为了显示出增加一辅助力矩支柱及滑轮A1，并不影响拉索调节机构101的功能。

因此，所述可调节拉索张力***100的一端，连接至可转动的平衡臂11上；可调节拉索张力***100的另一端，连结于平衡臂机构主体支架12相固定的机械结构上；可调节拉索张力***100的拉伸弹簧S，可设置于可调节拉索张力***100的任一端。

图7为本发明一种平衡臂机构的应用例说明图，是图4所示的平衡臂机构的直接运用，只是将图4中各自独立的拉索力矩支柱102与拉索调整机构固定臂104，以圆形的框架F取代，圆形的框架F是双片平行结构的平板，圆形框架F的双片平行结构平板中间的空间，是滑轮及拉索的运动空间。而图中增加的滑轮P，是为了使拉索T在转折处能平顺滑动。

图8是本发明一种平衡臂机构的另一应用例说明图，是将图7所示平衡臂机构的拉索调整机构反转至与平衡臂11同侧。相同于图7应用例，采用双片平行平板结构的框架F，图8应用例也是采用双片平行平板结构的框架F取代拉索力矩支柱102与拉索调整机构固定臂104。图8应用例中，所述拉索调节机构活动臂106与该平衡臂11的相对位置关系，为当该平衡臂11停止于水平位置时，该拉索调节机构活动臂106与该拉索调节机构101的直角三角形机构的弦边呈垂直，该拉索调节机构101的直角三角形机构形成一等腰直角三角形。但是此应用例中，当该平衡臂11停止于水平位置时，拉索调节机构活动臂106与平衡臂11的夹角为负π/2度。

上述图8的应用例中，平衡臂11最高只能抬高至水平高度，适用于高位置的壁式灯具。

图9为图8平衡臂机构的应用例的IX-IX局部剖视图，显示双片平行结构的平板框架F的可行性，同时显示一种调整平衡臂转轴X摩擦力的设施。该调整平衡臂转轴X摩擦力的设施，是一种锁紧装置20，旋转该锁紧装置20的来调整平衡臂转轴X的摩擦力。图10是本发明一种平衡臂机构的再一应用例说明图，其差异在于，所述平衡臂11与可调节拉索张力***100之间设置的连动机构，是一齿轮组30机构，所述齿轮组30机构，至少包括一与平衡臂转轴X同轴的第一齿轮31、一与该第一齿轮31相啮合的第二齿轮32、及一与该第二齿轮32相啮合的第三齿轮33；所述第一齿轮31与平衡臂转轴X同轴并相互固定，第一齿轮31能随该平衡臂11同步转动，在第一齿轮31随该平衡臂11转动时，驱动该第二齿轮32，该第二齿轮32是中间齿轮，其能推动该第三齿轮33；该第三齿轮33与该第一齿轮31为全等形齿轮；该第三齿轮33的转轴，是拉索调节机构活动臂转轴Y，该第三齿轮33的转轴上，固定设置拉索调节机构活动臂106；当该平衡臂11转动时，该第三齿轮33随该平衡臂11转动相同的角度量，该拉索调节机构活动臂106，也随该平衡臂11转动相同的角度量；当该平衡臂11停留于水平位置时，装置于该第三齿轮33的转轴上的拉索调节机构活动臂106，指向平衡臂转轴X，并以该第三齿轮33的转轴为中心，在垂直于该拉索调节机构活动臂106的直线位置上，对称设置拉索力矩支柱102与拉索调整机构固定臂104；该拉索力矩支柱末端位置点A装设有拉索力矩支柱滑轮103，该拉索调节机构固定臂末端位置点B装设有拉索调节机构固定臂滑轮105；该第三齿轮33的转轴至拉索力矩支柱末端位置点A的距离长度和至拉索调节机构固定臂末端位置点B的距离长度与拉索调节机构活动臂106长度相等，都等于拉索调节机构101的直角三角形机构外接圆的半径，拉索调节机构活动臂106的支柱末端位置点装设有拉索调节机构活动臂滑轮107；

当该平衡臂11转动时，该第三齿轮33随该平衡臂11转动相同的角度量，该拉索调节机构活动臂106，也随该平衡臂11转动相同的角度量。

图10中，拉索力矩支柱102及拉索调节机构固定臂104是与框架F结合。上述齿轮组30则设置在框架F的背后侧，各滑轮转动平面与平衡臂11转动平面一致，设置于齿轮组30的另侧，亦即图10框架F的前侧。

本发明平衡臂机构应用于平衡臂灯时，所述基座13的主要功能，是维持平衡臂机构主体支架12的姿态，确保平衡臂11停留在水平位置时，拉索调节机构101的直角三角形机构，形成一等腰直角三角形，以使拉伸弹簧S处于最大拉伸状态。

实际应用时，通过适当的机械架构，可以设计成壁式灯、落地灯、天花板式吊灯等。

图11为本发明平衡臂机构应用于平衡臂灯的一个实际应用例示意图，使用图10所示的本发明平衡臂机构；图12是本发明平衡臂机构应用于平衡臂灯的另一实际应用例示意图，使用图7所示的本发明平衡臂机构。

图11和图12两个实际应用例中，所述平衡臂11的载荷W是一照明装置。

图11应用例中，在平衡臂机构主体支架12与基座13之间，设置有平面平行四杆装置。图中揭示的平面平行四杆装置是以符号a0、b0、a1、b1表示，其中，主动杆以符号a0a1表示，被动杆以符号b0b1表示，基杆以符号a0b0表示，连杆则以符号a1b1表示。

上述平面平行四杆装置的基杆a0b0固定于基座13上，平面平行四杆装置的运动平面与平衡臂11运动平面一致，平衡臂机构10的平衡臂机构主体支架12，固定于与平面平行四杆装置的基杆a0b0平行的连杆a1b1上。所述平面平行四杆装置的基杆a0b0固定于基座13上，可以是单纯固定，也可以是如图12所示，以能够水平转动的转轴固定。图11中，基座13具有一垂直的立杆13’，它是基座13的延伸。

当平衡臂11位于水平位置时，平衡臂机构10的拉索调节机构活动臂106与拉索调节机构101的直角三角形机构的弦边垂直，拉索调节机构101的直角三角形机构形成一等腰直角三角形。

平面平行四杆装置是平衡臂灯常见的机构，其主动杆a0a1能前后两方向倾斜，但是与基杆a0b0平行的连杆a1b1的姿态保持不变。平面平行四杆装置与本发明平衡臂机构结合应用于平衡臂灯时，平面平行四杆装置，具有延伸基座13功能，使本发明平衡臂机构保持一定姿态。

图11中，也显示了电源线的可能装设方式，但是电源线的装设方式并非本案关键，而且有许多可行的实施方式，因此不做细节说明。

图13为图12平衡臂机构中，拉伸弹簧S移至平面平行四杆装置之主动杆a0a1中的应用例示意图。图13的平面平行四杆装置之主动杆a0a1是一管状杆，拉伸弹簧S移至平面平行四杆装置管状之主动杆a0a1的内部，拉伸弹簧S的一端固定于主动杆一位置点E’，拉伸弹簧S的另一端连接拉索，拉索绕过一转向滑轮P1，接续至图7所示的拉索调节机构101。

图13中拉伸弹簧S的位置变更，对拉索张力***的功能并无影响，因此是本发明平衡臂机构的延伸。

本发明平衡臂机构，是一个被动式机构，但是本发明平衡臂机构与主动式平衡臂机构协同运用时，特别是运用在需要大角度向下收折的平衡臂，可以收到减小主动设备输出功率，提高效率的效益是很明显的。

以上依据图式所示的实施例，详细说明了本发明的构造、特征及作用效果；但以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，因此举凡与本发明意旨相符的修饰性变化，只要在均等范围内都应属于本发明专利范围内。

Claims

1.一种平衡臂机构，其特征在于，包括一平衡臂、一平衡臂转轴、一平衡臂机构主体支架、一基座及一可调节拉索张力***，其中：

所述平衡臂，是通过该平衡臂转轴与该平衡臂机构主体支架结合，该平衡臂转轴还具有调整摩擦力的设施，且该平衡臂机构主体支架固定于所述基座上；

所述可调节拉索张力***与平衡臂之间，还设置有连动机构；

2.根据权利要求1所述的平衡臂机构，其特征在于：所述平衡臂与可调节拉索张力***之间设置的连动机构，是共轴并相互固定的拉索调节机构活动臂转轴与该平衡臂转轴，拉索调节机构活动臂固定于拉索调节机构活动臂转轴；平衡臂转动时，固定于拉索调节机构活动臂转轴的拉索调节机构活动臂，随平衡臂同步转动。

3.根据权利要求1所述的平衡臂机构，其特征在于：所述平衡臂与可调节拉索张力***之间设置的连动机构，是一齿轮组机构，所述齿轮组机构，至少包括一与平衡臂转轴同轴的第一齿轮、一与该第一齿轮相啮合的第二齿轮、及一与该第二齿轮相啮合的第三齿轮；

当该平衡臂停留于水平位置时，装置于该第三齿轮的转轴上的拉索调节机构活动臂，指向平衡臂转轴，并以该第三齿轮的转轴为中心，在垂直于该拉索调节机构活动臂的直线位置上，对称设置拉索力矩支柱与拉索调整机构固定臂；

4.根据权利要求1所述的平衡臂机构，其特征在于：所述拉索调节机构是一直角三角形机构，该直角三角形机构的两股，由所述可调节拉索张力***的局部的拉索构成，该拉索长度调节机构是根据直角△ABC两股和

的特性来实施，前述正弦函数公式中a、b为直角△ABC，∠A、∠B的对边，∠C为直角，R为直角△ABC外接圆半径，a、b为直角△ABC两股；利用上述直角三角形两股和的正弦函数公式特性，当平衡臂停留在水平位置时，两股和设定为最大值，亦即∠A等于π/4，直角三角形机构为等腰直角三角形；当平衡臂转动离开水平位置时，直角△ABC的直角顶点C，随着平衡臂的转动，在直角△ABC外接圆弧在线同步移动，两股和依上述直角三角形两股和的正弦函数公式而变化长度。

5.根据权利要求1所述的平衡臂机构，其特征在于：所述平衡臂远离该平衡臂转轴的一端，设置有一载荷；所述载荷为一照明装置。

6.根据权利要求1所述的平衡臂机构，其特征在于：所述平衡臂远离该平衡臂转轴的一端，设置有一载荷；所述载荷为一照明装置；

7.根据权利要求1所述的平衡臂机构，其特征在于：所述可调节拉索张力***的一端，连接至可转动的平衡臂上，可调节拉索张力***的另一端，连结于静止的平衡臂机构主体支架上；可调节拉索张力***的拉伸弹簧，设置于平衡臂上。