CN101111704A - 电绝缘的致动器输出轴 - Google Patents

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Abstract

一种用在燃料系统中的阀致动器。该致动器具有适于连接在电机上的第一金属区段(12)、适于连接在阀上的第二金属区段(14)、以及连接在第一和第二金属区段上以从第一金属区段向第二金属区段传递转矩的非金属区段(16)。

Description

电绝缘的致动器输出轴
技术领域
本申请大体涉及一种用于控制油箱内的阀的系统。更具体地，本发明涉及一种使电压与可燃燃料系统蒸发物充分隔离的致动器输出轴。
背景技术
位于飞机油箱中的燃料系统阀可以将航空燃料从油箱输送到发动机。油箱可以位于机翼处的机身内，以及在飞机上的其他位置。通常，电动致动器驱动轴被用于驱动飞机上的燃料系统阀。这些致动器驱动轴由导电金属材料制成。金属驱动轴在某些状态下可以使电流穿过它们并进入油箱内，从而形成点火源。
已经研制了多种装置防止飞机油箱发生火花。
授予Dobrowski等人的美国专利No.4,971,268涉及防止由油箱内的管道产生火花。在该专利中，采用具有足够高的绝缘强度的套筒，防止在管道与任何直接相邻的结构之间产生电弧。
授予Avenet等人的美国专利No.5,709,356公开了一种包括两个复合材料构件的消火花结构。该结构形成为飞机油箱的一部分。金属螺钉布置在两个复合材料构件内。当闪电达到螺钉头部时，电流进入上述两个构件内。由于电流流动引起的加热形成的气体穿过螺钉内的通道被移向消火花结构的外部。
授予Maier的美国专利No.6,141,194公开了一种包括变压器的飞机油箱防护隔板。在线路遭受故障的情况下，变压器限制了输送到油箱的能量。利用变压器的铁心饱和度来限制在电力故障状态下传送到油箱的能量，同时采用变压器的共模抑制来阻止雷击。
授予Martinov的美国专利No.6,343,465公开了一种管道，其一端与飞机油箱连通并且另一端连接在发动机进气区域。使用操作发动机的进气吸力来驱动用于清除和去除危险烟气和来自油箱区域热量的系统，并将危险烟气和热量引导到发动机的燃烧室区域内以进行燃烧和排气。利用穿过油箱进气阀的周围外部空气、机械制冷空气或飞机座舱溢流空气来取代被去除的烟气和热量。
发明内容
本发明涉及一种用在燃料系统中的阀致动器。该致动器具有适于连接在电机上的第一金属区段、适于连接在阀上的第二金属区段、以及连接在第一和第二金属区段上以从第一金属区段向第二金属区段传递转矩的非金属区段。
本发明还涉及一种对布置油箱内的燃料阀进行操作的系统。所述系统包括电机、布置在油箱中的燃料阀、以及将电机连接在燃料阀上的致动器组件。致动器组件包括连接在电机上的第一金属区段、连接在燃料阀上的驱动轴、以及连接在驱动轴上的第二金属区段。电绝缘区段连接在第一和第二金属区段上，以使第一和第二金属区段相互电绝缘并且用于将转矩从电机传递到驱动轴。
附图说明
当结合附图阅读时可以从以下详细描述中最清楚地了解本发明。要强调的是根据惯例，附图的各个特征并不按比例。相反，为了表示清楚各个特征的尺寸可以任意放大或减小。附图中包括以下图：
图1是根据本发明示例性实施方式的致动器输出轴的分解透视图；
图2是根据本发明示例性实施方式的组装致动器输出轴的剖开透视图；
图3是根据本发明示例性实施方式的电机驱动的旋转致动器的横截面图；
图4是根据本发明示例性实施方式的致动器输出轴的侧视图；
图5是沿图4中的箭头A-A截取的根据本发明示例性实施方式的致动器输出轴的剖视图；
图6是致动器输出轴可选实施方式的半透视图；以及
图7是根据本发明可选实施方式的致动器输出轴的侧视图。
具体实施方式
现在参照附图，相同的附图标记指代图中描述的同一构件。
图1和2是根据本发明示例性实施方式的致动器输出轴10的透视图。更具体地，图1是致动器输出轴10的分解图，并且图2是致动器输出轴10的剖视图。参照图1和2，复合的致动器输出轴的示例性实施方式被示出分为三个区段。致动器输出轴10的一个区段是圆柱形的第一金属轴12。在示例性实施方式中，第一金属轴12可以是大致24mm长并且可以由416号耐腐蚀钢制成。在可选实施方式中，第一金属轴12可以由17-4号沉淀硬化钢或者与416耐腐蚀钢或17-4沉淀硬化钢具有类似强度和耐腐蚀特性的任何其他金属制成。第一金属轴12的长度可以根据转矩需求和/或与用户设备配合的要求而改变。
致动器输出轴10的另一区段是圆柱形第二金属轴14。在示例性实施方式中，第二金属轴14可以是大致17.5mm长，并且可以由416号耐腐蚀钢制成。在可选实施方式中，第二金属轴14可以由17-4沉淀硬化钢或者与416耐腐蚀钢或17-4衬垫硬化钢具有类似强度和耐腐蚀特性的任何其他金属制成。第二金属轴14的长度可以根据转矩需求和/或与用户设备配合的要求而改变。
致动器输出轴10的另一区段是非金属的电绝缘连接件16。在示例性实施方式中，连接件16的长度可以是10mm并且可以由弹性材料例如硅酮或三元乙丙橡胶(EPDM)制成。在可选实施方式中，连接件16可以由硅酮橡胶、塑性材料、氟硅橡胶或在高温范围内的具有高绝缘强度特性和强度的任何其他材料制成。在示例性实施方式中，连接件16的绝缘强度可以是16千伏/毫米。在可选实施方式中，绝缘强度可以在100伏/毫米的范围内，或更低，直到达到无限绝缘强度。连接件16连接着轴12与轴14。当三个区段连接在一起时，转矩从轴12传递到轴14。
轴12在其一端具有第一开口18。开口18容纳电机输出轴，这一点将在下文结合图3进行更详细的说明。轴12在其另一端具有第二开口20。在示例性实施方式中，开口20以凹形型式形成，这样使其可以与连接件16上相应的凸形型式相匹配。O形环13大致在开口18与20的中间绕轴12的外部沿周向布置。在可选实施方式中，O形环13布置在开口中间以外的位置。可以采用O形环来防止污染物进入电机驱动的旋转致动器。在示例性实施方式中，开口20以凹十字型式形成，包括在与开口20相邻的轴12内表面内的纵向槽(在图1或2中未示出)，这将在下文进行更详细的说明。纵向槽基本上平行于轴12的纵向轴线。
如图1和2所示，第二金属轴14由两个区段22和24形成。区段22和24由单个金属块制成或者可以由连接在一起的两个分开金属块制成。如果所述区段由两个分开金属块制成，则在示例性实施方式中这两个金属块可以由相同种类的金属制成。在可选实施方式中，两个金属块可以是不同种类的金属。区段22的外表面具有使其能够连接在驱动轴上的输出驱动特征或构造。在示例性实施方式中，输出驱动特征可以是使区段22能够与齿轮、键槽或驱动轴上其他的构造相匹配的花键形式。在可选实施方式中，区段22的外表面可以是使区段22能够与齿轮、花键或驱动轴上的另外构造相匹配的键槽形式。将在下文更详细地描述区段24。区段24连接在驱动轴上以打开和关闭阀。
图4是根据本发明示例性实施方式的致动器输出轴的侧视图。图5是沿图4中的箭头A-A截取的根据本发明示例性实施方式的致动器输出轴的剖视图。图1，2和5表示连接件16的示例性实施方式具有臂16A、16B、16C和16D。在示例性实施方式中，臂的形状可以形成为十字型式，其中臂相互间隔大致90°。在可选实施方式中，可以存在更多或更少的臂，这些臂可以相互成其他间距，并且臂可以形成十字型式之外的形状。在可选实施方式中，臂可以更长或更短或者更圆或不圆，或是使轴组件能够传递转矩的任意其他形状。臂的数量可以变化，只要轴能够承载设计转矩就可以。在另一可选实施方式中，采用空心管代替臂。该管插入到金属轴12的相应形状的开口内。
在示例性实施方式中，连接件的壁相对较薄，处于0.635mm-0.889mm范围。所述壁可以被制得薄到使得连接件在传递转矩时不会遭受显著的变形。在示例性实施方式中，连接件的变形量可以相对较小，处于1度-3度的范围内。
在示例性实施方式中，连接件16的端面16E布置成相邻开口端20。轴12的内部12A被加工成凹形型式，以与臂16A-16D的形状配合。在示例性实施方式中，所述凹形型式是十字型式。在可选实施方式中，凹形型式可以形成与臂16A-16D相同的形状以及与肋24A-24D(下文描述)相同的形状。当连接件16插入轴12内时，每个凸臂插入到轴12的内部12A的匹配内部加工的凹部内。使得轴12的内部加工部分的形状与臂16A-16D的形状基本上匹配，有助于使从轴12传递到轴14的转矩量最大化。在可选实施方式中，连接件16采用压配合或可以传递转矩的任何其他装配机构装配在轴12内。连接件16的臂还可以粘结在轴12的内部12A上。粘结类别取决于用于轴的金属以及用于连接件的材料。在示例性实施方式中，粘结可以是硅酮化学粘结。在可选实施方式中，采用具有与硅酮类似属性的材料实现粘结。臂16A-16D与轴12的内部12A之间的粘结还有助于使从轴12传递到轴14的转矩量最大化。连接件的内部包括在端面16E起始的其每个臂的内部可以是中空的。
在示例性实施方式中，臂16A-16D的长度小于轴12的长度的一半。在可选实施方式中，臂16A-16D的长度大于轴12的长度的一半。臂的长度可以根据所需从轴12传递到轴14的转矩量以及成本考虑来确定。更长的臂可以传递更大的转矩量。
轴14的区段24的示例性实施方式具有肋24A-24D。在示例性实施方式中，肋24A-24D是十字型式的，其中肋相互间隔大致90°。在可选实施方式中，可以存在更多或更少的肋，这些肋可以相互间隔成其他间距，并且肋可以形成十字型式之外的形状。在可选实施方式中，肋可以形成星形或尖岬形或Y形或能够传递所需转矩的任何其他形状。肋的数量可以改变使得该区段具有适当强度。同时，在示例性实施方式中，肋24A-24D的形状和数量与臂16A-16D的形状和数量匹配。连接件16容纳着轴14的区段24。在示例性实施方式中，连接件16的臂16A-16D上的空腔可以容纳着区段24的肋24A-24D。在另一可选实施方式中，区段24具有圆形并且该圆形区段24插入相应形状的连接件内。
如图2、4和5所示，轴12在其开口端20容纳连接件16。这些图还示出连接件16容纳轴24的肋24A-24D。肋24A-24D的长度与臂16A-16D的长度基本上相同。肋24A-24D的形状和长度与臂16A-16D的形状和长度的基本上匹配，有助于使从轴12传递到轴14的转矩量最大化。肋24A-24D还可以粘结在臂16A-16D的内部。在示例性实施方式中，粘结可以是采用硅酮的化学粘结。在可选实施方式中，可以采用具有与硅酮类似属性的材料实现粘结。肋24A-24D与臂16A-16D之间的粘结还有助于使从轴12传递到轴14的转矩量最大化。参照图4，在示例性实施方式中，在轴12的端部12F与轴14的端部14F之间可以存在较小间距，以防在第一金属轴12与第二金属轴14之间产生电弧。当所有三个连接件连接在一起时，轴12通过连接件区段16连接在轴14上。因此，两个金属轴12和14通过连接件16相互连接。
连接件16可以在两个金属轴12和14之间提供大致的电绝缘，由此使驱动轴大致电绝缘，并且大致最小化通过驱动轴传递到飞机燃料系统的电能量。
图3是根据本发明示例性实施方式的电机驱动的旋转致动器100的横截面图。图3表示包封着致动器输出轴组件的盖30以及可以被用于通过致动器输出轴组件从电机向阀传递转矩的其他构件。电机32位于盖30内。电子仪器34、开关36、变速箱38以及电磁干扰抑制电路板40也位于盖内。在示例性实施方式中，电机32可以是采用电刷的常规永久磁铁直流电机。在可选实施方式中，电机32可以是任何其他直流电机。电机32还可以是交流电机。
图3还表示致动器输出轴10，其包括第一金属轴12、第二金属轴14、非金属的电绝缘连接件16以及容置着致动器输出轴10的壳体31。变速箱38使通过电机32提供的输出转矩连通到第一金属轴12。电子仪器34可以控制电机32的动作，且开关36向电子仪器34提供反馈。更具体地，电子仪器示出致动器输出轴是否处于其旋转行程两端中的一端。这样，电子仪器34示出连接阀(未示出)是否打开或关闭。
具有花键的输出区段14连接在驱动轴44上，所述驱动轴44具有使转矩可以从致动器输出轴10被传递到驱动轴44的相应齿轮。驱动轴44的另一端连接在油箱(未示出)中的燃料阀(未示出)上。因此，输出轴10将转矩从电机32传递到驱动轴44，其中所述驱动轴44可以打开和关闭油箱内的燃料阀。在可选实施方式中，驱动轴44可以连接在一个或多个油箱中的多个燃料阀上，以打开和关闭燃料阀中的一个或多个。
安装板46安装在油箱的外壁上，以使致动器100与油箱相连。在可选实施方式中，安装板46安装在油箱的内壁上。无论安装板46安装在哪里，驱动轴44都由航空燃料弄湿，并且致动器输出轴组件的其余部分暴露在较宽范围的周围温度和压力下。本发明大致隔离了通过驱动轴44从壳体向飞机燃料系统可能传递的电能。
图6是绝缘致动器输出轴的可选实施方式的半透视图，示出第一金属轴12、第二金属轴14以及非金属的绝缘连接件区段60。图7是根据本发明可选实施方式的致动器输出轴的侧视图。附图标记13表示围绕第一金属轴12外部的圆周区域，示出了O形环13的大致位置。O形环13大致位于第一金属区段12两端中间。在图6所示的实施方式中，金属轴12比示例性实施方式中的金属轴12的长度更短。另外，连接件60的长度可以大于第一金属轴的长度的一半。例如，在可选实施方式中，第一金属轴12的长度大约是24mm并且连接件60的长度大约是9mm。在示例性实施方式中，连接件区段60的长度与金属轴12的长度的比例是8比3。该比例可以提高以增大与金属轴12的内部相接触的连接件表面面积量，由此更好地传递转矩。如果需要更小的转矩传递或为了降低成本，可以减小所述比例。在可选实施方式中，所述比例是4比1，或者是形成两个轴的连接以传递所需转矩的大致任何其他比例。
非金属连接件60包括两个区段。第一区段包括环形部分62和第二部分64。第二部分64基本上与环形部分垂直地向开口18延伸，且基本上平行于轴12的纵向轴线延伸。参照图6和7，环形部分62的直径66大于第二部分64的直径68。在可选实施方式中，两个直径可以基本上相同。环形部分62的一部分可以纵向延伸超过第一金属轴12的第二开口20，并且足够厚以接触轴14的第一区段22的端部22A。当环形部分62接触第二金属轴14时，在两个金属轴之间提供电绝缘。
在可选实施方式中，金属轴12的内部、第二金属轴14的区段22以及第二区段24的肋24A-D具有与示例性实施方式的相应部分基本上相同的形状。
尽管参照具体实施方式示出和描述了本发明，但本发明并不是局限于所示的细节。相反，在权利要求的范围和等效范围内并且在不脱离本发明的前提下可以对细节做出多种变化。
尽管在此示出了描述了本发明的优选实施方式，但将会认识到仅仅是通过举例的方式提出了这些实施方式。本领域技术人员在不脱离本发明精神的前提下可以做出改变和替换。因此，意图是附加权利要求覆盖落入本发明精神和范围内的所有的这些变化。

Claims (29)

1.一种使用在燃料系统中的阀致动器，所述阀致动器具有适于连接在电机上的第一金属区段、适于连接在阀上的第二金属区段、以及连接在第一和第二金属区段上以从第一金属区段向第二金属区段传递转矩的非金属区段。
2.如权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，第二金属区段布置在非金属区段内。
3.如权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，第二金属区段包括布置在非金属区段内的至少一个肋。
4.如权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，非金属区段包括环形部分和从环形部分基本上垂直延伸的第二部分。
5.如权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，非金属区段装配在第一和第二金属区段上。
6.如权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，非金属区段粘结在第一和第二金属区段上。
7.如权利要求4所述的阀致动器，其特征在于，非金属区段是布置在第一和第二金属区段之间的电绝缘体。
8.如权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，所述阀布置在燃料容器内。
9.如权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，还包括连接在阀上的驱动轴，其中第二金属区段通过驱动轴连接在阀上。
10.如权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，还包括连接在多个阀上的驱动轴，其中第二金属区段通过驱动轴连接在多个阀上。
11.如权利要求9所述的阀致动器，其特征在于，还包括在第二金属区段和驱动轴的其中一个上的花键，以及在第二金属区段和驱动轴的其中另一个上的键槽，用于使得第二金属区段与驱动轴相匹配。
12.如权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，非金属区段具有一个开口，用于容纳第二金属区段的互补形状部分。
13.一种用于燃料系统中的阀致动器，所述阀致动器具有输出轴，该输出轴包括：
具有开口端的第一金属轴；
形成有驱动构造的第二金属轴；以及
布置在第一和第二金属轴之间的电绝缘连接件，
其中，第一金属轴的开口端容纳着绝缘连接件，所述绝缘连接件的一端靠近第一金属轴的开口端，所述绝缘连接件被构造成防止第二金属轴相对于绝缘连接件旋转。
14.如权利要求13所述的阀致动器，其特征在于，绝缘连接件包括环形部分和基本上平行于第一金属轴纵向轴线延伸的第二部分中的至少一个。
15.如权利要求14所述的阀致动器，其特征在于，第二金属区段布置在绝缘连接件内。
16.如权利要求14所述的阀致动器，其特征在于，第二金属区段包括布置在绝缘连接件内的至少一个肋。
17.如权利要求14所述的阀致动器，其特征在于，绝缘连接件装配在第一和第二金属区段上。
18.如权利要求14所述的阀致动器，其特征在于，绝缘连接件粘结在第一和第二金属区段上。
19.如权利要求13所述的阀致动器，其特征在于，绝缘连接件的第二端布置在第一金属轴内。
20.如权利要求13所述的阀致动器，其特征在于，绝缘连接件的端面具有形成于其中的开口，所述开口容纳着第二金属轴的互补形状端部，所述开口和端部被构造成防止在绝缘连接件与第二金属轴之间产生旋转。
21.如权利要求13所述的阀致动器，其特征在于，绝缘连接件粘结在第一和第二金属轴上。
22.如权利要求13所述的阀致动器，其特征在于，第二金属轴适于连接在燃料容器内的阀上。
23.如权利要求22所述的阀致动器，其特征在于，还包括连接在阀上的驱动轴，其中第二金属区段通过驱动轴连接在阀上。
24.如权利要求22所述的阀致动器，其特征在于，还包括连接在多个阀上的驱动轴，其中第二金属区段通过驱动轴连接在多个阀上。
25.一种用于操作布置在油箱内的燃料阀的系统，所述系统包括：
电机；
布置在油箱中的燃料阀；
将电机连接在燃料阀上的致动器组件，所述致动器组件包括：
连接在电机上的第一金属区段；
连接在燃料阀上的驱动轴；
连接在驱动轴上的第二金属区段；
连接在第一和第二金属区段上的电绝缘区段，其适于将转矩从电机传递到驱动轴。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，第一金属区段具有容纳电绝缘区段的开口端。
27.如权利要求26所述的系统，其特征在于，绝缘连接件被构造成防止第二金属轴相对于绝缘连接件旋转。
28.如权利要求25所述的系统，其特征在于，非金属区段粘结在第一和第二金属区段上。
29.如权利要求25所述的系统，其特征在于，还包括在第二金属区段和驱动轴的其中一个上的花键以及在第二金属区段和驱动轴的其中另一个上的键槽，用于使第二金属区段与驱动轴相匹配。
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