CN102575695B - 单动式旋转式致动器 - Google Patents

Abstract

一种旋转式致动器(100)包括一个外壳(102)，一个轴(104)，至少一个活塞(106)和至少一个密身盘簧。该外壳限定了一个腔。该轴(104)被置于该外壳的该腔内，并被适配于在第一位置和第二位置之间旋转移位。该至少一个活塞(106)在该外壳的该腔内被支撑，并与该轴操作地耦接。该活塞被适配于进行与该轴的旋转移位相关的滑动移位。该至少一个密身盘簧(108)被置于该外壳的该腔内，与该轴(104)操作地耦接。被这样配置，该密身盘簧偏置该轴和至少一个活塞至预定关系。

Description

单动式旋转式致动器

技术领域

本发明一般涉及旋转式致动器，更特别地，涉及单动式，例如故障打开或故障闭合旋转式致动器。

背景技术

传统的旋转式致动器能够包括齿轮齿条致动器和止转轭致动器。一般，这些类型的旋转式致动器包括一个控制组件，该控制组件在例如一个气动补给线的压强下能够被移位。在一些齿轮齿条致动器和止转轭致动器中，该控制组件包括一副相对的活塞，该副活塞操作地连接到一个可旋转的轴。当该副活塞朝对方移动时，该轴旋以第一方向旋转。当该副活塞离开对方移动时，该轴旋转以与第一方向相反的第二方向旋转。

通常，这样传统的旋转式致动器的控制组件通过一个或更多的气动输入被控制，并能够被归类为单动式或双动式。双动式致动器包括两个气动输入，第一个用于移动该活塞以旋转该轴到第一位置，第二个用于移动该活塞以旋转该轴到第二位置。单动式致动器只包括一个气动输入，用于移动该活塞以旋转该轴到第一或第二位置。为了以另一个方向移动该轴，单动式致动器包括一个例如弹簧的偏置机制，比如以偏置该活塞，以及因此偏置该轴到期望位置。

通常，单动式齿轮齿条致动器和止转轭致动器被装配有一个或多个的卷绕弹簧，以实现期望的偏置。例如，图1描绘了一个传统的单动式齿轮齿条致动器10。该致动器10通常包括一个外壳12，一副相对的活塞14a、14b，一个可旋转轴16和多个卷绕弹簧18a-18d。该弹簧18a-18d被置于活塞14a，14b之间，并相对于该外壳12的端板12a，12b，以偏置该活塞14a，14b朝着对方。为了移动该活塞14a，14b彼此离开，该外壳12限定了一个气动入口20。供给例如一定压缩空气到该气动入口20，能够移动该活塞14a，14b分离且至所描绘的位置，从而以相对于图1示出的致动器10的方位逆时针方向旋转该轴16。去掉该气动入口20的压缩空气供给，允许弹簧18a-18d偏置该活塞14a，14b朝着对方，从而以相对于图1示出的致动器10的方位顺时针方向旋转该轴16。

图1描绘的配置的一个缺点是，弹簧18a-18d通过活塞14a，14b施加于该轴16的力矩的大小由该弹簧18a-18d实际压缩所决定。即，该弹簧18a-18d被压缩地越多，它们产生并施加于活塞14a，14b的力就越大，这转而导致更大的力矩施加于该轴16。因此，在致动器10的行程中，该弹簧18a-18d产生的力矩大小不是恒定的，这样会导致操作低效。

由于弹簧18a-18d被置于外壳12内在活塞14a，14b和端板12a，12b之间的、被称作弹簧腔的部分中，导致了图1描绘的该致动器10的另一个缺点。该弹簧腔通过封闭活塞14a，14b和外壳12之间的密封结合，而被封闭离开活塞14a，14b之间的腔体。因此，当活塞14a，14b在打开和闭合状态来回时，工厂空气或大气通过端板12a，12b上的开口(未示出)被吸入或排出该弹簧腔。把工厂空气或大气吸入该弹簧腔的一个问题是，工厂空气或大体含有水气和其他成分，它们会腐蚀弹簧18a-18d并可能减少其有用寿命。

所描绘配置的另一个缺点是，该配置要求为每个活塞14a，14b至少装配一个弹簧18a-18d在该外壳12内。弹簧18a-18d必须被分别装配进位于活塞14a，14b和端板12a，12b之间的弹簧腔内。而且，例如为了调整致动器10以包括提供不同负载的不同弹簧18a-18d，端板12a，12b必须从外壳12移除并且新弹簧必须被安装。这样的装配和替换过程能够是耗时而复杂的。

发明内容

本发明的一方面提供了一种旋转式致动器，包括一个外壳，一个轴，至少一个活塞和至少一个密身盘簧。该外壳限定了一个腔。该轴被置于该外壳的该腔内，并被适配于在第一位置和第二位置之间旋转移位。至少一个活塞，在该外壳的该腔内被支撑，并与该轴操作地耦接。该活塞被适配于进行与该轴的旋转移位相关的滑动移位。至少一个密身盘簧被置于该外壳的该腔内，与该轴操作地耦接。被这样配置，该密身盘簧偏置该轴和至少一个活塞至预定关系。

在一个实施例中，该密身盘簧包括固定于该轴的第一端和固定于该外壳的第二端。

在一个实施例中，该密身盘簧的该第一端包括以一个角度延伸至该密身盘簧的最深处卷绕的一个舌部，该舌部被置于一个由该轴限定的径向缝隙内。

在一个实施例中，该旋转式致动器进一步包括一个由该外壳支撑的螺纹紧固件，与该密身盘簧的该第二端操作地耦接，这样，该螺纹紧固件的相对于该外壳的旋转调整了该密身盘簧的力。

在一个实施例中，该至少一个活塞包括置于该轴的相对两侧的第一活塞和第二活塞，第一和第二活塞在当该轴位于第一位置时的一个闭合状态和当该轴位于第二位置时的一个打开状态之间滑动，其中，在该闭合状态时，该活塞被间隔开第一距离，在该打开位置时，该活塞被间隔大于第一距离的第二距离。

在一个实施例中，该至少一个密身盘簧包括置于该外壳内的第一密身盘簧和第二密身盘簧，操作地耦接于该轴。

在一个实施例中，该旋转式致动器进一步包括一个由该外壳限定并与包含该密身盘簧的该腔流体互通的入口，该入口被适配于接收加压空气供应，以相对于该外壳移动该至少一个活塞和该轴。

在一个实施例中，该至少一个密身盘簧包括至少一个恒力表簧。

本发明的另一方面提供了一种旋转式致动器，包括一个外壳，一个轴，至少一个活塞和一个偏置机制。该外壳限定了一个腔。该轴被置于该腔内，被适配于相对于该外壳、在第一位置和第二位置之间旋转移位。该至少一个活塞被置于该腔内，与该轴操作地耦接。当该轴在该第一和第二位置之间旋转时，该活塞相对于该轴移动。该偏置机制耦接在该轴和该外壳之间，并在该轴在第一位置时的第一状态和该轴在第二位置时的第二状态之间移动。该偏置机制当占据第一状态时对该轴施加第一力，当占据第二状态时对该轴施加第二力，该第二力与该第一力在量值上相等。

在一个实施例中，该轴的该第一位置从该轴的该第二位置移开至少45度。

在一个实施例中，该轴的该第一位置从该轴的该第二位置移开90度。

在一个实施例中，该轴的该第一位置从该轴的该第二位置移开180度。

在一个实施例中，该偏置机制包括一个表簧。

在一个实施例中，该表簧包括固定于该轴的第一端和固定于该外壳的第二端。

在一个实施例中，该表簧的该第一端包括以一个角度延伸至该表簧最深处卷绕的一个舌部。该舌部被置于一个由该轴限定的径向缝隙内。

在一个实施例中，该旋转式致动器进一步包括一个由该外壳支撑的螺纹紧固件，与该表簧的第二端操作地耦接，这样，该螺纹紧固件的、相对于该外壳的旋转调整了该表簧的力。

在一个实施例中，该至少一个活塞包括置于该轴相对两侧的第一活塞和第二活塞，第一和第二活塞在当该轴位于第一位置时的一个闭合状态和当该轴位于第二位置时的一个打开状态之间滑动，其中，在该闭合状态时，该活塞被间隔开第一距离，在该打开位置时，该活塞被间隔大于第一距离的第二距离。

在一个实施例中，该偏置机械装置包括被置于该外壳内的第一表簧和第二表簧，操作地耦接于该轴。

在一个实施例中，该旋转式致动器进一步包括一个由该外壳限定并与包含该偏置机制的该腔流体互通的入口，该入口被适配于接收加压空气供应，用于相对于该外壳移动该至少一个活塞和该轴。

本发明的另一方面提供了一种旋转式致动器，包括一个外壳，一个轴，第一和第二活塞和至少一个表簧。该外壳限定了一个腔。该轴被支撑于该外壳的该腔内，用于在第一位置和第二位置之间旋转移位，该第二位置从该第一位置移开大约90度和大约180度中的一个角度。该第一和第二活塞被置于该腔内，与该轴操作地耦接。第一和第二活塞在当该轴位于第一位置时的一个闭合状态和当该轴位于第二位置时的一个打开状态之间滑动，其中，在该闭合状态时，该活塞被间隔开第一距离，在该打开位置时，该活塞被间隔大于第一距离的第二距离。该至少一个表簧被置于该腔内，偏置该轴于该第一和第二位置中的一个。该表簧包括固定于该轴的第一端和固定于该外壳的第二端，这样，在该轴在第一和第二位置之间移位中，该表簧施加一个恒定的力矩给该轴。

在一个实施例中，该表簧的该第一端包括以一个角度延伸至该表簧最深处卷绕的一个舌部，该舌部被置于一个由该轴限定的径向缝隙内。

在一个实施例中，该旋转式致动器进一步包括一个由该外壳支撑的螺纹紧固件，与该表簧的该第二端操作地耦接，这样，该螺纹紧固件的、相对于与该外壳的旋转调整了该表簧的力。

一个实施例包括被置于该外壳的该腔内的第一和第二表簧，偏置该轴于该第一和第二位置中的一个。

在一个实施例中，该旋转式致动器进一步包括一个由该外壳限定并与包含该表簧的该腔流体互通的入口，该入口被适配于接收加压空气供应，用于移动该第一和第二活塞进入该第一和第二状态中的一个。

附图说明

图1为一个传统的单动式齿轮齿条致动器的横断面俯视图。

图2A和2B为根据本发明教导而构建的、一个单动式齿轮齿条致动器分别在打开状态和闭合状态的横断面俯视图。

图3为图2A和2B所示的一个单动式齿轮齿条致动器的第一实施例的、通过图2A的III-III线所截取的横断面侧视图。

图3A为图3所示的该单动式齿轮齿条致动器的一个轴和偏置机制的、通过图3的IIIA-IIIA线所截取的部分横断面图。

图4为图2A和2B所示的该单动式齿轮齿条致动器的第二实施例的、通过图2A的IV-IV线所截取的横断面图。

图5A和5B为根据本发明教导而构建的一个单动式齿轮齿条致动器分别在打开状态和闭合状态的横断面俯视图。

图6为图5A和5B所示的该单动式止转轭致动器的第一实施例的、通过图5A的VI-VI线所截取的横断面侧视图。

图7为图5A和5B所示的该单动式止转轭致动器的第二实施例的、通过图5AVII-VII线所截取的横断面侧视图。

具体实施方式

虽然下文详尽地解释了许多不同的实施例，应该理解的是本发明的法律范围是由专利最后列出的权利要求所定义的。具体实施方式应该被理解为只是一个或多个的例子，而不是描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使不是不可能，也是不现实的。许多替代的实施例能够利用现有技术或在本发明申请日期后开发的技术所实施，这些实施例仍就在权利要求的范围之内。

还应该理解的是，除非在本发明中用句型“如用在这里，术语“_____”特此被定义为意思是...”或类似的句型来明确地定义一个术语，否则，没有意于去明显地或暗示地限制该术语的含义，超出其字面或普通含义，这样的术语不应该被解释为限制在根据本发明的任何部分所做的任何声明(不同于该权利要求的语言)的范围内。对于本发明后面的权利要求所引用的任何术语在本发明中指的是一个单独的含义，这样做只是为了清楚起见，使读者不困惑，而不是意于该权利要求项通过暗示或其他方式被限制为该单独的含义。最后，除非一个权利要求的元素通过引用词“装置”和功能而不带有明显或内在的结构引用，否则任何权利要求元素的范围不意在基于应用35U.S.C&112，第六款被解释。

回到附图，图2A和2B描绘了根据本发明的原理构建的一个单动式齿轮齿条致动器100(在下文中称做“致动器100”)。通常，该致动器100包括一个外壳102，一个轴104，第一和第二活塞106a，106b，和一个偏置机制108。该偏置机制108在图2A和2B中示意地示出，下面将会更加详细描述。

该外壳102包括一个中央圆柱部分110，与第一和第二端板112a，112b。第一和第二端板112a，112b分别被固定在该中央圆柱部分110相对的第一和第二端110a，110b，这样该外壳102限定了一个腔114。

如图3和4所示，例如，所示出的实施例的轴104被描述为一个小齿轮，具有多个在周边附近一定间隔开的、沿着该轴104的纵向方向延伸的外部齿轮齿120。该轴104被支撑于该外壳102的该腔114内，并被适配于在图2A所示第一位置和图2B所示第二位置之间旋转移位。在一个实施例中，该轴104的第一和第二位置相隔约45度。例如，在一个实施例中，为了传统的蝶型阀应用，该轴104的第一和第二位置相隔约九十度(90°)。在另一个实施例中，为了三通阀配置，该第一和第二位置相隔约一百八十度(180°)。

如图3和4所示，该外壳102的中央圆柱部分110包括顶孔和底孔116a，116b，分别旋转地接纳该轴104的顶轴部分和底轴部分118a，118b。即，该顶轴部分和底轴部分118a，118b被分别旋转地置于顶孔和底孔116a，116b内。在一些实施例中，该致动器100包括一个或多个密封件，例如，分别在该顶轴部分和底轴部分118a，118b和该顶孔和底孔116a，116b之间提供空气密闭的密封。

回到图2A和2B，该致动器100的第一和第二活塞106a，106b也都被置于该外壳102的该腔114内，与该轴104通过多个外部齿轮齿120操作地耦接。该第一活塞106a被置于邻近该外壳102的中央圆柱部分110的第一端110a，而该第二活塞106b被置于邻近该外壳102的中央圆柱部分110的第二端110b。

正如所示，每个活塞106a，106b包括一个主体部分122a，122b和一个臂状部分124a，124b。该主体部分122a，122b通常包括一个碟状构件，其边缘能够被置于与该外壳102中央圆柱部分110的一个或多个内壁密封地耦接。在一些实施例中，为了使能该致动器100的气动操作，该致动器100包括一个密封件99，其被置于每个主体部分122a，122b和该外壳102中央圆柱部分110之间，以提供一个流体密闭的密封，这将会在后面描述。该主体部分122a，122b的形状类似由该外壳102中央圆柱部分110所限定的该腔114的横断面，它可以是圆形，方形，矩形，三角形或通常任何其他常规或非常规几何形状。正如所描绘的，该活塞106a，106b的臂状部分124a，124b从各自的主体部分122a，122b朝着该轴104延伸且超越该轴，并包括被置于与该轴104的多个齿120啮合的齿条部分126a，126b。

操作中，该第一和第二活塞106a，106b被适配于：与该轴104在第一和第二位置的旋转移位相关地，在一个图2A所示的打开状态和一个图2B所示的闭合状态之间滑动。在该打开状态时，该活塞106a，106b被间隔开第一距离，在该闭合状态时，该活塞106a，106b被间隔小于第一距离的第二距离。该致动器100的本实施例包括第一和第二行程限制构件105a，105b，如图2A和2B所示，用于限制该活塞106a，106b在该外壳102的腔114内移动，和限定该活塞106a，106b在打开和闭合状态之间的间隔。

在本公开的实施例中，第一和第二行程限制构件105a，105b能够分别包括延伸至该外壳102内的第一和第二闩111a，111b。更特别地，该闩111a，111b被置于穿过形成于该外壳102的第二端板112b上的相应的孔107a，107b。该第一闩111a的长度足够延伸通过形成于该第二活塞106b主体部分122b的一个孔109a。在一个实施例中，该孔109a和该第一闩111a中的任一个或两者都包括一个密封件97(如图2A和2B所示)，其在该第一闩111a和该第二活塞106b的主体部分122b之间提供一个滑动的、流体密闭的密封。该第一闩111a进一步包括一个被置于该外壳102的该腔114内的端113a。该第二闩111b包括被置于该第二活塞106a和该第二端板112b之间空隙中的端113b。如此被配置，该闩111a，111b的该端113a，113b运作以限制该活塞106a，106b在该打开和闭合状态之间移位。

例如，如图2A所描绘，当该活塞106a，106b占据该打开状态时，该第二闩111b的该端113b被该第二活塞106b的主体部分122b邻接。因此，该第二闩111b阻止该第二活塞106b越过该梢113b而朝着该第二端板112b移位。通过限制该第二活塞106b移位，第二闩111b也限制了该第一活塞106a移位，这是因为该第一和第二活塞106a，106b是通过该轴104彼此操作地耦接。

如图2B所描绘，与该第二闩111b相反，当该活塞106a，106b占据该闭合状态时，该第一闩111a的该端113a被该第一活塞106a的臂状部分124a邻接。因此，该第一闩111a阻止该第一活塞106b越过该梢113a而朝着该第二端板112b移位。通过限制该第一活塞106a移位，第一闩111a也限制了该第二活塞106b移位，这是因为该第一和第二活塞106a，106b是通过该轴104彼此操作地耦接。

本公开的实施例中的该闩111a，111b能够从该致动器100移除，这样就能够使用不同长度的不同闩。这样，该行程限制构件105a，105b优选地使该致动器100的行程被轻易地调整，而不需要其部件的完全分解。

本公开的实施例中的该偏置机制108与该轴104和该活塞106a，106b一起被置于该外壳102的该腔114内，并操作地耦接该轴104。这样布置，该偏置机制108偏置该轴104与该第一和第二活塞106a，106b进入一个预定关系。例如，在公开的实施例中，如图2B所示，该偏置机制108能够偏置该轴104进入该第二位置，因此偏置该第一和第二活塞106a，106b在一起而进入该闭合状态。但是，在另一个实施例中，如图2A所示，该偏置机制108可以偏置该轴104进入该第一位置，因此偏置该第一和第二活塞106a，106b分开而进入该打开状态。

该偏置机制108能够包括至少一个密身盘簧或螺旋弹簧。例如，一个密身盘簧或螺旋弹簧是一种通过其被压缩或未压缩的至少某种程度传递大体上同样幅度的力的弹簧。在一个例子中，一个密身盘簧或螺旋弹簧通过其被压缩或未压缩的程度传递大体上同样幅度的力。在另一个例子中，一个密身盘簧或螺旋弹簧通过其被压缩或未压缩的程度传递一个变化幅度的力，例如增加和/或减少。可以使用这样的变力弹簧，例如，用于克服在旋转阀的密封闭合或接合处的摩擦力。

本应用的一个实施例中，如图3A所示，该密身盘簧或螺旋弹簧包括一个表簧128。未在图3A示出，该表簧128被置于一个壳体或其他外壳内，以防该表簧128的卷绕沿着该轴104的轴线移动。一个示例的表簧能够包括恒力表簧，该表簧在移动范围和后面将会描述的本公开的致动器100的行程中，提供大体上同量力矩。另一个示例的表簧能够包括变力表簧，该表簧在移动范围内提供变化的，增加的和/或减少的力矩量。在一个实施例中，该表簧128能被构建成不锈钢或类似高伸展性金属的一个平带，这商业地可从美国宾夕法尼亚州的Vulcan Spring&Mfg.Co.ofTelford公司获得。另一个实施例中，该表簧128包括一个NEG’ATOR表簧，这商业地可从美国宾夕法尼亚州的Ametek Inc.ofPaoli公司获得。

如图3A所示，该致动器100的公开实施例中的该表簧128包括耦接于该轴104的第一端129和耦接于该外壳102的第二端131。更特别地，该第一端129包括相对于该表簧128最深处卷绕呈一个角度被放置的一个舌部130。该舌部130被置于一个形成于该轴104的径向缝隙132内。该表簧128的第二端131通过一个调节器机制134被耦接到该外壳102。该调节器机制134用于调节该表簧128的力或负载。在该描述的实施例中，该调节器机制134包括一个调节器块136和一个螺纹紧固件138。该调节器块136由一个如螺钉的紧固件140被连接到该表簧128的第二端131，并限定了一个内部螺纹孔142。该内部螺纹孔142接纳该螺纹紧固件138，该螺纹紧固件138从此延伸并穿过该外壳102的中央圆柱部分110的一个开口144。

这样被配置，该螺纹紧固件138能够通过它的头部138a以顺时针方向被旋转，以朝向该外壳102拖动该调节器块136，这转而朝向该外壳102拖动该表簧128的第二端131并拉紧该表簧128的卷绕，以增加施加到该轴104的负载偏置。类似地，该螺纹紧固件138能够通过该头部138a以逆时针方向被旋转，以拖动该调节器块136远离该外壳102，这转而拖动该表簧128的第二端131远离该外壳102，并放松该表簧128的卷绕以减少施加到该轴104的负载偏置。这样被配置，该调节器机制134提供一种简单的装置来调节该偏置机制108产生的力，而不需要该致动器100的该外壳102被打开。当然，一个技术人员可以如所述地手工或利用如扳手等工具简单地调节该螺纹紧固件138。在一个实施例中，该螺纹紧固件138可以进一步被装配有一个指针或其他指示器，它例如从该头部138a径向地延伸，或被印制在其上，或与其邻近，并且，该致动器100的该外壳102能够包括在该开口44周边地间隔开的刻度标记。该刻度标记可预见地具有与此相关的预定力。这样，一个技术人员能够通过简单地转动该螺纹紧固件138的该头部138a，使该指针或其他指示器和与期望力相关的刻度标记对齐，来轻易调节该偏置机制108的力。

回到图3，该单动式齿轮齿条致动器100一个实施例的侧视图被示出，其中该偏置机制108包括耦接到该轴104的第一和第二表簧128a，128b，被多个外部齿轮齿120间隔开。第一表簧128a被置于邻近该轴顶部118a的该轴104上，第二表簧128b被置于邻近该轴底部118b的该轴104上。虽然没有描绘，该第一和第二表簧128a，128b各通过一个独立的调节器机制134在该轴104和该致动器100的该外壳102之间耦接，该调节器机制134相似于以上参照图3A所描述的调节器机制134。这样，该第一和第二表簧128a，128b产生的力矩可以被独立地调节。

图3所描绘的实施例中，该活塞106a，106b的臂124a，124b被确定大小且被配置以配合在第一和第二表簧128a，128b之间。这样配置，该活塞106a，106b可以在该打开状态(图2A)和闭合状态(图2B)之间移动而不妨碍该表簧128a，128b的操作。

例如，如图2A，2B和3所描绘，在该致动器100操作中，该第一和第二表簧128a，128b固有地偏置该轴104进入图2b所示的该第二位置。当该轴104占据该第二位置时，该第一和第二表簧128a，128b占据第一状态并施加第一力如力矩到该轴104。该弹簧128a，128b的该第一状态包括一个收缩状态，它也可被称作一个压缩状态。因为在该轴104的该齿轮齿120与该活塞106a，106b的臂状部分124a，124b的齿条部分126a，126b恒定啮合，该表簧128a，128b因此也偏置该活塞106a，106b到该闭合状态，如图2B所示。为了移动该活塞106a，106b到该打开状态并因此旋转该轴104到如图2A所示的该第一位置，如补给空气等压缩气体能够通过在该外壳102的中央圆柱部分110的一个入口146被输送到该腔114(如图2A和2B所示)。

虽然该活塞106a，106b的该打开状态被描述为如图2A包括一个状态，在该状态中该第二活塞106b的该主体部分122b接合该第二行程限制构件105b的该端113b，但是该第二活塞106b和因此该第一活塞106a的、在该打开状态的实际位置能够替代地是在图2B所示的位置和图2A所示的位置之间的任一位置。例如，在这样一个实施例中，该实际位置是根据提供到该入口146的供给空气压强的幅度。

例如，在图2A所描绘的该活塞106a，106b的状态，供给空气的压强幅度足以克服该偏置机制108的力，这样该第二活塞106b被最大程度地移位而与该第二行程限制构件105b接合。在这种配置下，供给空气施加于该第一和第二活塞106a，106b的力大于该偏置机制108施加于该第一和第二活塞106a，106b的力。

然而，在该致动器100的操作中，可预见的是，供给空气施加于该第一和第二活塞106a，106b的力是可变的并基于从该系统其他方面收到的某个信号。因此，在任一给定的时刻，供给空气施加于该第一和第二活塞106a，106b的力实际上小于该偏置机制108施加的力。在这样的配置下，该活塞106a，106b的该打开状态和该轴的该第二位置能够基于，例如成比例于提供到该入口146的供给空气的压强幅度。相应地，该活塞106a，106b的该打开状态由占据了在图2B和图2A描绘状态之间的通常任一状态的该活塞106a，106b所限定。类似地，该轴104的该第二位置能够占据在图2B和图2A描绘位置之间的通常任一位置。

当该轴104占据该第一位置时，该表簧128a，128b占据第二状态并施加第二力如力矩给该轴104。该表簧128a，128b的该第二状态包括一个延伸状态，也可称作一个扩展状态。因为本公开实施例中的该表簧128a，128b产生一个大体上持久幅度的力而不论它们所占据的曲折状态，所以当该表簧128a，128b占据该第一状态时，施加于该轴104的第一力大体上等同于该表簧128a，128b占据该第二状态时，施加于该轴104的第二力。而且，该表簧128a，128b对处于该第一和第二位置之间的每个和任一位置上的该轴104施加一个通常恒定的力。为了使该轴104返回到该第二位置及该活塞106a，106b到该闭合状态，能够停止压缩空气的供给，从而允许该表簧128a，128b推动该轴104回到如图2B所示的位置。

虽然目前为止该致动器100的该偏置机制108被描述作为偏置该轴104到如图2B所示的该第二位置，但是，其也可被安排偏置该轴104到如图2A所示的该第一位置，如上所述。为了便于这样的安排，该轴104和该偏置机制108能够在该壳102内仅仅被转动，这样该轴顶部118a就可以旋转地置于该外壳102的底部孔116b内，该轴底部118b就可以旋转地置于该外壳102的顶部孔116b内。这样配置后，该偏置机制108能够偏置该轴104到该第一位置及该活塞106a，106b到该打开状态，如图2A所示。为了移动该活塞106a，106b到该闭合状态，并从而旋转该轴104到如图2B所示的该第二位置，如供给空气等压缩气体通过该外壳102中央圆柱部分110的第二个入口346被输送进该外壳102。为了到达该第二入口346，该致动器100的一个实施例要求用户除去被置于那里的一个塞子301。但是，该塞子301是一个可选的特征而不是必须的。该第二个入口346与该外壳102的、被置于该活塞106a，106b的至少一个和邻近端板112a，112b之间一部分是流体互通的。这样配置后，通过该第二个入口346传送的压缩气体能够向该活塞106a，106b的至少一个的该主体部分122a，122b施加一个力，因此迫使该活塞106a，106b克服该偏置机制108的力而朝向彼此移动。与以上描述类似，耗尽该压缩气体的供给允许该偏置机制108推动该活塞106a，106b和该轴104分别回到该打开状态和第二位置。

进一步，虽然如图3所示的致动器100包括该第一和第二表簧128a，128b，但是替代的实施例能够包括通常任何数量的表簧128。例如，图4所示一个替代的致动器100从结构和功能上与图3所示的致动器100一样，除了表簧128的数量和该第一和第二活塞106a，106b的形状和配置。

特别地，图4所示的致动器100包括被安装在该轴104大体上居中位置的单个表簧128，安装方式能够与以上参照图3A所述的一样。为了容纳位于中心位置的该表簧128，如图4所示，该致动器100的每个该活塞106a，106b的臂状部分124a，124b被分叉并包括一个顶臂125a和一个底臂125b。当该活塞106a，106b在该打开和闭合状态之间移动时，每个臂状部分124a，124b的该顶臂125a和底臂125b间隔开足够大以不阻碍该表簧128。而且，每个臂状部分124a，124b的该顶臂125a和底臂125b包括一个齿条部分126与该轴104的外部齿轮齿120持续啮合，以便该致动器104的操作，如上面所讨论。

虽然本发明目前为止已讨论了齿轮齿条致动器100，但本发明不必被限制于齿轮齿条致动器。例如，图5A和5B描绘了一个致动器200的替代实施例，它根据本发明的原理构建，包括一个止转轭致动器200(以下称作“致动器200”)。该致动器200包括一个外壳202，一个轴204，第一和第二活塞206a，206b和一个偏置机制208。该偏置机制208在图5A和5B中示意地示出，但通常能够包括以上根据在图2-4描述的致动器100所描述的任何偏置机制108。

通常，该致动器200的该外壳202与以上描述该致动器100的该外壳102一样，一样之处在于该外壳202包括一个中央圆柱部分210与第一和第二端板212a，212b。第一和第二端板212a，212b分别被固定在该中央圆柱部分210相对的第一和第二端210a，210b，这样该外壳202限定了一个腔214。

所描绘的实施例的轴204包括至少一个轭板220，该轭板从轴径向延伸并限定了被相隔180度放置的一对径向缝隙221。包括至少一个轭板220的该轴204被支撑于该外壳202的该腔214内，并被适配于在图5A所示第一位置和图5B所示第二位置之间旋转移位。在一个实施例中，该轴204的第一和第二位置能够被相隔约45度。例如，如图5A和5B分别所示，该轴204的第一和第二位置相隔约90度，如在该轭板中的该径向缝隙221的不同位置所指示。

如图6所描绘，例如，该致动器200的该外壳202的中央圆柱部分210包括顶孔和底孔216a，216b，分别旋转地接纳该轴204的顶轴和底轴部分218a，218b。即，该顶轴和底轴部分218a，218b被分别旋转地置于顶孔和底孔216a，216b内。在一些实施例中，该致动器200包括一个或多个密封件，例如，分别在该顶轴和底轴部分218a，218b和该顶孔和底孔216a，216b之间提供一个空气密闭的密封。

回到图5A和5B，该止转轭致动器200的第一和第二活塞206a，206b也都被置于该外壳202的该腔214内。该第一活塞206a被置于邻近该外壳202的中央圆柱部分210的第一端210a，而该第二活塞206b被置于邻近该外壳202的中央圆柱部分210的第二端210b。与该轴204在该第一和第二位置之间旋转移位相关联地，该第一和第二活塞206a，206b通过轭板220被操作地耦接到该轴204，以在如图5A所示的打开状态和如图5B所示的闭合状态之间滑动移位。在该打开状态时，该活塞206a，206b被间隔开第一距离，在该闭合状态时，该活塞206a，206b被间隔小于第一距离的第二距离。该致动器200包括一个或多个类似于如上参考图2A和2B所述的行程限制构件105a，105b的行程限制构件，用于限定该活塞106a，106b在打开和闭合状态之间的间隔。

正如所示，每个活塞206a，206b包括一个主体部分222a，222b和一个臂状部分224a，224b。该主体部分222a，222b通常包括一个碟状构件，其边缘被置于与该外壳202中央圆柱部分210的一个或多个内壁密封接合。在一些实施例中，为了使能该致动器200的气动操作，该致动器200包括一个密封件(未示出)，其被置于每个主体部分222a，222b和该外壳202中央圆柱部分210之间以提供一个流体密闭的密封，将会在后面描述。类似于上面参考图2-4所描述的该活塞206a，206b的该主体部分122a，122b，该主体部分222a，222b的形状类似于由该外壳202中央圆柱部分210限定的该腔214的横断面，可以是圆形，方形，矩形，三角形或通常任何其他常规或非常规几何形状。

正如所述，该活塞206a，206b的臂状部分224a，224b从各自的主体部分222a，222b朝该轴204延伸且超越该轴。该臂状部分224a，224b包括闩226a，226b，其分别被置于形成于该轴104的该轭板220中的该径向缝隙221内。

本公开实施例中的该偏置机制208与该轴204和该活塞206a，206b被置于该外壳202的该腔214内，并操作地耦接该轴204。这样布置，该偏置机制208偏置该轴204与该第一和第二活塞206a，206b进入一个预定关系，这与以上涉及图2-4所描述的该偏置机制108大体相同。例如，在本公开的实施例中，如图5B所示，该偏置机制208能够偏置该轴204进入该第二位置，从而偏置该第一和第二活塞206a，206b在一起而进入该闭合状态。然而，在另一个实施例中，如图5A所示，该偏置机制208偏置该轴204进入该第一位置，从而偏置该第一和第二活塞206a，206b分开而进入该打开状态。如上所提到，该偏置机制208与以上参考图2-4所描述的该偏置机制108在结构上和功能上相同，因此，它的细节不再重复。

现在回到图6，该单动式止转轭致动器200一个实施例的侧视图被示出，其中，该偏置机制208包括耦接到该轴204的第一和第二表簧228a，228b。第一表簧228a被置于邻近该轴顶部218a的该轴204上，第二表簧228b被置于邻近该轴底部218b的该轴204上。虽然没有描绘，该第一和第二表簧228a，228b各通过一个独立的调节器机制134被耦接在该轴204和该致动器200的该外壳202之间，该调节器机制134类似于以上参照图3A所描述的调节器机制134。这样，如图6所示的该单动式止转轭致动器200的该第一和第二表簧228a，228b产生的力矩可以被独立地调节。

在这个实施例中，该活塞206a，206b的臂状部分224a，224b被确定尺寸和被配置以容纳在第一和第二表簧228a，228b之间。而且，每个臂状部分224a，224b包括一个顶臂225a和一个底臂225b，在两者之间相应的闩226a，226b中的一个延伸和相连，如图6所示。这样配置，该闩226a，226b被置于该轭板220的该径向缝隙221内，该活塞206a，206b可以在该打开状态(图5A)和闭合状态(图5B)之间移动而不妨碍该表簧228a，228b的操作。

如图5A，5B和6所描绘的该致动器200在操作中，该第一和第二表簧228a，228b自然地偏置该轴204进入图5B所示的该第二位置。因为安装在该活塞206a，206b的臂状部分224a，224b的该闩226a，226b被置于该轭板220的该径向缝隙221内，因此该表簧228a，228b也偏置该活塞206a，206b到该闭合状态，如图5B所示。为了移动该活塞206a，206b到该打开状态，从而旋转该轴204到如图5A所示的该第一位置，如补给空气等压缩气体能够通过在该外壳202的中央圆柱部分210的一个入口246(如图5A和5B所示)输送到该腔214。为了使该轴204返回到该第二位置及该活塞206a206b到该闭合状态，能够停止压缩空气的供给，从而允许该表簧228a，228b推动该轴204回到如图5B所示的位置。

尽管图6所描绘的该止转轭致动器200包括第一和第二表簧228a，228b，替代的实施例通常包括任何数目的表簧228。例如，图7描绘了一个替代的止转轭致动器200，与图6所描绘的该致动器200大致相同，除了表簧228的数目，轭板220的数目和该第一和第二活塞206a，206b的形状和配置。

特别地，图7所示的致动器200包括被安装在该轴204大体上居中位置的单个表簧228，安装方式与以上参照图3A所描述的一样。该轴204包括顶部和底部轭板220a，220b，每个限定了与图5A和5B所示径向缝隙大致相同的一对径向缝隙，但在图7中没有由附图标记所标示。该活塞206a，206b的臂状部分224a，224b与图6所描绘的该臂状部分224a，224b大致类似，类似之处在于它们各包括一个顶臂225a和一个底臂225b。但是，为了容纳位于中心位置的该表簧228，该臂状部分224a，224b包括闩226a，闩226b，闩226a从该顶臂225a向上延伸到该顶部轭板220a的相应径向缝隙221中，闩226b从该底臂225b向下延伸到该底部轭板220b的相应径向缝隙221中。当该活塞106a，106b在如图5A和5B所描绘的该打开和闭合状态之间移动时，每个臂状部分224a，224b的该顶臂225a和底臂225b间隔足够大以不阻碍该表簧128。

如上所提到的，在每个前面的实施例中，该一个或多个表簧128，228能够对该轴104，204提供一个恒定的力矩，不论该轴104，204位于或者在该第一和第二位置之间。这样能够有利地增加该致动器100，200的该力矩输出效率，因此相比于用于传统的单动式致动器的该偏置装置，允许使用产生较小力的较小的弹簧。较小的弹簧更划算。

这里描述的该致动器100，200的另一个优点是，该偏置装置108，208被置于同样的腔114，214内，该腔114，214接收清洁的压缩空气来移动该活塞106a，106b，206a，206b进到该打开状态。这样，该表簧128，228被保护以防被通过该轭板112a，112b，212a，212b抽入和排出的工厂空气或大气，由此优化它们的有用寿命。

虽然这里描述的该致动器100，200每个都包括第一和第二活塞，但是依照本发明而构建的致动器的替代实施例包括安装在一个外壳内的单一活塞并操作地连接到一个旋转轴上。

Claims (22)

1.一种旋转式致动器，包括：

一个限定了腔的外壳；

一个被置于该外壳的该腔内的轴，被适配于在第一位置和第二位置之间旋转移位；

至少一个活塞，在该外壳的该腔内被支撑，并与该轴操作地耦接，该活塞被适配于进行与该轴的旋转移位相关的滑动移位，其中，该至少一个活塞包括置于该轴的相对两侧的第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞在当该轴位于第一位置时的一个闭合状态和当该轴位于第二位置时的一个打开状态之间滑动，其中，在该闭合状态时，该活塞被间隔开第一距离，在该打开位置时，该活塞被间隔大于第一距离的第二距离；以及

至少一个被置于该外壳的该腔内的密身盘簧，与该轴操作地耦接，该密身盘簧偏置该轴和至少一个活塞至预定关系。

2.根据权利要求1所述的旋转式致动器，其中，该密身盘簧包括固定于该轴的第一端和固定于该外壳的第二端。

3.根据权利要求2所述的旋转式致动器，其中，该密身盘簧的该第一端包括以一个角度延伸至该密身盘簧的最深处卷绕的一个舌部，该舌部被置于一个由该轴限定的径向缝隙内。

4.根据权利要求2所述的旋转式致动器，其中，进一步包括一个由该外壳支撑的螺纹紧固件，与该密身盘簧的该第二端操作地耦接，这样，该螺纹紧固件的相对于该外壳的旋转调整了该密身盘簧的力。

5.根据权利要求1所述的旋转式致动器，其中，该至少一个密身盘簧包括置于该外壳内的第一密身盘簧和第二密身盘簧，操作地耦接于该轴。

6.根据权利要求1所述的旋转式致动器，其中，进一步包括一个由该外壳限定并与包含该密身盘簧的该腔流体互通的入口，该入口被适配于接收加压空气供应，以相对于该外壳移动该至少一个活塞和该轴。

7.根据权利要求1所述的旋转式致动器，其中，该至少一个密身盘簧包括至少一个恒力表簧。

8.一种旋转式致动器，包括：

一个限定了腔的外壳；

一个被置于该腔内的轴，被适配于相对于该外壳、在第一位置和第二位置之间旋转移位；

至少一个被置于该腔内的活塞，与该轴操作地耦接，当该轴在该第一位置和第二位置之间旋转时，该活塞相对于该轴移动，其中，该至少一个活塞包括置于该轴相对两侧的第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞在当该轴位于第一位置时的一个闭合状态和当该轴位于第二位置时的一个打开状态之间滑动，其中，在该闭合状态时，该活塞被间隔开第一距离，在该打开位置时，该活塞被间隔大于第一距离的第二距离；并且

一个偏置机械装置，耦接在该轴和该外壳之间，并在该轴在第一位置时的第一状态和该轴在第二位置时的第二状态之间移动，其中，该偏置机械装置当占据第一状态时对该轴施加第一力，当占据第二状态时对该轴施加第二力，该第二力与该第一力在量值上相等。

9.根据权利要求8所述的旋转式致动器，其中，该轴的该第一位置从该轴的该第二位置移开至少45度。

10.根据权利要求9所述的旋转式致动器，其中，该轴的该第一位置从该轴的该第二位置移开90度。

11.根据权利要求9所述的旋转式致动器，其中，该轴的该第一位置从该轴的该第二位置移开180度。

12.根据权利要求8所述的旋转式致动器，其中，该偏置机械装置包括一个表簧。

13.根据权利要求12所述的旋转式致动器，其中，该表簧包括固定于该轴的第一端和固定于该外壳的第二端。

14.根据权利要求13所述的旋转式致动器，其中，该表簧的该第一端包括以一个角度延伸至该表簧最深处卷绕的一个舌部，该舌部被置于一个由该轴限定的径向缝隙内。

15.根据权利要求13所述的旋转式致动器，其中，进一步包括一个由该外壳支撑的螺纹紧固件，与该表簧的第二端操作地耦接，这样，该螺纹紧固件的、相对于该外壳的旋转调整了该表簧的力。

16.根据权利要求8所述的旋转式致动器，其中，该偏置机械装置包括被置于该外壳内的第一表簧和第二表簧，操作地耦接于该轴。

17.根据权利要求8所述的旋转式致动器，其中，进一步包括一个由该外壳限定并与包含该偏置机械装置的该腔流体互通的入口，该入口被适配于接收加压空气供应，用于相对于该外壳移动该至少一个活塞和该轴。

18.一种旋转式致动器，包括：

一个限定了腔的外壳；

一个被支撑于该外壳的该腔内的轴，用于在第一位置和第二位置之间旋转移位，该第二位置从该第一位置移开大约90度和大约180度中的一个角度；

第一和第二活塞，被置于该腔内，与该轴操作地耦接，第一和第二活塞在当该轴位于第一位置时的一个闭合状态和当该轴位于第二位置时的一个打开状态之间滑动，其中，在该闭合状态时，该活塞被间隔开第一距离，在该打开状态时，该活塞被间隔大于第一距离的第二距离；

至少一个被置于该腔内的表簧，偏置该轴于该第一和第二位置中的一个，该表簧包括固定于该轴的第一端和固定于该外壳的第二端，这样，在该轴在第一和第二位置之间移位中，该表簧施加一个恒定的力矩给该轴。

19.根据权利要求18所述的旋转式致动器，其中，该表簧的该第一端包括以一个角度延伸至该表簧最深处卷绕的一个舌部，该舌部被置于一个由该轴限定的径向缝隙内。

20.根据权利要求18所述的旋转式致动器，其中，进一步包括一个由该外壳支撑的螺纹紧固件，与该表簧的该第二端操作地耦接，这样，该螺纹紧固件的、相对于与该外壳的旋转调整了该表簧的力。

21.根据权利要求18所述的旋转式致动器，其中，包括被置于该外壳的该腔内的第一和第二表簧，偏置该轴于该第一和第二位置中的一个。

22.根据权利要求18所述的旋转式致动器，其中，进一步包括一个由该外壳限定并与包含该表簧的该腔流体互通的入口，该入口被适配于接收加压空气供应，用于移动该第一和第二活塞进入闭合状态和打开状态中的一个。