CN102686923B - 具有内载荷装置的电致动器 - Google Patents

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Abstract

在此描述了一种具有内载荷装置的电致动器(102)。具有在此描述的内载荷装置的示例性电致动器包括壳体(136、138)，其形成腔，以接收驱动系统(144)和可操作地耦接至所述驱动系统的驱动轴(148)。所述驱动系统朝第一转动方向的转动可使所述驱动轴朝第一直线方向移动，所述驱动系统朝第二转动方向的转动可使所述驱动轴朝与所述第一方向相反的第二直线方向移动。偏置元件(186)可操作地耦接至所述驱动系统(144)，在所述驱动轴(148)到达冲程位置的一端时，所述驱动系统的至少一部分朝所述偏置元件轴向移动，从而使所述偏置元件挠曲，以在从所述电致动器(102)撤去电源时对所述驱动轴提供载荷。

Description

具有内载荷装置的电致动器
技术领域
本发明大体上涉及电致动器，更具体地涉及具有内载荷装置的电致动器。
背景技术
在过程控制系统中通常使用控制阀(例如滑动杆阀)来对工艺流的流动进行控制。控制阀通常包括可使控制阀的操作自动化的致动器(例如电致动器、液压致动器等)。诸如闸式阀、球心阀、膜板阀、夹管阀和角阀之类的滑动杆阀通常具有阀杆(例如滑动杆)，该阀杆在打开位置与关闭位置之间驱动流体流动控制构件(例如阀塞)。
电致动器经常采用经由驱动系统(例如一个或是多个齿轮)可操作地耦接至流动控制构件的电动机。在操作中，当将电源供给至电动机时，电致动器使流动控制构件在关闭位置与打开位置之间移动，以对流过阀的流体进行调节。在阀关闭时，流动控制构件通常构造成与设置在流动路径内的环状或圆周的密封件(例如阀座)密封接合，以防止在阀的入口与出口之间的流体流动。
在阀处于关闭位置且电源被提供至电动机时，电动机通常对流体流动控制构件提供足够的阀座载荷，以确保流体流动控制构件与阀的阀座密封接合。在从电动机上撤去电源时，驱动系统(例如蜗杆齿轮)可维持流体流动控制构件相对于阀座的位置，并可防止流体流动控制构件朝相反或相对的方向(例如朝远离阀座的方向)的实质移动。但是，驱动系统可能无法对流体流动控制构件提供充分的或足够的阀座载荷，以确保流体流动控制构件与阀座密封接合。其结果是，流体可能在阀的入口与出口之间经由阀泄漏。
发明内容
在一实例中，电致动器包括外壳，该外壳限定腔，以接收驱动系统和可操作地耦接至所述驱动系统的驱动轴。所述驱动系统朝第一转动方向的转动使所述驱动轴朝第一直线方向移动，所述驱动系统朝第二转动方向的转动使所述驱动轴朝与所述第一方向相反的第二直线方向移动。偏置元件可操作地耦接至所述驱动系统，以使得在所述驱动轴到达冲程位置的一端时使所述驱动系统的至少一部分朝所述偏置元件轴向移动，从而使所述偏置元件挠曲，以在从所述电致动器撤去电源时对所述驱动轴提供载荷。
在另一实例中，用于电致动器的载荷装置包括驱动齿轮，其可操作地耦接至所述电致动器的驱动系统。所述驱动齿轮朝第一方向和第二方向转动，所述驱动齿轮在第一直线位置与第二直线位置之间移动。驱动轴可操作地耦接至所述驱动齿轮，从而在所述驱动齿轮朝第一方向转动时，所述驱动齿轮使所述驱动轴朝第一直线方向移动，并且在所述驱动齿轮朝所述第二方向转动时，所述驱动齿轮使所述驱动轴朝第二直线方向移动。偏置元件设置在所述驱动齿轮与支撑面之间，从而在所述驱动齿轮朝所述第一方向转动且所述驱动轴沿所述第一直线方向到达冲程位置的一端时，所述驱动齿轮继续绕所述驱动轴沿所述第一方向转动，且相对于所述驱动轴轴向地从所述第一直线位置移动至所述第二直线位置，以使所述偏置元件挠曲。
在又一实例中，用于电致动器的载荷装置包括用于转换转动运动的装置，其将驱动系统的转动运动转换为驱动轴的直线运动。所述载荷装置还包括用于提供阀座载荷的装置，其在流动控制构件与流体阀的阀座密封接合且从电动机撤去电源时，对耦接至所述驱动轴的流体阀的所述流体流动控制构件提供阀座载荷。所述载荷装置还包括用于挠曲的装置，其使得用于转换转动运动的装置的至少一部分相对于所述驱动轴朝用于提供阀座载荷的装置轴向移动。
附图说明
图1A示出了处于打开位置的在此描述的示例性控制阀组件。
图1B示出了图1A的示例性致动器的放大部。
图2示出了处于关闭位置的图1A的示例性控制阀组件，在关闭位置处，偏置元件尚未发生挠曲。
图3A示出了处于关闭位置的图1和图2的示例性控制阀组件，在关闭位置处，偏置元件发生挠曲。
图3B示出了图3A的示例性致动器的放大部。
图4A和图4B示出了分别位于第一位置和第二位置的在此描述的另一示例性致动器的放大部。
图5A-图5C示出了用图1A、图1B、图2、图3A和图3B的示例性致动器实现另一示例性控制阀组件。
具体实施方式
一般来说，在撤去致动器的驱动电动机的电源时，在此描述的示例性电致动器对流体阀提供阀座载荷。在此描述的示例性电致动器可在不耗费电力的情况下提供阀座载荷。更具体地，示例性电致动器可包括设置在致动器的外壳或是壳体内的偏置元件，用以在流体流动控制构件与阀座密封接合且电致动器(例如电动马达)没有接收电源时对阀的流体流动控制构件提供阀座载荷。例如，偏置元件可实现为一个或是多个弹簧，其在流体流动控制构件与阀座(例如关闭位置)密封耦接且电源无法对电致动器的电动机提供电源时，对可操作地耦接至电致动器的流体流动控制构件(例如阀塞)提供阀座载荷。
相反，某些已知的电致动器使用偏置元件、离合器和致动系统的复杂组合，其可在电致动器处于防故障状态时提供足够的阀座载荷。换言之，已知的电致动器可包括偏置元件，用以在例如电源故障时使阀的流动控制构件移动至关闭位置。因此，若发生电源故障时流体阀处于打开位置，则偏置元件使流体流动控制构件移动至关闭位置。但是，上述已知的致动器经常包括复杂的组件。另外地，具有防故障装置的某些已知的致动系统通常包括可使防故障装置运行的可分离的齿轮箱。换言之，驱动组件通常必须可操作地与例如齿轮传动器解耦，以使防故障装置能够运行。但是，可分离的齿轮箱相对昂贵，不易操作，增大了阀和致动器组件的尺寸占地，且在致动器中涉及复杂的组件。另外地，在某些应用中，可能不需要和/或不希望有这样的防故障装置，由此会不必要地增加控制阀组件的成本。
图1A示出在此描述的示例性控制阀组件100。控制阀组件100包括电致动器102，其经由阀帽106可操作地耦接至流体阀104。流体阀104包括阀体108，其在入口112与出口114之间限定流体流动通道110。流体流动控制构件116(例如阀塞)设置在流体流动通道110内，并包括支撑面118，其与阀座120密封接合，以控制在入口112与出口114之间经由端口区域或孔122的流体流动。阀杆124在第一端126处耦接(例如螺纹耦接)至流体流动控制构件116，且在第二端128处可操作地耦接至电致动器102。阀帽106耦接至阀体108，且包括孔腔130，以可滑动地接收阀杆124。阀帽106罩住阀填充组件132，该阀填充组件134提供密封，以对抗流过流体阀104的工艺流的压力，从而防止流过阀杆124的工艺流的泄漏和/或保护环境以免危险或污染流体扩散。
致动器102包括外壳134，其具有通过紧固件140与第二壳体138耦接的第一壳体136。外壳134的第一和第二壳体136和138限定腔142，以接收驱动系统144。在本实例中，驱动系统144包括电动机146，其经由传动器150可操作地耦接至驱动轴148的输出轴。传动器150将电动机146的转动运动转换成驱动轴148的直线运动。
传动器150可构造成使电动机146产生的转矩放大，并将该放大后的转矩传送至驱动轴148。传送至驱动轴148的扩大后的转矩可使流动控制构件116以更大的力与阀座120接合，进而提供与阀座120更紧密的密封接合，以在流动控制构件116与阀座120密封接合且有电源提供至电动机146时防止流体流过阀体108。此外，通过传动器对流动控制构件116进行驱动，可以使用相对较小尺寸的电动机146，其中，上述传动器用于放大电动机146产生的转矩。例如，由传动器150提供的转矩增大量能够根据齿轮的尺寸(例如直径、齿轮齿数等)变化。在另一实例中，电动机146可直接耦接至驱动轴148。在这种直接驱动的构造中，电动机146直接驱动驱动轴148，而不需要诸如传动器150等的任何中介机构或设备。
如图所示，传动器150包括设置在外壳134的腔142内的齿轮传动器或齿轮箱152。电动机146设置在电致动器102的腔142内，并经由例如紧固件和/或其它任何合适的紧固机构耦接至齿轮箱152(例如齿轮箱152的外壳)。但是，在其它实例中，电动机146可经由紧固件或是其它任意合适的紧固机构耦接至致动器102的外壳134。在某些实例中，电动机146可耦接至外壳134的内表面154或是外壳134的外表面156。电动机146可以是任何的电动机，诸如交流(AC)电动机、直流(DC)电动机、变频电动机、步进电动机、伺服电动机或任意其它合适的电动机或驱动构件。另外，齿轮箱152可包括多个齿轮(例如正齿轮)、行星齿轮系统或是任意其它合适的齿轮或传动器，以将电动机146的转动运动转换为驱动轴148的直线运动。如下面更详细地描述，传动器150的至少一个齿轮在第一位置与第二位置之间沿轴线157轴向平移或是移动。
在所说明的实例中，传动器150包括中间齿轮158和驱动齿轮160。中间齿轮158将电动机146的输出轴162与驱动齿轮160可操作地耦接。如图所示，驱动齿轮160包括齿轮接合部164和(例如，与齿轮接合部164一体形成的)具有凹口168的第二部166。齿轮接合部164包括可与中间齿轮158的齿轮齿配合或是接合的齿轮齿。另外，驱动齿轮160包括螺纹孔口或是开口170，其可螺纹接收驱动轴148。
如图所示，驱动轴148是螺栓。更具体地，驱动轴148包括筒状主体172，其具有孔口或开口174和外螺纹部176。驱动轴148的开口174接收阀杆124的第二端128。凸缘螺母178螺纹耦接至阀杆124的螺纹端180，以在阀杆124的肩部182与凸缘螺母178之间捕获或保持驱动轴148。驱动轴148的外螺纹部176螺纹耦接至驱动齿轮160的螺纹孔口170。虽未图示，但在其它实施例中，驱动轴148可以是齿轮系统、滚珠丝杠系统、导螺杆系统和/或任意其它合适的传动系统，以将电动机146的转动转换为阀杆124的直线运动。
载荷装置或组件184设置在齿轮箱152内(例如齿轮箱152的外壳内)，以在流动控制构件116处于关闭位置且撤去了致动器102的电源时，对流动控制构件116提供阀座载荷。载荷装置184包括设置在驱动齿轮160的第二部166与齿轮箱152的弹簧座或面188之间的偏置元件186。载荷装置184也可包括设置在驱动齿轮160与偏置元件186之间的推力轴承190。推力轴承190在偏置元件186发生挠曲时将偏置元件186施加的载荷传输至驱动齿轮160，且推力轴承190可被驱动齿轮160的凹口168接收。在本实施例中，偏置元件186包括一叠蝶形弹簧。载荷装置184可包括设置在偏置元件186与齿轮箱152的表面188之间的隔板192，以调节蝶形弹簧的堆叠高度。通常来说，相对于作用在蝶形弹簧上的行程或挠曲，蝶形弹簧可提供较高的载荷。因此，其结果是，示例性载荷装置184可构造成具有相对较小的覆盖区，因而减少了控制阀组件100的整体占地或覆盖区。在其它实施例中，偏置元件186可以是螺旋弹簧、弹簧垫圈、波形弹簧、弹簧波纹管和/或任意其它合适的偏置元件。在另外的实例中，偏置元件可与齿轮箱152(例如齿轮箱152的外壳)的一部分、外壳134的一部分和/或致动器102的任意其它合适的面一体形成。例如，齿轮箱152的(例如靠近驱动齿轮160的)至少一部分153可由诸如橡胶材料之类的柔性材料或是在发生挠曲时提供偏置力的任意其它合适的材料制成。在这种结构中，不需要偏置元件186。
在图1中，流体阀104示出处于打开位置194，载荷装置184的偏置元件186处于第一或实质没有挠曲的状态196。图2示出了处于关闭位置200的流体阀，但示出载荷装置184的偏置元件186处于实质没有挠曲的状态202。图3A示出了处于关闭位置300的流体阀104，并示出偏置元件186处于实质挠曲的状态302，以对流动控制构件116提供阀座载荷304。图1B和图3B示出了载荷装置184的放大部，其分别示出偏置元件186处于实质没有挠曲的状态194和实质挠曲的状态302。
参照图1A、图1B、图2、图3A和图3B，在操作中，电致动器102被激励而使流动控制构件116在图1A的打开位置194与图3A的关闭位置300之间移动。电动机146如图1A所示绕轴线197朝第一方向199(例如顺时针方向)驱动或转动输出轴162，以使流体阀104朝打开位置194移动，或如图2和图3A所示绕轴线197朝与第一方向199相反的第二方向204(例如逆时针方向)驱动或转动输出轴162，以使流体阀104朝关闭位置200和300移动。
为了使流体阀104朝打开位置194移动，对电动机146提供电源，以使输出轴162朝第一方向199(图1A)转动。传动器150使驱动齿轮160绕轴线157朝第一方向198(例如顺时针方向)转动。驱动齿轮160朝第一方向198的转动使驱动轴148以沿着轴线157直线运动的方式朝远离流体阀104的方向移动。更具体地，在输出轴162朝第一方向199转动时，中间齿轮158使驱动齿轮160转动。相反，由于中间齿轮158和/或偏置元件186帮助保持或支持驱动齿轮160相对于轴线157的轴向位置，因此，驱动齿轮160绕驱动轴148的螺纹部176转动，并使驱动轴148朝沿轴线157的方向直线移动。另外地，虽未图示，但衬套195耦接至具有至少一个平面(未图示)的齿轮箱152(例如通过压紧配合设置在齿轮箱152的外壳内)，上述平面与驱动轴148接合，以防止驱动轴148在驱动齿轮160转动时转动或旋转，从而在驱动齿轮160绕螺纹部176转动时，使驱动轴148经由螺纹部176直线移动。由于阀杆124通过凸缘螺母178固定地耦接至驱动轴148，因此，驱动轴148使阀杆124朝远离阀座120的方向移动，进而使流动控制构件116朝远离阀座120的方向移动，以允许或是增加流过在入口112与出口114之间的流体流动通道110的流体流动。在图1B中可最清楚地示出，在流体阀104处于打开位置194时，偏置元件186处于实质没有挠曲的状态196。
为了使流体阀104朝如图2所示的关闭位置200移动，对电动机146提供电源，以使输出轴162绕轴线197朝第二方向204(例如逆时针方向)转动。输出轴162朝第二方向204的转动使驱动轴148沿着轴线157朝阀体108的方向直线移动。更具体地，在输出轴162朝第二方向204转动时，中间齿轮158使驱动齿轮160绕轴线157和驱动轴148的螺纹部176朝第二方向206转动，从而使驱动轴148沿轴线157朝着流体阀104的方向直线移动。驱动齿轮160绕轴线157朝第二方向206的转动使驱动轴148朝阀座120移动，进而使流动控制构件116朝阀座120移动，以防止或是限制流过在入口112与出口114之间的流体流动通道110的流体流动。在驱动轴148朝流体阀104移动时，偏置元件186处于实质没有挠曲的状态202。另外地，虽然偏置元件186实质上没有挠曲202，但由偏置元件186提供的偏置力(例如预应力)帮助保持驱动齿轮160相对于中间齿轮158和轴线157的轴向位置。
在流体阀104处于关闭位置200时，流体流动控制构件116的支撑面118与阀座120密封接合，以防止流过阀102的流体流动。在流体流动控制构件116与阀座120接合时，由于驱动轴124刚性耦接至阀杆124，因此，可防止驱动轴202进一步朝阀座120移动。但是，电动机146经由中间齿轮158继续对驱动齿轮160进行驱动，使驱动齿轮160绕驱动轴148的螺纹部176转动，而驱动轴148相对于轴线157实质上轴向静止。换言之，在流动控制构件116与阀座120密封接合时，驱动轴148位于冲程位置的一端。因此，由于可在流动控制构件116与阀座120密封接合时防止驱动轴148朝阀座120(例如以直线运动的方式和/或以旋转运动的方式)移动，因此，驱动齿轮160轴向地沿直线方向朝着外壳134的上壳体136移动或是平动。但是，在其它实例中，冲程位置的一端或行程的一端可能出现在驱动轴148的表面208与外壳134、阀帽106的一部分或表面210或是任意其它的表面接合时。
当驱动齿轮160在阀处于关闭位置200时绕驱动轴148朝第二方向206转动的情况下，驱动齿轮160沿轴线157相对于中间齿轮158朝上壳体136轴向移动或是移位。但是，驱动齿轮160的接合部164没有与中间齿轮158解除接合。换言之，在驱动齿轮160沿轴线157轴向平移时，接合部164的齿轮齿与中间齿轮158的齿轮齿保持接合。
在图3B中最清楚地示出，驱动齿轮160沿直线方向相对于中间齿轮158朝上壳体136移位，从而使偏置元件186挠曲或压缩至实质挠曲的状态302。在挠曲状态302下，偏置元件186施加或是提供与驱动齿轮148相反的力。上述力经由推力轴承190被传输至流动控制构件116。特别地，推力轴承190将由偏置元件186施加的力传输至流动控制构件116，并允许驱动轴承160自由地绕轴线157转动。因此，在流体阀104处于关闭位置200且电动机146继续绕轴线157朝第二方向206转动驱动齿轮160时，驱动齿轮160从图2所示的位置200沿轴线157轴向移动至图3A所示的位置300，以将偏置元件186挠曲或是压缩。
在处于如图2所示的关闭位置200时，在对电动机146提供电源时，电动机146对流体流动控制构件116提供阀座载荷。但是，在从电动机146撤去电源时，流动控制构件116可能缺少足够的或是充足的阀座载荷，以在例如流体阀104处于图2的关闭位置200时密封地接合阀座120。尽管电动机146和/或传动器150的反向驱动阻力可保持驱动轴148的位置或可防止驱动轴148的直线运动，并从而保持流动控制构件116的位置或可防止流动控制构件116的直线运动，但是，在从电动机146撤去电源时，电动机146和/或传动器150的反向驱动阻力可能不够保持或提供阀座载荷至流动控制构件116。在流动控制构件116与阀座120密封接合时，足够的或充足的阀座载荷可防止流过孔122的流体泄漏。换言之，足够的或充足的阀座载荷保持流体流动控制构件116与阀座120密封接合，以实质防止流过流体阀104的通道110的流体流动。若缺少这种阀座载荷，即便在流体流动控制构件116的密封面118与阀座120接合时，流体也可能会流过孔122泄漏。
在载荷装置184处于图3A和图3B所示的位置302时，若在流动控制构件116与阀座120密封接合的同时从电动机146撤去电源，则载荷装置184提供机械阀座载荷304，以维持或保持流体流动控制构件116与阀座120密封接合。例如，可能需要将流体阀104保持或维持在关闭位置300上，以防止在紧急情况、电源故障时、或是在撤除或关闭了电致动器102(例如电动机146)的电源供应时的溢出(例如化学溢出)。否则，例如在停电时无法对流体流动控制构件116提供足够的或充足的阀座载荷，可能导致流体流过在入口112与出口114之间的流体阀104的孔122。例如，在入口112处的加压流体的压力可对流体流动控制构件116提供力(例如在图2方向中沿朝阀帽130的方向)，从而在从电动机146撤去电源时，使流体流动控制构件116的密封面118朝远离阀座120的方向移动，且允许流体向出口114流动或泄漏。
因此，在流体阀104处于关闭位置300且从电致动器102撤去电源时，示例性载荷装置184对流体流动控制构件116提供阀座载荷304，以防止流过流体流动通道110的流体流动。具体来说，载荷装置184提供一段不确定时间的阀座载荷304。此外，载荷装置184在不消耗电力的情况下(即以基本零电力消耗)提供阀座载荷(例如阀座载荷304)。因此，在某些实施例中，在流体阀104位于关闭位置300时，可撤去电动机146的电源以节约能源，从而提高电致动器102的性能和/或效率。
另外地，由于载荷装置184不需要离合器机构、偏置元件的复杂组合和/或制动系统来在撤去电致动器102的电源时提供阀座载荷，示例性的电致动器102减少了控制阀组件100的制造成本并简化了其维护。
示例性载荷装置184不局限于图1A、图1B、图2、图3A和图3B的结构。在一些实例中，驱动齿轮160和/或偏置元件186可构造成朝与图3A所示的实例中提供的阀座载荷304的方向相反的方向提供阀座载荷。载荷装置184和/或驱动齿轮160可用于具有流体控制构件和阀座的流体阀，该流体阀在构造上与图1所示的(例如推开式流体阀)相反。例如，驱动齿轮160和/或载荷装置184的方向可以所示的反向或是相反，以使偏置元件186设置在齿轮箱152的表面306与驱动齿轮160之间。驱动齿轮160可构造成在流动控制构件与推开式阀的阀座密封接合且电动机146继续转动驱动齿轮160时，沿轴线157朝阀体108轴向平动，以对偏置元件186进行压缩。在其它实例中，表面306和/或下壳体138的一部分可由柔性材料(例如橡胶材料)制成，或者柔性材料可以从表面306和/或下壳体138突出，以在被驱动齿轮160挠曲或是接合时提供偏置力。在这种方式中，不需要偏置元件186。
图4A和图4B示出了具有在此描述的载荷装置402的另一示例性电致动器400的放大部。在本实例中，驱动系统404包括电动机406、传动器408以及载荷装置402。传动器408包括耦接至电动机406的输出轴412的第一齿轮410，并与中间齿轮414接合。中间齿轮414将第一齿轮410耦接至驱动齿轮416，进而将电动机406耦接至驱动齿轮416。驱动齿轮416包括螺纹孔口(未图示)，其可螺纹接收驱动轴420的螺纹部418。载荷装置402包括示出为弹簧的偏置元件422，其可设置在弹簧座或表面424与驱动齿轮416之间。推力轴承426设置在偏置元件422与驱动齿轮416之间，其可绕轴线428自由转动。另外地，在偏置元件422被如图4B所示挠曲时，推力轴承426将由偏置元件422提供的弹簧力传输至驱动轴420。
在操作中，驱动齿轮416绕驱动轴420的螺纹部418转动，以使驱动轴420沿轴线428以直线运动的方式移动。驱动齿轮416朝第一方向430的转动使驱动轴420朝第一直线方向432移动，并且驱动齿轮416朝第二方向434的转动使驱动轴420朝第二直线方向436移动。在驱动轴420到达冲程的一端(例如行程点的一端)时，驱动齿轮416不能再使驱动轴420沿轴线428朝第一方向432直线移动。但是，驱动齿轮416可继续绕驱动轴420的螺纹部418朝第一方向430转动。其结果是，在驱动轴418到达冲程的一端且驱动齿轮416继续绕驱动轴420朝第一方向430转动时，驱动齿轮416可如图4B所示沿轴线428相对于中间齿轮414轴向移动或移位，以对偏置元件422进行压缩。因此，在驱动轴420到达冲程的一端且电动机406继续使驱动齿轮416绕轴线428朝第一方向430驱动或是转动时，驱动齿轮416除了能绕轴线428转动之外，还能够沿轴线428轴向直线运动。
图1A、图1B、图2、图3A和图3B的示例性电致动器102能够用于其它流体阀或是任意其它设备。例如，图5A至图5C示出了具有耦接至转动阀502的图1A、图1B、图2、图3A和图3B的示例性电致动器102的示例性控制阀组件500。转动阀502包括具有圆盘或流动控制构件506的阀体504，该圆盘或流动控制构件506介于在入口510与出口512之间的流体流路508中。流动控制构件506经由阀轴514相对于阀体504可转动地耦接。阀轴514的一部分516(例如花键端)从转动阀502延伸，并被杠杆518所接收。杠杆518转而可操作地将电致动器102的驱动轴148与流动控制构件506耦接。杆端轴承520耦接(例如可螺纹耦接)至阀杆124的第一端126(图1A)，并经由紧固件524耦接至杠杆518的杠杆臂522，以可操作地将杠杆518与驱动轴148耦接。杠杆518将驱动轴148的直线位移转换为阀轴514的转动位移。
在操作中，当电动机146使驱动齿轮160绕轴线528朝第一方向526(例如顺时针方向)转动时，驱动齿轮160绕驱动轴148的螺纹部176转动，以使驱动轴148朝第一直线方向530移动。在驱动轴148朝第一直线方向530移动时，驱动轴148使杠杆518绕轴线534朝第一方向532转动。阀轴514绕轴线534朝第一方向532的转动使流动控制构件506朝远离密封面536(例如打开位置)转动，以允许在入口510与出口512之间流过阀体504的流体流动。
在电动机146使驱动齿轮160绕轴线528朝第二方向538转动时，驱动齿轮160绕驱动轴148的螺纹部176转动，以使驱动轴148朝第二直线方向540移动。在驱动轴148朝第二直线方向540移动时，驱动轴148可使杠杆514绕轴线534朝第二方向542转动。阀轴514绕轴线534朝第二方向542的转动使流动控制构件506朝密封面536(例如关闭位置)转动，以防止或限制在入口510与出口512之间流过阀体504的流体流动。在处于关闭位置时，电动机146继续使驱动齿轮160朝第二方向538转动。但是，在流动控制构件506与密封面536密封接合时，驱动轴148到达冲程位置的一端。其结果是，驱动齿轮160继续相对于驱动轴148(即静止的驱动轴148)沿第二方向538转动，并沿轴线528相对于中间齿轮158朝偏置元件186轴向移动，以将载荷装置184的偏置元件186压缩或是挠曲。
尽管传动器150和/或电动机146的反向驱动阻力在撤去电动机146的电源时防止杠杆518绕轴线534朝第一方向532转动，传动器150和/或电动机146的反向驱动阻力可能无法提供足够的或充足的阀座载荷，以在转动阀502位于关闭位置时防止流过通道508的流体泄漏。例如，若对流动控制构件506提供不充分的阀座载荷，则入口510处的流体压力可能导致在流动控制构件506与密封面536之间的流体泄漏。但是，在偏置元件186处于挠曲或压缩的状态下，偏置元件186施加力，以提供足够的或充足的机械阀座载荷，以在从电动机146撤去电源且流动控制构件506与密封面536密封接合时维持或保持流体流动控制构件506与密封面536密封接合。换言之，例如，若偏置元件186被挠曲或压缩，偏置元件186提供力，在流体流动控制构件506与密封面536密封接合且撤去电动机146的电源时，上述力可实质限制或防止入口510处的高压流体在流动控制构件506与密封面536之间并流过通道508发生泄漏。
尽管在此描述了确定的示例性装置，但本发明的覆盖范围不局限于此。恰恰相反，本发明覆盖字面上或是按照等同原则完全落入所附的权利要求书的范围中的所有装置和制造品。

Claims (21)

1.一种具有内载荷装置的电致动器，包括：
驱动系统和可操作地耦接至所述驱动系统的驱动轴，其中，所述驱动系统朝第一转动方向的转动使所述驱动轴朝第一直线方向移动，并且所述驱动系统朝第二转动方向的转动使所述驱动轴朝与所述第一直线方向相反的第二直线方向移动；以及
偏置元件，其可操作地耦接至所述驱动系统，其中，在所述驱动轴到达冲程位置的一端时，所述驱动系统的至少一部分朝所述偏置元件轴向移动，从而使所述偏置元件挠曲，以在从所述电致动器撤去电源时对与流体阀的阀座密封接合的流体流动控制构件提供阀座载荷。
2.如权利要求1所述的电致动器，其中，所述驱动轴在第一端处可操作地耦接至所述驱动系统，且用于在第二端处可操作地耦接至流体阀的流动控制构件。
3.如权利要求2所述的电致动器，其中，在所述流体流动控制构件与所述流体阀的阀座密封接合时，所述驱动轴到达所述冲程位置的所述一端。
4.如权利要求1所述的电致动器，其中，所述驱动系统包括电动机，所述电动机经由中间齿轮可操作地耦接至驱动齿轮，其中，所述中间齿轮设置在所述电动机的输出轴与所述驱动齿轮之间。
5.如权利要求4所述的电致动器，其中，所述驱动齿轮包括螺纹孔口，从而可螺纹接收所述驱动轴的螺纹部。
6.如权利要求5所述的电致动器，其中，在所述驱动系统使所述中间齿轮朝所述第一转动方向转动且所述驱动轴处于所述冲程位置的所述一端时，所述驱动齿轮相对于所述中间齿轮轴向移动。
7.如权利要求4所述的电致动器，其中，在所述驱动齿轮与所述偏置元件之间设置推力轴承。
8.如权利要求1所述的电致动器，其中，所述偏置元件包括弹簧。
9.如权利要求1所述的电致动器，其中，所述偏置元件设置在所述驱动系统的外壳内。
10.如权利要求1所述的电致动器，其中，所述偏置元件与所述驱动系统的外壳一体形成。
11.如权利要求10所述的电致动器，其中，所述外壳的至少一部分由柔性材料制成，以在由所述驱动系统接合时提供力。
12.一种用于电致动器的载荷装置，包括：
驱动齿轮，其可操作地耦接至所述电致动器的驱动系统，其中，所述驱动齿轮用于朝第一方向和第二方向转动，并且其中，所述驱动齿轮用于在第一直线位置与第二直线位置之间移动；
驱动轴，其可操作地耦接至所述驱动齿轮，其中，在所述驱动齿轮朝所述第一方向转动时，所述驱动齿轮使所述驱动轴朝第一直线方向移动，并且在所述驱动齿轮朝所述第二方向转动时，所述驱动齿轮使所述驱动轴朝第二直线方向移动；以及
偏置元件，其设置在所述驱动齿轮与支撑面之间，从而在所述驱动齿轮朝所述第一方向转动且所述驱动轴沿所述第一直线方向到达冲程位置的一端时，所述驱动齿轮继续绕所述驱动轴沿所述第一方向转动，且相对于所述驱动轴轴向地从所述第一直线位置移动至所述第二直线位置，以使所述偏置元件挠曲，当发生挠曲时，在从所述电致动器撤去电源时，所述偏置元件用于对与流体阀的阀座密封接合的流体流动控制构件施加阀座载荷。
13.如权利要求12所述的载荷装置，其中，所述驱动系统包括电动机和中间齿轮，所述中间齿轮可操作地耦接所述电动机和所述驱动齿轮。
14.如权利要求12所述的载荷装置，其中，所述驱动齿轮包括主体，在所述主体的第一端处具有接合部，在所述主体的第二端处具有凹口，沿着所述主体的纵向轴线具有螺纹孔口。
15.如权利要求14所述的载荷装置，其中，还包括设置在所述偏置元件与所述驱动齿轮之间的推力轴承，其中，所述推力轴承至少部分地设置在所述驱动齿轮的所述凹部内。
16.如权利要求12所述的载荷装置，其中，所述驱动轴包括主体，其具有可滑动地接收阀杆的孔口和可螺纹耦接至所述驱动齿轮的外螺纹部。
17.如权利要求12所述的载荷装置，其中，所述偏置元件包括弹簧。
18.一种用于电致动器的载荷装置，包括：
用于转换转动运动的装置，其将驱动系统的转动运动转换为驱动轴的直线运动；
用于提供阀座载荷的装置，其在流动控制构件与流体阀的阀座密封接合且从电动机撤去电源时，对耦接至所述驱动轴的所述流体阀的所述流体流动控制构件提供阀座载荷；以及
用于使所述用于提供阀座载荷的装置挠曲的装置，其中，所述用于挠曲的装置用于使所述用于转换转动运动的装置的至少一部分相对于所述驱动轴朝所述用于提供阀座载荷的装置轴向移动以使其挠曲，当发生挠曲时，所述用于提供阀座载荷的装置对流体流动控制构件施加阀座载荷。
19.如权利要求18所述的载荷装置，其中，所述用于转换转动运动的装置包括中间齿轮和驱动齿轮，其中，所述驱动齿轮朝第一转动方向的转动使所述驱动轴朝第一直线方向移动，所述驱动齿轮朝第二转动方向的转动使所述驱动轴朝第二直线方向移动。
20.如权利要求19所述的载荷装置，其中，所述用于提供阀座载荷的装置包括设置在弹簧座与所述驱动齿轮之间的偏置元件。
21.如权利要求20所述的载荷装置，其中，所述用于挠曲的装置用于在所述驱动轴到达冲程位置的一端时使所述驱动齿轮朝所述第一转动方向转动，以使所述驱动齿轮相对于所述中间齿轮和所述驱动轴朝所述偏置元件直线移动，以使所述偏置元件挠曲。
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5870118B2 (ja) * 2011-12-27 2016-02-24 大豊工業株式会社 弁装置
JP5887680B2 (ja) * 2012-01-27 2016-03-16 Smc株式会社 電動クランプ装置
US9222555B2 (en) * 2012-08-06 2015-12-29 Cameron International Corporation Linear actuator
DE102013101785A1 (de) * 2013-02-22 2014-08-28 Pierburg Gmbh Abgasventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
CN104964088B (zh) 2013-11-25 2020-10-16 费希尔控制国际公司 使用电子阀致动器诊断阀的方法和装置
CN105650213B (zh) * 2014-12-01 2019-04-12 株式会社电装 促动器
CA2989589A1 (en) * 2015-06-17 2016-12-22 Seaboard International, Inc. Electric-actuated choke apparatus and methods
DE102015109694B4 (de) * 2015-06-17 2017-06-29 Johnson Electric Germany GmbH & Co. KG Absperrventil für den Einbau in Gaszähler und Verfahren zum Betreiben desselben
WO2017081674A1 (en) 2015-11-12 2017-05-18 Life Assistant Ltd. Leading thread valve
CN105736796B (zh) * 2016-03-30 2018-09-21 太原理工大学 一种机电联动液控闸阀驱动器
US10428965B1 (en) * 2016-04-25 2019-10-01 Durbin Industrial Valve Repair, Inc. Digital flow control valve for curing press
CN106224616B (zh) * 2016-08-31 2018-05-15 方圆阀门集团有限公司 一种自动调节的调节阀
US10543903B2 (en) 2016-08-31 2020-01-28 The Boeing Company Actuators for high lift devices on aircraft
JP6975979B2 (ja) * 2016-10-26 2021-12-01 株式会社フジキン 流量調整弁およびこれを用いた流体制御装置
WO2018199064A1 (ja) * 2017-04-28 2018-11-01 株式会社フジキン 流体制御弁およびこれを用いた流体制御装置
US10871293B2 (en) * 2017-06-27 2020-12-22 Computime Ltd. Push pin bearing mechanism for actuators
GB2564491A (en) * 2017-07-14 2019-01-16 Biofold Fluidpower Ltd Failsafe valve actuator
GB2568103A (en) * 2017-11-07 2019-05-08 Rotork Controls Actuating mechanism with integral battery
CN108150693B (zh) * 2017-11-30 2019-07-26 北京天恒长鹰科技股份有限公司 用于临近空间飞艇的丝杠旋转螺母双余度阀门装置
GB201800428D0 (en) * 2018-01-11 2018-02-28 Lb Bentley Ltd Rotary valve
IT201800007698A1 (it) * 2018-07-31 2020-01-31 Cmatic Spa Raccordo a funzione
JP7131754B2 (ja) * 2018-10-26 2022-09-06 株式会社フジキン 締結ナット及び流体制御弁
US10683940B1 (en) * 2018-12-14 2020-06-16 Illinois Tool Works Inc. Valve arrangement for a cooling system of a vehicle
CN109899537B (zh) * 2019-01-14 2020-03-24 山东双超生物设备科技有限公司 一种高压超高压屏蔽电动调节阀
JP7369894B2 (ja) * 2019-06-21 2023-10-27 チェジャン サンファ コマーシャル レフレッジレーション コントロールズ カンパニー リミテッド 電動弁
JP7379216B2 (ja) * 2020-03-04 2023-11-14 愛三工業株式会社 流量制御弁
CN112856226B (zh) * 2021-01-12 2022-01-14 佛冈鼎立气体有限公司 一种实现智能化控制的气瓶阀门

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3616884A (en) * 1969-09-11 1971-11-02 Helmut Balz Gmbh Fa Power-driven positioning system with interrupt means upon application of a predetermined positioning force at end points of travel, particulary for valves and the like
DE8530979U1 (de) * 1985-11-02 1994-02-24 Gronowski, Artur, 33689 Bielefeld Stelltrieb
CN1364988A (zh) * 2001-01-10 2002-08-21 株式会社山武 操作器及阀动装置
US6471182B1 (en) * 2001-07-25 2002-10-29 Mcintosh Douglas S. Control valves for heating and cooling systems
CN201149121Y (zh) * 2008-01-30 2008-11-12 黄山市天翔阀门有限公司 一种高效中间传动阀门电动装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3258985A (en) * 1964-03-23 1966-07-05 Jordan Controls Inc Control apparatus for valve actuator
US3524526A (en) * 1968-11-06 1970-08-18 King Of Prussia Research & Dev Overload limit switch for a valve actuator
FR2479942A1 (fr) * 1980-04-02 1981-10-09 Electricite De France Dispositif d'isolement a soupape de surete taree
SU1003033A1 (ru) * 1981-07-30 1983-03-07 Предприятие П/Я А-1646 Регул тор расхода
US4794309A (en) * 1987-08-26 1988-12-27 Bailey Japan Co., Ltd. Electric actuator for a control valve
EP0730114B1 (en) * 1993-11-19 2002-08-28 Nippon Gear Co., Ltd. Apparatus for continuous detection of overload in electric valve actuator
US5594175A (en) * 1994-05-06 1997-01-14 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus and method for non-invasive diagnosis and control of motor operated valve condition
US5518462A (en) * 1994-08-12 1996-05-21 Jordan Controls, Inc. Spring return electric actuator
US5564677A (en) * 1995-02-14 1996-10-15 General Electric Company Linear actuator with force switch for detecting axial load
US6750405B1 (en) * 1995-06-07 2004-06-15 International Business Machines Corporation Two signal one power plane circuit board
DE19535051C1 (de) * 1995-09-21 1996-11-28 Honeywell Ag Spindelmutter/Gewindespindel-Anordnung
US5950668A (en) * 1996-10-09 1999-09-14 Fisher Controls International, Inc. Control valve positioners having improved operating characteristics
US6371162B1 (en) * 2000-04-20 2002-04-16 Fisher Controls International, Inc. Electric actuator for fluid control valves
US6488260B1 (en) * 2000-10-10 2002-12-03 Halliburton Energy Services, Inc. Electric fail safe valve actuator
US6769665B2 (en) * 2002-12-13 2004-08-03 Young & Franklin Inc. Electric valve actuator with failsafe apparatus
US6953084B2 (en) 2003-01-10 2005-10-11 Woodward Governor Company Actuator for well-head valve or other similar applications and system incorporating same
DE102004028865B4 (de) * 2003-06-20 2007-06-06 Danfoss A/S Kälteanlage
JP2007024241A (ja) * 2005-07-20 2007-02-01 Denso Corp 流体制御弁
US7694939B2 (en) * 2005-09-01 2010-04-13 Smc Kabushiki Kaisha Flow rate control valve
US7721973B2 (en) 2007-04-03 2010-05-25 Dana Canada Corporation Valve

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3616884A (en) * 1969-09-11 1971-11-02 Helmut Balz Gmbh Fa Power-driven positioning system with interrupt means upon application of a predetermined positioning force at end points of travel, particulary for valves and the like
DE8530979U1 (de) * 1985-11-02 1994-02-24 Gronowski, Artur, 33689 Bielefeld Stelltrieb
CN1364988A (zh) * 2001-01-10 2002-08-21 株式会社山武 操作器及阀动装置
US6471182B1 (en) * 2001-07-25 2002-10-29 Mcintosh Douglas S. Control valves for heating and cooling systems
CN201149121Y (zh) * 2008-01-30 2008-11-12 黄山市天翔阀门有限公司 一种高效中间传动阀门电动装置

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