CN102840377B - 致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及致动器。具体地，提供了一种至少带有马达、齿轮单元和调节连接器的致动器，其中齿轮单元装配有至少两个可相互运动的齿轮部件以及作用于这些部件中两个上的、对它们离开空闲状态的运动进行反作用的弹簧。齿轮单元在此被设计成使得，在到达操作点的操作过程中，当调节连接器被阻止时，马达使齿轮部件运动离开空闲状态。齿轮单元被设计成使得，在离开空闲状态的运动过程中，齿轮单元从操作点上游的特定点降低运动被反作用的程度。

Description

致动器

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的致动器。

背景技术

这样的致动器至少装配有马达、齿轮单元和调节连接器（adjustment connection）。

这些致动器例如用在用于加热、通风和冷却建筑物的系统中的阀门或蝶形阀上。为这一目的及相似目的，致动器必须可靠、耐用且便宜，特别是要不带贵重组件，能够被大批量制造。随着无线控制越来越重要，还要求在缺少外部电力供应时低能量操作。因此，为了保护马达和传动系，这些致动器在到达最后位置或另一要被控制的位置时，必须以低功率快速、可靠且平滑地被切断（switch off）或减速。这对于在此过程中出现不希望有的大负载（例如因为对被致动物体的磨损和撕裂，或者因为其中的外来物）的情况同样适用。在有适当电动马达（例如同步电机或无刷DC电机）的情况下，当它们达到其峰值负荷转矩时，特别是如果它们不被快速切断，则会出现损坏和服务寿命降低。

为此，齿轮单元装配有至少两个可相互运动的齿轮部件，以及作用于这些部件中两个上抵销它们离开空闲状态的运动的弹簧。柔性弹簧或张力弹簧是标准的。螺旋弹簧是极其适合的，尤其是在直线运动的情况下。齿轮单元被设计成使得，如果调节连接器被被阻止，那么在操作过程中，马达使齿轮部件离开空闲状态向一操作点运动，在该操作点处，根据应用，马达被切断，或者另行沿相反方向运行，或者在单向情况下马达另行被减速以便保持对回位弹簧作用的位置对偿。

在许多这样的致动器中，一旦马达被切断，回弹效应有时候会使齿轮部件向后运动，导致马达被再次接通。在降低马达功率时，也会发生相似事件。如果致动器开始发出劈啪声，所产生的振动可能损坏马达，即使避免其峰值负荷时也如此。可靠地防止此问题的电子系统需要对于典型应用而言费用过高的组件。

市场上销售的其它此类致动器有西门子品牌的、类型名称为SQS或SQX的致动器。它们基于行星齿轮的原理。传动系的一部分安装在分离的可枢转外壳中。通过张力弹簧，其被保持在限定的中心位置。当达到最终位置时，尽管有张力弹簧的张力，调节连接器被阻止，可枢转外壳旋转离开中心位置。可枢转外壳上包含的凸轮然后撞击开关触点，这中断了到电动马达的电力供应，因此切断了传动系。如果由于另一原因超过特定转矩，这同样也会发生。电动马达已被选择成使得，在正常条件下，考虑制造公差，张力弹簧不会在处于空闲状态时开启电动马达。因此，可枢转外壳通常不会立即返回到中心位置，这会再次接通电动马达，因此使致动器开始发出噼啪声。只有在沿相反方向的新运动命令之后，可枢转外壳才会返回到其中心位置。

另外的此类已知的致动器具有类似结构，从而用柔性弹簧代替张力弹簧，试图将可枢转齿轮部件保持在中心位置。柔性弹簧安装在中心位置，并接合在可枢转外壳前端的凹陷部中。

本发明基于这样的认识，即：可以使用简单的机械手段显著地改善此类致动器并降低此类致动器的成本。

本发明的解决方案由权利要求1的特征说明。

因此，齿轮单元被设计成使得，在离开空闲状态的运动过程中，运动被反作用的程度从操作点上游的特定点降低，优选是在操作点上游的特定第二点处，降低到小于其最大值的60%，任选地，甚至在操作点上游的特定第三点处降低到0。运动被反作用的程度在轴向位移的情况下对应于有效力，例如在蜗轮中，或者另外在有旋转转矩的情况下。在一开始通常是增加了弹簧后，与之前的最大值相比，运动被反作用的程度被创造性地降低一部分，而且例如趋向于随每个进一步的运动降低。由于简单的措施，更小且特别便宜的马达能够可靠地在降低到大约60%的情况下执行任务。

在本发明的一个优选实施例中，弹簧是柔性弹簧，在弯曲过程中，可用简单的机械手段（例如通过沿弹簧的长度移动接触点，或者通过与凸轮盘相互作用），来影响它被反作用的程度。

反作用的降低例如通过分离的保持机构（特别是通过第一齿轮部件上的咬合凸轮和第二齿轮部件上的咬合元件）在运动方向上的补偿作用来实现。在此情况下，咬合元件被设计成使得，其在咬合凸轮上的咬持仅能通过弹簧和马达一起来释放。因此，咬合凸轮直到马达沿相反方向被启动后才会从马达上松开，致动器不会发出噼啪声。

但是，在本发明的一个优选实施例中，第一齿轮部件至少装配有凸轮盘，第二齿轮部件至少装配有用于凸轮盘的传感器元件，并且在离开空闲状态的运动过程中，弹簧根据传感器元件在凸轮盘上的位置作用于齿轮部件上。优选地，弹簧通过传感器元件和凸轮盘作用于齿轮部件上，凸轮盘包含至少一个斜面，弹簧在斜面上产生最大的反作用（counteraction）。有利的是，凸轮盘包含靠近斜面的至少一个弹簧中立（spring-neutral）路径，在该路径上弹簧不会产生反作用。传感器元件例如被附连到柔性弹簧的一端，或者传感器元件甚至是整体式组件，特别是通过弯曲柔性弹簧产生的整体式组件。

在本发明的另一个优选实施例中，齿轮单元装配有预张拉元件，其适于调节所述弹簧产生的反作用。特别是在柔性弹簧情况下，这可容易地实现。优选地，预张拉元件适于对离开空闲状态的不同方向的运动，对所述弹簧产生的反作用进行不同的调节。

在本发明的另一个优选实施例中，齿轮单元被设计成使得，在离开空闲状态的运动过程中，齿轮单元在操作点切断马达。例如，为此目的，齿轮部件相应装配有至少一个开关或凸轮。

在本发明的另一个优选实施例中，两个齿轮部件中的一个装配有齿轮，该齿轮装配有至少一个释放凸轮，另一齿轮部件装配有至少一个释放元件，当它们在接近操作点运动离开空闲状态时，释放凸轮和释放元件彼此接触。优选地，释放凸轮和释放元件被设计成如果齿轮在不同方向旋转时，释放凸轮撞击释放元件的倾斜或垂直的接触区。为此目的，例如释放元件具有不对称的用于从一个旋转方向释放凸轮的垂直接触区和从另一旋转方向释放凸轮的倾斜的接触区。

在本发明的另一个优选实施例中，齿轮单元装配有至少一个手动致动器，且齿轮单元被设计成使得，当手动致动器被致动时，它切断马达，脱开第一和第二齿轮部件的两个相互作用的齿轮，并迫使齿轮部件在适当时进入空闲状态。

附图说明

下文将基于附图描述本发明的示例性实施例，附图中：

图1示意性地示出了本发明致动器的可枢转齿轮部件，

图2示意性地示出了根据图1的可枢转齿轮部件，以及在输出侧连接到其上的齿轮元件和柔性弹簧，

图3示意性地示出了根据图1的可枢转齿轮部件，以及在输出侧连接到其上的齿轮元件、柔性弹簧、预张拉元件、开关和电动马达，

图4示意性地示出了根据图1的可枢转齿轮部件，以及在输出侧连接到其上的齿轮元件、柔性弹簧、预张拉元件、电动马达、带有调节连接器的下壳体部件、开关和基本上无元件的印刷电路板，

图5示意性地示出了本发明的致动器，

图6示出了根据图1的可枢转齿轮部件以及在输入侧连接到其上的电动马达和在输出侧连接到其上的齿轮元件的剖视图，

图7、图8和图9示出了根据图1的可枢转齿轮部件的凸轮盘、柔性弹簧、预张拉元件的两个凸轮、以及第二齿轮部件的两个凸轮的示意图，

图10示意性地示出了根据图1的可枢转齿轮部件以及在输出侧连接到其上的齿轮元件，

图11和图12示出了根据图1的可枢转齿轮部件的一部分以及在输出侧连接到其上的齿轮元件的示意图。

具体实施方式

图1示出了第一可枢转齿轮部件1。

在图2中，齿轮2和其旋转轴3被布置在所述可枢转齿轮部件内部，属于第二齿轮部件。可枢转齿轮部件绕一与旋转轴3对齐的轴旋转。附连在第二齿轮部件中的U形柔性弹簧4将可枢转齿轮部件保持在中心位置。为此目的，带斜面6的凸轮盘5被提供于可枢转齿轮部件以及柔性弹簧4的传感器元件7上，藉此，柔性弹簧4作用于齿轮部件上。在顶部，镜像对称的布局结构沿相反方向反作用可枢转齿轮部件的旋转。对于剩余部分，凸轮盘5包括到齿轮部件的旋转轴的两个半径上的同心圆柱体护套表面，就柔性弹簧4在可枢转齿轮部件上不产生转矩的意义而言，是弹簧中立的。

在图3中，已经加入了预张拉元件8，以及电动马达9和开关10、11。这些属于第二齿轮部件。预张拉元件8为了调节弹力可沿柔性弹簧4的对称轴运动，并使用锁定系统锁定在几个位置上。此调节设置还可无级地执行。预张拉元件8允许在最终装配件中执行调整操作，使得由公差波动引起的弹力波动可被消除。结果，开关转矩的公差带可被降低。只要开关10、11一被可枢转齿轮部件的相应的凸轮12、13致动，电动马达9就切断。

每个凸轮12、13的接触区包含用于致动开关10、11的钮扣的斜面。与仅由柔性弹簧4的反作用相比，此致动稍微增大了到达操作点不久之前和之后的可枢转齿轮部件的运动的反作用。在操作点下游，因为凸轮12、13被设计成在其带同心圆柱护套表面的相应的斜面上是弹簧中立的，开关10、11的钮扣弹簧不再对可枢转齿轮部件施加任何转矩。

图4基本上示出了第二齿轮部件14，它由致动器外壳的下面部分形成。也图示了调节连接器15，以便将致动器拧到适当阀门，并在操作中将其阀杆通过互补的连接设备移动。印刷电路板16支撑开关10、11及其它。大多数电学组件在此没有图示。

图6示出了第一可枢转齿轮部件以及电动马达9、齿轮2和第二齿轮部件的旋转轴3。可枢转齿轮部件绕与旋转轴3对齐的轴旋转。

在图7中，可枢转齿轮部件的凸轮盘5处于中心位置。因此，柔性弹簧4不介入，其传感器元件7、17甚至通过第二齿轮部件的两个扩展凸轮18、19保持不接触凸轮盘5。扩展凸轮18、19主要协助柔性弹簧4的组装，否则由于其预张拉在可枢转齿轮部件装配之前会完全压缩。预张拉元件包含两个预张拉凸轮20、21，其确定有效弯曲长度。根据它们适用到柔性弹簧4的地方，预张拉凸轮20、21影响它们在可枢转齿轮部件上的效应。因此，预张拉元件适于调节抵抗其离开中心位置的运动的反作用。可替代地，针对每个预张拉凸轮20、21可存在单独的预张拉元件。预张拉凸轮20、21以此方式可彼此独立地运动。因此，两个弹簧臂的有效弯曲长度，以及因此的开关转矩可独立于旋转方向而被调节。

图8示出了在可枢转齿轮部件旋转一次之后，目前在斜面22顶端的传感器元件17如何到达同心因此是弹簧中立的部分。因此，通过柔性弹簧4，可枢转齿轮部件上的特定转矩由传感器元件17和斜面22终止。在此情况下，其中的一个凸轮致动其开关，导致电动马达被切断。尽管其低的旋转阻力，去激活的电动马达通常阻止任何运动。然而如果可枢转齿轮部件继续旋转，它会撞击U形柔性弹簧4的内侧。

在图9中，可枢转齿轮部件仍处于相同状态。图示了释放凸轮24、25、26附连的齿轮23。只要马达再次启动，释放凸轮24、25、26接触第二齿轮部件的释放元件27、28。然而，与切断之前的方法不同，当马达在另一方向旋转时，释放凸轮24、25、26此时不撞击释放元件27的倾斜侧，但释放凸轮24撞击其垂直接触区前部。在此脉冲之后，可枢转齿轮部件旋转远离斜面22，结果在斜面22上柔性弹簧4作用于可枢转齿轮部件。随后是可枢转齿轮部件的另一远离中心位置的运动。考虑小马达，此大的脉冲有助于从去激活位置可靠释放可枢转齿轮部件，尽管小脉冲不会在可枢转齿轮部件在相反方向旋转时，在切断之前显著阻碍此方法。

在图10中，当手动致动器（未显示）被致动时，第二齿轮部件的齿轮29向下移动。结果，如果马达此时运行，则它通过开关（未显示）被切断。同样，齿轮29从其在可枢转齿轮部件中的相对构件脱开。

如果可枢转齿轮部件离开中心位置，如图11中所示的，斜面30通过与齿轮29接触用来在经过路线上再次旋转可枢转齿轮部件以进入中心位置。柔性弹簧的传感器元件一作用在凸轮盘的斜面上，由弹簧辅助的这一运动就会继续，直到中心位置。在图12中，可枢转齿轮部件被放置回中心位置。

因此，确保马达和手动致动器不会相互干扰。

Claims (12)

1.一种致动器，其至少具有马达（9）、齿轮单元和调节连接器（15），

其中所述齿轮单元装配有至少两个可相互运动的齿轮部件（1，14）以及作用于这些部件中两个上的、对它们离开空闲状态的运动进行反作用的弹簧（4），

其中所述齿轮单元被设计成使得，当所述调节连接器被阻止时，所述马达（9）在操作过程中使所述齿轮部件（1，14）离开空闲状态运动到一操作点，

其特征在于

所述齿轮单元被设计成使得，在离开空闲状态的运动过程中，所述齿轮单元从所述操作点上游的特定点降低所述运动被反作用的程度。

2.根据权利要求1所述的致动器，其中

所述齿轮单元被设计成使得，在离开空闲状态的运动过程中，所述齿轮单元将所述运动在所述操作点上游的特定第二点处被反作用的程度降低到小于其最大值的60%。

3.根据权利要求1所述的致动器，其中所述弹簧（4）是柔性弹簧。

4.根据前述权利要求之一所述的致动器，其中所述第一齿轮部件（1）至少装配有凸轮盘（5），所述第二齿轮部件（14）至少装配有用于所述凸轮盘（5）的传感器元件（7），和

在离开空闲状态的过程中，所述弹簧（4）根据所述传感器元件（7）在所述凸轮盘（5）上的位置作用于所述齿轮部件（1，14）。

5.根据权利要求4所述的致动器，其中

所述弹簧通过传感器元件（7）和凸轮盘（5）作用于所述齿轮部件（1，14），和

所述凸轮盘（5）包含至少一个斜面（6），所述弹簧（4）在斜面上产生最大的反作用。

6.根据权利要求5所述的致动器，其中

所述凸轮盘（5）包含靠近所述斜面（6）的至少一个弹簧中立路径，在该路径上所述弹簧（4）不会产生反作用。

7.根据权利要求1-3之一所述的致动器，其中

所述齿轮单元装配有预张拉元件（8），其适于调节所述弹簧（4）产生的反作用。

8.根据权利要求7所述的致动器，其中

所述预张拉元件（8）适于对离开空闲状态的不同方向的运动，对所述弹簧（4）产生的反作用进行不同的调节。

9.根据权利要求1-3之一所述的致动器，其中

所述齿轮单元被设计成使得，在离开空闲状态的运动过程中，在所述操作点处，切断所述马达（9）。

10.根据权利要求1-3之一所述的致动器，其中

所述两个齿轮部件中的一个装配有齿轮（23），所述齿轮（23）装配有至少一个释放凸轮（24，25，26），

另一齿轮部件装配有至少一个释放元件（27，28），而且

当它们在一操作点附近运动离开空闲状态时，释放凸轮（24，25，26）和释放元件（27，28）彼此接触。

11.根据权利要求10所述的致动器，其中

释放凸轮（24，25，26）和释放元件（27，28）被设计成使得，如果所述齿轮（23）沿不同方向旋转，那么释放凸轮（24，25，26）撞击所述释放元件（27，28）的倾斜或垂直的接触区。

12.根据权利要求1-3之一所述的致动器，其中

所述齿轮单元装配有至少一个手动致动器，且所述齿轮单元被设计成使得，当所述手动致动器被致动时，它切断所述马达（9），脱开所述第一齿轮部件和所述第二齿轮部件的两个相互作用的齿轮，并迫使所述齿轮部件（1，14）在适当时进入空闲状态。