CN103688118B - 节能冰块分配器门系统的旋转式致动装置 - Google Patents

节能冰块分配器门系统的旋转式致动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电子旋转式致动装置，其适合用于冰箱冰块分配门中。致动装置提供由直流(DC)永磁电机通过齿轮传动机构驱动的旋转轴，并且旋转轴受制于内弹簧的回复力。当行程达到极限时，齿轮传动机构与开关相连通，以减少流至电机的电流，并且在电机的周围设置分流路径以在从电机撤走电力并且致动装置反向旋转至其最初位置时，产生生成的制动。本发明还涉及冰块分配器门系统。

Description

节能冰块分配器门系统的旋转式致动装置
相关申请的交叉引用
本申请要求了2011年7月15日申请的61/508,345的美国临时申请的权益，其通过引用合并在此。
技术领域
本发明涉及紧凑的旋转式致动装置，并且尤其涉及电致动门，使用这种致动装置通过该电致动门分配冰块。
背景技术
消费者冰箱可以具有冰块分配器，其通过冷冻室门上的开口分配冰块。典型地，冷冻室门上的开口包括分配器门，其自动地开启并且关闭，以限制环境空气进入冷冻室。
分配器门通过偏置弹簧正常地保持关闭。当用户需要冰块时，通常通过由开关触发的螺线管而开启分配器门。开关可以位于将要例如，通过位于分配器门附近的饮用玻璃杯的唇激活的分配器门附近。
在分配器门保持开启，用于排出冰块的时间周期内，必须将电力施加于螺线管。螺线管在操作过程中消耗大量的电力，并且在被供应非稳定电力的时候倾向于嗡嗡响。螺线管的快速动作可以在门开启与关闭时产生大声的爆裂音。
发明内容
本发明提供一种用于冰块分配器门的致动装置，其使用低功率直流(DC)电机。当将电力施加于电机时，连接至直流(DC)电机的齿轮传动机构以及直流(DC)电机的自调节特性减缓分配器门的开启速度。而且，通过电机产生的电气制动减慢了分配器门的关闭速度。这样，基本上降低门碰撞声。当开启分配器门时，开关系统降低了电机的功率，以将保持状态功率消耗限制至远远小于螺线管所需要的值。
在一个实施例中，本发明提供一种冰块分配器门系统，其具有门板，门板连接至限定门开口的门框以围绕门轴上的轴枢转到所述门开口的一侧。提供旋转电机轴以及减速齿轮传动机构的直流(DC)永磁电机提供连接至电机轴以随之旋转的第一齿轮，并且提供连接至门轴以使其随着电机的旋转而旋转的最后一个齿轮。当将电力施加于电机时，止挡限制由电机通过齿轮传动机构驱动的门轴沿第一方向的旋转；并且弹簧偏置门轴沿反向于第一方向的第二方向的旋转，弹簧尺寸设计为当不将电力施加于电机时，使门轴沿第二方向旋转。
因此本发明的至少一个实施例的特征在于提供一种节能冰块门，其在高功率消耗的螺线管上使用直流(DC)电机。本发明的至少一个实施例的另一特征在于提供一种更换冰块门，其可以使用与将提供给螺线管相同的信号。
冰块分配器门系统可以进一步包括电子开关，当旋转轴在受到止挡限制之前正在沿第一方向旋转时，电子开关启动以增加与电机串联的电阻。
因此，本发明的至少一个实施例的特征在于以在开启门所必须的功率水平之下的降低的功率消耗来提供一种门在开启状态下的正固定。
电子开关可以通过齿轮传动机构中最后一个齿轮之前的中间齿轮启动。
因此本发明的至少一个实施例的特征在于提供一种用于电机的高精确度功率控制。通过增加开关操作者通过齿轮传动机构相对于门的相对运动，可以在紧凑型开关中获得高精确度开关。
电子开关可以是连接至与中间齿轮相连通的轴的旋转电子开关。
因此，本发明的至少一个实施例的特征在于提供一种适合于由旋转轴激活的简单开关元件。
随着门轴沿第一与第二方向的运动，齿轮传动机构与电机能够保持与门轴的接合，并且冰决门传递系统可以进一步包括分流元件，分流元件允许电机随着门轴沿第二方向的运动产生的电流流过分流元件，借此，可以通过电阻的消耗而获得该运动的阻尼。
因此本发明的至少一个实施例的特征在于通过在由电机产生的电力中消耗弹簧储能而减慢门的关闭。
当将电力施加于电机时，分流元件可以为反相偏置二极管。
因此本发明的至少一个实施例的特征在于提供一种仅在门关闭过程中分流，而无需在门开启过程中转移电力，利用二极管的可选择导电方向。
冰块分配器门系统可以进一步包括第二止挡，其限制门轴沿第二方向的旋转。
因此本发明的至少一个实施例的特征在于提供一种独立的致动元件，其可以在其他应用中共享。
弹簧可以是螺旋扭转弹簧，围绕门轴同轴安装。
因此本发明的至少一个实施例的特征在于提供一种独立的弹簧，其限制对例如外部弹簧或门的重量的外部返回机构的需要。
冰块分配器门系统可以进一步包括外壳，其包含电机、齿轮传动机构、弹簧、止挡与门轴的第一部分，并且其具有开口，该开口提供轴颈，门轴可以延伸穿过轴颈，以将门轴的第二部分的暴露在外壳外面。
因此本发明的至少一个实施例的特征在于提供一种独立的致动装置，其可以孤立地测试。
一旦回顾以下的详细说明书、权利要求以及附图，则本发明的其他特征与优势对本领域技术人员而言将变得明显，相同的数字在说明书、权利要求与附图中用于表示相同的特征。
附图简要说明
图1为例如，在冰箱的门中用于将冰块分配到相邻的玻璃杯中的冰块分配器门的简化侧视图；
图2为图1的分配器门的分解透视图，示出了其组成的刚性外壳元件、绝缘元件以及经由轴与本发明的旋转式致动装置相连通的弹性垫圈；
图3为旋转式致动装置的内部机构的透视图，其示出了用于作为门角度的函数控制提供至内部直流(DC)电机功率的电子开关；
图4为图3的机构的分解透视图；
图5为图2的旋转式致动装置的外壳的剖视图，示出了如装配在其中的图3的内部机构；以及
图6为旋转式致动装置的电路的示意图。
在详细说明本发明的实施例之前，应该理解的是，本发明并不限于其对在以下说明书中阐述的或在附图中示例的元件的结构与布置的细节的应用。本发明能够是其他实施例，并且能够以各种方式实践或实施。而且，应该理解的是，此处使用的措辞与术语是为了说明的目的，并不认为是限制。“包含”与“包括”的使用以及其变形表示包含其后列举的项目及其等同物，以及额外的项目与其等同物。
具体实施方式
现参照图1，根据本发明的冰块分配机构10可以安装在冰箱门12等内侧，以提供隔墙16上的枢转分配器门14，隔墙16将冰箱的冷藏容积17与外侧空气18隔离。
分配器门14可以围绕轴20枢转，以覆盖或揭开穿透隔墙16的开口19，并且在开启位置中，提供用于使冰块24向下穿过斜槽26进入玻璃杯28等的无障碍路径22。可以通过例如由玻璃杯28的边缘操作的电子分配器开关32控制的旋转式致动装置30激活门14围绕轴20枢转。
现参照图1与2，门14可以包括刚性挡板34，其围绕沿轴线20延伸的轴36枢转，并且沿一个方向与旋转式致动装置30的输出轴相接合。轴36可以被保持在框架38中的轴颈40中，框架38可以倚靠连接至位于开口19上方的隔墙16的内侧。刚性挡板34可以提供向内朝向冷藏体积17的圆柱形杯状空腔46，其接收绝缘的发泡元件48(发泡聚苯乙烯)。可以通过安装在圆柱形杯状空腔46的唇上的弹性垫圈50将发泡元件48俘获在圆柱形杯状空腔46内。
现参照图2与3，朝向旋转式致动装置30延伸的轴36可以包括钻孔，其装配在旋转式致动装置30的输出轴35之上，并且具有内架，以接合输出轴35中的平面37，当旋转式致动装置30轴向滑入而与框架38上的保持元件39的接合时，输出轴35允许两者沿轴20一起旋转。
现参照图3与4，旋转式致动装置30的内部机构31包括小分数马力直流(DC)电机52(具有小于25瓦，并且优选小于10瓦的操作功率)。直流(DC)电机52包括永磁定子与电刷，后者可以通过从电机52的底座延伸出的导电电机端子56与57连接至印刷电路板54。沿平行于轴20的轴60反向于基座延伸的电机轴58可以使正齿轮62保持与减速齿轮传动机构64相接合。
减速齿轮传动机构64包括：齿轮组61、63以及不完全齿轮72。齿轮组61具有与正齿轮62相连通的较大直径的齿轮以及与齿轮组63的较大直径齿轮相连通的共轴旋转的较小直径齿轮。与齿轮组63的较大直径齿轮同轴旋转的齿轮组63的较小直径齿轮与不完全齿轮72相连通，不完全齿轮72直接连接至输出轴35。
与齿轮组63一起旋转的轴65还连接至旋转式开关66，如以下将更加详细描述的，该旋转式开关66通过安装于轴65上的导电滑动片68与位于印刷电路板54上的导电线路67内部接合形成。
与不完全齿轮72相连通的齿轮组63驱动输出轴35，以使得在开启与关闭门14时轴35的角度范围对应于大约55度的门运动范围。通常，由于这两个轴65与35之间的齿轮连接(大约3.5∶1的传动比)，在轴35完全旋转情况下，在不完全齿轮72之前连接至齿轮组63的轴65的相应旋转将比轴35的旋转大得多。因此，随着门14开启或关闭，旋转式开关66的旋转将大于180度。通过将旋转式开关66连接至轴65，而不是连接至轴35以随着刚性挡板34的旋转而直接旋转，如以下将描述的，在旋转式开关66的开关点上能获得更好的准确性。
印刷电路板54还可以提供指状端子74，其可以连接至冰箱(未示出)中的线束。应该知道的是，因此，印刷电路板54可以为旋转式制动致动装置30提供在电机52的元件、二极管80与84、电阻76、旋转式开关66(以及提供旋转式开关66的触点)与消除任何手动接线的指状端子74之间的所有必要的电互相联接。
现参照图5，可以将旋转式致动装置30的内部机构31安装在外壳73中，以使得指状端子74与输出轴35可以由此延伸。扭力弹簧77同轴地围绕输出轴35在外壳73的壁与不完全齿轮72上的俘获部分79之间安装在外壳73内，以在旋转时偏压输出轴35，以使得在缺乏提供至电机52的电力时通常关闭门14。独立的扭力弹簧77允许旋转式致动装置30独立于其连接至门机构的其他元件的全功能测试。
外壳73可以包括允许其与相应的外壳元件(未示出)咬合在一起的闩83，以完全封闭内部机构31，除了所提及的输出轴35与指状端子74。
现参照图4、5与6，旋转式开关66可以定位成在两个指状端子74之间与电机串联。直流(DC)电源81可以通过分配器开关32施加于端子74上，以使得当玻璃杯28激活(关闭)分配器开关32时，电机52的一个终端56可以直接接收正电压(典型地，13.2伏直流电(DC)，并且优选地小于20伏)。
由二极管80的阴极接收直流(DC)电源81的返回，二极管80用于防止在旋转式致动装置30不正确的反向极性地连接到电源的情况中，对旋转式致动装置30的损害。
二极管80的阳极连接至旋转式开关66，其依次连接至电机52的剩余端子57。电机52的端子56与57通过二极管80分流，二极管80的阴极连接至直接接收正电压的端子56。同样，通过电阻76分流旋转式开关66。
最初，当关闭分配门14，并且断开分配器开关32时(不通过玻璃杯28激活)，没有电力施加于电机52，并且将旋转式致动装置30保持静止。此时，旋转式开关66处于使电阻76短路的闭合状态85。
当分配器开关32闭合时，例如通过用玻璃杯28按压，通过旋转式开关66与正向偏压二极管80将电力施加于电机52，使得电机52如箭头82所示旋转来开启门。基本上为零的电流通过二极管84，因为其为反向偏压，并且因为旋转式开关66处于使电阻76短路的闭合状态85而基本上没有电流通过电阻76。应该理解的是，通过与施加的电压成比例的反电势(EMF)限制直流(DC)电机52速度，并且其极限速度通过齿轮传动机构64缓和以控制门14的开启速度，从而降低门开启碰撞声。在一个实施例中，电机在13伏时产生500毫安的电流，为电机52提供约6.5瓦。
在门14完全开启之前，旋转式开关66运动至断开状态89，并且提供给电机52的电力必须通过电阻76。电阻76将通过电机52的电流减少至抵抗扭力弹簧77保持门开启所必须的量，但基本上小于用于驱动旋转式致动装置30以开启门14的功率。重要地，当直流(DC)电机的阻抗剧烈地下降时，电阻76防止在安装条件下过电流流向电机52。在一个实施例中，电阻76将流向电机52的电流限制至向电机52提供基本上小于6.5瓦的量。电阻76降低旋转式致动装置30的功率消耗(被电机52与电阻76消耗的总功率)以及致动装置30的伴随发热。
当断开分配器开关32时，(例如通过移除玻璃杯28)，扭力弹簧77的力使得轴35向如箭头90所示的与箭头82的相反的方向反向旋转，还使得电机52反向旋转。该旋转使得电机52产生使二极管84正向偏压的电力，以使得电流通过。将产生的电力消耗在二极管84与电机52的绕组中，从而用于提供在电机52上生成的运动制动，以减慢门14的关闭，并且降低门关闭的撞击声。
在以下权利要求中阐述了本发明的各个特征。应该理解的是，本发明并不限于其在此处阐述的元件的结构与布置的细节的应用。本发明能够为其他的实施例，并且能够以各种方式实践或实现。前述的变形与修改均在本发明的范围内。还应该理解的是，此处公开与限定的发明扩展至提及的或从文本和/或附图中显而易见的两个或多个独立特征的所有可替换的组合。所有这些不同组合构成了本发明的各个可替换方面。此处描述的实施例说明了已知的用于实践本发明的最佳模式，并且使得本领域技术人员能够实现本发明。

Claims (18)

1.一种电子旋转式致动装置，包括：
输出轴；
直流(DC)永磁电机，其设置旋转电机轴；
减速齿轮传动机构，其包括连接至所述电机轴以随之旋转的第一齿轮，以及连接至所述输出轴以使其随着电机的旋转而旋转的最后一个齿轮；
止挡，当将电力施加于所述电机时，所述止挡限制由所述电机通过所述齿轮传动机构驱动的所述输出轴沿第一方向的旋转；
弹簧，其偏置所述输出轴沿与所述第一方向相反的第二方向上的旋转，所述弹簧的尺寸设计为当不将电力施加于所述电机时，使所述输出轴沿所述第二方向旋转；以及
其中，随着所述输出轴沿第一与第二方向的运动，所述齿轮传动机构和电机保持与所述输出轴的接合，并且进一步包括分流元件，所述分流元件允许所述电机随着输出轴沿第二方向的运动产生的电流流过所述分流元件，从而通过电阻的消耗获得该运动的阻尼。
2.根据权利要求1所述的电子旋转式致动装置，进一步包括外壳，所述外壳包含所述电机、齿轮传动机构、弹簧、止挡以及所述输出轴的第一部分，并且其具有设置有轴颈的开口，所述输出轴可以延伸穿过所述轴颈以将所述输出轴的第二部分暴露在所述外壳外面。
3.根据权利要求2所述的电子旋转式致动装置，其中，所述电机为换向器电机，其具有小于10瓦的操作功率以及小于20伏的操作电压。
4.根据权利要求1所述的电子旋转式致动装置，其中，当将所述电力施加于所述电机时，所述分流元件为反向偏置二极管。
5.根据权利要求4所述的电子旋转式致动装置，进一步包括电子开关，当在所述输出轴在被止挡限制之前正在沿第一方向旋转时，所述电子开关启动以增加与所述电机串联的电阻。
6.根据权利要求5所述的电子旋转式致动装置，其中，所述电子开关通过所述齿轮传动机构中在所述最后一个齿轮之前的中间齿轮而启动。
7.根据权利要求6所述的电子旋转式致动装置，其中，所述电子开关为旋转式电子开关，其连接至与所述中间齿轮相连通的轴。
8.根据权利要求7所述的电子旋转式致动装置，进一步包括第二止挡，其限制所述输出轴沿第二方向的旋转。
9.根据权利要求8所述的电子旋转式致动装置，进一步包括印刷电路板，其使所述直流(DC)永磁电机的元件、分流元件、电子开关以及连通所述电子旋转式致动装置与外部控制电子设备的电子端子互相连接。
10.根据权利要求1所述的电子旋转式致动装置，进一步包括门板，所述门板连接至所述输出轴以随着所述输出轴的运动枢转，所述门板与门开口相连通以开启门，并且所述输出轴抵靠所述止挡。
11.一种冰块分配器门系统，包括：
门板，其连接至限定了门开口的门框架，以围绕门轴上的轴线枢转至所述门开口的一侧；
直流(DC)永磁电机，其设置旋转电机轴；
减速齿轮传动机构，其包括连接至所述电机轴以随之旋转的第一齿轮，以及连接至所述门轴以使所述门轴随着电机的旋转而旋转的最后一个齿轮；
止挡，当将电力施加于所述电机时，其限制由所述电机通过所述齿轮传动机构驱动的所述门轴沿第一方向的旋转；
弹簧，其偏置所述门轴沿与所述第一方向相反的第二方向的旋转，所述弹簧的尺寸设计为当不将电力施加于所述电机时，使所述门轴沿所述第二方向旋转；以及
其中，随着所述门轴沿第一与第二方向的运动，所述齿轮传动机构与电机保持与所述门轴的接合，并且进一步包括分流元件，所述分流元件允许所述电机随着所述门轴沿第二方向运动产生的电流流过所述分流元件，从而通过电阻的消耗可以获得该运动的阻尼。
12.根据权利要求11所述的冰块分配器门系统，进一步包括电子开关，当所述门轴在被所述止挡限制之前正在沿所述第一方向旋转时，所述电子开关启动以增加与所述电机串联的电阻。
13.根据权利要求12所述的冰块分配器门系统，其中，所述电子开关通过所述齿轮传动机构中在所述最后一个齿轮之前的中间齿轮而启动。
14.根据权利要求13所述的冰块分配器门系统，其中，所述电子开关为旋转式电子开关，其连接至与所述中间齿轮相连通的轴。
15.根据权利要求11所述的冰块分配器门系统，其中，当将所述电力施加于所述电机时，所述分流元件为反向偏置二极管。
16.根据权利要求15所述的冰块分配器门系统，进一步包括第二止挡，其限制所述门轴沿第二方向的旋转。
17.根据权利要求16所述的冰块分配器门系统，其中，所述弹簧为螺旋扭转弹簧，其围绕所述门轴同轴装配。
18.根据权利要求17所述的冰块分配器门系统，进一步包括外壳，其包含所述电机、齿轮传动机构、弹簧、止挡以及所述门轴的第一部分，并且其具有设置有轴颈的开口，所述门轴可以延伸穿过所述轴颈以将所述门轴的第二部分暴露在所述外壳外面。
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