CN104279363A - 用于提供马达反向驱动阻力的装置 - Google Patents

Abstract

描述了用于提供马达反向驱动阻力的装置。这里描述的示例性的装置包括用于接合马达的输出轴的制动器。示例性的装置还包括可操作地耦接到所述制动器的制动释放臂。反作用臂相对于所述制动释放臂固定并可操作地耦接到所述马达。所述反作用臂使得所述制动器响应于所述马达的反作用扭矩与所述马达的输出轴分离。

Description

用于提供马达反向驱动阻力的装置

技术领域

本公开大体上涉及马达，更具体地，涉及一种用于提供马达反向驱动阻力(backdrive resistance)的装置。

背景技术

过程设备通常包括多个控制回路，其共同连接成网络以生产产品。旋转阀经常是控制回路中的重要元件。旋转阀可操作流动的流体，诸如气体、蒸汽、水或化学混合物，以保持过程变量尽可能靠近理想的设定点。有时被称作阀或旋转阀组件的旋转阀通常包括阀体、内部阀内件、提供动力来操作(例如，打开或关闭)阀的致动器(例如，电动致动器、液压致动器等)，以及多个附加阀配件，诸如定位器、变换器、供给压力调节器、手动操作器等。

电动致动器经常使用经由驱动系统(例如，一个或多个齿轮)可操作地耦接到阀(例如，旋转阀、控制阀或节流阀等)的流动控制部件或闭合件(例如，阀盘)。在操作中，当电力被供给到马达时，电动致动器使得流动控制部件在关闭位置和打开位置之间旋转，以调节通过阀流动的流体。当阀关闭时，流动控制部件通常被配置成密封接合布置在流体流动通路中的阀座，以阻止在阀的入口和出口之间的流体流动。

当阀位于关闭位置并且电力被提供到马达时，马达通常提供充足的阀座载荷到流体流动控制部件，以确保流体流动控制部件密封接合阀座。当电力从马达去除时，驱动系统可被设计来维持流体流动控制部件相对于阀座的位置。然而，当致动器就位时，来自通过阀流动的流体的力能够被传送到马达。这些力足以反向驱动马达，并因此可能引起流体流动控制部件的不需要的位置变化，这对于控制回路具有未知的影响。

发明内容

这里公开了用于提供马达反向驱动阻力的装置。示例性的装置包括用于接合马达的输出轴的制动器。示例性的装置还包括可操作地接合到所述制动器的制动释放臂。反作用臂相对于所述制动释放臂固定并可操作地耦接到所述马达，以使得所述制动器响应于所述马达的反作用扭矩与所述马达的输出轴分离。

在另一个示例中，装置包括第一制动片和第二制动片。所述装置还包括可操作地耦接到所述第一制动片和所述第二制动片的弹簧。所述弹簧将所述第一制动片和所述第二制动片保持在接合位置，以在供给到马达的电力被去除时阻止马达的输出轴的旋转。所述装置还包括可操作地耦接到所述第一制动片和所述第二制动片的制动释放臂。所述装置还包括固定到所述制动释放臂并可操作地耦接到所述马达的反作用臂。所述反作用臂使得所述制动释放臂偏置所述第一制动片和所述第二制动片来分离所述输出轴以允许所述输出轴的旋转。

在又一个实施例中，装置包括制动装置，其用于制动马达的输出轴以阻止所述输出轴的旋转。所述装置还包括分离装置，其用于将所述制动装置从所述输出轴分离以允许所述输出轴响应于所述马达的反作用扭矩的旋转。

附图说明

图1是这里描述的示例性的旋转阀组件的立体图。

图2是包括示例性的马达和示例性的制动组件的示例性的致动器的放大图。

图3A是图2的示例性的马达和制动组件的细节图。

图3B是图3A的示例性的马达和制动组件的横截面视图。

图3C是图3A和图3B的示例性的马达和制动组件处于接合位置的横截面视图。

图3D是图3A和图3B的示例性的马达和制动组件处于分离位置的横截面视图。

具体实施方式

一些实施例在上面的附图中示出，并在下面详细地描述。在描述这些实施例中，相似或相同的附图标记用来表示相同或相似的部件。这些附图并不需按规定比例，附图中的一些特征和一些视图可为了清楚和/或简洁而放大比例或示意性地显示。另外，在说明书中已经描述了数个实施例。这些实施例的任一特征可包含于其它实施例的其它特征、替换或者结合其它实施例的其它特征。

一般而言，这里描述的实施例在供给到马达的电力被去除时向电动致动器的驱动马达提供(例如，经由耦接到马达的输出轴的制动器)马达反向驱动阻力。例如，当旋转阀的流体流动控制部件(例如，阀盘、阀球、离心阀塞等)处于设定位置时(例如，与旋转阀相关联的控制回路已经到达理想的设定点)，供给到驱动马达的电力可以移除。在这些实施例中，阀位置可保持基本固定。然而，当使用电动致动器时，在致动器处于设定位置时来自在旋转阀中流动的流体的力可施加于马达的输出轴。因此，可能发生输出轴以及耦接到输出轴的任何流动控制部件的位置的不需要的变化，这对控制回路具有意外或未知的影响。另外，为了纠正轴位置以响应于轴位置的重复变化，驱动马达由控制回路来再次通电，导致马达实质上连续地运行。

这里公开的实施例包括制动组件，其可布置在电动致动器的壳体或外壳内并可操作地耦接到驱动马达，以向由旋转阀内流动的流体引起的反向驱动力提供机械阻力。因此，流动控制部件的位置被机械地保持就位，由此消除了阀的流体流动控制部件的重复的电子重新配置。

通过这里描述的示例性的制动组件，当驱动马达运行(例如，通电)时，马达的反作用扭矩(或反作用力或输出力)使得制动组件的制动释放臂将制动片与马达的输出轴分离，以允许输出轴旋转。更具体地，反作用扭矩使得固定(例如，螺接)到马达的制动组件的反作用臂旋转。反作用臂的旋转移动刚性地耦接到反作用臂的制动释放臂。制动释放臂的移动使得制动片分开，从而在制动片和输出轴之间形成开口，由此允许输出轴自由地旋转。

当驱动马达停止时(例如，通过从马达去除电力而取消向马达供电)，弹簧载荷将制动片推到一起，使得制动片接合输出轴并阻止输出轴旋转。更具体地，制动片经由耦接到制动片的弹簧保持凸柱的弹簧而保持就位。由弹簧产生的载荷将制动片推到一起来夹紧输出轴。然而，如上所述，操作中驱动马达的反作用扭矩克服弹簧载荷，并且制动释放臂接合制动片的力推动制动片分开。

图1示出了这里描述的示例性的旋转阀组件100。旋转阀组件100包括经由安装支架106可操作地耦接到旋转阀104的电动致动器102。旋转阀104(例如，蝶形阀、偏心旋塞阀、全通径球阀、分段式球阀等)包括阀体108，其限定在入口112和出口114之间的流体流动通路110。流体流动控制部件116(例如，阀盘)布置在流体流动通路110中并包括密封表面118，密封表面118密封接合阀座或环形密封表面120(例如，密封环)，以控制通过入口112和出口114之间的流体流动通路110的流体流动。阀塞122在第一端被耦接(例如，螺纹耦接)到流体流动控制或闭合件116，并在第二端可操作地耦接到电动致动器102。安装支架106和多个固定件124将阀体108耦接到电动致动器102。

电动致动器102包括壳体126，壳体126限定容纳驱动系统的腔室128。

在图示的实施例中，流体流动控制部件116被描述为阀盘。然而，在其它实施例中，流体流动控制部件116可以是任何适当的流体流动控制部件116，例如，分段式阀球等。

图2示出了与图1的示例性的旋转阀组件100一起使用的电动致动器200。在该实施例中，驱动系统202包括马达204、传动装置206以及制动组件208。传动装置206将马达204的旋转运动传输到驱动轴210的旋转运动。

传动装置206可被配置成增加由马达204产生的扭矩并将增加的扭矩传递到驱动轴210。传递到驱动轴210的增加的扭矩使得流体流动控制部件116(图1)通过更大的力来接合阀座120(图1)，并因此提供了与阀座120的更紧密的密封接合，以在流体流动控制部件116密封接合阀座120并且电力被提供到马达204时阻止通过阀体108(图1)的流体流动。

如图所示，传动装置206布置在电动致动器200的壳体214的腔室212中。马达204也布置在电动致动器200的腔室212中。在一些实施例中，马达204可经由例如固定件和/或任何其它适当的固定装置耦接到传动装置206的齿轮箱(例如，齿轮箱的壳体)。然而，在其它实施例中，马达204可经由固定件或任何其它适当的固定装置耦接到电动致动器200的壳体214。在一些实施例中，马达204可被耦接到壳体214的内表面或壳体214的外表面。马达204可以是任何马达，例如，交流(AC)马达、直流(DC)马达、变频马达、步进马达、伺服马达或者任何其它适当的马达或驱动部件。

在图示的实施例中，传动装置206包括刚性耦接到马达204的输出轴220的第一齿轮218并接合中间齿轮222。中间齿轮222将第一齿轮218耦接到驱动齿轮224并由此将马达204耦接到驱动齿轮224。驱动齿轮224包括用来容纳驱动轴210的孔(未示出)，驱动轴210能够围绕轴线216自由地旋转。

如所示，驱动轴210是杆。驱动轴210的开口容纳阀杆122的第二端。尽管没有示出，但是在其它实施例中，驱动轴210可以是齿轮系统、滚珠丝杠系统和/或任何其它适当的传动系统，以将马达204的旋转运动传送到阀杆122的旋转运动。

参见图1和图2，在操作中，马达204围绕轴线228沿第一方向226(例如，顺时针方向)驱动或旋转输出轴220，以朝着打开位置移动(例如，旋转)旋转阀104，并围绕轴线228沿与第一方向226相反的第二方向(例如，逆时针方向)驱动或旋转输出轴220，以朝着关闭位置移动(例如，旋转)旋转阀104。

为了朝着打开位置移动(例如，旋转)旋转阀104，电力被提供到马达204以沿第一方向226旋转输出轴220。传动装置206使得驱动齿轮224围绕驱动轴210旋转，以使驱动轴210沿着轴线216以旋转运动移动(例如，旋转)。更具体地，当输出轴220和第一齿轮218沿第一方向226旋转时，中间齿轮222使驱动齿轮224围绕轴线216沿第一方向232旋转。因此，驱动齿轮224围绕驱动轴210旋转并使驱动轴210沿着轴线216在第一方向232上旋转。驱动轴210使得阀轴122并由此使得流体流动控制部件116远离阀座120旋转，以允许或增加通过入口112和出口114之间的流体流动通路110的流体流动。

为了朝着关闭位置移动(例如，旋转)旋转阀104，电力被提供给马达204以使输出轴220围绕轴线228沿第二方向230(例如，逆时针方向)旋转。输出轴220沿第二方向230的旋转使得驱动轴210沿着轴线216在第二方向234上移动(例如，旋转)。更具体地，当输出轴220和第一齿轮218围绕轴线228沿第二方向230旋转时，中间齿轮222使驱动齿轮224围绕轴线216沿第二方向234旋转，以使得驱动轴210围绕轴线216沿第二方向234移动(例如，旋转)。驱动齿轮224围绕轴线216沿第二方向234的旋转使得驱动轴210朝着阀座120旋转，并由此使得流体流动控制部件116朝着阀座120旋转，以阻止或限制通过入口112和出口114之间的流体流动通路110的流体流动。

当旋转阀104位于关闭位置时，流体流动控制部件116的座表面118密封接合阀座120以阻止通过旋转阀104的流体流动。当流体流动控制部件116接合阀座120时，由于驱动轴210被刚性地耦接到阀杆122，所以驱动轴120被阻止朝着阀座120进一步旋转。换言之，当流体流动控制部件116密封接合阀座120时，驱动轴210位于行程终止位置。然而，在其它实施例中，行程终止位置或行程末端可发生在驱动轴210的表面接合壳体214的部分或表面或者任何其它表面时。

当电力从马达204去除时，马达204和/或传动装置206可能缺少足够的阻力来维持驱动轴210的位置或者阻止驱动轴210的旋转运动，并由此缺少足够的阻力来维持流体流动控制部件116的位置或者阻止流体流动控制部件116的旋转运动。当供给到马达204的电力去除时，充足的反向驱动阻力提供阻力来基本上阻止由旋转阀104中的流体流动效应而产生的运动(例如，力)。缺少该反向驱动阻力，来自流体流动的力可能会施加于马达204并引起流体流动控制部件116的不需要的位置变化。

如下面结合图3A-3D更详细地描述，当制动组件208可操作地耦接到马达204时，如果电力从马达204去除，制动组件208提供机械制动，以维持流体流动控制部件116的位置。例如，可期望将旋转阀104维持在关闭位置，以避免在紧急情况、电力故障或者供给到电动致动器102(例如，马达204)的电力被去除或关闭时发生溢出(化学溢出)。否则，在例如电力中断中不能向流体流动力提供充足或足够的反向驱动阻力将使得流体流动通过入口112和出口114之间的旋转阀104的流体流动通路110。例如，在入口112处的压缩流体的压强可提供抵抗流体流动控制部件116的力(例如，在图1的定向中沿朝着出口114的方向)，以在供给到马达204的电力去除时使得流体流动控制部件116的座表面118旋转离开阀座120，并允许流体朝着出口114流动或泄漏。

因此，示例性的制动组件208提供反向驱动阻力给马达204，以在旋转阀104位于关闭位置并且电力从电动致动器102去除时避免通过流体流动通路110的不需要的流体流动。另外，制动组件208提供马达反向驱动阻力，而不消耗电力(即，具有基本零电力消耗)。因此，在一些实施例中，当旋转阀104位于设定位置时，供给到马达204的电力可去除来保存能量，由此改进了电动致动器102的性能和/或效率。

图3A是图2的示例性的马达204和示例性的制动组件208的细节图。图3B是图3A的马达204和示例性的制动组件208的横截面视图。图3C是图3A和图3B的马达204和示例性的制动组件208的横截面视图，其具有处于接合或夹紧位置的图3A的示例性的制动片302、304。图3D是图3A和图3B的马达204和示例性的制动组件208的横截面视图，其具有处于分离或松开位置的图3A的制动片302、304。图3A、图3B和图3C还示出了处于接合或夹紧位置的示例性的制动片302、304。在图3A、图3B和图3C图示的示例中，致动器壳体214的一部分已经为了清楚而去除。

参见图3A，马达204布置在致动器壳体214内。马达204(例如，电动马达)经由固定托架306耦接到壳体214，固定托架306相对于壳体214固定。马达204通过托架306支撑并能够相对于托架306旋转。图示的实施例包括传动装置206的第一齿轮218(图2)，其从制动组件208延伸以接合中间齿轮(未示出)。

制动组件208被可操作地耦接到马达204和托架306。制动组件208包括反作用臂308和制动释放臂310。反作用臂308的第一端经由制动释放螺栓312被刚性地耦接到制动释放臂310的第一端。

制动释放臂310的第二端布置在相对的制动片302、304之间的制动片间隙314(或腔室)中。从托架306延伸的释放臂枢轴316布置在邻近制动释放臂310的第二端的椭圆形枢轴开口318中。枢轴开口318的椭圆形状允许制动释放臂310相对于释放臂枢轴316枢转和平移。特别地，枢轴开口318的椭圆形或者长方形形状允许制动释放臂310和马达204围绕它们不同的旋转轴线自由地旋转。释放臂突起部320从制动释放臂310的第一侧延伸，接合制动片302，释放臂突起部322从制动释放臂310的第二侧延伸，接合制动片304。另外，尽管图示的实施例中示出了两个释放臂突起部从制动释放臂310的第一侧延伸以及两个释放臂突起部从制动释放臂310的第二侧延伸，但是在其它的实施例中，可以有其它数目的释放臂突起部从制动释放臂310的第一侧和/或第二侧延伸，例如，1个、4个或任何其它数目。

在图示的实施例中，弹簧324的第一端被连接到第一制动片302的第一弹簧保持凸柱326，弹簧324的第二端被连接到第二制动片304的第二弹簧保持凸柱328。

如图3B中所示，输出轴220从马达204延伸，并刚性地耦接(例如，经由销或压配合)到第一齿轮218。在图3A和图3B的图示实施例中，第一齿轮218被显示为正齿轮，但是也可使用其它类型的齿轮。

反作用臂308经由包括内环332和外环334的轴承组件330耦接到托架306。轴承组件330的内环(或套筒)332被耦接(例如，经由销或压配合)到托架306。轴承组件330的外环334被耦接(例如，经由销或压配合)到反作用臂308。以这种方式，反作用臂308能够围绕输出轴220/正齿轮208旋转。然而，也可使用允许旋转运动的其它耦接元件，例如，轴衬等。另外，反作用臂308经由例如内六角螺钉(未示出)固定到马达204。然而，相对于马达204来固定反作用臂308的其它方法也是可能的。

弹簧324穿过制动释放臂310的释放臂开口336地放置，以推动制动片302、304来接合输出轴220/正齿轮218。在图示的实施例中，释放臂开口336是椭圆形的，以允许制动释放臂310枢转或旋转并平移，而不接触弹簧324。

如图3C和3D中更清楚所示，制动片302、304的第一端经由制动片枢轴338、340耦接到托架306。制动片枢轴338、340分别向制动片302、304提供枢轴，以沿相反的方向旋转。

参见图3A、3B、3C和3D，在操作中，当制动组件208位于接合位置时，如图3C中所示，制动片302、304接合输出轴220/正齿轮218。制动片302、304和输出轴220/正齿轮218之间的摩擦阻止输出轴220/正齿轮218旋转。接合(或夹紧)输出轴220/正齿轮218的制动片302、304提供反向驱动阻力并阻止马达204的运动，并由此阻止可操作地耦接到马达的任何阀流动控制部件的运动(例如，旋转)。在一些该实施例中，供给到马达204的电力可以去除来保存能量。

响应于马达204启动，马达204的反作用扭矩使得相对于马达204固定的反作用臂308经由轴承组件330旋转。制动释放螺栓312将反作用臂308刚性地耦接到制动释放臂310，并因此响应于反作用扭矩，制动释放臂310围绕释放臂枢轴316枢转。弹簧324的载荷由反作用扭矩克服，释放臂突起部320沿第一方向接合并移动第一制动片302，以及释放臂突起部322沿与第一方向相反的第二方向接合并移动第二制动片304(图3D)。因此，制动释放臂310的旋转偏置制动片302、304，以将制动片302、304与输出轴220/正齿轮218分离。制动片302、304与输出轴220/正齿轮218的分离(例如，分离)在制动片302、304和输出轴220/正齿轮218之间产生间隙342，并允许输出轴220/正齿轮218沿任一方向自由地旋转。

尽管这里已经描述了某些示例性的方法、装置和制造物品，但是本发明的覆盖范围并不限于此。相反地，本发明覆盖了合理落入本发明的权利要求的范围内的所有方法、装置和制造物品。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

制动器，其用于接合马达的输出轴；

制动释放臂，其可操作地接合到所述制动器；以及

反作用臂，其相对于所述制动释放臂固定，并可操作地耦接到所述马达，以使得所述制动器响应于所述马达的反作用扭矩与所述马达的所述输出轴分离。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括马达托架，所述马达由所述马达托架支撑，并响应于所述反作用扭矩相对于所述马达托架是可旋转的。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述马达托架包括枢轴，所述制动释放臂响应于所述反作用扭矩围绕所述枢轴旋转。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述马达托架包括枢轴，所述制动器响应于所述反作用扭矩围绕所述枢轴旋转。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述制动器包括相对的多个制动片，所述多个制动片响应于所述反作用扭矩沿相反的方向枢转。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括弹簧，所述弹簧偏置所述制动片来接合所述输出轴以阻止所述输出轴的旋转。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括马达，其中所述马达是电动马达。

8.一种装置，包括：

第一制动片；

第二制动片；

弹簧，其可操作地耦接到所述第一制动片和所述第二制动片，所述弹簧将所述第一制动片和所述第二制动片保持在接合位置，以在供给到马达的电力被去除时阻止马达的输出轴的旋转；

制动释放臂，其可操作地耦接到所述第一制动片和所述第二制动片；以及

反作用臂，其相对于所述制动释放臂固定，并可操作地耦接到所述马达，所述反作用臂使得所述制动释放臂偏置所述第一制动片和所述第二制动片来分离所述输出轴以允许所述输出轴的旋转。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，当电力提供到所述马达时，响应于所述马达的反作用扭矩，所述反作用臂使得所述制动释放臂偏置所述第一制动片和所述第二制动片。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一制动片和所述第二制动片是相对的制动片并响应于所述反作用扭矩沿相反的方向枢转。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括马达托架，所述马达由所述马达托架支撑，并响应于所述反作用扭矩相对于所述马达托架枢转。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述马达托架包括轴承，所述反作用臂响应于所述反作用扭矩围绕所述轴承旋转。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述马达托架包括枢轴，所述制动释放臂响应于所述反作用扭矩围绕所述枢轴旋转。

14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一制动片和所述第二制动片响应于所述反作用扭矩沿相反的方向枢转。

15.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括阀杆，所述阀杆可操作地耦接到所述输出轴，其中所述输出轴的旋转使得所述阀杆沿旋转方向移动。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述阀杆可操作地耦接到流体阀的流动控制部件。

17.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括马达，并且其中所述马达是电动马达。

18.一种装置，包括：

制动装置，其用于制动马达的输出轴以阻止所述输出轴的旋转；以及

分离装置，其用于将所述制动装置从所述输出轴分离以允许所述输出轴响应于所述马达的反作用扭矩的旋转。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述分离装置将所述制动装置的至少一部分远离所述输出轴移动。

20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述制动装置包括用于朝着所述输出轴移动所述制动装置的至少一部分的移动装置。