CN104903657A - 快速附接的开口端直接安装式风门和阀门致动器 - Google Patents

Abstract

一种致动器组件包括壳体以及布置在壳体内的夹紧件。夹紧件被构造成将致动器组件附接到风门中间轴或阀杆或阀门连杆轴上。中间轴可操作以控制一个或多个风门叶片的位置。阀杆和阀门连杆轴控制阀塞的位置。夹紧件能经由在一端未阻塞的槽式开口来触及。马达被构造成使夹紧装置在壳体内旋转。控制模块与马达耦合且构造成控制风门或阀门致动器组件。在实施例中，通信模块利于经由网络通信至风门致动器组件和自风门致动器组件进行通信，并且允许进行风门的远程监测以及风门致动器组件的远程控制或者阀门的远程监测以及阀门致动器组件的远程控制。

Description

快速附接的开口端直接安装式风门和阀门致动器

技术领域

本发明总的来说涉及风门和阀门组件以及用于风门和阀门组件的致动器组件。

背景技术

通风与流体控制系统越来越多地用于建筑物中，包括居民建筑物、办公建筑物、商业建筑物和工业建筑物，有时与防烟或防火设备相结合，用于达到占用者舒适和安全的目的，并且还用于制造过程的目的。风门和阀门用来控制空气和流体的流量，从没有流到最大满流。这些风门/阀门空气与流体控制系统包括但不限于那些用于电站、化学制造操作、食品与饮料加工、液气供给与处置、水供给与处置、加热、通风以及空气调节(HVAC)系统等中的系统。

通常，通过风门组件或风门来控制HVAC和制造加工管道中的空气流。风门用于控制气流以保持载气管道中的温度。风门可按多种尺寸、形状和式样进行生产以便安装到矩形或圆形的管道中。风门通常具有连接杆或轴，通常称为中间轴，其连接到风门的轮叶或叶片。风门可以具有单个叶片或者整体移动的多个相互连接的叶片。根据风门构造，中间轴连接杆可以连接而使得连接杆的线性运动引起风门叶片打开或闭合。在其他实施例中，配备有轴或中间轴的风门被布置成使得中间轴的旋转运动引起风门叶片打开或闭合，但是一种较旧技术的可替代方法是将曲柄臂与轴或中间轴连接并且利用线性运动来打开或关闭风门叶片。圆形的风门通常为蝶型，其具有与旋转轴连接的单个圆盘。

控制阀门通过使其阀塞在其阀体中移动而在一个移动端阻挡流体流且在另一移动端开流来对流体进行节流。阀塞可以具有各种形状，或对称或不对称，并且可以连接到杆和密封件，杆和密封件离开阀体以允许位于阀门外的致动器定位阀杆和阀塞。通常，密封件被设计成与阀体杆和阀体杆出口具有紧密接触，使其在阀门以其额定的静态和压差额定值工作的同时防止流体从阀门泄漏出去。一些控制阀门，诸如球形阀(globe valve)和闸式阀，需要线性杆运动以便完全打开和关闭流体流，其他类型的阀门，诸如球阀(ball valve)、蝶形阀和鞋形阀需要旋转运动来完全打开和关闭流体流。

在典型的HVAC或过程控制应用中，风门中间轴或阀杆由致动器来操作。致动器是一种通常包括马达的组件，带有某种类型的耦合装置，其由马达驱动，耦合装置能够连接到中间轴或阀杆以使其运动。

本发明的实施例代表了在风门与阀门致动器组件方面相对于现有技术的进步。本发明的这些以及其他的优点，以及额外的发明特征，将通过本文提供的对发明的描述而变得清晰。

发明内容

在一个方案中，本发明的实施例提供一种致动器组件，其包括壳体和布置在壳体内的夹紧件。夹紧件构造成将致动器组件附接到风门中间轴或阀杆上。中间轴可操作以控制一个或多个风门叶片的位置，阀杆可操作以定位阀塞、球、闸件、截止件、鞋形件、蝶形件等。夹紧件能够经由在一端处未阻塞的槽式开口触及。马达构造成使夹紧装置在壳体内旋转。在具体实施例中，控制模块与马达耦合且构造成控制致动器组件。在更具体实施例中，通信模块利于经由网络通信至致动器组件和自致动器组件进行通信，并且允许对风门或阀门进行远程监测以及对致动器组件进行远程控制。槽式开口允许致动器组件直接附接到沿着中间轴或阀杆的长度的任意点。这些模块可以封闭或者可以不封闭在致动器组件内。

在具体实施例中，夹紧装置具有两个对置构件，这两个对置构件构造成当两个对置构件绕中间轴或阀杆紧固时使风门致动器或阀门组件自定心。在更具体实施例中，两个对置构件为曲形的。在一些实施例中，两个对置的曲形构件的位置是通过旋转螺纹轴来控制的。两个对置的曲形构件的接合中间轴的部分可具有夹持面，夹持面构造成夹紧到变化尺寸和形状的柱形的、方形的、六边形中空的、或六边形实心的中间轴上。而且，夹持面可以包括接合中间轴或阀杆的多个脊状突起。

在一些实施例中，控制模块与温度传感器和温度设定控制器耦合，并且其中控制模块操作致动器组件，基于温度传感器感测到的实际温度与输入到温度设定控制器的期望温度之差来控制致动器组件。

在本发明的另外的实施例中，通信模块构造成利于控制模块与建筑物管理或过程控制系统之间的通信，并且所述控制模块经由串行通信总线来与建筑物管理或过程控制系统通信。在美国公开No.2010/0142535中披露了一种利用通信网络来实施的建筑物管理系统，其教导和公开内容通过引用结合于此。在一些实施例中，来自建筑物管理或过程控制系统的信号由控制模块保持性地存储，使得在与建筑物管理或过程控制系统的通信丢失的情况下致动器组件能够正确地运作。系统还可以包括构造成将关于致动器组件的操作的诊断信息提供给远程站的诊断模块。

在另一方案中，本发明的实施例提供一种具有风门的风门致动器组件，所述风门具有至少一个风门叶片和控制所述风门叶片的位置的中间轴。该组件还包括附接到用于风门或阀门的支撑结构的致动器。致动器包括壳体，该壳体具有至少一个凸片(有时称为防旋转连接器或支架)，该凸片具有用于紧固件的开口，使得壳体可以可拆除地附接到风门或阀门的支撑结构上。紧固件可以用螺纹连接或者铆接。致动器还具有布置在壳体内的夹紧件。夹紧件构造成将致动器组件附接到风门的中间轴或阀杆上。中间轴可操作以控制一个或多个风门叶片的位置或控制阀杆来定位阀塞。夹紧装置能经由端部开口的槽来触及。该组件包括马达和控制模块，该马达构造成使夹紧装置在壳体内旋转，该控制模块与马达耦合且构造成控制致动器组件。

风门可以是折片式风门、分流式风门、箍缩式风门、单叶片式风门、蝶形风门、平行叶片式风门和对置叶片式风门。端部开口的槽允许致动器直接附接到沿中间轴长度的任意点。在具体实施例中，夹紧装置具有两个对置的曲形构件，其构造成当两个对置的曲形构件绕中间轴紧固时使致动器自定心。在一些实施例中，螺纹轴的手动旋转调节两个对置曲形构件的位置。

在另一方案中，本发明的实施例提供了一种阀门致动器组件，其具有阀门，阀门具有阀杆和阀塞，以控制阀塞的位置。在具体实施例中，阀门具有线性运动阀塞冲程，诸如使用球形阀或闸式阀。在可替代的实施例中，阀门具有角旋转阀塞冲程，诸如使用球阀、蝶形阀或鞋形阀。本发明的实施例与上述任意风门和阀门类型兼容，但不限于这些风门和阀门类型。

线性杆运动式阀门在冲程的每端具有限制其运动的硬止挡件。旋转杆运动式阀门可以或者可以不在其提供最小流和最大流的运动点具有硬止挡件。具有硬止挡件的旋转杆运动式阀门通常具有在其最小流点和最大流点处对准的硬止挡件。还可能的是，通过将止挡件定位在最大流点之前来限制旋转杆式阀门的最大流，使得硬止挡件抑制致动器在期望的流行程点上方移动。该硬止挡件本身还可以通过机械或电子器件集成在致动器内。

通过下文结合附图进行的详细说明，本发明的其他的方案、目标和优点将变得更加明显。

附图说明

并入说明书中且构成说明书一部分的附图图示出本发明的多个方案，其与说明书一起用来解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明的实施例的致动器组件的侧视图；

图2是图1的致动器组件的立体图；

图3是示出根据本发明实施例的致动器组件在其夹紧端的内部部件中的一些部件的立体图；

图4是示出根据本发明实施例的致动器组件壳体在其夹紧端的一部分的立体图；

图5是依照本发明实施例构造的风门与致动器组件的立体图；

图6是依照本发明实施例构造的具有不同于图5所示风门的风门的风门与致动器组件的立体图；

图7是依照本发明实施例构造的利用线性连杆运动来定位风门叶片的风门与致动器组件的平面图；

图8是依照本发明实施例构造的球阀与致动器组件的立体图；

图9是依照本发明实施例构造的球形阀和致动器组件的立体图；以及

图10是示出依照本发明实施例的风门致动器组件的系统连接的框图。

虽然已经结合一些优选的实施例描述了本发明，但是无意将本发明限制为那些实施例。相反，意在涵盖包含在如随附权利要求书中限定的本发明精神和范围内的所有的可选方案、改进方案和等同方案。

具体实施方式

图1是根据本发明实施例的致动器组件100的侧视图。致动器组件100具有壳体102，壳体102具有一个或多个凸片104，用于将致动器组件100附接到用于风门或阀门的支撑结构。在图1的实施例中，致动器组件100具有位于壳体102一端的两个凸片104。每个凸片104具有构造成容纳紧固件(未显示)以将致动器组件100固定在位的开口。

致动器组件100具有端部开口的槽108，如图1中可见，该端部开口的槽是在一端完全未阻塞的槽式开口。在本发明的具体实施例中，存在朝向端部开口的槽108的闭合端的夹紧件或夹紧装置110。夹紧装置110包括两个对置的曲形构件112。在更具体的实施例中，两个对置的曲形构件112中的每一个都具有夹持面114。在图1的实施例中，每个夹持面114包括一系列的脊状突起116。这些夹持面可以或者可以不包括脊状突起。两个对置的构件112被成形为利于夹紧到柱形的、方形的、六边形的或其他变型的实心或空心的轴、中间轴或阀杆上。此外，两个对置构件112的曲度使得夹紧装置110能够夹紧并保持变化尺寸和形状的轴。然而，在可选的实施例中，这些对置的夹紧构件可以通过接合不同形状的轴的方式来成形。两个对置的构件112允许在风门叶片经由中间轴的旋转运动来定位的情况下直接连接到风门组件的中间轴，但是还能够利用曲柄臂连接到风门安装附件以便经由曲柄臂的线性运动定位风门叶片。在一些实施例中，两个对置的构件112是曲形的，但是可构思出其他的形状，例如，V形。

在一些实施例中，两个对置的曲形构件112经由螺纹杆119定位。螺纹杆119沿一个方向的旋转使得两个对置的曲形构件112闭合，而螺纹杆119沿相反方向的旋转使得两个对置的曲形构件打开。在图1的实施例中，螺纹杆119构造成利用旋钮118手动地旋转。然而，在可选的实施例中，螺纹杆119可以构造成具有例如方形的或六边形的端部，使得两个对置的曲形构件112能够利用动力工具或自动装配设备来定位。

用于驱动诸如风门和阀门的负载的连续旋转式电动机通常具有用于改变电动机的速度、转矩和运动范围的齿轮、滑轮或链/链轮驱动组件。齿轮比滑轮、链、带或链轮更紧凑，并且因为它们提供更易于安装在紧密区域的紧凑的、较廉价的致动器组而经常用于风门与阀门致动器中。类似于滑轮、链和链轮，齿轮通过齿数比来提供机械优势，允许小型电动机驱动更高扭矩旋转负载或更高力线性负载。然后，最终的输出齿轮与机械地连接到风门轴或阀杆的输出机构相啮合。

有各种能够用于马达输出的齿轮技术。一些齿轮是基于致动器的外部形状以及马达轴相对于齿轮驱动输出机构的定向以及致动器的输出类型(可提供旋转运动或线性运动)来选择的。为了改变马达轴相对于齿轮驱动输出机构的定向，两个相邻的齿轮必须具有啮合而使得齿轮中心和轴线成90度的齿。其他装置也可用来转化运动，诸如例如丝杠/螺杆装置。

诸如正齿轮的一些齿轮是每个轮齿的边缘与旋转轴线对准的直齿轮，并且当它们与平行轴(各平行轴位于每个齿轮的中心)配合时能够啮合在一起。螺旋齿轮具有与正齿轮相同的圆形形状，但是具有关于齿轮的边缘成角度的螺旋形切齿。双螺旋齿轮或人字形齿轮具有形成为字母V形的两组螺旋切齿。双螺旋齿轮抵消了用于对齿轮的轴施加更大力的净轴向推力，因为每个螺旋齿轮沿反向推动。相邻的正齿轮或螺旋齿轮以不同的齿数相啮合用于提高转矩和降低速度，或者提高速度和降低转矩，一组中齿轮的数量以及它们相对于相邻齿轮的齿数确定了转矩和正时的总集合变化。

两种不同类型的相邻齿轮相啮合能够用于改变马达轴或齿轮中心相对于相邻齿轮中心以90度的定向或者用来将旋转运动转化成线性运动，或者将线性运动转化成旋转运动。用来以90度将齿轮中心转化到相邻齿轮中心的普通齿轮包括锥齿轮，其可以具有直切正齿型轮齿或锥形齿。准双曲面齿轮、螺旋状齿轮和弧齿伞齿轮类似于螺旋锥齿轮并且提供齿轮中心的90度变化，但是还可以提供两个齿轮中心之间的偏移。具有连续切出的轮齿的较大宽度-直径比的蜗轮能够与正齿轮或螺旋齿轮一起使用以将齿轮中心变换90度到相邻的齿轮中心。

行星或周转齿轮系由一个或多个外齿轮、或行星齿轮绕中心轮或太阳轮旋转而构成。通过利用三个以上的行星齿轮，在行星齿轮之间共担负载分布，这样在每个行星齿轮处提供了更加均匀化的、减小的轮齿力，以及当齿轮用于高转矩应用时因此具有较长的齿轮寿命。中心太阳轮和周围的行星齿轮布置在外环齿轮中，外环齿轮在其内径上具有适当的齿数，而并非类似于常规的正齿轮在其外径上具有适当的齿数，从而适应所有行星齿轮中啮合齿数的总数。

在本发明的实施例中，在端部开口的槽108的相反端处，齿轮位于新技术的壳体102中。在一些实施例中，在致动器组件100中使用的主驱动齿轮是正齿轮。虽然已经参考一些优选的实施例描述了本发明的方案，但是本领域技术人员将理解到，可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下，做出各种形式和细节上的改变。例如，致动器的齿轮系可以由不同齿轮类型的组合构成且可以具有不同形状的壳体102。本发明的实施例可以包括但不限于任意上述齿轮类型。

在致动器组件100能够通过适当转矩传递来正确地定位其负载之前，致动器组件100必须利用夹紧装置110紧固到风门中间轴或阀杆组件或阀门连杆轴上以及通过一个或多个凸片104紧固到支撑结构上，从而防止致动器壳体102扭曲。致动器负载通常由如图5和图6所示的中间轴154、204、图7所示的风门叶片304或图8所示的阀杆452、图9所示的阀塞或阀门连杆轴243以及连杆和阀塞、球阀、闸式阀、蝶形阀等构成。

由于致动器组件100的端部开口的槽108和夹紧装置110能够适应变化尺寸的轴，所以当致动器组件100未安装时在两个对置的曲形构件112之间存在开放区域以及在端部开口的槽108的大致区域中存在开放区域。重要的是，风门轴或阀杆或阀门连杆轴同心地定位在端部开口的槽108的中心，如图5和图6所示的风门中间轴154、204或图8所示的阀杆452或者图9所示的阀门连杆轴243垂直于致动器壳体102表面。将风门轴或阀杆关于壳体102的表面成90度并且同心地紧固在端部开口的槽108内使得在致动器上具有侧部负载的可能性最小化，该侧部负载将使致动器组件100扭曲且造成与凸片104一起使用的带螺纹或不带螺纹的安装紧固件将从它们的孔中松动或者疲劳和故障的可能性。

图2是图1的致动器组件100的立体图。在图2的实施例中能够看出，壳体102具有加宽部120，其容纳马达，通常是电动机，以及可旋转地驱动夹紧装置110的齿轮系。该部分可以加宽，也可以不加宽，取决于所使用的齿轮系和马达。在壳体102的一端，存在当夹紧装置110旋转时适应螺纹杆119的运动的槽122。

图3是示出致动器组件100的正齿轮中的一些而不是全部的立体图，其通过将马达的高速输出转化成将风门和阀门从打开完全定位到关闭所需的较低速、较高转矩、1/4圈或更大的输出来提供机械优势。齿轮系由包括齿轮构件351在内的多个齿轮构成，从而获得定位具有静态负荷和动态负荷的风门或阀门所需的机械优势。风门或阀门的静态负荷包括轴承和密封件的摩擦及其压力、以及它们的组件相对于它们的物理定向的重量、以及由于承载组件的屈曲和弯曲而导致的任何运动效率损失。同一尺寸的不同风门或阀门可以具有基于其固有设计而不同的静态负荷要求。风门或阀门的动态负荷是通过风门叶片或阀塞面积相对于其所相对的流阻力大小来确定的。

齿轮构件351与输出齿轮352相啮合，输出齿轮352还与夹紧齿轮354相啮合。夹紧齿轮354是双功能齿轮，其既充当齿轮，又充当用于风门中间轴154、204或阀杆452或阀门连杆轴243的夹紧件，以应对致动器组件100驱动阀门连杆而阀门连杆又定位阀门的情况。夹紧齿轮354包括借助螺纹杆119紧固到风门中间轴或阀杆或阀门连杆轴的设置，螺纹杆119通过致动器安装件来紧固。螺纹杆119对风门中间轴或阀杆自定心，以使其在端部开口的槽108内同心，并通过以相等速率一起拉动曲形构件112和具有脊状突起116的夹持面114，借助夹紧装置110将致动器组件100紧固到风门中间轴或阀杆或阀门连杆轴上。这是通过两个夹持面114中的每一个的通过螺纹杆119沿相反方向定位的对置螺纹来实现的。

显然，夹紧齿轮354不是标准的正齿轮，不仅因为其一体式的自定心夹紧作用，而且因为其形状非对称且缺少通常存在于正齿轮中以便齿轮轴相对于其所啮合的其他齿轮正确对其定中心的中心孔。夹紧齿轮354也是独特的，因为其具有贯通其轮齿的一段的两个孔。第一个孔允许螺纹杆119进入齿轮从而操作附接到包含脊状突起116的夹持面114的两个对置的曲形构件112。在夹紧齿轮354的另一侧上的第二个孔是允许当螺纹杆紧固到窄直径轴上时螺纹杆119退出夹紧齿轮354。

图3和图4所示的壳体部353包含了凸形的圆形导向件401，其匹配存在于夹紧齿轮354两侧的凹形的圆形导向件355。另一壳体部(图中未示出)还具有相配合的凸形的圆形导向件，其在对所连接的风门中间轴154、204或阀杆452或阀门连杆轴243定位的同时对啮合中的且由输出齿轮352驱动的夹紧齿轮354定中心。圆形的导向件定位夹紧齿轮354，使得其保持与输出齿轮352的正确的轮齿啮合。

致动器组件100能够单个地直接安装到风门的中间轴上以通过角旋转来定位风门叶片或遮板。可选地，多个致动器组件100能够连接到单一中间轴上。在该情况下，多个致动器组件100具有相同类型的输入信号和相同的转矩输出额定值，因此多个致动器组件100同时一致地贡献转矩以通过角旋转来定位较大尺寸的风门叶片或遮板。

致动器组件100可构造成作为不具有无动力预设位置的非弹簧复位式致动器操作，或者作为具有无动力预设位置的弹簧复位式致动器操作。非弹簧复位式致动器在失去动力时保持在其最后的指令位置。通常，弹簧复位式致动器利用机械弹簧、电容器、或电池以及动力失去检测电路一起来检测动力的失去，然后将致动器定位到预设位置，直到恢复致动器的动力。

此外，致动器组件100可构造成通过各种输入信号类型来控制，例如可能是从远程定位的控制器接收到的输入信号，该控制器具有用于感测受控变量的离散输入。这些受控变量可以包括温度、压力或湿度，在具体的实施例中，使致动器基于控制器的预先确立的控制算法来提供具体的输出。普通的输入信号包括：二进制、或开/关或两个位置、电压信号、在电压存在时沿一个方向充分驱动致动器而在电压不存在时沿另一方向充分驱动致动器的常规的交流(AC)信号。

在一些实施例中，致动器组件100经由三线浮动信号来控制，该三线浮动信号通常但不总是为交流，由如下信号构成：1)当电压存在于第一输入上时使中间轴沿一个方向旋转的信号；2)当电压存在于第二输入上时使中间轴沿另一方向旋转的信号；以及3)当电压不存在于第一输入或第二输入上时，将中间轴保持在位的信号。风门致动器组件100能够停止且保持在其行程中的任意地点。第三线用作第一线和第二线的共用线。

在具体实施例中，致动器组件100是由比例输入信号来操作的。也即，致动器组件100与直流(dc)电压或电流的电平成比例地响应，具有预先确立的起始点和范围，其中低端电压或电流沿一个方向充分地驱动致动器，并且其中高端电压或电流沿另一方向充分地驱动致动器，并且其中位于低端电压和高端电压之间的电压或电流将基于输入电压或电流对预先确立的起点和范围的参考来将致动器成比例地定位在其两个端点之间。常见的比例输入信号范围包括0至10Vdc，2至10Vdc，以及4至20mA。

脉宽调制输入信号由具有预先确立的最小周期和最大周期的脉冲交流或直流电压构成，其中当被提供最小持续时间脉冲时，致动器组件100沿一个方向被充分地驱动，当被提供最大持续时间脉冲时，致动器组件100沿另一方向被充分地驱动，并且其中在最小周期和最大周期之间的脉冲宽度将基于输入脉冲关于预先确立的最小脉冲宽度和最大脉冲宽度的持续时间来将致动器组件100成比例地定位在最小持续时间脉冲位置和最大持续时间脉冲位置之间。

HVAC和过程控制阀门可具有双通或三通构造。双通阀门由用于连接到管道的两个端口构成，一个端口是接收来自泵供给管道系统的流体的进入端口，另一个端口是将流体送出到管道系统另一侧的排出端口。三通阀门由用于连接到管道系统的三个端口构成。三通混合或合流阀门具有接收流体的两个入口，通常，一个端口直接来自泵供给管道系统，另一个端口来自系统的另一位置，经常是旁路流路，两个入口将流体混合在一起且将它们送出到公用的输出端口。三通换向阀或分岔阀具有一个入口，该一个入口通常接收直接来自泵供给管道系统的流体，并且将流体送到两个不同的出口，通常是负荷和旁路出口。压力相关阀门可以是双通的或三通的，而压力无关阀仅为双通阀。

双通球形阀、闸式阀或蝶形阀的运动的闭合端比开口端更重要，因为这些阀门需要来自旋转致动器的高致动器转矩或者来自线性致动器的力来确保阀塞总是牢固地闭合以切断流。相对的全开流位置不是那么重要，因为阀门的流通常是非线性的，使得当阀门接近全开时，其通常已经处于或者非常接近全流，从而通过使阀塞硬挤压硬止挡件所获得的任何流是可忽略的。与阀门应当完全关闭时同一阀门在相对的闭合端处泄漏相同的少量流体相比，管道系统在阀门的全开端缺少少量流的反应是非常微小的。

旋转致动器通常具有1/4圈或90度或略大的角旋转，以确保受控的风门或阀门将在两端充分打开或关闭或者在三通阀的情况下在行程两端充分关闭阀门端口。具有比例或脉宽调制输入信号的典型致动器将随着输入信号从其最小值变到其最大值而将致动器从一端定位到另一端。将致动器连接到具有小于1/4圈或90度的较小角旋转运动的风门或阀门将能充分关闭风门或阀门，但是将导致致动器的输入信号较不精确，因为在输入信号到达其最小值和最大值之前风门或阀门将撞到其末端行程。

在一些实施例中，致动器组件100将直接根据其输入信号来击发其行程，而无论风门或阀门可用的可用行程如何。可能的是风门或阀门的冲程将与致动器的1/4圈的旋转行程输出不同。如果风门或阀门的满行程范围小于1/4圈，则致动器将到达风门或阀门的行程的两端，但是会在最小比例或脉宽调制输入信号之上的信号处撞到行程一端且在最大比例或脉宽调制输入信号之下的信号处撞到另一端。这将允许到达风门或阀门的两端，但是将迫使致动器组件100以比规划的比例带小的比例带击发风门或阀门，因为将以输入信号较小变化到达端点。

在其他实施例中，致动器组件100将通过自动跨距控制程序在其可用行程范围内击发风门或阀门，即使其可能小于致动器的满行程范围。自动跨距致动器控制程序可以自动地或者通过开始校准例程的手动命令来在致动器首次被加电且安装在风门或阀门或阀门连杆上时开始校准例程。通常，校准例程将致动器组件100击发至其两个端点，并且判定是否能够到达其行程端点或者因为其已经撞到了风门或阀门中的硬机械止挡件而不能到达端点。如果致动器组件100在任一行程端撞到风门或阀门的硬止挡件，则其感测到由于马达电流的增大或者由于缺少齿轮运动而不能进一步移动，然后停止以防对致动器或风门或阀门造成损害。致动器组件100随后可以判定当安装到风门或阀门上时实际的致动器旋转是何种运动。当实际的旋转小于致动器的可用旋转时，致动器组件100将重新测量其比例或脉宽调制输入信号，使得最小输入信号将致动器定位在行程一端且最大信号将致动器组件100定位在行程相对端，使得致动器组件100利用其全输入信号范围用于受限行程从而提供更精确的控制。

致动器组件100的实施例可以全自动化，使得致动器仅能够基于它们的控制输入信号而重新定位，或者可以具有手动控制(manualoverride)特征，手动控制特征允许用户手动地控制致动器组件100到特定位置，而无论控制输入信号如何，或者即使没有动力提供给致动器组件100。

图5示出了依照本发明实施例构造的风门与致动器组件150的立体图。风门与致动器组件150包括图1的致动器组件100，其附接到风门组件152。致动器组件100的夹紧装置110附接到风门组件152的中间轴154。致动器组件100的马达以旋转方式对夹紧装置110进行驱动，夹紧装置110又旋转中间轴154。中间轴154的旋转打开和闭合风门叶片158。利用例如带螺纹的或不带螺纹的紧固件，致动器组件100的壳体102附接到组件152的支撑结构156。

端部开口的槽108允许致动器组件100容易地附接到中间轴154，即使当由于例如建筑物构造而导致对中间轴154的触及受限时。如果需要更换现有的风门致动器，因为端部开口的槽108在开口端完全未阻塞，所以其能够直接滑动到中间轴154上。为了用常规的致动器更换风门致动器，常规的致动器通常必须定位在中间轴154的外部，滑过中间轴154的端部，沿着中间轴154下滑到用于附接的支撑结构156。在建筑物构造使得风门被封装在砖或混凝土框架中的情况下，可能没有使致动器滑过中间轴端部的空间，这使得需要切断中间轴的部分且将更换的风门致动器连同用于附接的接合器一起附接到缩短后的中间轴上。

当致动器组件100用在阀门或阀门连杆上时，如果阀门的孔口尺寸和系统的流体压力要求比一个致动器组件100所能提供的更大的力，则其还可以使两个致动器连接到阀杆或阀门连杆轴。在这些情况下，致动器组件100经常彼此层叠地安装到阀杆上，或者彼此靠近地安装在阀门连杆轴上。利用常规的致动器组件，在不移除上部或外部致动器的情况下，不能由于故障而更换下部或内部致动器。然而，致动器组件100允许移除下部或内部致动器以及安装更换的致动器，而不必破坏上部或外部致动器。

此外，在不利于将致动器组件100附接到中间轴154端部的情形下，端部开口的槽108允许将风门致动器组件100附接到沿中间轴154长度的任意点，例如在中部。为了附接致动器组件100，用户能够将中间轴154简单地定位在端部开口的槽108内，绕中间轴154利用旋钮118(如果手动完成)来紧固夹紧装置110，并且通过附接到支撑结构156或者通过某种其他适合的固定方式来固定壳体102。对置的构件112起到将风门致动器组件100关于中间轴154“自定心”或者正确定位的作用。

图6是依照本发明实施例构造的具有不同于图5所示风门组件的风门组件202的风门与致动器组件200的立体图。风门组件202具有中间轴204，中间轴204附接到设定在圆形管道208中的单一圆形风门叶片206的中心。致动器组件100按与上文图5的实施例基本相同的方式来控制风门位置。端部开口的槽108能够夹紧到沿着中间轴204的长度的任意点上以旋转中间轴204，从而调节风门叶片206的位置。利用例如图1所示的凸片104，壳体能够附接到圆形管道208上。

图7是带有与图5所示风门相似的风门的风门与致动器组件300的平面图，除了风门与致动器组件300具有线性机械连杆之外。图7示出了致动器组件100通过由两个曲柄臂308、314和线性杆312构成的机械连杆来定位风门组件302的风门叶片304。曲柄臂308、314中的每一个都通过球窝接头连杆连接器(未显示)连接到风门杆312，以允许不受约束的不受限运动。利用该构造，通过夹紧装置110紧固到致动器组件100的曲柄臂308将致动器组件100的旋转运动转换成风门组件302处的线性运动。曲柄臂314连接到风门组件302的与风门叶片304机械耦合的1/4圈轴306。

图8示出了依照本发明实施例的球阀与致动器组件405的立体图。球阀与致动器组件450包括图1的附接到球阀454的致动器组件100。致动器组件100的夹紧装置110附接到球阀454的阀杆452。致动器组件100的马达以旋转方式对夹紧装置110进行驱动，夹紧装置110又旋转阀杆452。阀杆452的旋转打开和关闭阀塞451。致动器组件的壳体102利用例如紧固件附接到球阀454的支撑结构453。该立体图还适用于其他的旋转阀塞行程式阀门，包括蝶形阀和鞋形阀。

图9示出了依照本发明实施例构造的球形阀与连杆致动器组件240的立体图。球形阀243连接到齿条与小齿轮阀门连杆242，其将致动器组件100的旋转行程转换成球形阀243的杆所要求的线性行程。致动器组件100连接到阀门连杆轴243。利用例如紧固件，致动器组件100的壳体102附接到齿条与小齿轮阀门连杆242的支撑结构244上。还可以使用其他的运动转换方式，例如丝杠/螺杆机构。该立体图还适用于包括闸式阀在内的其他线性阀塞行程式阀门。

图10是示出用于致动器组件100的系统连接的框图。致动器组件100的具体实施例包括控制模块160，该控制模块构造成控制致动器组件100的运转。在特定情况下，这包括控制马达，马达可旋转地驱动夹紧装置110。在另外的实施例中，风门致动器组件100包括通信模块162，通信模块162构造成利于经由网络通信至致动器组件100和自致动器组件100进行通信。通过这种方式，通信模块162允许对风门与致动器组件150、200、300、球阀与致动器组件450以及球形阀与连杆致动器组件240进行远程监测和控制。

再次参考图5、图6、图7、图8和图9，在本发明的一些实施例中，风门与致动器组件150、200、300、球阀与致动器组件450以及球形阀与连杆致动器组件240构造成通过全本地化控制、按独立非通信模式操作。在可选的实施例中，风门与致动器组件150、200、300、球阀与致动器组件450以及球形阀与连杆致动器组件240包括网络通信模块162，并且构造成在通信网络中操作，通信网络允许由风门与致动器组件150、200、300、球阀与致动器组件450以及球形阀与连杆致动器组件240来发送和接收信息，从而使其操作与建筑物管理和过程控制系统以及与建筑物中其他的HVAC设备(例如，加热、冷却、泵送系统)同步，从而提供用于远程监测、报警和数据保持的诊断和能量数据。在本发明的另一实施例中，风门与致动器组件150、200、300、球阀与致动器组件450以及球形阀与连杆致动器组件240用于制造或加工中的阀门过程控制。

在至少一个实施例中，通信模块162经由串行通信总线来接收来自建筑物管理或过程控制系统170的相关的HVAC温度和气流数据。这些信号允许风门与致动器组件150与建筑物管理和过程控制系统170以及与建筑物的机械加热、冷却和泵送系统同步，从而提高建筑物HVAC系统的能量效率，以及提供上述的诊断和能量数据。在本发明的一些实施例中，这些信号由控制模块160保持性地存储，使得风门与致动器组件150的操作能够以独立模式或者以通信网络模式适应HVAC系统。如果由于任何原因与建筑物管理和过程控制系统170网络的通信丢失，则来自建筑物管理和过程控制系统170的信号的存储还允许以通信网络模式进行正确操作。

控制模块160将室温传感器166测得的温度与用户输入到区域气温控制器164的期望温度进行比较，并且判定风门组件152、202、302的叶片是否需要按比例地打开或关闭以保持期望的室温。在实施例中，控制模块160通过数学方法计算室温传感器166的测得温度与区域气温控制器164的期望温度之差，然后利用可调比例带设定为致动器组件100提供经验位置。在区域气温控制器164中还可提供的是：一种可选的积分设置，其检测固定偏差或偏移(温度稳定但是未处于期望设定点的情形)然后加上校正因子以消除固定偏差；以及一种导数设置，其预期室温的快速变化从而例如当系统上有大的负荷变化时改善HVAC系统响应。

室温传感器166可以由电阻温度器件(RTD)制成，其位于正保持期望温度的房间或空间中。RTD的电阻是通过将其与已知的参考电阻器串联连接并且将电流施加到两个电阻上来测量的。然后，测量电阻两端的电压，然后将其数字化以表示感测温度。

在本发明的另一实施例中，控制模块160利用可选的传感器作为室温传感器166以及区域气温控制器164的替代物以感测和控制可选的感测介质。通风与流体控制系统能够控制房间、管道系统或换热器中的气温或流体温度，房间、管道或加工室中的空气湿度，或者房间、管道系统、管道、换热器或加工室中的静态压力或压差。通过用来定位风门或阀门组件的致动器组件100来控制温度、湿度或压力。可选的传感器可以包括单独包装的离散单元，这些离散单元具有电子电路，该电子电路感测、测量以及提供0至10Vdc，2至10Vdc，或4至20mA的比例信号给致动器组件100，从而控制介质。在又一实施例中，当通过阀门来控制被感测介质时，风门组件172换成阀门组件。

在具体实施例中，比例带充当控制环的增益。小的比例带提供更高的增益或灵敏度，大的比例带提供较不灵敏的控制。如同所有其他的风门与致动器组件150、200、300，球阀与致动器组件450，以及球形阀与连杆致动器组件240设置，比例带、积分与微分设置可以预设成为典型的HVAC系统提供稳定控制的值。积分设置提供了校正期望温度与实际温度之差的负调节因子或正调节因子。控制模块160中还可提供的是可选的导数设置，其预期室温的快速变化，从而在存在大的负荷变化时改善HVAC系统响应。

在具体实施例中，风门与致动器组件150、200、300、球阀与致动器组件450，以及球形阀与连杆致动器组件240包括诊断信息模块168，其提供从致动器行程与转矩状态模块171接收到的诊断信息，包括关于风门或阀门行程是否由于风门或阀门中的碎屑、由于松动的组件或者组件故障而变化的判定。这是通过致动器的当前操作行程范围和操作转矩与保持性地存储在致动器中的初始行程范围和操作转矩之间的比较来检测的。在实施例中，诊断信息模块168还提供室温传感器166范围外的诊断检测，以及临时控制控制输入信号的主动手动控制命令。

本文所引用的所有的参考文献，包括公开出版物、专利申请和专利均通过引用结合于此，所达到的程度就好像明确单独地、具体地表明每个参考文献通过引用结合于此且其全文在此被阐述一样。

除了在本文其他地方指出或者上下文明显矛盾，在描述本发明的上下文(特别是在随附权利要求书的上下文中)中没有数量词修饰或用“所述”修饰以及类似的指代应被解释为，涵盖了单数和复数。除非指出，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“包含有”应被解释为开放式术语(即，意指“包括但不限于”)。除非在本文中指出，本文中值范围的叙述仅意在充当单独提及落在该范围内的每个单独值的简化法，并且每个单独的值并入说明书中，就好像其在本文单独叙述一样。除了在本文其他地方指出或者上下文明显矛盾，本文所述的所有方法能够以任何适当的次序来执行。除非特别声明，本文所提供的任意以及所有的实例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅意在更好地阐明本发明，而不对本发明的范围施以限制。说明书中的语言不应解释为表明任何非声称要素对于本发明的实施是必要的。

此处描述了本发明的优选实施例，包括发明人所获知的用于实施本发明的最佳方式。在阅览上面的说明书之后，那些优选实施例的变型例对于本领域普通技术人员将变得显而易见。发明人期望技术人员适当地采用这些变型例，并且发明人希望以如本文具体描述之外的方式来实施本发明。因此，本发明包括适用法律所允许的随附的权利要求书中记载的主题的所有改进例和等同方案。而且，除了在本文其他地方指出或者上下文明显矛盾，否则本发明涵盖其所有可能的变型例中的上述要素的任意组合。

Claims (35)

1.一种风门与阀门致动器组件，包括：

壳体；

夹紧装置，其布置在所述壳体内且构造成附接到风门组件中间轴、阀门连杆轴或阀杆上，所述夹紧装置能经由端部开口的槽来触及；以及

马达，其构造成使所述夹紧装置在所述壳体内旋转。

2.根据权利要求1所述的风门与阀门致动器组件，其中所述端部开口的槽允许所述夹紧装置直接附接到沿着所述中间轴或阀杆的长度的任意点。

3.根据权利要求1所述的风门与阀门致动器组件，其中所述夹紧装置包括两个对置构件，所述两个对置构件构造成当所述两个对置构件绕所述中间轴或阀杆紧固时使所述夹紧装置自定心。

4.根据权利要求3所述的风门与阀门致动器组件，其中所述两个对置构件包括两个对置的曲形构件。

5.根据权利要求3所述的风门与阀门致动器组件，其中所述两个对置构件的位置是通过旋转螺纹轴来控制的。

6.根据权利要求3所述的风门与阀门致动器组件，其中接合所述中间轴的所述两个对置构件具有夹持面，所述夹持面构造成夹紧到变化尺寸的柱形中间轴或阀杆上。

7.根据权利要求6所述的风门与阀门致动器组件，其中所述夹持面包括接合所述中间轴或阀杆的多个脊状突起。

8.根据权利要求3所述的风门与阀门致动器组件，其中接合所述中间轴的所述两个对置构件具有夹持面，所述夹持面构造成夹紧到变化尺寸和形状的方形或六边形的中间轴或阀杆上。

9.根据权利要求1所述的风门与阀门致动器组件，还包括控制模块，所述控制模块与所述马达耦合且构造成控制所述风门致动器组件。

10.根据权利要求9所述的风门与阀门致动器组件，其中所述控制模块与温度传感器和温度设定控制器耦合，并且其中所述控制模块操作所述风门致动器组件，基于由所述温度传感器感测到的实际温度与输入到所述温度设定控制器的期望温度之差来控制所述风门致动器组件。

11.根据权利要求1所述的风门与阀门致动器组件，其中所述风门与阀门致动器组件构造为不具有无动力预设位置的非弹簧复位式致动器。

12.根据权利要求1所述的风门与阀门致动器组件，其中所述风门与阀门致动器组件构造为在所述风门与阀门致动器组件失去动力时复位到预设位置的弹簧复位式致动器。

13.根据权利要求1所述的风门与阀门致动器组件，其中所述壳体构造为附接到用于阀门或风门组件的支撑结构上。

14.一种风门与阀门致动器组件，包括：

壳体；

夹紧件，其布置在所述壳体内，所述夹紧件构造为附接到风门组件中间轴、阀杆或阀门连杆轴中的一者上，所述风门组件中间轴可操作以控制一个或多个风门叶片的位置，所述阀杆或阀门连杆轴均可操作以控制阀门位置，其中所述夹紧件能经由在一端未阻塞的槽式开口触及；

马达，其构造成使所述夹紧装置在所述壳体内旋转；以及

控制模块，其与所述马达耦合且构造成控制所述风门与阀门致动器组件。

15.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，还包括通信模块，所述通信模块利于经由网络通信至所述风门与阀门致动器组件和自所述风门与阀门致动器组件进行通信，并且构造成允许对所述风门与阀门致动器组件进行远程监测和远程控制。

16.根据权利要求15所述的风门与阀门致动器组件，其中所述通信模块构造成利于所述控制模块与建筑物管理系统之间的通信。

17.根据权利要求16所述的风门与阀门致动器组件，其中所述控制模块经由串行通信总线与所述建筑物管理系统通信。

18.根据权利要求17所述的风门与阀门致动器组件，其中来自所述建筑物管理系统的信号由所述控制模块保持性地存储，使得在丢失与所述建筑物管理系统的通信的情况下所述风门与阀门致动器组件能够正确地运作。

19.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，其中所述风门与阀门致动器组件与温度传感器和温度设定控制器耦合，并且其中所述风门与阀门致动器组件基于由所述温度传感器感测到的实际温度以及基于输入到所述温度设定控制器的期望温度被控制。

20.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，还包括诊断模块，所述诊断模块构造成将关于所述风门与阀门致动器组件的操作的诊断信息提供给远程站。

21.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，其中所述槽式开口允许所述风门与阀门致动器组件直接附接到沿着所述中间轴或阀杆的长度的任意点，其中所述夹紧件包括两个对置构件，所述两个对置构件构造成将所述风门与阀门致动器组件紧固到变化尺寸的中间轴或阀杆。

22.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，其中所述夹紧件附接到球阀的阀杆上，并且其中所述马达和控制模块被构造成控制所述球阀。

23.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，其中所述夹紧件附接到蝶形阀、鞋形阀、闸式阀、球形阀中的一个的阀杆上，并且其中，所述马达和控制模块被构造成控制相应阀门中的至少一个。

24.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，其中所述控制模块被构造成基于具有最小持续时间和最大持续时间的脉宽调制输入信号来控制所述马达，其中所述最小持续时间输入信号使得所述夹紧装置完全沿第一方向旋转到第一位置，所述最大持续时间输入信号使得所述夹紧装置完全沿第二方向旋转到第二位置，并且其中持续时间位于最小持续时间和最大持续时间之间的输入信号使得所述夹紧装置按比例地定位在所述第一位置与第二位置之间。

25.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，其中所述控制模块被构造成基于具有DC电压范围或DC电流范围的输入信号来控制所述马达，其中在所述范围的低端的输入信号使得所述夹紧装置完全沿第一方向旋转到第一位置，并且在所述范围的高端的输入信号使得所述夹紧装置完全沿第二方向旋转到第二位置，并且其中在低端与高端之间的输入信号使得所述夹紧装置按比例地定位在所述第一位置与第二位置之间。

26.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，其中所述控制模块被构造成基于具有低电平和高电平的数字输入信号来控制所述马达，从而低电平的输入信号使得所述夹紧装置完全沿第一方向旋转，并且高电平的输入信号使得所述夹紧装置完全沿与所述第一方向相反的第二方向旋转。

27.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，其中所述控制模块具有第一输入和第二输入，其中所述第一输入时的电压使得所述夹紧装置沿第一方向旋转，所述第二输入时的电压使得所述夹紧装置沿与所述第一方向相反的第二方向旋转，并且其中在所述第一输入和所述第二输入时不存在电压使所述马达和夹紧装置保持其当前位置。

28.根据权利要求14所述的风门与阀门致动器组件，其中所述控制模块被构造成在完全自动模式或手动控制模式中工作，在所述手动控制模式中，不论风门致动器组件是否失去动力用户都能够定位致动器。

29.一种风门与致动器组件，包括：

风门，其具有至少一个风门叶片和控制所述风门叶片的位置的中间轴；以及

风门致动器，其附接到所述风门的支撑结构，所述风门致动器包括：

壳体，其具有至少一个带有用于紧固件的开口的凸片，使得所述壳体可以可拆除地附接到所述风门的支撑结构；

夹紧件，其布置在所述壳体内，所述夹紧件被构造成附接到所述风门的中间轴上，其中所述中间轴的旋转可操作以控制所述风门叶片的位置，其中所述夹紧装置能经由端部开口的槽来触及；

马达，其被构造成使所述夹紧装置在所述壳体内旋转；以及

控制模块，其与所述马达耦合且构造成控制所述风门致动器组件。

30.根据权利要求29所述的风门与致动器组件，其中所述风门是折板式风门、分流式风门、箍缩式风门、单叶片式风门、蝶形风门、平行叶片式风门和对置叶片式风门中的一种。

31.根据权利要求29所述的风门与致动器组件，其中所述端部开口的槽允许所述风门致动器直接附接到沿着所述中间轴的长度的任意点，所述夹紧装置包括两个对置构件，所述两个对置构件被构造成当所述两个对置构件绕所述中间轴紧固时使所述风门致动器自定心，其中螺纹轴的手动旋转调节所述两个对置的曲形构件的位置。

32.根据权利要求29所述的风门与致动器组件，还包括通信模块，所述通信模块利于经由网络通信至所述风门致动器和自所述风门致动器进行通信，并且构造成允许对风门进行远程监测以及对风门致动器进行远程控制，并且其中所述控制模块与温度传感器和温度设定控制器耦合，并且其中所述控制模块基于所述温度传感器感测到的实际温度与输入到温度设定控制器中的期望温度之差来控制风门致动器。

33.根据权利要求29所述的风门与致动器组件，还包括诊断模块，所述诊断模块被构造成将关于风门致动器的操作的诊断信息提供给远程站。

34.根据权利要求29所述的风门与致动器组件，其中所述中间轴具有附接到其上的多个风门致动器。

35.根据权利要求29所述的风门与致动器组件，其中所述夹紧件还被构造成附接到安装附件上，所述安装附件利用曲柄臂来经由所述曲柄臂的线性运动定位所述风门叶片。