CN105556166A - 用于卷型封闭件的管状致动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于卷型封闭件的管状致动机构(10)，其包括电动马达(30)和齿轮减速组件(100)，该齿轮减速组件为包括可旋转的恒星齿轮(110)、一个或多个可旋转的行星齿轮(130)以及外齿环(132)的行星周转齿轮装置的类型。

Description

用于卷型封闭件的管状致动机构
技术领域
本发明涉及一种用于诸如卷帘、百叶窗、太阳能保护屏、车库门、家用电视屏幕等卷型封闭件的管状致动机构。
背景技术
本领域已知用于卷型封闭件的卷起和展开的管状致动机构或设备，以提供用于机械地驱动这些封闭件的紧凑且方便的工具。尽管本发明不限于下述特定应用，但管状形式允许例如在卷型封闭件的辊的内部布置这些机构，由此实现特别紧凑的包装。管状致动机构可以被设计成借助合适的绳索或连接杆手动操作，但这些管状致动机构常常设置有方便电动卷起和展开的电动马达。在有缺陷或停电的情况下，马达驱动变体常常可手动驱动以允许封闭件的致动。典型地，这种管状致动机构因此包括电动马达，或适配为与这种马达合作且具有齿轮减速组件，以限制电动马达的速度，对于封闭件的直接卷起或展开而言，电动马达的速度通常太高。通常使用的齿轮减速组件是行星齿轮装置类型，由此对于大多数应用，需要三级或更多级的这种行星齿轮，以实现所需的减速和转矩增加。
已知在共同拥有的WO2010/089243A2中可知用于百叶窗的管状齿轮马达的典型示例。在该文献中，公开了用于百叶窗的管状齿轮马达，其包括电动马达和行星减速齿轮形式的减速组件。根据该文献，行星减速齿轮具有若干优点，即例如高减速比，这允许传递高转矩的同时具有紧凑设计和较低重量。另外，输出轴可经受高的径向载荷。这些结构上的优点使得这些行星减速齿轮在卷型封闭件的应用中非常有用。然而，根据该文献，这种行星齿轮的一个缺点是该类型的齿轮趋于放大电动马达的振动，因此有噪声，并将振动传递到周围建筑结构。当若干行星减速齿轮被布置成若干级以实现所需的高减速比时，该缺点甚至会恶化。WO2010/089243提出通过在行星齿轮与外齿环之间提供弹性带来衰减发生的振动，从而减弱这些缺点。
从EP0976909A1(同样转让给同一申请人)中已知用于卷型封闭件的另一管状致动机构。而且，在该文献中，公开了一种管状装置，其包括电动马达和均沿纵向设置的若干行星减速齿轮。该文献公开了一种改进的不可逆机械装置，其防止待启动的封闭件由于其自身重量以不受控制的方式展开。代替时常使用的电磁制动器或纯机械制动器的形式的止动装置，EP0976909提出一种改进的装置，其降低来自电动马达的振动。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的管状致动机构，其提供噪声改进及减振。本发明的另一目的是提供这样一种改进的设计，其既可靠又紧凑，同时提供了相似的、优选在现有技术设计之上改进的性能。
通过阅读下面的描述将变得更加清楚的这些和其他目的通过根据权利要求1的用于卷型封闭件的管状致动机构解决。
根据本发明，提供了一种用于诸如百叶窗、卷帘等的卷型封闭件的改进的管状致动机构，其包括电动马达和齿轮减速组件，该齿轮减速组件为包括可旋转的恒星齿轮、一个或多个可旋转的行星齿轮以及优选地固定的外齿环的行星齿轮装置的类型。根据本发明，恒星齿轮用作输入并优选地直接与电动马达的输出轴联接。在该意义上直接联接意味着在恒星齿轮与电动马达之间没有布置进一步减速步骤，尽管当然任何必要的联接工具可被设置在马达的输出轴与恒星齿轮的轴之间。因此，恒星齿轮优选地与电动马达以相同的速度旋转，并与一个或多个行星齿轮相互作用以使一个或多个行星齿轮旋转。旋转的行星齿轮与优选地固定的外齿环接合。由于行星齿轮被支撑在行星架中，如果外齿环被固定，则行星架因此被驱动并用作系统的输出构件。可选地，行星架也可被固定，于是外齿环将用作输出。然而，尽管该可选方案被本发明覆盖，但是其为次优选的，这是因为制造过程更复杂。目前为止，上述构造与已知设计相似。然而，根据本发明，本发明的行星齿轮装置的恒星齿轮不是迄今为止本领域中使用的普通齿轮，而是蜗杆。出人意料地发现，通过使用蜗杆作为恒星齿轮(在下文中也表示为“恒星蜗杆”)，可获得高度改进的致动机构，其提供显著降噪及减振，同时提供高的减速比。甚至发现，通过使用行星蜗杆以及相应的调整过的行星齿轮，可实现齿轮减速组件，借助该齿轮减速组件，在用于卷型封闭件的管状致动机构中的齿轮减速级的数量可被减少到最小，而同时振动和噪声被显著减小。与采用三级标准行星齿轮级的现有技术设计相比，实现了5dB到6dB的降噪。
另外，可以发现，通过选择蜗杆的齿的合适的形状以及行星(用作蜗轮)的相应的齿，能够为所述齿轮减速组件提供自锁定功能。换言之，本设计的传动方向(输入轴对输出轴)是不可逆的，所以仅蜗杆(即，系统的输入轴)可驱动行星齿轮，而不是反过来。在特别优选的实施例中，因此能够提供不包括任何单独制动装置的管状致动机构，制动装置在技术中是必要的用于防止无意展开。因此，机构中(移动)零件的数目可减少，借此再次降低成本以及减少由这些部分引起的噪声和振动。
在优选的实施例中，本发明的新型齿轮减速组件是联接到电动马达的机构的第一减速级。换言之，在电动马达的输出与特别是本发明的蜗杆从动齿轮装置之间没有布置进一步的减速齿轮(如普通的行星减速齿轮)。在最优选的实施例中，新型齿轮装置的合适构造允许省略机构中的任何进一步齿轮减速步骤，使得本发明的蜗杆从动齿轮装置是机构仅有的齿轮减速组件。
优选地，一个或多个行星齿轮是斜齿轮，例如，齿的前边缘与旋转轴线不平行，而是被设置成一角度。
通常优选地，一个或多个行星齿轮的旋转轴线关于恒星蜗杆的旋转轴倾斜。已经发现，合适的倾斜角在30°到90°之间，优选地在30°到75°之间，更优选地在35°到50°之间，最优选地为约40°。约40°(即40°+/-3°以允许制造公差)的倾斜角在强度、效率和声级方面提供最好的结果。
在优选的实施例中，蜗杆轴被可旋转地支撑在行星架的内部。行星架例如优选地呈滚筒的形状，由此实现特别紧凑但坚固的设计。外齿环(即环形物)反过来被布置成围绕所述行星架，并能够例如被设置成包括与一个或多个行星齿轮啮合的面向内的齿的圆柱的形式。优选地，外齿环被固定在圆柱形壳体的内部，要么以单独零件的形式要么在圆柱形壳体的内部一体形成的形式，且该壳体也可旋转地支撑行星架。因此，行星架可相对于圆柱形壳体以及外齿环(可与圆柱形壳体一体)旋转。
通常优选地，本发明的机构包括被围绕恒星蜗杆以120°构造设置的三个行星齿轮。更优选地，所述齿轮减速组件的减速比至少为1:15，或优选地至少为1:25，甚至更优选地至少为1:30，最优选地至少为1:40。
附图说明
在下文中，参照附图示例性描述本发明，附图中：
图1示出了管状致动机构和辅助装置的三维示意图；
图2示出了电动马达的剖视图；
图3示出了图2的电动马达的分解图；
图4示出了根据本发明的管状致动机构的分解图；
图5示出了齿轮减速组件的三维局部分解图；
图6示出了根据本发明的齿轮减速组件的剖视图。
具体实施方式
图1示出了用于诸如百叶窗、卷帘等的卷型封闭件的管状致动机构10的三维示意图。
电动马达30以相当高的速度驱动马达轴旋转，当为AC型时约为每分钟2800转或3300转(rpm)，当为DC型机时约为每分钟4000转到7000转。为了获得可在致动机构的输出轴处使用以驱动百叶窗等的输出速度和转矩，减速齿轮组件与马达相关联。在典型应用中，减速齿轮组件使电动马达的速度降到每分钟17转到30转，所以齿轮组件的减速比必须非常高。由于常用的行星齿轮组件技术上不能具有高于约1：7的减速比，所以有必要使用若干这种减速级，最常用的至少三级。即使使用不发音塑料齿轮，这种齿轮组件也会产生噪声和振动。噪声主要来自第一级和第二级的移动元件，特别是来自行星齿轮和恒星齿轮，因为这些减速级放大了来自电动马达的振动。
为此，大多数致动器制造商寻求减少由这些必要的子组件产生的噪声。通过在不同的减速级之间引入例如合适的材料或阻尼工具，针对已知行星齿轮装置的优化做出了很多努力。然而，众所周知，传统的行星齿轮装置的零件的优化可在一定程度上减少声级，然而大幅度减振是非常困难的。因此，实际马达的声级可被降低，而在电动卷帘或百叶窗中，振动为噪声的主要原因。另外，因为必须结合很多不同零件，所以多级行星减速齿轮的组件价格昂贵。
因此，图1中示出的管状致动器10包括根据本发明的新型减速齿轮100。设置联接到减速齿轮100的制动器15、一个标准行星减速齿轮17以及输出轴102。输出轴102以已知方式与实际的遮阳物或百叶窗等联接，以按需要卷起或展开遮阳物或百叶窗。在所示的实施例中，电动马达30直接联接到减速齿轮100，减速齿轮100(以及附加的标准减速齿轮17)使电动马达30的相当高的速度降低，以在输出轴102处提供合适的旋转速度。输出轴102驱动例如被固定到滚子管的轮，致动器可被插入该滚子管中，且屏或百叶窗绕该滚子管被卷起(这些元件未示出)。在所描绘的实施例中，另外提供了电容器14，其在组装状态中连接到控制模块16。控制模块16用于例如当屏或百叶窗到达特别位置和/或当其接收来自控制点的命令时关掉电动马达30的电源。另外，控制模块16具有接口18，该接口用于使致动器能够被紧固到支撑结构。电缆19提供了必要的电能。本领域技术人员将认识到，整个组件可被布置在管12内。这个管12用作致动器的壳体，不同零件被保持在该致动器的壳体内。另外，管用于将来自致动器的输出轴的致动器的转矩传递到致动器自身的头部，随后传递到固定致动器的建筑结构。管12可被插入例如百叶窗的滚动管，管状致动器的输出轴被固定于此以便通过滚动管驱动百叶窗。
图2示出了电动马达30的剖视图。电动马达30包括绕组定子31，该绕组定子具有在环形套管32之内的配线的悬垂部38。环形套管32被插入结合有自润滑轴承34的杯或碗33，该自润滑轴承引导马达轴35的旋转。马达轴35被固定到马达的转子36并被绕组定子31驱动旋转。另外，接口件37(即，联接件)被紧固到马达轴35的一端，以便直接地联接马达轴35与减速齿轮100的蜗杆。换言之，该接口件37构成马达30与减速齿轮100之间的联接件。有利地，该接口件37由例如弹性体的阻尼材料制成，从而帮助降噪，同时允许转矩传递到减速齿轮。可选地，电动马达的轴可以被加工成接纳蜗杆，或电动马达的轴可与蜗杆一体。相同元件在分解三维视图的图3中再次示出，从而帮助理解。
图4示出根据本发明的减速齿轮100的分解示意图。在所示实施例中，减速齿轮100是被布置在圆柱形套管140、141的内部的管状构件。套管由两部分制成，但是也可包括更多或更少的部分。该套管140、141的内部布置有滚筒120，该滚筒用作被布置成120°构造的三个行星齿轮130的行星架。行星齿轮130与恒星齿轮相互作用，根据本发明恒星齿轮以蜗杆110的形式设置。蜗杆110设置有蜗杆轴111，该蜗杆轴经由联接件37直接地与电动马达30的输出轴联接。蜗杆110借助第一轴承102和第二轴承104被可旋转地布置在滚筒120的内部。元件108是西格环(segerring)，其用作组装元件。在组装状态中，滚筒120被布置在圆柱形元件(即，外齿环132)的内部。该外齿环132的内壁处包括环形齿133，环形齿133适于与行星齿轮130的齿相互作用。
如可从图4中看出，特别是从图5中看出，行星齿轮130包括各自的轴131，行星齿轮130借助各自的轴131被可旋转地支撑在滚筒120的壳体处或滚筒120的壳体中。在所示实施例中，轴131是单独的零件，行星齿轮130被固定到轴131，然而，轴也可与行星齿轮130一体形成，或可具有任何其他合适的构造。滚筒120也可包括联接件122，用于接纳例如另一减速级的互补零件或用于直接地与待致动的转子封闭元件联接。从图5中可以看出，行星齿轮130的轴131相对于蜗杆110的纵轴或旋转轴不垂直或平行，但是倾斜约40°的角。行星齿轮130被支撑在滚筒120的壁，滚筒120的壁包括相应的孔或通孔，所以行星齿轮130的齿能与被布置在滚筒120的内部的蜗杆110的齿相互作用，同时与外齿环132的环形齿133相互作用。
在操作中，蜗杆110与马达轴35以相同的速度旋转，从而旋转行星齿轮130。由于外齿环132被固定在套管140的内部，所以滚筒120(即，行星架)将相应地投入旋转。表述“固定的外齿环”意味着例如，在本发明的文中，外齿环相对于电动马达30不旋转；仅蜗杆110和滚筒120将相对于马达30旋转。本领域技术人员将认识到，滚筒120是行星齿轮机构的可旋转的行星架，该行星齿轮机构包括蜗杆110、三个行星齿轮130和外齿环132。然而，由于减速齿轮100的行星构造，滚筒120以及因此滚筒的联接件122将以分别相比于蜗杆110、马达轴35以大为减小的速度旋转。优选地，所示减速齿轮组件的减速比为至少1:15，更优选地至少1:25，甚至更加优选地至少1:30且最优选地至少1:40。因此，对于最常见的应用，在本发明的基于蜗杆的行星齿轮之后本发明仅需要一个附加的减速级，从而代替如现有技术中的三级或更多级。另外，由于具体而言在电动马达之后的第一减速级产生最大噪声和振动，因为本发明的基于蜗杆的行星齿轮用作第一级，所以总的噪声和振动水平可大大降低。
从图4中可以进一步看出，外齿环132在其外表面上设置有键134，该键适于适配到设置在套管件140的内壁上的键槽142的内部。因此，外齿环132可旋转地固定在套管140的内部。套管140反过来固定地安装(直接或间接)到例如建筑结构。
图6示出了组装状态中的齿轮减速组件100的剖视图。如可从图6中看出，两个壳体或套管件140、141围住外齿环132，而外齿环132反过来围住滚筒120(即行星架)。蜗杆110同轴地布置在套管141和滚筒120的内部的中心。从该图中，也可清楚地看出行星齿轮130如何与蜗杆110的齿和外齿环132的环形齿133相互作用。当蜗杆110旋转时，经由借助联接件37与马达轴35的直接联接，行星齿轮130将旋转，且由于外齿环132可旋转地固定在套管140、141的内部，所以行星齿轮将相应地使滚筒120以减小的速度旋转。
因此所示出的构造相当于行星齿轮装置，该行星齿轮装置具有恒星齿轮(目前情况下为蜗杆)和附接到共同旋转的行星架(滚筒120)且全都被布置在外齿环内的三个行星齿轮。通过驱动蜗杆110并保持外齿环形轮132固定，滚筒120即行星架用作系统的输出。该构造(例如从动恒星和固定外环)提供在这种系统中可能达到的最高的齿轮减速比，且是最佳的已知操作模式。
附图标记如下：
10管状致动机构
12管
14电容器
15制动器
16控制模块
17标准行星减速齿轮
18接口
19电缆
30电动马达
31绕组定子
32环形套管
33碗
34自润滑轴承
35马达轴
36转子
37联接件
38配线的悬垂部
100减速齿轮
102第一轴承
104第二轴承
108西格环
110蜗杆
111蜗杆轴
120滚筒(行星架)
122联接件
130行星齿轮
131行星齿轮轴
132外齿环
133(外环)环形齿
134键
140套管件
141套管件
142键槽
现描述以下优选的实施例，以帮助更深入理解本发明：
1.用于卷型封闭件的管状致动机构(10)，包括电动马达(30)和齿轮减速组件(100)，所述齿轮减速组件为包括可旋转的恒星齿轮(110)、可旋转的一个或多个行星齿轮(130)以及外齿环(132)的行星齿轮装置的类型，其特征在于，所述恒星齿轮(110)是蜗杆，所述一个或多个行星齿轮(130)与外环(132)相互作用，并围绕被支撑在可旋转的行星架(120)中的轴(131)转动，从而驱动所述行星架。
2.根据实施例1的管状致动机构，其特征在于，所述齿轮减速组件(100)是联接到电动马达(30)的机构的第一减速级，且优选地是机构仅有的齿轮减速组件。
3.根据实施例1或2的管状致动机构，其特征在于，所述一个或多个行星齿轮(130)是斜齿轮。
4.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，一个或多个行星齿轮(130)的旋转轴关于恒星蜗杆(110)的旋转轴倾斜。
5.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，倾斜角在30°与90°之间，优选地在30°到75°之间，更优选地在35°到50°之间，最优选地为约40°。
6.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，所述恒星蜗杆(110)和所述行星齿轮(130)适于被自锁。
7.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，机构还包括制动装置，用以防止意外展开。
8.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，蜗杆轴(111)被可旋转地支撑在行星架(120)中或行星架(120)处。
9.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，蜗杆轴(111)在功能上直接地与电动马达(30)的输出轴(35)联接。
10.根据前述任一项实施例的管状致动机构，其特征在于，外齿环(132)被固定在圆柱形壳体(140、141)的内部，所述壳体能旋转地支撑行星架(120)。
11.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，行星架(120)是滚筒，且被布置在所述圆柱形壳体(140、141)的内部。
12.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，机构包括围绕恒星蜗杆(110)以120°构造设置的三个行星齿轮(130)。
13.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，所述齿轮减速组件(100)的减速比至少为1:15，更优选地至少为1:25，甚至更优选地至少为1:30，最优选地至少为1:50。
14.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，管状致动机构(10)被设计成布置在卷型封闭件的滚子的内部。
15.根据前述任一个实施例的管状致动机构，其特征在于，外齿环(132)被固定。

Claims (14)

1.用于卷型封闭件的管状致动机构(10)，其包括电动马达(30)和齿轮减速组件(100)，所述齿轮减速组件为包括能旋转的恒星齿轮(110)、能旋转的一个或多个行星齿轮(130)以及外齿环(132)的行星齿轮装置的类型，其特征在于，所述恒星齿轮(110)是蜗杆，蜗杆轴(111)被能旋转地支撑在行星架(120)中，所述一个或多个行星齿轮(130)与所述外环(132)相互作用，并围绕被支撑在能旋转的行星架(120)中的轴(131)转动，从而驱动所述行星架，所述齿轮减速组件(100)是联接到所述电动马达(30)的机构的第一减速级。
2.根据权利要求1所述的管状致动机构，其特征在于，所述齿轮减速组件(100)是所述机构仅有的齿轮减速组件。
3.根据权利要求1或2所述的管状致动机构，其特征在于，所述一个或多个行星齿轮(130)是斜齿轮。
4.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，所述一个或多个行星齿轮(130)的旋转轴关于所述恒星蜗杆(110)的旋转轴倾斜。
5.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，倾斜角在30°与90°之间，优选地在30°与75°之间，更优选地在35°与50°之间，最优选地为约40°。
6.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，所述恒星蜗杆(110)和所述行星齿轮(130)适于自锁。
7.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，所述机构还包括制动装置，用以防止意外展开。
8.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，所述蜗杆轴(111)在功能上直接地与所述电动马达(30)的输出轴(35)联接。
9.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，所述外齿环(132)被固定在圆柱形壳体(140、141)的内部，所述壳体能旋转地支撑所述行星架(120)。
10.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，所述行星架(120)是滚筒，且被布置在所述圆柱形壳体(140、141)的内部。
11.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，所述机构包括围绕所述恒星蜗杆(110)以120°构造设置的三个行星齿轮(130)。
12.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，所述齿轮减速组件(100)的减速比至少为1:15，更优选地至少为1:25，甚至更优选地至少为1:30，最优选地至少为1:50。
13.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，所述管状致动机构(10)被设计成布置在所述卷型封闭件的滚子的内部。
14.根据前述任一项权利要求所述的管状致动机构，其特征在于，所述外齿环(132)被固定。
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