CN111425654B - 人工复位大扭矩盘式电机驱动直行程式切断执行装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人工复位大扭矩盘式电机驱动直行程式切断执行装置，包括壳体，所述壳体内设有动力机构、动力切换机构、传动系统；所述动力机构带动传动系统实现行程输出；所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换。本发明用于在停电或者在调试、电机故障等非停电场合时，向上拨动拨叉可以将手轮通过行星减速器与螺母相连，从而实现手动控制。当在非停电场合使用手动操作功能时，向上拨动拨叉，角度传感器发出电信号，控制系统对电机和抱闸机构进行断电，从而提高电动执行机构的使用安全性。

Description

人工复位大扭矩盘式电机驱动直行程式切断执行装置
技术领域
本发明涉及电动执行机构技术领域，具体涉及一种人工复位大扭矩盘式电机驱动直行程式切断执行装置。
背景技术
近年来，随着过程自动化控制过程中的安全要求与日俱增，尤其在石油石化系统对大口径阀的安全需求已十分迫切。执行器作为控制系统的终端执行机构，其工作的可靠性将直接影响到整个系统的性能水平和安全。
目前市场上使用的大扭矩快速关断装置主要为气动执行器、电液执行器等。跟气动执行器、电液执行器相比，电动执行器具有维护工作量少、价格便宜、电动执行器的电缆铺设比气路和油路铺设容易、不存在漏气和漏油、应用的环境温度范围宽等优点。
虽然电动执行器具有如此多的优点，但是目前的电动执行器仍存在着一些需要解决的问题：
(1)电动执行器所使用的普通电机扭矩较小，需要减速传动机构来减速增扭，导致电动执行器结构复杂，体积较大，工作效率降低；
(2)电动执行器的手动操作切换机构复杂，切换机构故障率高，手动操作机构所需扭矩较大，操作费力；
(3)在一些非停电场合，如调试、电机故障等，也会需要使用手动操作机构来对阀门进行控制，在切换手动时如不能对电机进行自动断电，则存在一定的安全风险。
发明内容
本发明提出一种人工复位大扭矩盘式电机驱动直行程式切断执行装置，其采用具有低速大扭矩和高能量密度的永磁轴向磁通电机作为电动执行机构的驱动电机，直接驱动丝杠螺母进行动作，并将丝杠螺母集成到电机当中，大大简化电动执行器的传动结构，提高其工作效率、响应速度和控制精度。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种人工复位大扭矩盘式电机驱动直行程式切断执行装置，其特殊之处在于：
包括壳体，所述壳体内设有动力机构、动力切换机构、传动系统；所述动力机构带动传动系统实现行程输出；所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换。
进一步地，上述电力驱动系统包括盘式电机，所述盘式电机包括盘式电机第一转子、盘式电机第二转子和盘式电机定子，盘式电机定子通过螺栓安装在壳体上并与盘式电机第一转子和盘式电机第二转子之间形成气隙。
进一步地，上述手动操作系统包括包括手轮和减速器，手轮通过第一轴承安装于壳体上；
所述减速器包括行星齿轮组，行星齿轮组包括太阳轮，太阳轮与手轮固连，太阳轮与行星轮和齿圈啮合，行星轮安装于行星架上，齿圈与壳体固连，行星架通过第二轴承安装于壳体上。
进一步地，上述传动系统包括内螺纹轴和丝杠，内螺纹轴与丝杠为螺纹传动配合，所述内螺纹轴通过第三轴承和第四轴承可旋转的安装于壳体上，盘式电机第一转子与盘式电机第二转子与内螺纹轴固连。
进一步地，上述动力切换机构包括接合套、拨叉，行星架和内螺纹轴的一端加工有外花键可以与接合套内的内花键配合；
接合套可以在拨叉的作用下沿轴向上下移动，从而控制行星架与内螺纹轴的接合与分离，拨叉安装于壳体上并安装有角度传感器。
进一步地，还包括电磁抱闸机构，所述电磁抱闸机构包括摩擦片和电磁铁两部分，摩擦片通过推力轴承以及键与内螺纹轴连结，电磁铁与壳体固联。
进一步地，上述丝杠与壳体之间通过方形导轨配合，以防止其相对于壳体旋转。
本发明的优点：
(1)本发明采用具有低速大扭矩和高能量密度的永磁轴向磁通电机作为电动执行机构的驱动电机，直接驱动丝杠螺母进行动作，并将丝杠螺母集成到电机当中，大大简化电动执行器的传动结构，提高其工作效率、响应速度和控制精度；
(2)本发明设计了拨叉与接合套的离合机构以实现自动和手动档位控制，当拨叉向下拨动时，滚珠丝杠机构仅与电机连接，此时为电动控制。当拨叉拨向上方则可将手轮以及行星减速机构与丝杠机构连接，从而实现手动控制。离合机构简单可靠，行星齿轮减速机构大大降低了操纵手轮所需的力矩，使得操作省力方便；
(3)本发明所采用的拨叉机构安装有角度传感器，当拨叉拨向上方将手轮以及行星减速机构与丝杠机构连接实现手动控制时，根据角度传感器得到的信号，控制系统能对电机和抱闸机构进行自动断电，从而提高电动执行机构的使用安全性。
附图说明
图1是本发明的剖面结构示意图。
图2是本发明的等轴测剖切立体示意图。
图中标号说明：1、手轮；2、第一轴承；3、壳体；4、太阳轮；5、行星轮；6、齿圈；7、行星架；8、第二轴承；9、内螺纹轴；10、接合套；11、拨叉；12、角度传感器；13、第三轴承；14、第四轴承；15、盘式电机第一转子；16、盘式电机第二转子；17、丝杠；18、盘式电机定子；19、电磁抱闸机构；191、摩擦片；192、电磁铁；20、推力轴承。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
参见图1和图2，一种人工复位大扭矩盘式电机驱动直行程式切断执行装置，包括手轮1，手轮1通过第一轴承2安装于壳体3上，并与太阳轮4通过平键联结，太阳轮4与行星轮5和齿圈6啮合，行星轮5安装于行星架7上，齿圈6与壳体3固联，行星架7通过第二轴承8安装于壳体3上。行星架7和内螺纹轴9的一端加工有外花键可以与接合套10内的内花键配合，接合套10可以在拨叉11的作用下沿轴向上下移动，从而控制行星架7与内螺纹轴9的接合与分离，拨叉11安装于壳体3上并安装有角度传感器12。
内螺纹轴9通过第三轴承13和第四轴承14可旋转的安装于壳体3上，盘式电机第一转子15与盘式电机第二转子16与内螺纹轴9固联，内螺纹轴9内部开有螺纹孔，与丝杠17形成螺纹传动配合，盘式电机定子18通过螺栓安装在壳体3上并与盘式电机第一转子15和盘式电机第二转子16之间形成气隙。内螺纹轴9下端安装有电磁抱闸机构19。
所述电磁抱闸机构19包括摩擦片191和电磁铁192两部分，摩擦片191通过推力轴承20以及键与内螺纹轴9联结，电磁铁192与壳体3固联。
所述丝杠17与壳体3之间通过方形导轨配合，以防止其相对于壳体3旋转。
本发明的工作原理为：
(1)本发明采用中间定子结构盘式交流伺服电机驱动滚珠丝杠实现直行程电动执行的具体原理为：
通过给盘式电机定子18的绕组通电，盘式电机定子18的绕组通电后使得盘式电机第一转子15和盘式电机第二转子16同步转动，从而带动内螺纹轴9同步旋转。内螺纹轴9与丝杠17为螺纹传动配合且不自锁，丝杠17与壳体3之间通过方形导轨配合，内螺纹轴9旋转带动丝杠17上下运动，从而完成上下动作。当内螺纹轴9和丝杠17运动时，电磁抱闸机构19断电，摩擦片191与电磁铁192分离；当盘式电机到达预定行程停止运动时，电磁抱闸机构19通电，摩擦片191与电磁铁192接合，内螺纹轴9与摩擦片191一起停止转动，从而实现丝杠17制动。
(2)本发明电动与手动档位切换的具体原理为：
当拨叉11位置为下时，接合套10仅与内螺纹轴9通过花键连接，内螺纹轴9转动带动丝杠17上下移动，此时为电机控制档位；当向上拨动拨叉11，接合套10同时与内螺纹轴9和行星架7通过花键连接，从而切换为手动控制模式。此时转动手轮1，手轮1带动行星齿轮组太阳轮4转动，经行星齿轮减速器减速后，转动由行星架7输出，通过接合套带动内螺纹轴9转动，完成直行程电动执行器的上下动作，从而实现省力的手动控制。
(3)本发明在切换手动时对电机进行自动断电的具体原理为：
当拨叉11拨向上方实现手动控制时，拨叉11会转过一个角度，此时拨叉11上所安装的角度传感器12会发出一个电信号。根据角度传感器发出的信号，控制系统对电机和抱闸机构进行断电，从而提高电动执行机构的使用安全性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种人工复位大扭矩盘式电机驱动直行程式切断执行装置，其特征在于：
包括壳体(3)，
所述壳体(3)内设有动力机构、动力切换机构、传动系统；
所述动力机构带动传动系统实现行程输出；
所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；
所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换；
所述电力驱动系统包括盘式电机，所述盘式电机包括盘式电机第一转子(15)、盘式电机第二转子(16)和盘式电机定子(18)，盘式电机定子(18)通过螺栓安装在壳体(3)上并与盘式电机第一转子(15)和盘式电机第二转子(16)之间形成气隙；
所述手动操作系统包括手轮(1)和减速器，手轮(1)通过第一轴承(2)安装于壳体(3)上；
所述减速器包括行星齿轮组，行星齿轮组包括太阳轮(4)，太阳轮(4)与手轮(1)固连，太阳轮(4)和齿圈(6)均与行星轮(5)啮合，行星轮(5)安装于行星架(7)上，齿圈(6)与壳体(3)固连，行星架(7)通过第二轴承(8)安装于壳体(3)上；
所述传动系统包括内螺纹轴(9)和丝杠(17)，内螺纹轴(9)与丝杠(17)为螺纹传动配合，所述内螺纹轴(9)通过第三轴承(13)和第四轴承(14)可旋转的安装于壳体(3)上，盘式电机第一转子(15)与盘式电机第二转子(16)均与内螺纹轴(9)固连；
所述动力切换机构包括接合套(10)、拨叉(11)，行星架(7)和内螺纹轴(9)的一端加工有外花键可以与接合套(10)内的内花键配合；
接合套(10)可以在拨叉(11)的作用下沿轴向上下移动，从而控制行星架(7)与内螺纹轴(9)的接合与分离，拨叉(11)安装于壳体(3)上并安装有角度传感器(12)；
还包括电磁抱闸机构(19)，所述电磁抱闸机构(19)包括摩擦片(191)和电磁铁(192)两部分，摩擦片(191)通过推力轴承(20)以及键与内螺纹轴(9)连结，电磁铁(192)与壳体(3)固联。
2.根据权利要求1所述的一种人工复位大扭矩盘式电机驱动直行程式切断执行装置，其特征在于：
所述丝杠(17)与壳体(3)之间通过方形导轨配合。
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