CN113906248A - 故障保护模块 - Google Patents

Abstract

一种故障保护模块，包括：输入构件(310)；输出构件(312)；以及耦接机构，所述耦接机构用于将所述输入构件耦接至所述输出构件。所述耦接机构包括：中间构件(316a)，所述中间构件能够相对于所述输出构件移动来为能量储存设备赋能；以及闩锁机构(318，320)，所述闩锁机构将所述能量储存设备保持在赋能状态。当所述闩锁机构被接合时，所述输入构件和所述输出构件耦接在一起，并且所述能量储存设备被保持在赋能状态且与所述输入构件和所述输出构件之间的耦接分离。当所述闩锁机构被释放时，所述能量储存设备能够释放其能量以将所述输出构件驱动至预定位置。

Description

故障保护模块

技术领域

本发明涉及一种故障保护(failsafe)模块，其可用于例如在紧急事件中将阀致动至安全操作位置。

背景技术

在阀致动中，存在需要在紧急情况下操作阀的情况。这些紧急情况可能是由站点断电引起的，也可能引起站点断电。紧急情况可能会引起生成紧急关闭命令(ESD)。在这样的情况下，将阀移动到安全位置(根据需要打开或关闭)对安全至关重要。

许多现有的系统依赖于永久地耦接至致动器的输出和阀的输入两者的弹簧。当断电时，弹簧反向驱动致动器以关闭阀。这具有通过致动器施加重应力的效果。另一个考虑因素是致动器必须足够强固，以便在每次阀操作时操作弹簧和阀两者。弹簧也将随着每次阀操作进行应力循环(stress-cycled)。

弹簧复位通常用作自给式阀单元中的耦接的一部分。然而，传统设计往往在致动器的尺寸确定和阀的尺寸确定方面涉及相当大程度的折衷。这些系统中的许多系统也仅被设计为与一种特定的致动器设计配合使用。

其他可用的系统仅将弹簧附接至阀的输入部。这允许断开致动器，但致动器仍然必须足够强固，以便在每次阀操作时操作弹簧和阀两者。仍然存在额外的使弹簧应力循环的问题。

克服这些限制的系统在过去一直很复杂，并且涉及分开的电机和致动器来回卷(rewind)或管理弹簧。

另一个考虑因素是弹簧提供的力会随着弹簧的释放而下降。在当前的系统中，通过在完全压缩的状态下加大弹簧尺寸来减轻这种力的下降。这就需要加大阀部件和致动器的尺寸，使其能够抵抗弹簧压缩的额外负载而移动。

因此，需要在致动器与阀之间提供更高效和更可靠的耦接，以便在紧急情况下能够执行安全功能。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种故障保护模块，包括：

输入构件；

输出构件，所述输出构件能够朝向和远离预定位置移动；以及，

耦接机构，所述耦接机构用于将所述输入构件耦接至所述输出构件，所述耦接机构包括：

中间构件，所述中间构件与所述输入构件接合并能够通过所述输入构件在第一位置与第二位置之间移动；

能量储存设备，所述能量储存设备在所述输出构件与所述中间构件之间作用，使得所述中间构件相对于所述输出构件从所述第一位置到所述第二位置的移动为所述能量储存设备赋能，并且其中，所述能量储存设备、所述输出构件和所述中间构件接合，使得来自所述能量储存设备的能量的释放将所述输出构件驱动到所述预定位置；以及，

闩锁机构，所述闩锁机构具有接合状态，在所述接合状态下，当所述中间构件处于所述第二位置时，所述闩锁机构防止所述中间构件与所述输出构件之间的相对移动，从而将所述能量储存设备保持在赋能状态，并且从而将所述输入构件耦接至所述输出构件；并且所述闩锁机构具有释放状态，在所述释放状态下，所述闩锁机构允许所述中间构件与所述输出构件之间的相对移动，从而允许所述能量储存设备被赋能或释放能量。

因此，一旦闩锁机构处于接合状态，则这种布置允许能量储存设备与输入构件和输出构件之间的耦接分离。以此方式，对能量储存设备加载的操作和致动与故障保护模块耦接的部件(例如阀)的操作是分开的。因此，耦接至故障保护模块的致动器只需要针对需要最大扭矩的操作进行额定，而不是针对两种操作所需的扭矩的总和进行额定。此外，能量储存设备在每次阀操作期间都没有应力循环，从而增加了能量储存设备的寿命和可靠性。

在故障保护模块耦接至阀的情况下，输出构件的预定位置可以是输出构件的与在紧急情况下阀被认为安全的位置(例如打开或关闭)相对应的位置。

所述闩锁机构可包括第一闩锁构件和第二闩锁构件，其中，所述第一闩锁构件和所述第二闩锁构件被配置成当所述中间构件处于所述第二位置时耦接或接合。所述第一闩锁构件和所述第二闩锁构件中的一者可以是电磁体，而所述第一闩锁构件和所述第二闩锁构件中的另一者可以是铁磁体。

所述闩锁机构还可包括离合器总成，所述离合器总成被配置成当所述闩锁机构处于所述接合状态时将所述输入构件耦接至所述输出构件。所述离合器总成可包括：离合器，所述离合器安装至所述输出构件；以及接合构件，所述接合构件安装至所述输入构件的上径向表面并且当所述中间构件处于所述第一位置时沿周向与所述离合器偏离。所述中间构件通过所述输入构件从所述第一位置到所述第二位置的移动可使所述离合器与所述接合构件对准。

所述离合器可被配置成当对准并且所述闩锁机构处于所述接合状态时与所述接合构件接合，从而将所述输入构件耦接至所述输出构件。所述离合器可被配置成当所述闩锁机构处于所述释放状态时与所述接合构件脱离，从而允许所述中间构件与所述输出构件之间的相对移动。

所述离合器可包括输入销和输出销。所述输入销和所述输出销可各自包括轴承。所述输出销可将所述离合器枢转地安装至所述输出构件。所述接合构件可包括具有凹槽的块体。所述凹槽可以跨所述块体径向延伸并且包括两个侧壁。所述凹槽的侧壁可以相对发散。例如，一个侧壁可以是基本上竖直的，而另一个侧壁可相对于基本上竖直的侧壁成一定角度。所述输入销被配置成与所述凹槽接合，从而将所述输入构件耦接至所述输出构件。所述凹槽的相对发散的侧壁可被配置成使得所述弹簧的轴向向上的力通过将所述轴承向上滚动到所述凹槽的成角度侧而不断地试图使所述输入销与所述凹槽脱离。

在替代性实施方式中，所述闩锁机构可包括：第一闩锁构件，所述第一闩锁构件在所述输出构件上；以及第二闩锁构件，所述第二闩锁构件在所述中间构件上。

所述输入构件可经由所述中间构件耦接至所述输出构件。替代地或附加地，所述输入构件可经由所述闩锁机构耦接至所述输出构件。

在所述故障保护模块的实施方式中：

所述能量储存设备在所述中间构件与所述输出构件之间施加线性力；

所述中间构件相对于所述输出构件从所述第一位置到所述第二位置的线性移动为所述能量储存设备赋能；并且

所述闩锁机构被配置成在所述接合状态下防止所述中间构件与所述输出构件之间的相对线性移动，并且在所述释放状态下允许所述中间构件与所述输出构件之间的相对线性移动。

所述输入构件、所述输出构件和所述中间构件能够围绕公共轴线旋转且关于所述公共轴线同轴，并且所述能量储存设备可在所述中间构件与所述输出构件之间在与所述公共轴线平行的方向上施加所述线性力。

可选地：

所述输入构件和所述输出构件都包括平行于所述公共轴线延伸的表面；

所述输入构件的轴向表面限定跨所述输入构件的轴向表面径向延伸的周向边缘；

所述输出构件的轴向表面限定跨所述输出构件的轴向表面径向延伸的轴向边缘；

所述输入构件和所述输出构件相嵌套并且被布置成使得所述周向边缘和所述轴向边缘相对于彼此成一定角度并且在径向方向上重叠；

所述中间构件包括臂，所述臂跨所述周向边缘和所述轴向边缘径向延伸，使得所述臂的移动受到所述周向边缘和所述轴向边缘的约束；并且，

所述周向边缘和所述轴向边缘各自具有与所述公共轴线平行的分量，使得当所述输入构件相对于所述输出构件旋转时，所述臂的受所述周向边缘和所述轴向边缘约束的移动迫使所述中间构件相对于所述输出构件在所述第一位置与所述第二位置之间线性移动。

平行于所述公共轴线延伸的表面可以是柱形管状壁。所述输入构件的所述周向边缘可限定输入槽，并且所述输出构件的所述轴向边缘可限定输出槽。

所述输出构件还可包括基部，所述基部垂直于所述公共轴线，并且所述能量储存设备可接合在所述基部与所述臂之间。

所述周向边缘和所述轴向边缘中的一者可以是围绕所述公共轴线螺旋延伸的螺旋边缘，而所述周向边缘和所述轴向边缘中的另一者可以是平行于所述公共轴线延伸的线性边缘。

所述螺旋边缘与垂直于所述公共轴线的平面之间的角度可沿所述螺旋边缘的长度变化。

所述螺旋边缘与垂直于所述公共轴线的平面之间的角度可在所述中间构件从所述第一位置移动到所述第二位置的方向上沿所述螺旋边缘的长度减小。

所述能量储存设备可以是弹簧，例如压缩弹簧或拉伸弹簧。

在所述故障保护模块的一些实施方式中：

所述能量储存设备被配置成在所述中间构件与所述输出构件之间施加扭矩；

所述中间构件相对于所述输出构件从所述第一位置到所述第二位置的旋转移动为所述能量储存设备赋能；并且

所述闩锁机构在所述接合状态下防止所述中间构件与所述输出构件之间的相对旋转移动，并且在所述释放状态下允许所述中间构件与所述输出构件之间的相对旋转移动。

所述输入构件、所述输出构件和所述中间构件能够围绕公共轴线旋转且关于所述公共轴线同轴。

所述故障保护模块还可包括驱动装置，所述驱动装置被布置在所述中间构件与所述输出构件之间，所述驱动装置包括：

第一驱动元件，所述第一驱动元件能够相对于所述中间构件旋转；以及

第二驱动元件，所述第二驱动元件相对于所述输出构件旋转地固定并且与所述第一驱动元件接合；

其中：

所述能量储存设备接合在所述第一驱动元件与所述中间构件之间；并且

所述中间构件、所述驱动装置和所述输出构件接合，使得所述中间构件与所述输出构件之间的相对旋转移动引起所述中间构件与所述第一驱动元件之间的相对旋转移动，从而为所述能量储存设备赋能。

所述第一驱动元件可以是外部齿轮(其中，接合表面(例如齿)形成在齿轮的相对于公共轴线的外表面上)并且所述第二驱动元件可以是内部齿轮(其中，接合表面(例如齿)形成在齿轮的相对于公共轴线的内表面上)。

所述第一驱动元件的节圆半径(pitch radius)可在周向方向上变化。节圆半径被定义为内齿轮的旋转轴线与内齿轮的有效外表面之间的距离。在齿形齿轮的情况下，有效外表面将处于齿的长度的中点处。因此，第一驱动元件可具有非圆形形状。所述第一驱动元件的节圆半径可在周向方向上增加。第一驱动元件的节圆半径可在周向方向上增加以产生螺旋形齿轮。

所述第二驱动元件的节圆半径可以与所述第一驱动元件相同的量且在与所述第一驱动元件相同的周向方向上增加。

所述耦接机构可包括多个能量储存设备，所述多个能量储存设备被配置成在所述中间构件与所述输出构件之间施加扭矩。

所述驱动装置可包括多个第一驱动元件，并且所述多个能量储存设备中的每个能量储存设备可接合在所述中间构件与所述多个第一驱动元件中相应的第一驱动元件之间。

所述驱动装置可包括多个第二驱动元件，并且所述多个第一驱动元件中的每个第一驱动元件可与所述多个第二驱动元件中相应的第二驱动元件接合。

所述多个能量储存元件和/或所述第一驱动元件和/或所述第二驱动元件可被布置成关于所述公共轴线对称。

所述或每个能量储存设备可以是弹簧，例如扭力弹簧，诸如螺旋扭力弹簧。

本发明的第一方面的故障保护模块还可包括阻尼器，所述阻尼器被配置成当所述闩锁机构被释放时调节所述输出构件的移动速率(例如使用流体方式、磁性方式或摩擦方式)。

所述故障保护模块还可包括被配置成检测所述闩锁机构何时被接合的传感器。

所述故障保护模块还可包括被配置成当所述闩锁机构被接合时测量所述闩锁机构的反作用力的传感器。

所述故障保护模块还可包括被配置成测量将所述中间构件相对于所述输出构件从所述第一位置移动到所述第二位置来为所述能量储存设备赋能所需的力的传感器。

所述输入构件和所述输出构件中的一者可包括单个突片。所述输入构件和所述输出构件中的另一者可包括两个间隔开的突片。所述单个突片可位于所述间隔开的突片之间，从而限制所述输入构件相对于所述输出构件的旋转范围。

所述故障保护模块还可包括：

外壳体，所述外壳体至少容纳所述输入构件和所述输出构件，使得所述外壳体、所述输入构件和所述输出构件同轴；其中，所述外壳体包括孔口，所述孔口与所述输入构件同轴，并且所述输入构件的一部分延伸穿过所述孔口；并且其中，周向壁围绕所述孔口沿轴向延伸远离所述外壳体；

致动器，所述致动器具有致动器壳体，所述致动器壳体容置有驱动机构；所述致动器能够安装至所述外壳体并且被配置成与所述输入构件接合，使得所述输入构件能够通过所述驱动机构旋转；以及，

安全机构，所述安全机构被配置成当所述致动器与所述外壳体分开时防止所述致动器壳体与所述外壳体之间的相对旋转；所述安全机构包括：

盖，所述盖包括表面部和裙部，其中，所述裙部围绕所述表面部的边缘延伸并且沿轴向延伸远离所述表面部；并且其中，所述盖经由所述表面部安装至所述致动器壳体，并且能够经由所述裙部可移除地安装至所述外壳体；所述盖被配置成使得当所述致动器安装至所述外壳体时所述裙部与所述外壳体的所述周向壁接合，使得所述盖和所述外壳体关于所述公共轴线同轴；

互锁机构，所述互锁机构被配置成作用在所述外壳体的所述周向壁与所述盖的所述裙部之间，使得当所述盖的所述裙部与所述外壳体的所述周向壁接合时所述致动器壳体和所述外壳体旋转地固定；以及，

连接器，所述连接器旋转地固定至所述驱动机构，使得所述驱动机构的操作引起所述连接器的旋转；并且其中，所述连接器和所述盖关于所述公共轴线同轴；

其中：

所述连接器包括突出支腿，当所述致动器安装至所述外壳体时，所述突出支腿沿轴向延伸远离所述连接器；

所述输入构件的延伸穿过所述外壳体中的所述孔口的部分被配置成当所述致动器安装至所述外壳体时接纳所述连接器的所述突出支腿，从而旋转地固定所述连接器和所述输入构件，使得所述驱动机构的操作经由所述连接器引起所述输入构件的对应旋转；并且，

所述盖的所述裙部的长度长于所述连接器的所述突出支腿的长度，使得当所述致动器与所述外壳体分开时在所述盖的所述裙部与所述外壳体的壁脱离之前所述连接器的所述突出支腿与所述输入构件脱离，使得所述致动器壳体和所述外壳体通过所述互锁机构保持旋转地固定，直到所述盖的所述裙部与所述外壳体的壁完全脱离。

所述连接器可以是包括径向支腿和轴向支腿的T形连接器。所述突出支腿可以是所述连接器的所述轴向支腿。所述输入构件的延伸穿过所述外壳体中的所述孔口的部分可包括凹口，所述凹口被配置成当所述致动器安装至所述外壳体时接纳所述连接器的所述轴向支腿，使得所述驱动机构的操作经由所述连接器引起所述输入构件的对应旋转；并且其中，所述盖的所述裙部的长度长于所述连接器的所述轴向支腿的长度。

所述互锁机构可包括：

位于所述盖的所述裙部的内表面上的凹部，以及从所述外壳体的所述周向壁的外表面向外延伸的对应形状的突起，和/或，

位于所述外壳体的所述周向壁的外表面上的凹部，以及从所述盖的所述裙部的内表面向内延伸的对应形状的突起；

其中，所述突起被配置成与所述凹部接合，使得当所述突起和所述凹部接合时所述致动器壳体和所述外壳体旋转地固定。

所述突起能够是柱形钉，所述柱形钉位于所述盖的所述裙部的内表面和所述外壳体的所述周向壁的外表面中的一者或两者中的凹槽内，其中，所述钉的直径大于所述凹槽的深度，使得所述钉从所述盖的所述裙部的内表面沿径向向内延伸并且/或者从所述外壳体的所述周向壁的外表面沿径向向外延伸。

所述故障保护模块还可包括：

套环，所述套环包括：内部部分，所述内部部分具有轴向延伸孔口；以及外部部分，所述外部部分从所述内部部分沿径向向外且基本上围绕所述内部部分的周缘的一部分延伸，由此，所述套环被配置成围绕所述输入构件的一部分配合，使得当所述套环配合至所述输入构件时，所述输入构件和所述套环关于公共轴线同轴，并且所述输入构件和所述套环旋转地固定；以及，

止动件，当所述套环配合至所述输入构件时，所述止动件位于所述外部部分的旋转路径中，使得所述套环相对于所述止动件的旋转引起所述外部部分的周向端与所述止动件接合，从而限制所述套环的旋转范围，并且由此限制所述输入构件的旋转范围；

其中，所述外部部分包括第一周向端，所述第一周向端被配置成在所述能量储存设备被赋能之前与所述止动件接合，从而在所述能量储存设备未被赋能时防止所述输入构件在第一方向上旋转；并且其中，所述外部部分包括第二周向端，所述第二周向端被配置成当通过在第二方向上旋转所述输入构件使所述能量储存设备被赋能时朝向所述止动件移动，并且由此，一旦所述能量储存设备被赋能并且所述闩锁机构被接合，则所述套环容许所述输入构件在所述第一方向和所述第二方向上旋转。

输入构件在第一方向上的旋转可引起输出构件移动到与阀被认为不安全的位置相对应的位置。也就是说，在第一方向上的旋转可将阀移动离开安全位置。输入构件在第二方向上的旋转可引起输出构件移动到与阀被认为安全的位置相对应的位置。也就是说，在第二方向上的旋转可将阀移动朝向并进入安全位置。因此，套环的存在可防止阀移动离开安全位置，直到能量储存设备被赋能。

所述孔口可包括唇缘，所述唇缘被配置成当所述套环配合至所述输入构件时与所述输入构件上的对应缩进部互锁，从而防止所述输入构件与所述套环之间的相对旋转。

所述故障保护模块还可包括：

锁定螺母，所述锁定螺母被配置成将所述套环可释放地紧固至所述输入构件；所述锁定螺母包括具有独特配置的头部；以及，

具有对应的独特配置的钥匙，使得仅当所述具有对应的独特配置的钥匙与所述锁定螺母接合并旋转所述锁定螺母时才拧紧或释放所述锁定螺母，从而紧固所述套环或从所述输入构件移除所述套环。

所述唇缘可包括沿轴向延伸穿过所述唇缘的第一固定孔，并且所述输入构件上的所述对应缩进部包括具有第二固定孔的底板，使得当所述套环配合至所述输入构件时所述第一固定孔和所述第二固定孔对准；并且由此，当所述锁定螺母被接纳在对准的所述第一固定孔和所述第二固定孔内且通过所述钥匙被拧紧时，所述套环被紧固至所述输入构件。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括根据本发明的第一方面所述的故障保护模块的致动器。所述致动器可被配置成致动所述故障保护模块的所述输入构件。可电动操作或手动操作所述致动器。所述故障保护模块可永久地附接至所述致动器，或者能够可移除地附接至所述致动器。

根据本发明的第三方面，提供了一种阀总成，包括：

根据本发明的第一方面所述的故障保护模块；以及，

阀，所述阀耦接至所述故障保护模块的所述输出构件。

所述阀可耦接至所述故障保护模块的所述输出构件，使得所述输出构件朝向和远离所述预定位置的移动使所述阀朝向和远离“安全”操作位置移动。所述阀总成还可包括致动器，所述致动器耦接至所述故障保护模块的所述输入构件。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式来描述本发明，附图中：

图1示出了故障保护模块的立体图；

图2示出了从下方观察的图1的故障保护模块的驱动装置的局部立体图；

图3示出了图1的故障保护模块的立体图；

图4示出了图1的故障保护模块的立体图；

图5示出了另一个故障保护模块的立体图；

图6示出了图5的故障保护模块的截面图；

图7示出了图5的故障保护模块的立体图；

图8示出了图5的故障保护模块的立体图。

图9示出了图5的故障保护模块的截面图；

图10示出了图5的故障保护模块的侧视图；

图11示出了另一个故障保护模块的立体图；

图12示出了图11的故障保护模块的立体图；

图13示出了图11的故障保护模块的立体图；

图14示出了图11的故障保护模块的顶部部分的立体图；

图15示出了图11的故障保护模块连接至致动器的截面图；

图16示出了图11的故障保护模块的进一步的截面图；

图17示出了从上方观察的图15的故障保护模块的分解图；

图18示出了从下方观察的图15的故障保护模块的分解图；

图19示出了从上方观察的故障保护模块的分解图；以及，

图20示出了从上方观察的图19的故障保护模块的立体图；

图21A和图21B示出了从上方观察的图19的故障保护模块的进一步的立体图；

图22示出了图11的故障保护模块的局部立体图。

具体实施方式

图1示出了具有外壳体101的故障保护模块100，该外壳体容置有可相对于外壳体101旋转的输入构件110和可相对于外壳体101旋转的输出构件112。输入构件110和输出构件112布置在外壳体101的相对端。输入构件110和输出构件112均大体上为柱形轴的形式，并且关于公共轴线同轴且可围绕公共轴线旋转。外壳体101还容置有耦接机构，该耦接机构可选择性地将输入构件110耦接至输出构件112。耦接机构包括：中间构件116；三个能量储存设备114a、114b、114c；驱动装置122、124；以及闩锁机构118、120。

中间构件116被布置成与输入构件110同轴，并且耦接至输入构件110且相对于该输入构件旋转地固定，使得输入构件110的旋转引起中间构件116围绕公共轴线的对应旋转。

三个能量储存设备114a、114b、114c为三个螺旋扭力弹簧的形式。每个螺旋扭力弹簧大体上为扁平金属带的形式，其从内径向端到外径向端以平面螺旋的形式卷绕。每个螺旋扭力弹簧可通过在螺旋方向上相对于外端旋转内端而被赋能。扭力弹簧114a、114b、114c围绕公共轴线被规则地布置在中间构件116上。

每个螺旋扭力弹簧114a、114b、114c的外端安装在中间构件116上。每个螺旋扭力弹簧114a、114b、114c的内端安装至相应的轴125a、125b、125c，所述相应的轴被布置成平行于公共轴线且可旋转地安装在中间构件116上，使得每个轴125a、125b、125c可相对于中间构件116旋转。因此，当中间构件116围绕公共轴线旋转时，每个轴(以及因此作为整体的每个螺旋扭力弹簧)围绕中间构件116的旋转轴线转动，但每个扭力弹簧114a、114b、114c也可围绕其自身的轴线(对应于轴125a、125b、125c的纵向轴线)相对于中间构件116旋转。特别地，每个扭力弹簧114a、114b、114c可通过相对于中间构件116旋转每个轴125a、125b、125c而被赋能，这引起每个扭力弹簧的内端相对于每个扭力弹簧的外端旋转。如下文将描述的，每个轴125a、125b、125c都耦接至驱动装置，该驱动装置耦接至输出构件112。因此，每个螺旋扭力弹簧114a、114b、114c(经由驱动装置)作用在中间构件116与输出构件112之间。

当中间构件116相对于输出构件112旋转时，驱动装置提供用于为每个螺旋扭力弹簧114a、114b、114c赋能的机构。

驱动装置包括三个内齿轮122a、122b、122c和三个外齿轮124a、124b、124c。每个内齿轮与外齿轮接合形成三对齿轮。每个内齿轮122a、122b、122c安装在相应的轴125a、125b、125c上，使得每个内齿轮的旋转轴线对应于其相应轴的纵向(旋转)轴线。每个外齿轮124a、124b、124c安装在输出构件112上并且相对于输出构件112旋转地固定，使得外齿轮124a、124b、124c和输出构件112围绕公共轴线一起旋转。

每个外齿轮124a、124b、124c是外部齿轮(即具有径向向内指向的齿)并且每个内齿轮122a、122b、122c是内部齿轮(即具有径向向外指向的齿)。内齿轮和外齿轮的布置类似于周转(行星)齿轮布置，但没有中心齿轮。每个外齿轮124a、124b、124c为部分环或弯曲齿条的形式，并且外齿轮布置在输出构件112上，使得它们围绕公共轴线形成包围内齿轮122a、122b、122c的近似的环面或环。利用这种布置，中间构件116围绕公共轴线的旋转引起内齿轮122a、122b、122c围绕公共轴线转动，同时还由于与每个外齿轮接合而引起每个内齿轮围绕其自身的旋转轴线旋转。

内齿轮122a、122b、122c和外齿轮124a、124b、124c的齿轮比被设计成使得中间构件116相对于输出构件112的旋转引起每个内齿轮122a、122b、122c围绕其自身的旋转轴线以与中间构件116围绕公共轴线旋转的速率不同的速率旋转。因为每个螺旋扭力弹簧114a、114b、114c的内端相对于相应的内齿轮122a、122b、122c旋转地固定，并且每个螺旋扭力弹簧的外端相对于中间构件116旋转地固定，所以中间构件116与每个内齿轮122a、122b、122c之间在旋转速率上的差异引起每个螺旋扭力弹簧114a、114b、114c的内端相对于每个扭力弹簧的外端旋转，这将卷绕(赋能)或退绕(去能)每个螺旋扭力弹簧，具体取决于相对旋转的方向。

图2示出了螺旋扭力弹簧114a、轴125a、内齿轮122a和外齿轮124a的示例性布置。其他螺旋扭力弹簧114b、114c、轴125b、125c、内齿轮122b、122c和外齿轮124b、124c围绕公共轴线以相同的布置进行布置。

每个内齿轮122a、122b、122c是具有在周向方向上变化的节圆半径的非圆形正齿轮的形式。换句话说，每个内齿轮的旋转轴线与每个内齿轮的有效外表面之间的距离在周向方向上变化。在齿形齿轮的情况下，有效外表面将处于齿的长度的中点处。特别地，每个内齿轮的节圆半径在周向方向上增加以产生螺旋形状。

每个外齿轮124a、124b、124c为部分环的形式，或者为齿径向向内指向的弯曲齿条的形式。类似于内齿轮，每个外齿轮124a、124b、124c的节圆半径也在周向方向上变化。换句话说，每个外齿轮的旋转轴线(对应于输出构件112的旋转轴线，即公共轴线)与每个外齿轮的有效内表面之间的距离在周向方向上变化。在齿形齿轮的情况下，有效内表面将处于齿的长度的中点处。特别地，每个外齿轮的节圆半径在周向方向上增加以产生弯曲的楔形形状。

每个内齿轮122a、122b、122c和每个外齿轮124a、124b、124c的节圆半径在相同的周向方向上且以相同的量增加，使得当中间构件116相对于输出构件112旋转时每个内齿轮和外齿轮对保持接合。

在图2中，部件被示出为处于在加载操作开始以对螺旋扭力弹簧114a赋能之前的位置。在这种配置中，内齿轮122a和外齿轮124a在它们的接触点处的节圆半径为最大。使用图2的仰视立体图作为参照系，螺旋扭力弹簧114a和轴125a沿外齿轮124a从左到右的移动(由中间构件116相对于输出构件112的旋转引起)引起内齿轮122a围绕内齿轮122a的旋转轴线顺时针旋转。如上所述，与中间构件116围绕其旋转轴线的旋转相比，内齿轮122a围绕其旋转轴线以不同的速率旋转。这引起螺旋扭力弹簧114a围绕轴125a卷绕，从而对螺旋扭力弹簧114a赋能。

如果内齿轮122a具有统一的节圆半径(即，如果内齿轮是圆形的)，则随着螺旋扭力弹簧被越来越多地赋能，外齿轮124a将在内齿轮122a与外齿轮124a之间的接触点处施加增加的反作用扭矩(如胡克定律所述)。这将引致需要增加的输入扭矩来完成螺旋扭力弹簧114a的卷绕操作。然而，由于内齿轮122a的螺旋形状，内齿轮122a的旋转轴线(对应于弹簧114a的轴线)与内齿轮122a和外齿轮124a之间的接触点之间的距离随着内齿轮122a沿外齿轮124a旋转而减小。到接触点的距离的减小补偿了随着弹簧被更紧地卷绕而将由输出齿轮124a在接触点处施加的增加的反作用扭矩。因此，通过适当地减小内齿轮122a的节圆半径，可在整个卷绕操作中使卷绕扭力弹簧114a所需的扭矩大致恒定。

以类似但相反的方式，这种驱动装置还允许螺旋扭力弹簧114a在其退绕(释放其储存的能量)时在中间构件116与输出构件112之间施加恒定扭矩。特别地，在扭力弹簧114a退绕时输出扭矩的下降可通过内齿轮122a的旋转轴线(对应于弹簧114a的轴线)与内齿轮122a和外齿轮124a之间的接触点的距离的增加来补偿。因此，在螺旋扭力弹簧114a退绕期间，可在中间构件116与输出构件112之间通过螺旋扭力弹簧114a(经由驱动装置)施加大致恒定的扭矩。

因此，故障保护模块100的驱动装置提供可变齿轮比布置，该可变齿轮比布置允许为螺旋扭力弹簧114a、114b、114c赋能所需的输入扭矩以及在螺旋扭力弹簧释放其能量时施加在中间构件116与输出构件112之间的输出扭矩大致恒定。内齿轮节圆半径的其他变化可用于提供期望的扭矩输入或输出。

耦接机构还包括用于将能量储存设备(扭力弹簧114a、114b、114c)可释放地保持在赋能状态的闩锁机构。闩锁机构包括安装在输出构件112上的呈电磁体118形式的第一闩锁构件和安装在中间构件116上的呈闩锁臂120形式的第二闩锁构件。

闩锁臂120包括铁磁部121，该铁磁部在开启时可被吸引至电磁体118。闩锁臂120相对于中间构件116旋转地固定，使得中间构件116围绕公共轴线的旋转引起闩锁臂120围绕公共轴线的对应旋转。

电磁体118经由安装板113和磁臂117安装至输出构件112。安装板113从输出构件112在轴向方向上在扭力弹簧114a、114b、114c上方和围绕扭力弹簧114a、114b、114c朝向中间构件116延伸。安装板113相对于输出构件112旋转地固定，使得输出构件112围绕公共轴线的旋转引起安装板113围绕公共轴线的对应旋转。磁臂117的一端安装至安装板113，而电磁体118安装至磁臂117的另一端。因此，电磁体118相对于输出构件112旋转地固定，使得输出构件112围绕公共轴线的旋转引起电磁体118围绕公共轴线的对应旋转。

耦接机构被配置成使得当闩锁机构未被接合(即，电磁体118和闩锁臂120未磁性耦接)并且故障保护模块100静止时，电磁体118和闩锁臂120的铁磁部121在周向方向上彼此间隔开。因此，当中间构件116相对于输出构件112旋转时，电磁体118和闩锁臂120靠得更近，直到中间构件116到达电磁体118和闩锁臂120可磁性耦接的耦接位置。同时，中间构件116与输出构件112之间的相对旋转引起每个螺旋扭力弹簧114a、114b、114c被赋能(如上所述)。因此，一旦中间构件116到达耦接位置，则螺旋扭力弹簧114a、114b、114c处于赋能状态。因为电磁体118安装在输出构件112上并且闩锁臂120安装在中间构件116上，所以电磁体118和闩锁臂120的磁性耦接防止输出构件112与中间构件116之间的相对旋转移动。特别地，磁性耦接足够强以完全抵消在中间构件116与输出构件112之间由螺旋扭力弹簧114a、114b、114c施加的扭矩，并且因此闩锁机构的激活(即电磁体118与闩锁臂120之间的磁性耦接)防止螺旋扭力弹簧114a、114b、114c释放它们的能量。

因此，一旦闩锁机构被接合，则输入构件110和输出构件112经由中间构件116有效地耦接并且相对于彼此旋转地固定。此外，因为闩锁机构防止中间构件116与输出构件112之间的相对旋转，所以不会对螺旋扭力弹簧114a、114b、114c做功或由所述螺旋扭力弹簧做功，并且因此闩锁机构有效地将螺旋扭力弹簧的扭矩与输入构件110和输出构件112之间的耦接分离。

一旦闩锁机构被接合并且随后被释放，则中间构件116不再相对于输出构件旋转地固定，并且螺旋扭力弹簧114a、114b、114c通过退绕来自由地释放它们储存的能量。下面将关于故障保护模块100的“安全操作”更详细地描述这种操作。

可选地，安装臂117枢转地安装在中间构件116上，使得中间构件116围绕公共轴线的旋转引起电磁体118围绕公共轴线的对应旋转，但是电磁体118也可围绕磁臂117的枢轴相对于输出构件112移动。此外，在磁臂117与闩锁臂120之间的周向位置处设置有硬止动件119。磁臂117通过例如弹簧(图中未示出)在周向方向上偏置远离硬止动件119。因此，一旦中间构件116旋转到耦接位置，则磁臂117和闩锁臂120最初间隔开。然后，当电磁体118被激活时，磁臂117克服偏置力围绕其枢轴移动，直到磁臂117到达硬止动件119并且电磁体118和闩锁臂120可磁性耦接。

当与定位在硬止动件119与磁臂117之间的传感器130结合时，这种布置特别有用。传感器130可以是开/关类型或模拟负载感测类型。当磁臂117处于其静止位置(与硬止动件119间隔开)时，传感器130未被激活。当电磁体118被激活并且朝向闩锁臂120枢转以与该闩锁臂耦接时，磁臂117邻接硬止动件119且压靠传感器130，从而将其激活。来自传感器130的信号可用于确定闩锁机构是否活动。替代地，传感器可定位在磁臂117的静止位置处，以用于检测磁臂117何时移动远离该传感器。

因此，利用这种布置，仅当中间构件116已经到达耦接位置并且电磁体118已被激活且已成功地耦接至闩锁臂120(而不是这些条件中的仅一个条件成立)时才将闩锁机构检测为被接合。然而，这种布置不是必需的，并且如果中间构件116一到达耦接位置闩锁臂120就接触电磁体118，则故障保护模块100仍将按预期工作。

除了传感器130之外，还可提供其他传感器来检测例如卷绕螺旋扭力弹簧114a、114b、114c所需的扭矩。这将允许监测弹簧的健康状况，并且可以报告与预期扭矩不同的任何变化。还可提供传感器来测量试图将电磁体118和闩锁臂120(当耦接时)拉开的反作用力，这将给出故障保护模块的健康状况的持续指示。可提供有线或无线通信特征以将来自传感器的信号中继到控制器。

故障保护模块100还包括可选的阻尼器123，用于在从螺旋扭力弹簧114a、114b、114c释放能量时调节输出构件112的旋转速度。阻尼器123包围输出构件112并且使用传统的流体方式、磁性方式或摩擦方式来调节输出构件112的旋转速率。

现在将描述故障保护模块100的操作。

故障保护模块100的输入构件110可耦接至致动器以致动输入构件110，并且输出构件112可耦接至阀以由输出构件112致动。阀将具有在紧急情况下被视为“安全”的操作位置(例如打开或关闭)。阀可由输出构件112朝向和远离这种“安全”位置来致动。

在使用中，故障保护模块100可经历三种主要操作——加载操作、正常操作和安全操作。现在将在输入构件110耦接至致动器以及阀耦接至输出构件112的情况下依次描述这些操作。

加载操作用于为螺旋扭力弹簧114a、114b、114c赋能。在加载操作开始时，阀处于硬止动安全位置，输出构件112处于与阀的安全位置相对应的预定角位置，螺旋扭力弹簧114a、114b、114c未被赋能(或者它们可能具有一定的预负载)并且闩锁机构未被接合(即，电磁体118和闩锁臂120未磁性耦接)。

然后激活电磁体118，并且输入构件110围绕公共轴线在与输出构件112将需要旋转以将阀移动到其安全位置的方向相同的方向上旋转。在图1的视图中，这个方向是顺时针方向。输入构件110的顺时针旋转引起中间构件116朝向耦接位置的顺时针旋转。输入构件110和中间构件116在顺时针方向上的旋转也会使输出构件112在顺时针方向上旋转，但输出构件112被防止旋转，因为阀处于其硬止动安全位置。因此，输入构件110和中间构件116相对于输出构件112旋转。如上所述，这引起螺旋扭力弹簧114a、114b、114c卷起并被赋能。

一旦中间构件116到达耦接位置，则电磁体118和闩锁臂120磁性耦接并且闩锁机构被接合。一旦闩锁机构被接合，则螺旋扭力弹簧保持在其赋能状态，故障保护模块100被认为“已加载”，并且故障保护模块100可进行正常操作。

图4示出了在正常操作期间处于中间行程位置的已加载的故障保护模块100。在正常操作期间，如上所述，输入构件110和输出构件112经由中间构件116耦接并且相对于彼此旋转地固定。因此，在输入构件110上所做的任何功都被直接转移至输出构件112，使得输入构件110的旋转引起输出构件112的对应旋转。因此，可通过致动输入构件110在其操作位置之间致动阀。此外，因为闩锁机构防止中间构件116和输出构件112相对于彼此移动，所以在正常操作期间不会对螺旋扭力弹簧114a、114b、114c做功或由所述螺旋扭力弹簧做功。

在正常操作期间，可能发生紧急情况，其中，例如，电磁体118的电源丢失；向电磁体118发送紧急停机信号以将其关闭；或者电磁体118的常设紧急关闭信号被移除，引起其关闭。

在这种情况下，发生安全操作，在该操作中，闩锁机构被释放，使得中间构件116现在可以相对于输出构件移动，并且螺旋扭力弹簧114a、114b、114c通过退绕而自由地释放它们储存的能量。这种退绕引致在中间构件116与输出构件112之间(经由驱动机构)施加扭矩，使得它们被驱动以从加载操作开始朝向它们各自的起始位置在相反方向上旋转。对于输出构件112，该起始位置对应于阀处于其安全位置的预定位置，并且因此闩锁的释放将引致阀被驱动到其安全位置。

螺旋扭力弹簧114a、114b、114c储存了足够的能量，使得螺旋扭力弹簧的退绕将输出构件112驱动到其起始位置，而不管当闩锁被释放时输出构件112的角位置如何。

耦接至输入构件110的致动器可以是不可反向驱动的，在这种情况下，闩锁的释放引致仅输出构件112的旋转，因为输入构件110(耦接至中间构件116)将处于硬止动。然而，如果致动器是可反向驱动的，则螺旋扭力弹簧可储存足够的能量以将输出构件112旋转到其起始位置以及将输入构件110旋转至致动器的硬止动或输入构件110的内部硬止动。

在发生安全操作之后，故障保护模块可通过再次执行加载操作来再加载。

故障保护模块100的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

耦接机构不限于具有三个螺旋扭力弹簧。可使用任何数量(例如1个、2个、3个、4个或5个)的螺旋扭力弹簧，具体取决于期望的扭矩。弹簧的预负载和/或强度也可以变化。此外，能量储存设备不限于采用螺旋扭力弹簧的形式，只要能量储存设备能够在中间构件116与输出构件112之间提供扭矩即可。

螺旋扭力弹簧114a、114b、114c不需要关于公共轴线规则地或对称地布置。例如，如果要移除螺旋扭力弹簧之一，即使剩余的螺旋扭力弹簧没有关于公共轴线对称地重新布置，则故障保护模块100仍将起作用。

故障保护模块100不限于具有所述驱动装置(其具备具有可变节圆半径的内齿轮和外齿轮)。可使用具有统一节圆半径的内齿轮和外齿轮来代替，这可能意味着输入和输出扭矩可能分别会随着弹簧卷绕和退绕而变化。在这种情况下，故障保护模块100仍然可以工作，但是如果仍然期望利用统一的齿轮获得恒定的输入和输出扭矩，则可使用具有非线性特性的弹簧。

故障保护模块100不限于具有互锁齿或啮合接合的输入和输出齿轮。可使用摩擦齿轮来代替，摩擦齿轮使用表面摩擦将运动从一个齿轮传递到另一个齿轮。

可以切换电磁体118和闩锁臂120的位置，使得磁臂117和电磁体118安装在中间构件116上，并且闩锁臂120和铁磁部121安装在输出构件112上。此外，闩锁机构不限于使用电磁来防止中间构件116与输出构件112之间的相对移动。例如，可使用机械闩锁机构来代替。

图5和图6示出了故障保护模块200，其根据与故障保护模块100类似的原理工作，但使用了在中间构件与输出构件之间施加线性力而不是扭矩的能量储存设备。提供与故障保护模块100的各部分等效的功能的故障保护模块200的各部分具有与故障保护模块100的那些部分相同的附图标记，但以数字“2”而不是数字“1”为前缀。

故障保护模块200包括外壳体201，其容置有可相对于壳体201旋转的输入构件210、可相对于壳体201旋转的输出构件212、以及可选择性地将输入构件210耦接至输出构件212的耦接机构。在图5中，壳体201仅被部分地示出以便清楚地示出输入构件210和输出构件212。

输入构件210和输出构件212均包括关于公共轴线同轴的柱形管状壁。在整个本说明书中使用的术语“轴向”是指沿该公共轴线的方向。输入构件210具有比输出构件212小的直径并且嵌套在输出构件212内。输出构件212还包括在垂直于公共轴线延伸的轴向端处的基部212a。输入构件210和输出构件212可围绕公共轴线相对于彼此旋转。

输入构件210的管状壁限定三个螺旋输入槽或轨道211a、211b、211c，它们围绕公共轴线螺旋延伸，并且输出构件212的管状壁限定三个线性轴向输出槽或轨道213a、213b、213c，它们平行于公共轴线延伸。

螺旋输入槽211a、211b、211c是左旋螺旋，其部分地围绕输入构件210的管状壁的周缘延伸并且关于公共轴线规则地间隔。轴向输出槽213a、213b、213c也在输出构件212的管状壁上关于公共轴线规则地间隔。输入槽和输出槽一直沿径向延伸穿过它们各自的壁。输入槽211a、211b、211c和输出槽213a、213b、213c成对布置，使得在每对内，当输入构件210和输出构件212相嵌套时，输入槽在径向方向上与输出槽重叠。输入槽211a、211b、211c在轴向方向上的长度与输出槽213a、213b、213c在轴向方向上的长度基本上相同，使得输入槽和输出槽的一端在输入构件和输出构件的特定的相对角位置处重叠，并且输入槽和输出槽的另一端在输入构件和输出构件的不同的相对角位置处重叠。输入槽和输出槽还被布置成使得在输入构件210相对于输出构件212旋转期间，沿槽的长度在对应的输入槽和输出槽之间维持重叠。

每个输出槽213a、213b、213c在一端还包括小凹部(凹口)240a、240b、240c，其有效地是每个输出槽的延伸部。凹部240a、240b、240c以与螺旋输入槽211a、211b相同的角度在周向方向上延伸。下文将关于故障保护模块200的操作进一步说明凹部240a、240b、240c的目的。

故障保护模块200还包括沿径向嵌套在输入构件210和输出构件212内的耦接机构。耦接机构包括能量储存设备214、中间构件216和闩锁机构218、220。

能量储存设备214为弹簧214的形式，特别是线性压缩弹簧，其被布置在输出构件212的基部212a上并且与输入构件210和输出构件212同轴。因此弹簧214被配置成在轴向方向上施加力。

中间构件216部分地位于弹簧214的径向内侧并且安装在与输入构件210和输出构件212同轴的轴215上。轴215允许中间构件216围绕公共轴线旋转且通过轴215自身相对于输出构件212的旋转和轴向移动而沿公共轴线轴向移动。

中间构件216包括中央部和关于公共轴线规则地间隔的三个径向延伸臂216a、216b、216c。中间构件216位于离输出构件212的基部212a最远的弹簧214的轴向端部处(即，在图6的视图中在弹簧214上方)，并且臂216a、216b、216c沿径向向外延伸超过弹簧214的线圈。因此，弹簧214接合在输出构件212与中间构件216之间，特别是在基部212a与臂216a、216b、216c之间。因此，中间构件216相对于输出构件212抵抗弹簧214在轴向方向上的线性移动将引起臂216a、216b、216c推压弹簧214的线圈，从而引起弹簧214压缩并被赋能。相反，弹簧214的膨胀将引起弹簧214的线圈推压中间构件216的臂216a、216b、216c，这将推动中间构件216在轴向方向上移动。

输入构件210、输出构件212和中间构件216被配置成使得每个臂216a、216b、216c在径向方向上延伸穿过一对输入槽211a、211b、211c和输出槽213a、213b、213c。因此，输入槽和输出槽将约束臂和中间构件216的旋转移动和轴向移动。每个臂的尺寸确定为与输入槽和输出槽的宽度大致相同。在每个臂216a、216b、216c的尖端处有轴承242a、242b、242c，它们允许每个臂以低摩擦沿其各自的输入槽和输出槽行进。

闩锁机构包括为电磁体218形式的第一闩锁构件和为铁磁板220形式的第二闩锁构件。电磁体218安装至中间构件216，并且铁磁板220安装至输出构件212的基部212a。电磁体218和铁磁板220被布置成使得当电磁体218被接通并且中间构件216朝向基部212a沿轴向移动时，电磁体218和中间构件216靠得更近，使得它们能够磁性耦接。

现在将描述故障保护模块200的操作。

故障保护模块200的输入构件210可耦接至致动器以致动输入构件210，并且输出构件212可耦接至阀以由输出构件212致动。阀将具有在紧急情况下被认为“安全”的操作位置(例如打开或关闭)。阀可由输出构件112朝向和远离该“安全”位置致动。

在使用中，故障保护模块200可经历与故障保护模块100相同的三种主要操作——加载操作、正常操作和安全操作。现在将在输入构件210耦接至致动器并且阀耦接至输出构件212的情况下依次描述这些操作。

加载操作用于为弹簧214赋能。在加载操作开始时，阀处于硬止动安全位置，输出构件112处于与阀的安全位置相对应的预定角位置，弹簧214未被赋能(或者其可能具有一定的预负载)并且闩锁机构未被接合(即，电磁体218和铁磁板220未磁性耦接)。此外，中间构件216处于壳体201的第一轴向端处，并且臂216a、216b、216c定位在它们各自的输入槽211a、211b、211c的第一端和它们各自的输出槽213a、213b、211c的第一端处。

然后激活电磁体218，并且输入构件210在与输出构件212将需要旋转以将阀移动到安全位置的方向相同的方向上旋转。在图5的视图中，这个方向是顺时针方向。然而，因为阀在安全位置处于硬止动，所以输出构件212被防止在顺时针方向上旋转，并且因此输入构件210相对于输出构件212旋转。

图7示出了加载操作期间的故障保护模块200。随着输入构件210旋转，在顺时针方向上的扭矩由限定螺旋输入槽211a、211b、211c的壁施加到相应的臂216a、216b、216c。然而，因为输出构件212不能再进一步顺时针旋转，所以臂216a、216b、216c被限定轴向输出槽213a、213b、213c的壁约束而不能在顺时针方向上旋转。因此，被施加到臂216a、216b、216c的扭矩只能通过沿轴向输出槽213a、213b、213c朝向基部212a向下行进的臂来决定。螺旋输入槽211a、211b、211c允许臂的这种移动，因为螺旋天然地具有轴向方向的分量。此外，螺旋输入槽是左旋螺旋，并且因此当输入构件顺时针旋转时，臂可“向下”移动。臂216a、216b、216c(以及因此中间构件216)的这种朝向基部212a的轴向移动引起弹簧214在臂216a、216b、216c与基部212a之间被压缩，这引致弹簧214被赋能。

随着输入构件210继续相对于输出构件212旋转，中间构件216继续朝向基部212a并抵抗弹簧214沿轴向移动，直到中间构件216到达臂216a、216b、216c已经到达它们各自的输入槽和/或输出槽的第二端的耦接位置，这约束臂不能在轴向方向上再进一步朝向基部212a移动。该位置如图8和图9所示。

一旦中间构件216处于耦接位置，则电磁体218和铁磁板220足够接近以彼此磁性耦接，并且闩锁机构此时被接合。磁性耦接的强度大于弹簧214在中间构件216与输出构件212之间施加的力，使得中间构件216不能相对于输出构件212沿轴向移动，并且因此弹簧214被保持在其赋能状态。故障保护模块200现在被认为“已加载”并且可经历正常操作。

在正常操作期间，输入构件210和输出构件212经由中间构件216有效地耦接，并且输入构件210和输出构件212相对于彼此旋转地固定。这是因为当闩锁机构被接合并且输入构件210随后在任一方向上旋转时，中间构件216的轴向移动被闩锁机构防止，并且因此由限定输入槽的输入构件210的壁施加到臂216a、216b、216c的力只能通过围绕公共轴线旋转的臂来决定。因此，臂216a、216b、216c将与输入构件210一起围绕公共轴线旋转。这引致臂216a、216b、216c推压限定轴向输出槽213a、213b、213c的壁，这引起输出构件212与中间构件216和输入构件210一起围绕公共轴线旋转。在正常操作期间，输入构件210上的功因此被直接转移至输出构件212，使得输入构件210的旋转引起输出构件212的对应旋转。因此，可通过致动输入构件210在其操作位置之间致动阀。

此外，因为闩锁机构防止中间构件216与输出构件212之间的相对轴向移动，所以在正常操作期间，不会对弹簧214做功或由该弹簧做功，并且因此闩锁机构有效地将弹簧214的力与输入构件210和输出构件212之间的耦接机构分离。

现在将说明凹部的功能。在正常操作期间，当输入构件210逆时针旋转时，臂216a、216b、216c在它们各自的输出槽213a、213b、213c的第二端处进入凹部240a、240b、240c。这如图10所示。一旦臂处于它们各自的凹部240a、240b、240c中，则当输入构件210旋转时，每个凹部承受由螺旋输入槽211a、211b、211c施加到臂216a、216b、216c的力的轴向分量，使得不会对闩锁机构施加额外的力。这意味着电磁体218只需要抵抗弹簧214的力。

在正常操作期间，可能发生紧急情况，其中，例如，电磁体218的电源丢失；可向电磁体218发送紧急关闭信号以将其关闭；或者电磁体218的常设紧急关闭信号被移除，引起其关闭。

在这种情况下，发生安全操作，在该操作中，闩锁机构被释放，使得中间构件216不再相对于输出构件212沿轴向固定，并且弹簧214自由地释放其储存的能量。这引致在轴向方向上在中间构件216与输出构件212之间施加线性力，该线性力用于从加载操作开始将中间构件216驱动回到其起始轴向位置。如下所述，中间构件216的这种移动驱动输入构件210和输出构件212从加载操作开始旋转回到它们的起始角位置。

输入构件210返回到其起始位置的旋转移动将受到内部硬止动或致动器的硬止动的限制(例如，在不可反向驱动的致动器的情况下)。在任何情况下，除了输入构件210的任何移动之外，弹簧214还可储存足够的能量以在输出构件212的整个移动中提供输出力。

因此，在闩锁机构释放时，并且在输入构件210处于或到达硬止动的情况下，臂216a、216b、216c被迫沿螺旋输入槽211a、211b、211c向上行进，从而引起中间构件216相对于输入构件210顺时针旋转。中间构件216和臂216a、216b、216c的旋转向限定输出槽213a、213b的壁施加扭矩，从而引起输出构件212与中间构件216一起顺时针旋转，这驱动阀朝向其安全位置移动。

故障保护模块200还包括耦接在轴215与输出构件212之间的可选的阻尼器223，用于调节输出构件212的旋转速率。阻尼器223安装至输出构件212的基部212a，并且接纳可相对于阻尼器223旋转和沿轴向移动的轴215。阻尼器223使用传统的流体方式、磁性方式或摩擦方式来限制轴215的旋转速度。在安全操作期间，通过调节轴215的旋转速度来调节中间构件216的旋转速度，这继而调节输出构件212的旋转速度。

图11至图14示出了故障保护模块300，其根据与故障保护模块200类似的原理工作但使用不同的闩锁机构，使得输入构件经由闩锁机构而不是经由中间构件直接耦接至输出构件。相比之下，图5至图10示出了输入构件经由中间构件和闩锁机构耦接至输出构件，因为闩锁机构的一部分附接至中间构件。提供与故障保护模块100和200的各部分等效的功能的故障保护模块300的各部分具有与故障保护模块100和200的那些部分相同的附图标记，但以数字“3”而不是以数字“1”或“2”为前缀。

故障保护模块300包括输入构件310、输出构件312、以及可选择性地将输入构件310耦接至输出构件312的耦接机构。输入构件310和输出构件312均包括平行于公共轴线延伸并且围绕公共轴线同轴的表面。输入构件310具有比输出构件312小的直径并且嵌套在输出构件312内。

输出构件312还包括在垂直于公共轴线延伸的轴向端处的基部312a。输入构件310和输出构件312可围绕公共轴线相对于彼此旋转。

输入构件310的轴向表面包括限定围绕公共轴线螺旋延伸的三个螺旋输入分段或边缘311a、311b、311c的周向下边缘。输出构件312的轴向表面限定平行于公共轴线延伸的三个线性轴向输出边缘313a、313b、313c。

螺旋输入边缘311a、311b、311c是左旋螺旋，其部分地围绕输入构件310的轴向表面的下边缘延伸，并且关于公共轴线规则地且连续地间隔。轴向输出边缘313a、313b、313c也在输出构件312的轴向表面上关于公共轴线规则地间隔。输入边缘和输出边缘一直沿径向延伸穿过它们各自的轴向表面。输入边缘311a、311b、311c和输出边缘313a、313b、313c成对布置，使得在每对中，当输入构件310和输出构件312相嵌套时，输入边缘在径向方向上与输出边缘重叠。输入边缘311a、311b、311c在轴向方向上的长度与输出边缘313a、313b、313c在轴向方向上的长度基本上相同，使得输入边缘和输出边缘的一端在输入构件和输出构件的特定的相对角位置处重叠，并且输入边缘和输出边缘的另一端在输入构件和输出构件的不同的相对角位置处重叠。输入边缘和输出边缘还被布置成使得在输入构件310相对于输出构件312旋转期间，沿边缘的长度在对应的输入边缘和输出边缘之间维持重叠。

故障保护模块300还包括耦接机构，该耦接机构包括能量储存设备314和沿径向嵌套在输入构件310和输出构件312内的中间构件316。如下文将更详细说明的，耦接机构还包括闩锁机构318、320，其位于相嵌套的输入构件310和输出构件312的外部，并且具体地，闩锁机构位于故障保护模块300的轴向上部中。

类似于图5至图10，能量储存设备314为线性压缩弹簧314的形式，其被布置在输出构件312的基部312a上并且与输入构件310和输出构件312同轴。如前所述，弹簧314被配置成在轴向方向上施加力。

如图12中最佳所示，中间构件316在弹簧314的轴向端处位于弹簧314上方，离输出构件212的基部312a最远，并且安装在轴315上与输入构件310和输出构件312同轴。由于轴315自身相对于输出构件312的旋转移动和轴向移动，轴315允许中间构件316围绕公共轴线旋转且沿公共轴线轴向移动。

中间构件316包括中央部和关于公共轴线规则地间隔的三个径向延伸臂316a、316b、316c。臂316a、316b、316c沿径向向外延伸超过弹簧314的线圈。因此，弹簧314位于输出构件312与中间构件316之间，特别是位于基部312a与臂316a、316b、316c之间。如前所述，中间构件316相对于输出构件312抵抗弹簧314在轴向方向上的线性移动将引起臂316a、316b、316c推压弹簧314的线圈，从而引起弹簧314压缩且被赋能。相反，弹簧314的膨胀将引起弹簧314的线圈推压中间构件316的臂316a、316b、316c，这将推动中间构件316在轴向方向上移动。

输入构件310、输出构件312和中间构件316被配置成使得每个臂316a、316b、316c在径向方向上跨一对重叠的输入边缘311a、311b、311c和输出边缘313a、313b、313c延伸。因此，输入边缘和输出边缘将约束臂和中间构件316的旋转移动和轴向移动。在每个臂316a、316b、316c的尖端处有轴承342a、342b、342c，其允许每个臂以低摩擦沿其各自的输入边缘和输出边缘行进。

闩锁机构包括为电磁体318形式的第一闩锁构件和为铁磁板320形式的第二闩锁构件。电磁体318和铁磁板320都位于故障保护模块300的上部中，并且与公共轴线间隔开。特别地，图15示出了位于与外壳体301附接的单独模块360内的电磁体318和铁磁板320。闩锁机构还包括耦接至电磁体318和铁磁板320的离合器总成。

离合器总成包括接合构件362，该接合构件安装至输入构件310的上径向表面并且被配置成与输入构件310一起旋转。接合构件362具有异型块体的形式，其包括沿着上表面的凹槽363，该上表面是沿轴向离基部312a最远的表面。离合器总成还包括枢转地安装至输出构件312的离合器350，以及可相对于输入构件310和输出构件312枢转的扁平马蹄形闩锁轨道351。

如下文将详细描述的，离合器350包括被布置成三角形配置的三个销(如图14所示)：输出销364，该输出销将离合器350枢转地安装至输出构件312；输入销365，该输入销被配置成与凹槽363接合以将输入构件310耦接至输出构件312；以及轨道销366，轨道351抵靠该轨道销以用于维持输入销365与凹槽363之间的接合。

轴承364a围绕输出销364，该轴承364a允许离合器350以低摩擦枢转，但仍然能够传递大的力。

离合器总成还包括控制杆370和闩锁摇杆380。弹簧371在电磁体318与闩锁摇杆380之间围绕控制杆370定位，尤其是位于与电磁体318相邻的火焰衬套372和闩锁摇杆380之间。

控制杆370附接至铁磁板320且延伸穿过电磁体318。控制杆370可在缩回位置与延伸位置之间移动，在缩回位置，铁磁板320和电磁体318间隔开，在延伸位置，铁磁板320移动至与电磁体318接触。

闩锁摇杆380被布置在控制杆370与闩锁轨道351之间，并且被配置成在第一位置与第二位置之间枢转，在第一位置，控制杆370被保持在缩回位置，并且弹簧371被压缩在火焰衬套372与闩锁摇杆380之间，在第二位置，控制杆370可由于弹簧371的延伸而移动至延伸位置，从而将铁磁板320移动至与电磁体318接触。

如下文将进一步描述的，离合器总成被布置成使得引起电磁体318和铁磁板320耦接的磁力经由控制杆370、闩锁摇杆380和闩锁轨道351被转移至离合器350，从而将输入销365保持在凹槽363内，这继而将输入构件310耦接至输出构件312，并且将弹簧314保持在赋能状态。

现在将描述故障保护模块300的操作。

如图15中所示，故障保护模块300的输入构件310可耦接至致动器390以驱动输入构件310。输出构件312可耦接至阀以由输出构件312致动。阀将具有在紧急情况下被认为“安全”的操作位置(例如打开或关闭)。阀可由输出构件312朝向和远离该“安全”位置致动。

在使用中，故障保护模块300可经历与故障保护模块100和200相同的三种主要操作——加载操作、正常操作和安全操作。现在将在输入构件310耦接至致动器390以及阀耦接至输出构件312的情况下依次描述这些操作。

加载操作用于为弹簧314赋能。在加载操作开始时，阀处于硬止动安全位置，输出构件312处于与阀的安全位置相对应的预定角位置，弹簧314未被赋能(或者其可能具有一定的预负载)并且闩锁机构未被接合(即，电磁体318和铁磁板320未磁性耦接)。离合器350的输入销365沿周向与凹槽363偏离，如图13所示。此外，中间构件316处于壳体301的第一轴向端处，并且臂316a、316b、316c定位在它们各自的输入边缘311a、311b、311c的第一端和它们各自的输出边缘313a、313b、311c的第一端处。

然后激活电磁体318，并且输入构件310在与输出构件312将需要旋转以将阀移动到安全位置的方向相同的方向上旋转。在图11的视图中，这个方向是顺时针方向。然而，因为阀在安全位置处于硬止动，所以输出构件312被防止在顺时针方向上旋转，并且因此输入构件310相对于输出构件312旋转。

随着输入构件310旋转，在顺时针方向上的扭矩由限定螺旋输入边缘311a、311b、311c的轴向表面施加到相应的臂316a、316b、316c。然而，因为输出构件312不能再进一步顺时针旋转，所以臂316a、316b、316c被限定轴向输出边缘313a、313b、313c的轴向表面约束而不能在顺时针方向上旋转。因此，施加到臂316a、316b、316c的扭矩只能通过沿轴向输出边缘313a、313b、313c朝向基部312a向下行进的臂来决定。螺旋输入边缘311a、311b、311c允许臂的这种移动，因为螺旋天然地具有轴向方向的分量。此外，螺旋输入槽是左旋螺旋，并且因此当输入构件顺时针旋转时，臂可“向下”移动。臂316a、316b、316c(以及因此中间构件316)朝向基部312a的这种轴向移动引起弹簧314在臂316a、316b、316c与基部312a之间被压缩，这引致弹簧314被赋能。

随着输入构件310继续相对于输出构件312旋转，中间构件316继续朝向基部312a并抵抗弹簧314沿轴向移动，直到中间构件316到达臂316a、316b、316c已到达它们各自的输入边缘和/或输出边缘的第二端的耦接位置。

此外，当输入构件310相对于输出构件312旋转时，包括凹槽363的异型块体362移动得更靠近离合器350的输入销365。

如现在将描述的，一旦中间构件316处于耦接位置，则离合器350的输入销365与凹槽363周向对准，并且输入销365被迫与凹槽363接合。由被压缩的弹簧371施加的力将铁磁板320拉向电磁体318，从而将控制杆370移动至延伸位置，并且从而将闩锁摇杆380枢转至第二位置。当闩锁摇杆380枢转至第二位置时，它在附接至闩锁轨道351的标签352上生成力，从而向下推动标签352，并且从而向下推动闩锁轨道351。闩锁轨道351的向下运动在轨道销366上生成力，从而向下推动离合器350并使其围绕输出销364向下枢转，并且迫使输入销365进入凹槽363。

选择弹簧371以具有足够的力来同时移动铁磁板320、闩锁轨道351和离合器350。在故障保护模块300被倒置的实施方式中，弹簧371仍然生成足够的力以克服重力同时移动铁磁板320、闩锁轨道351和离合器350。

电磁体318和铁磁板320现在彼此磁性耦接。当电磁体318和铁磁板320彼此磁性耦接时，闩锁摇杆38被控制杆370保持在第二位置，从而保持闩锁轨道351抵靠闩锁销366，并且从而保持输入销365与凹槽363接合。闩锁机构现在被完全接合。

轴承365a围绕输入销365，该轴承365a减少输入销365与凹槽363之间的摩擦。此外，凹槽363被设计成使得凹槽363最靠近输出销364的一侧基本上竖直，而凹槽363最远离输出销364的一侧倾斜，使得凹槽363的两侧基本上发散。凹槽363的轮廓意味着弹簧314的轴向向上力不断地试图通过将轴承365a向上滚动到凹槽363的倾斜侧来使输入销与凹槽363脱离。

然而，磁性耦接的强度以及如上所述转移至离合器350的合力大于由弹簧314在中间构件316与输出构件312之间施加的力，使得中间构件316不能相对于输出构件312沿轴向移动，并且因此弹簧314被保持在其赋能状态。故障保护模块300现在被认为“已加载”并且可经历正常操作。已加载的故障保护模块300示于图12中。

在正常操作期间，输入构件310、输出构件312和中间构件316由于闩锁机构的作用而旋转地固定。当闩锁机构被接合并且输入构件310随后在任一方向上旋转时，输出构件312将与输入构件310一起旋转。因此，螺旋边缘311a、311b、311c和轴向边缘313a、313b、313c的位置相对于彼此处于固定取向，从而防止中间构件316的任何轴向移动。

当在逆时针方向上旋转时，由输出构件312的轴向边缘施加到臂316a、316b、316c的力将引致臂被限定轴向输出边缘313a、313b、313c的轴向表面推动，这引起臂围绕与输入构件310和输出构件312的公共轴线在逆时针方向上旋转。

当处于已加载位置时，每个螺旋边缘311a、311b、311c的最靠近中间构件316的部分与中间构件316的基部317之间的距离小于包围每个臂316a、316b、316c的轴承342a、342b、342c的直径。因此，当弹簧314被赋能时，每个臂316a、316b、316c被约束在限定螺旋输入边缘311a、311b、311c与轴向输出边缘313a、313b、313c的轴向表面之间。

因此，当在顺时针方向上旋转时，由输入构件310的螺旋边缘施加到臂316a、316b、316c的力将引致臂被限定螺旋输入边缘311a、311b、311c的轴向表面推动，这引起臂围绕与输入构件310和输出构件312的公共轴线在顺时针方向上旋转。

在正常操作期间，输入构件310上的功因此被直接转移至输出构件312，使得输入构件310的旋转引起输出构件312的对应旋转。因此，可通过致动输入构件310在其操作位置之间致动阀。

在正常操作期间，可能发生紧急情况，其中，例如，电磁体318的电源丢失；可向电磁体318发送紧急关闭信号以将其关闭；或者电磁体318的常设紧急关闭信号被移除，引起其关闭。

在这种情况下，发生安全操作，在该操作中，闩锁机构被释放，使得中间构件316不再相对于输出构件312沿轴向固定，并且弹簧314自由地释放其储存的能量。这引致在轴向方向上在中间构件316与输出构件312之间施加线性力，该线性力用于从加载操作开始将中间构件316驱动回到其起始轴向位置。如下所述，中间构件316的这种移动从加载操作开始将输入构件310相对于输出构件312旋转地驱动回到其起始角位置。

输入构件310返回到其起始位置的旋转移动将受到内部硬止动或致动器的硬止动的限制(例如，在不可反向驱动的致动器的情况下)。在任何情况下，除了输入构件310的任何移动之外，弹簧314还可储存足够的能量以在输出构件312的整个移动中提供输出力。

当切断电磁体318的电源时，电磁体318和铁磁板320磁性解耦。因此，经由控制杆370、闩锁摇杆380和闩锁轨道351转移至离合器350的力被移除，或者至少减小至小于由弹簧314在中间构件316与输出构件312之间施加的力。

由弹簧314施加在离合器350上的力引起离合器350围绕输出销364枢转，并且引起输入销365与凹槽363脱离。离合器350的枢转运动还引起闩锁销366向上旋转，从而迫使闩锁轨道351轴向向上。

闩锁轨道351轴向向上的移动引起标签352在闩锁摇杆380上施加力，从而将闩锁摇杆380枢转至第一位置。

因为电磁体318不再通电，所以闩锁摇杆380到第一位置的移动将控制杆370推动至缩回位置，由此铁磁板320移动离开电磁体318，并且弹簧371被(重新)压缩在闩锁摇杆380与火焰衬套372之间。

因此，在闩锁机构释放时，并且在输入构件310处于或到达硬止动的情况下，臂316a、316b、316c被迫沿螺旋输入边缘311a、311b、311c向上行进，从而引起中间构件316相对于输入构件310顺时针旋转。中间构件316和臂316a、316b、316c的旋转向限定输出边缘313a、313b、313c的轴向表面施加扭矩，从而引起输出构件312与中间构件316一起顺时针旋转，这驱动阀朝向其安全位置移动。

如图15中所示，故障保护模块300还包括耦接在轴315与输入构件310之间的可选的压缩阻尼器323，用于调节输出构件312的旋转速率。阻尼器323接纳可相对于阻尼器323沿轴向移动的轴315。阻尼器323使用传统的流体方式、磁性方式或摩擦方式来限制轴315的轴向速度。在安全操作期间，通过调节轴315的轴向速度来调节中间构件316的臂316a、316b、316c沿输入构件310的螺旋输入边缘311a、311b、311c的旋转速度，这继而调节输出构件312的旋转速度。

可基于在安全操作期间操作阀所需的扭矩来选择弹簧214和314的强度。

在安全操作已经发生之后，可通过再次执行加载操作而使故障保护模块200和300被再加载。

可提供各种传感器以指示例如铁磁板220、320何时已耦接至电磁体218、318；将中间构件216、316移动至耦接位置所需的力；以及当被保持在已加载位置时中间构件216、316的反作用力。可提供有线或无线通信特征以将来自传感器的信号中继到控制器。

在故障保护模块200和300的变型中，螺旋输入槽或边缘与垂直于公共轴线的平面之间的角度(以下称为螺旋输入槽/边缘的“角度”)沿每个槽/边缘的长度变化。例如，螺旋输入槽/边缘的角度可从输入槽/边缘的第一端到输入槽/边缘的第二端(即，在朝向基部212a、312a的加载方向上)减小。螺旋输入槽/边缘的角度的这种变化可用于补偿随着弹簧214、314被越来越大程度地压缩而增加的弹簧力，并且类似地补偿随着弹簧214、314膨胀而下降的弹簧力(如胡克定律所述)。特别地，螺旋输入槽/边缘的角度可在加载方向上减小，使得旋转输入构件210、310以加载(压缩)弹簧214、314所需的输入扭矩可在基本上在整个加载操作中大致恒定，并且由弹簧214、314(经由中间构件216、316)输出的扭矩可在基本上整个安全操作中大致恒定。螺旋输入槽/边缘的角度的其他变化可用于提供期望的扭矩输入和/或输出。

故障保护模块200和300的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，代替输入构件210、310嵌套在输出构件212、312中，输出构件212、312可嵌套在输入构件210、310中。

弹簧214、314不限于与输入构件210、310和输出构件212、312同轴，只要该弹簧被布置成在中间构件216、316与输出构件212、312之间在轴向方向上施加线性力即可。代替压缩弹簧，可使用拉伸弹簧来代替，由此中间构件在加载操作期间沿轴向移动远离输出构件的基部以拉动拉伸弹簧的端部并且对其赋能。

尽管故障保护模块200和300已被描述为具有三个输入槽/边缘以及对应数量的输出槽/边缘和臂，但也可使用其他数量的输入槽/边缘来代替，例如一个、两个、三个、四个或五个输入槽/边缘，其沿周向被布置在输入构件的柱形管状壁或轴向表面上，具有对应数量的输出槽/边缘和臂。输入构件的顺时针和逆时针功能可通过反转螺旋输入槽的旋向来反转。

可以切换电磁体218、318和铁磁板220、320的位置。铁磁板220、320不限于呈板的形式并且可具有其他形状，只要电磁体218、318和铁磁板220、320被布置成使得它们能够在中间构件216、316朝向输出构件212、312沿轴向移动时彼此磁性耦接即可。

故障保护模块100以及故障保护模块200和300的工作原理相同，即利用中间构件与输出构件之间的相对移动来为作用在它们之间的能量储存设备赋能，并且提供闩锁机构以选择性地防止中间构件与输出构件之间的相对移动。当闩锁机构被接合时，输入构件耦接至输出构件，并且能量储存设备被保持在赋能状态。以此方式，一旦能量储存设备被赋能且闩锁机构被接合，则能量储存设备与输入构件和输出构件之间的耦接分离。因此，耦接至输出构件的阀或其他设备可通过致动输入构件而在其操作位置之间致动，而不会对能量储存设备做功或由能量储存设备做功。这意味着耦接至输入构件的致动器仅需要针对为能量储存设备赋能所需的扭矩或操作阀所需的扭矩中的较大者而不是这些扭矩的总和来确定尺寸。在可对致动器编程的情况下，可在加载操作期间和在正常操作期间应用不同的扭矩保护级别，以便为故障保护模块和阀提供最佳保护。

可能需要在现场从故障保护模块100、200、300中移除致动器390以进行维修。从故障保护模块100、200、300移除致动器390可对操作者造成各种安全风险，具体取决于弹簧是否被赋能以及闩锁机构是否被接合。

如果弹簧未被赋能(因为弹簧未被赋能，或者由于紧急情况而被去能)且闩锁机构未被接合，则操作者在移除致动器期间会受伤的风险为低。

如果弹簧被赋能且闩锁机构被接合，从而耦接输入构件和输出构件，则当阀需要被移动时，扭矩仅由致动器施加到输入构件。当阀静止(处于安全位置、非安全位置或任何中点处)时，致动器不向输入构件施加扭矩。在这种场景下，操作者在移除致动器期间会受伤的风险为低。如果在致动器已从故障保护模块被移除后移除电磁体318的电源，则弹簧314将去能，从而引起输入构件310在一秒钟内旋转四分之一圈，这不被认为是安全隐患。

然而，如果在正常操作期间出现紧急情况导致闩锁机构脱离，而阀位于安全位置与非安全位置之间的中点处，则弹簧将只需部分去能即可将阀移动至安全位置。在这种场景下，闩锁机构脱离，并且输出构件312和阀已经移动至硬止动安全位置，但是弹簧314仍然部分地被去能。直到弹簧314被完全重新赋能并且闩锁机构被重新接合之前，阀不能从安全位置被移开。如下所述，在这种场景下，如果致动器从故障保护模块中被移除，则操作者受伤的风险很高。

被部分去能的弹簧314向输入构件310施加轴向力，从而在致动器390内产生张力。当致动器390从故障保护模块中被移除时，施加到输入构件310的力突然释放，并且只能通过逆时针旋转输入构件310来决定，因为输出构件312在安全位置处于硬止动。致动器390内的张力也被释放，从而引起致动器内的驱动机构顺时针旋转。由致动器顺时针旋转产生的反作用力会引起致动器390的外壳体逆时针旋转。因此，当弹簧至少部分地被赋能并且闩锁构件脱离时，随着其从故障保护模块中被移除，由弹簧314施加的轴向力被转移至致动器壳体的旋转移动，这是安全隐患并可能对操作者造成伤害。

为了帮助降低这种安全隐患，故障保护模块100、200、300还可包括能够使致动器390与故障保护模块100、200、300安全分开的安全机构。图15至图18示出了与图11至图14中所示的实施方式相结合的安全机构，然而应当理解，相同的安全机构可用于图1至图4或图5至图10中所示的任一实施方式。

如图15至图18中所示，安全机构包括盖354，该盖包括圆形上表面354a和围绕上表面354a的边缘延伸的裙部354b。盖354经由延伸穿过上表面354a并进入致动器390的基部的螺栓359附接至致动器390，并且可经由延伸穿过位于裙部354b的基部处的支脚355的螺栓356可移除地安装至外壳体301。当盖354安装至外壳体301时，盖354和外壳体301关于公共轴线同轴。盖354旋转地固定致动器390的外壳体和故障保护模块的外壳体301。

致动器390经由T形连接器353与输入构件310的顶部接合。如图15和图16所示，T形连接器353包括径向支腿353a和轴向支腿353b。输入构件310的顶部包括被配置成接纳T形连接器353的轴向支腿353b的凹口或凹部358。当致动器390安装至故障保护模块300时，T形连接器353的轴向支腿353b与凹口358接合，使得T形连接器353和输入构件310关于公共轴线同轴。在顺时针或逆时针方向上驱动致动器390将因此在相同方向上旋转输入构件310。

故障保护模块300的外壳体301包括围绕输入构件310的顶部形成周向壁的套管(spigot)361。套管361的外径小于盖354的内径，使得当盖354安装至外壳体301时，它在套管361上开槽。

至少两个凹部367围绕裙部354b的内边缘间隔开，如图18所示。套管361包括两个轴向延伸的凹槽368，每个凹槽容纳经由径向延伸的螺钉385被紧固在凹槽368内的柱形钉369。钉369围绕套管361的周缘间隔开。钉369的位置对应于凹部367的位置，使得当盖354安装至外壳体301时，钉369与凹部367互锁，从而防止致动器390、盖354和外壳体301之间的任何相对旋转。

如图16中所示，裙部354b的内部轴向长度大于T形连接器353的轴向支腿353b的长度。这确保了在盖354与套管361分开之前T形连接器353与凹口358脱离。

现在将在下面描述安全机构的操作。

在操作之前，盖354经由延伸穿过上表面354a并进入致动器390的基部的螺栓359安装至致动器390。然后通过首先将围绕裙部354b的内表面的凹部367与围绕套管361的钉369对准，并且还将T形连接器353的轴向支腿353b与输入构件310顶部的凹口358对准，从而将盖354安装至故障保护模块300的外壳体301。然后将盖354放置在套管361上，使得T形连接器353的轴向支腿353b与凹口358互锁，并且钉369插入凹部368中。然后经由延伸穿过裙部354b基部处的支脚355的螺栓356将盖354固定至外壳体301。如上所述，致动器390然后可驱动输入构件310以加载弹簧314，并且在安全位置与非安全位置之间移动阀。

为了移除致动器390，首先移除穿过裙部354b基部处的支脚355的螺栓356，以允许盖354与套管361分开。

在弹簧314至少部分地被赋能并且闩锁机构脱离的场景下，随着从外壳体301移除盖354，在盖354与套管361分开之前T形连接器353的轴向支腿353b与凹口358脱离。一旦T形连接器353的轴向支腿353b与凹口358脱离，则由弹簧314施加的轴向力将引起输入构件310逆时针旋转。输出构件312不能顺时针移动，因为它已经由于将阀移动到安全位置而处于硬止动，因此由弹簧314施加的轴向力只能通过输入构件310的逆时针旋转来决定。

致动器390内的张力同时被释放，从而引起致动器390的驱动机构顺时针旋转。然而，因为致动器390被固定至盖354，并且由于钉369与凹部367之间的互锁而使盖354与外壳体301之间的相对旋转被防止，所以驱动器顺时针旋转产生的反作用力机构不能转化为致动器壳体的逆时针旋转。因此，致动器壳体在从故障保护模块300移除致动器390的整个过程中保持静止，从而确保操作者在维修期间的安全。

安全功能在本文中被定义为向阀施加扭矩从而将阀移动至安全位置的能力。在本发明中，安全功能由故障保护模块100、200、300提供，由此弹簧114、214、314被保持在赋能位置，使得在紧急情况下，弹簧114、214、314中所保持的能量可以被释放以将阀移动至安全位置。如果超控安全功能，例如由本地手动杠杆或轮超控，则这意味着阀在没有首先加载弹簧114、214、314的情况下朝向非安全位置移动，并且因此在紧急情况下没有可用的方式将阀自动返回到安全位置，存在安全隐患。

一些致动器被设计成防止超控任何安全功能，而其他致动器则被设计成始终允许超控安全功能。尽管移除超控安全功能的能力通常是优选的，但在现场临时访问该功能可能是有益的。因此，故障保护模块100、200和300可包括套环375，该套环可被配置成根据需要启用或禁用安全功能超控。如下文将更详细地描述的，当弹簧114、214、314未被赋能时，套环375(存在时)防止阀从安全位置移开，从而确保在紧急情况下安全功能可用于将阀移动回到安全位置。

下面将结合图11至图14中所示的实施方式来描述套环375，然而应当理解，相同的套环可用于图1至图4或图5至图10中所示的任一实施方式。

如图19至图22中所示，套环375包括内部部分376和外部部分374，该外部部分从内部部分376沿径向向外延伸且基本上围绕内部部分376的周缘延伸，诸如围绕超过三分之二的路径。外部部分374的每个周向端374a、374b包括平坦面。

内部部分376包括沿轴向延伸穿过内部部分376的孔口373。孔口373被配置成围绕包括凹口358的输入构件310的顶部部分配合。也就是说，孔口373和输入构件310的顶部部分对应地成形。孔口373包括唇缘383，当套环375配合至输入构件310时，该唇缘与输入构件310的顶部部分上的对应缩进部384互锁。

套环375经由锁定螺母378被紧固至输入构件310，该锁定螺母延伸穿过唇缘383上的第一固定孔381，并进入位于输入构件310上处于缩进部384的基部处的第二固定孔382。当套环375配合至输入构件310时，第一固定孔381和第二固定孔382对准，从而允许锁定螺母延伸穿过第一固定孔381和第二固定孔382中的每一者。因此，当套环375被紧固至输入构件310时，输入构件310和套环375围绕公共轴线同轴且旋转地固定。

锁定螺母378包括独特形状的头部379，如图20A所示。头部379的形状被配置成使得锁定螺母378只能通过对应的独特形状的钥匙被移除。因此，只有当独特形状的钥匙与独特形状的头部379接合时，套环375才能被紧固至输入构件310或从该输入构件被移除，从而拧紧或释放锁定螺母378。这要求操作者拥有独特形状的钥匙。

止动件377位于套管361的内表面附近，使得当套环375安装至输入构件310时，止动件377位于外部部分374的旋转路径中。

如图22中所示，输入构件310包括突片386，并且输出元件312包括两个突片387a、387b。输入构件310上的突片386位于输出构件312上的突片387a、387b之间，使得输入构件310相对于输出构件312的旋转受到突片387a、387b的限制。阀的安全位置与非安全位置之间的角度为90度，其中在每个方向上的公差为约5度。因此，突片387a、387b之间的角距离为约100度。

现在将说明启用或禁用安全功能超控的套环375的操作。

如图11中所示，最初输出构件312和阀在安全位置处于硬止动。致动器390处于非安全位置，由此闩锁机构未被接合以将输入构件310耦接至输出构件312，并且弹簧314未被加载。因此，安全功能被认为不可用。在该位置，输入构件310上的突片386邻近并接触输出构件312上的突片387b。

如下面将描述的，如果不存在套环375且弹簧314未被赋能，则操作者可以通过将致动器移动至超控状态来将阀从硬止动安全位置移开而朝向硬止动非安全位置移动。

从图11中所示的配置开始，阀处于安全位置且致动器处于非安全位置，使得阀与致动器之间隔开90度。在逆时针方向上驱动致动器390将引起输入构件310在逆时针方向上旋转。中间构件316还经由位于输入构件310的相邻螺旋边缘分段311a、311b、311c之间的轴向表面319在逆时针方向上旋转。轴向表面319邻接中间构件316的臂316a、316b、316c，并且用输入构件310在逆时针方向上推动臂316a、316b、316c。因为闩锁机构未被接合，所以施加到输入构件310的扭矩经由输入构件310上的突片386与输出构件312上的突片387b的相互作用被转移至输出构件312，从而在逆时针方向上旋转输出构件312并且将阀从非安全位置移开。输入构件310、中间构件316和输出构件312经由突片386和387b旋转地固定，并且因此一起在逆时针方向上旋转。随着阀朝向非安全位置移动，阀和致动器保持90度隔开，并且致动器移动进入超控状态。

然而，因为弹簧314之前未被赋能且闩锁机构未被接合，所以没有安全功能可用于在紧急情况下自动将阀返回到安全位置，这是安全隐患。在这种情况下，致动器390可被配置成在接收到远程信号时复位回到非安全位置(图11中所示的配置)。

致动器复位引起输入构件310在顺时针方向上旋转。因为输出构件312未处于硬止动安全位置(因为阀从该位置被手动移开)，所以阀(以及因此输出构件312)的摩擦扭矩小于施加到输入构件310的扭矩。因此，可通过顺时针旋转臂316a、316b、316c来决定施加到臂316a、316b、316c的合力。臂的顺时针旋转将经由轴向表面313a、313b、313c顺时针推动输出构件312以将输出构件312和阀移动至硬止动安全位置。输入构件310、中间构件316和输出构件312因此一起在顺时针方向上旋转。因此，随着阀朝向安全位置移回且致动器移回非安全位置，阀和致动器保持90度隔开。

弹簧314在复位过程中不被赋能。弹簧314只有在输出构件312和阀处于硬止动安全位置时才能被赋能，并且由致动器施加到输入构件310的扭矩与阀的摩擦扭矩相平衡。然而，一旦致动器复位回到非安全位置，并且阀复位回到安全位置，则致动器可以继续顺时针旋转以启动加载过程。

为了禁用安全功能超控能力，操作者可移除致动器(例如，以上述方式)，并且将套环375配合在输入构件310的顶部上方。然后操作者可使用独特的钥匙来拧紧锁定螺母378，并且将套环375固定至输入构件310。

如下文将描述的，如果套环375存在并且弹簧314未被赋能，则操作者不能再将阀从硬止动安全位置移开而朝向硬止动非安全位置移动。

如图20、图21A和图21B中所示，当安装套环375时，周向边缘374a邻接止动件377，从而防止输入构件310逆时针旋转以打开阀。因此，安全功能超控不可用。

然而，输入构件310可在顺时针方向上旋转，从而使弹簧被赋能(图12中所示的配置)。为弹簧314加载的过程使阀保持在安全位置，并且使致动器移动至安全位置，使得阀和致动器现在隔开0度。

一旦弹簧314被赋能并且闩锁机构被接合，则套环374将处于图21B所示的位置。输入构件310、中间构件316和输出构件312现在可以一起逆时针旋转以将阀移动至非安全位置。可通过致动器自动地或者经由手轮或杠杆手动地将阀移动至非安全位置。因此，当弹簧314被赋能时，在正常操作期间可手动超控阀位置，但是安全功能不能在紧急情况下被超控且保持可用。

如图20、图21A和图21B中所示，由于外部部分374的形状和止动件377的位置，套环375的旋转路径被限制在120度的范围内。这大于输入构件310与输出构件312之间的旋转范围，该范围由于突片386、387a和387b而被限制为100度，从而确保在紧急情况下止动件377不会防止阀返回到安全位置。

因此，当弹簧314被赋能且阀处于非安全位置时，边缘374a将接触止动件377。然而，当阀处于安全位置时，边缘374b不接触止动件377的另一面，并且实际上被设置为与止动件377隔开一定的角距离，诸如10度。该角距离适应多种公差，这些公差可在套环375和故障保护模块100、200、300内的其他部件的制造期间变化。如果操作者拥有形状独特的钥匙，则可在现场配合或移除套环375，以根据需要启用或禁用安全超控功能。因此，故障保护模块100、200、300的安全超控功能可通过套环375的存在或不存在以一种方式或另一种方式进行配置。

在故障保护模块100、200、300的变型中，可通过致动器和输入构件的顺时针旋转而不是如上所述的逆时针旋转来超控安全功能。因此，当弹簧被赋能且阀处于非安全位置时，边缘374b将接触止动件377。然而，当阀处于安全位置时，边缘374a不接触止动件377的另一面，并且被设置为与止动件377隔开一定的角距离，以确保阀在紧急情况下返回到安全位置。

Claims (49)

1.一种故障保护模块，包括：

输入构件；

输出构件，所述输出构件能够朝向和远离预定位置移动；

耦接机构，所述耦接机构用于将所述输入构件耦接至所述输出构件，所述耦接机构包括：

中间构件，所述中间构件与所述输入构件接合并能够通过所述输入构件在第一位置与第二位置之间移动；

能量储存设备，所述能量储存设备在所述输出构件与所述中间构件之间作用，使得所述中间构件相对于所述输出构件从所述第一位置到所述第二位置的移动为所述能量储存设备赋能，并且其中，所述能量储存设备、所述输出构件和所述中间构件接合，使得来自所述能量储存设备的能量的释放将所述输出构件驱动到所述预定位置；以及

闩锁机构，所述闩锁机构具有接合状态，在所述接合状态下，当所述中间构件处于所述第二位置时，所述闩锁机构防止所述中间构件与所述输出构件之间的相对移动，从而将所述能量储存设备保持在赋能状态，并且从而将所述输入构件耦接至所述输出构件；并且所述闩锁机构具有释放状态，在所述释放状态下，所述闩锁机构允许所述中间构件与所述输出构件之间的相对移动，从而允许所述能量储存设备被赋能或释放能量。

2.根据权利要求1所述的故障保护模块，其中，所述闩锁机构包括第一闩锁构件和第二闩锁构件，其中，所述第一闩锁构件和所述第二闩锁构件被配置成当所述中间构件处于所述第二位置时耦接。

3.根据权利要求2所述的故障保护模块，其中，所述第一闩锁构件和所述第二闩锁构件中的一者是电磁体，所述第一闩锁构件和所述第二闩锁构件中的另一者是铁磁体。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的故障保护模块，其中，所述闩锁机构还包括离合器总成，所述离合器总成被配置成当所述闩锁机构处于所述接合状态时将所述输入构件耦接至所述输出构件。

5.根据权利要求4所述的故障保护模块，其中，所述离合器总成包括：离合器，所述离合器安装至所述输出构件；以及接合构件，所述接合构件安装至所述输入构件的上径向表面并且当所述中间构件处于所述第一位置时沿周向与所述离合器偏离；其中，所述中间构件通过所述输入构件从所述第一位置到所述第二位置的移动使所述离合器与所述接合构件对准。

6.根据权利要求5所述的故障保护模块，其中，所述离合器被配置成当对准并且所述闩锁机构处于所述接合状态时与所述接合构件接合，从而将所述输入构件耦接至所述输出构件。

7.根据权利要求6所述的故障保护模块，其中，所述离合器被配置成当所述闩锁机构处于所述释放状态时从所述接合构件脱离，从而允许所述中间构件与所述输出构件之间的相对移动。

8.根据权利要求5至权利要求7中任一项所述的故障保护模块，其中，所述离合器包括输入销和输出销，由此，所述输出销被配置成将所述离合器可枢转地安装至所述输出构件；并且其中，所述接合构件包括具有凹槽的块体；并且其中，当所述输入销被配置成与所述凹槽接合时，从而将所述输入构件耦接至所述输出构件。

9.根据权利要求8所述的故障保护模块，其中，所述凹槽跨所述块体径向延伸并且包括两个相对发散的侧壁。

10.根据权利要求2或权利要求3所述的故障保护模块，其中，所述闩锁机构包括在所述输出构件上的第一闩锁构件以及在所述中间构件上的第二闩锁构件。

11.根据权利要求10所述的故障保护模块，其中，所述输入构件经由所述中间构件耦接至所述输出构件。

12.根据任一前述权利要求所述的故障保护模块，其中，所述输入构件经由所述闩锁机构耦接至所述输出构件。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的故障保护模块，其中，

所述能量储存设备在所述中间构件与所述输出构件之间施加线性力；

所述中间构件相对于所述输出构件从所述第一位置到所述第二位置的线性移动为所述能量储存设备赋能；并且

所述闩锁机构被配置成在所述接合状态下防止所述中间构件与所述输出构件之间的相对线性移动，并且在所述释放状态下允许所述中间构件与所述输出构件之间的相对线性移动。

14.根据权利要求13所述的故障保护模块，其中，所述输入构件、所述输出构件和所述中间构件能够围绕公共轴线旋转且关于所述公共轴线同轴，并且所述能量储存设备在所述中间构件与所述输出构件之间在与所述公共轴线平行的方向上施加所述线性力。

15.根据权利要求14所述的故障保护模块，其中：

所述输入构件和所述输出构件都包括平行于所述公共轴线延伸的表面；

所述输入构件的轴向表面限定跨所述输入构件的轴向表面径向延伸的周向边缘；

所述输出构件的轴向表面限定跨所述输出构件的轴向表面径向延伸的轴向边缘；

所述输入构件和所述输出构件相嵌套并且被布置成使得所述周向边缘和所述轴向边缘相对于彼此成一定角度并且在径向方向上重叠；

所述中间构件包括臂，所述臂跨所述周向边缘和所述轴向边缘径向延伸，使得所述臂的移动受到所述周向边缘和所述轴向边缘的约束；并且，

所述周向边缘和所述轴向边缘各自具有与所述公共轴线平行的分量，使得当所述输入构件相对于所述输出构件旋转时，所述臂的受所述周向边缘和所述轴向边缘约束的移动迫使所述中间构件相对于所述输出构件在所述第一位置与所述第二位置之间线性移动。

16.根据权利要求15所述的故障保护模块，其中，平行于所述公共轴线延伸的表面是柱形管状壁；并且，其中，所述输入构件的所述周向边缘限定输入槽，并且所述输出构件的所述轴向边缘限定输出槽。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的故障保护模块，其中，所述输出构件还包括基部，所述基部垂直于所述公共轴线，并且所述能量储存设备接合在所述基部与所述臂之间。

18.根据权利要求15至权利要求17中任一项所述的故障保护模块，其中，所述周向边缘和所述轴向边缘中的一者是围绕所述公共轴线螺旋延伸的螺旋边缘，而所述周向边缘和所述轴向边缘中的另一者是平行于所述公共轴线延伸的线性边缘。

19.根据权利要求18所述的故障保护模块，其中，所述螺旋边缘与垂直于所述公共轴线的平面之间的角度沿所述螺旋边缘的长度变化。

20.根据权利要求19所述的故障保护模块，其中，所述螺旋边缘与垂直于所述公共轴线的平面之间的角度在所述中间构件从所述第一位置向所述第二位置移动的方向上沿所述螺旋边缘的长度减小。

21.根据权利要求13至20中任一项所述的故障保护模块，其中，所述能量储存设备是弹簧，例如压缩弹簧。

22.根据权利要求11或权利要求12所述的故障保护模块，其中：

所述能量储存设备被配置成在所述中间构件与所述输出构件之间施加扭矩；

所述中间构件相对于所述输出构件从所述第一位置到所述第二位置的旋转移动为所述能量储存设备赋能；并且

所述闩锁机构在所述接合状态下防止所述中间构件与所述输出构件之间的相对旋转移动，并且在所述释放状态下允许所述中间构件与所述输出构件之间的相对旋转移动。

23.根据权利要求22所述的故障保护模块，其中，所述输入构件、所述输出构件和所述中间构件能够围绕公共轴线旋转且关于所述公共轴线同轴。

24.根据权利要求22或权利要求23所述的故障保护模块，还包括驱动装置，所述驱动装置被布置在所述中间构件与所述输出构件之间，所述驱动装置包括：

第一驱动元件，所述第一驱动元件能够相对于所述中间构件旋转；以及

第二驱动元件，所述第二驱动元件相对于所述输出构件旋转地固定并且与所述第一驱动元件接合；

其中：

所述能量储存设备接合在所述第一驱动元件与所述中间构件之间；并且

所述中间构件、所述驱动装置和所述输出构件接合，使得所述中间构件与所述输出构件之间的相对旋转移动引起所述中间构件与所述第一驱动元件之间的相对旋转移动，从而为所述能量储存设备赋能。

25.根据权利要求24所述的故障保护模块，其中，所述第一驱动元件是外部齿轮并且所述第二驱动元件是内部齿轮。

26.根据权利要求24或权利要求25所述的故障保护模块，其中，所述第一驱动元件的节圆半径在周向方向上变化。

27.根据权利要求26所述的故障保护模块，其中，所述第一驱动元件的节圆半径在周向方向上增加。

28.根据权利要求27所述的故障保护模块，其中，所述第二驱动元件的节圆半径以与所述第一驱动元件相同的量且在与所述第一驱动元件相同的周向方向上增加。

29.根据权利要求22至28中任一项所述的故障保护模块，其中，所述耦接机构包括多个能量储存设备，所述多个能量储存设备被配置成在所述中间构件与所述输出构件之间施加扭矩。

30.根据权利要求29所述的故障保护模块，其中，所述驱动装置包括多个第一驱动元件，并且所述多个能量储存设备中的每个能量储存设备接合在所述中间构件与所述多个第一驱动元件中相应的第一驱动元件之间。

31.根据权利要求30所述的故障保护模块，其中，所述驱动装置包括多个第二驱动元件，并且所述多个第一驱动元件中的每个第一驱动元件与所述多个第二驱动元件中相应的第二驱动元件接合。

32.根据权利要求29至31中任一项所述的故障保护模块，其中，所述多个能量储存元件和/或所述第一驱动元件和/或所述第二驱动元件被布置成关于所述公共轴线对称。

33.根据权利要求22至32中任一项所述的故障保护模块，其中，所述或每个能量储存设备是弹簧，例如诸如螺旋扭力弹簧的扭力弹簧。

34.根据前述权利要求中任一项所述的故障保护模块，还包括阻尼器，所述阻尼器被配置成当所述闩锁机构被释放时调节所述输出构件的移动速率。

35.根据前述权利要求中任一项所述的故障保护模块，还包括被配置成检测所述闩锁机构何时被接合的传感器。

36.根据前述权利要求中任一项所述的故障保护模块，还包括被配置成当所述闩锁机构被接合时测量所述闩锁机构的反作用力的传感器。

37.根据前述权利要求中任一项所述的故障保护模块，还包括被配置成测量将所述中间构件相对于所述输出构件从所述第一位置移动到所述第二位置来为所述能量储存设备赋能所需的力的传感器。

38.根据前述权利要求中任一项所述的故障保护模块，其中，所述输入构件和所述输出构件中的一者包括单个突片，而所述输入构件和所述输出构件中的另一者包括两个间隔开的突片；由此，所述单个突片位于所述间隔开的突片之间，从而限制所述输入构件相对于所述输出构件的旋转范围。

39.根据前述权利要求中任一项所述的故障保护模块，还包括：

外壳体，所述外壳体至少容纳所述输入构件和所述输出构件，使得所述外壳体、所述输入构件和所述输出构件同轴；由此，所述外壳体包括孔口，所述孔口与所述输入构件同轴，并且所述输入构件的一部分延伸穿过所述孔口；并且由此，周向壁围绕所述孔口沿轴向延伸远离所述外壳体；

致动器，所述致动器具有致动器壳体，所述致动器壳体容置有驱动机构；所述致动器能够安装至所述外壳体并且被配置成与所述输入构件接合，使得所述输入构件能够通过所述驱动机构旋转；以及，

安全机构，所述安全机构被配置成当所述致动器与所述外壳体分开时防止所述致动器壳体与所述外壳体之间的相对旋转；所述安全机构包括：

盖，所述盖包括表面部和裙部，由此，所述裙部围绕所述表面部的边缘延伸并且沿轴向延伸远离所述表面部；并且由此，所述盖经由所述表面部安装至所述致动器壳体，并且能够经由所述裙部可移除地安装至所述外壳体；所述盖被配置成使得当所述致动器安装至所述外壳体时所述裙部与所述外壳体的所述周向壁接合，使得所述盖和所述外壳体关于所述公共轴线同轴；

互锁机构，所述互锁机构被配置成作用在所述外壳体的所述周向壁与所述盖的所述裙部之间，使得当所述盖的所述裙部与所述外壳体的所述周向壁接合时所述致动器壳体和所述外壳体旋转地固定；以及，

连接器，所述连接器旋转地固定至所述驱动机构，使得所述驱动机构的操作引起所述连接器的旋转；并且其中，所述连接器和所述盖关于所述公共轴线同轴；

其中：

所述连接器包括突出支腿，当所述致动器安装至所述外壳体时，所述突出支腿沿轴向延伸远离所述连接器；

所述输入构件的延伸穿过所述外壳体中的所述孔口的部分被配置成当所述致动器安装至所述外壳体时接纳所述连接器的所述突出支腿，从而旋转地固定所述连接器和所述输入构件，使得所述驱动机构的操作经由所述连接器引起所述输入构件的对应旋转；并且，

所述盖的所述裙部的长度长于所述连接器的所述突出支腿的长度，使得当所述致动器与所述外壳体分开时在所述盖的所述裙部从所述外壳体的壁脱离之前所述连接器的所述突出支腿从所述输入构件脱离，使得所述致动器壳体和所述外壳体通过所述互锁机构保持旋转地固定，直到所述盖的所述裙部从所述外壳体的所述壁完全脱离。

40.根据权利要求39所述的故障保护模块，其中，所述连接器是包括径向支腿和轴向支腿的T形连接器，由此，所述突出支腿是所述轴向支腿；并且所述输入构件的延伸穿过所述外壳体中的所述孔口的部分包括凹口，所述凹口被配置成当所述致动器安装至所述外壳体时接纳所述连接器的所述轴向支腿，使得所述驱动机构的操作经由所述连接器引起所述输入构件的对应旋转；并且由此，所述盖的所述裙部的轴向长度长于所述连接器的所述轴向支腿的长度。

41.根据权利要求39或权利要求40所述的故障保护模块，其中，所述互锁机构包括：

位于所述盖的所述裙部的内表面上的凹部，以及从所述外壳体的所述周向壁的外表面向外延伸的对应形状的突起，和/或，

位于所述外壳体的所述周向壁的外表面上的凹部，以及从所述盖的所述裙部的内表面向内延伸的对应形状的突起；

由此，所述突起被配置成与所述凹部接合，使得当所述突起和所述凹部接合时所述致动器壳体和所述外壳体旋转地固定。

42.根据权利要求41所述的故障保护模块，其中，所述突起能够是柱形钉，所述柱形钉位于所述盖的所述裙部的内表面和所述外壳体的所述周向壁的外表面中的一者或两者中的凹槽内，由此，所述钉的直径大于所述凹槽的深度，使得所述钉从所述盖的所述裙部的内表面径向向内延伸并且/或者从所述外壳体的所述周向壁的外表面径向向外延伸。

43.根据前述权利要求中任一项所述的故障保护模块，还包括：

套环，所述套环包括：内部部分，所述内部部分具有轴向延伸孔口；以及外部部分，所述外部部分从所述内部部分径向向外且基本上围绕所述内部部分的周缘的一部分延伸，由此，所述套环被配置成围绕所述输入构件的一部分配合，使得当所述套环配合至所述输入构件时，所述输入构件和所述套环关于公共轴线同轴并且所述输入构件和所述套环旋转地固定；以及，

止动件，当所述套环配合至所述输入构件时，所述止动件位于所述外部部分的旋转路径中，使得所述套环相对于所述止动件的旋转引起所述外部部分的周向端与所述止动件接合，从而限制所述套环的旋转范围，并且由此限制所述输入构件的旋转范围；

其中，所述外部部分包括第一周向端，所述第一周向端被配置成在所述能量储存设备被赋能之前与所述止动件接合，从而在所述能量储存设备未被赋能时防止所述输入构件在第一方向上旋转；并且其中，所述外部部分包括第二周向端，所述第二周向端被配置成当通过在第二方向上旋转所述输入构件使所述能量储存设备被赋能时朝向所述止动件移动，并且由此，一旦所述能量储存设备被赋能并且所述闩锁机构被接合，则所述套环容许所述输入构件在所述第一方向和所述第二方向上旋转。

44.根据权利要求43所述的故障保护模块，其中，所述孔口包括唇缘，所述唇缘被配置成当所述套环配合至所述输入构件时与所述输入构件上的对应缩进部互锁，从而防止所述输入构件与所述套环之间的相对旋转。

45.根据权利要求43或权利要求44所述的故障保护模块，还包括：

锁定螺母，所述锁定螺母被配置成将所述套环可释放地紧固至所述输入构件；所述锁定螺母包括具有独特配置的头部；以及，

具有对应的独特配置的钥匙，使得仅当具有对应的独特配置的所述钥匙与所述锁定螺母接合并旋转所述锁定螺母时才拧紧或释放所述锁定螺母，从而紧固所述套环或从所述输入构件移除所述套环。

46.根据权利要求45所述的故障保护模块，其中，所述唇缘包括轴向延伸穿过所述唇缘的第一固定孔，并且所述输入构件上的所述对应缩进部包括具有第二固定孔的底板，使得当所述套环配合至所述输入构件时所述第一固定孔和所述第二固定孔对准；并且由此，当所述锁定螺母被接纳在对准的所述第一固定孔和所述第二固定孔内且通过所述钥匙被拧紧时，所述套环被紧固至所述输入构件。

47.一种致动器，包括根据前述权利要求中任一项所述的故障保护模块。

48.一种阀总成，包括：

根据权利要求1至46中任一项所述的故障保护模块；以及

阀，所述阀耦接至所述故障保护模块的所述输出构件。

49.根据权利要求48所述的阀总成，还包括致动器，所述致动器耦接至所述故障保护模块的所述输入构件。

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