CN1202364C - 用于水供暖/冷却和卫生系统的阀致动器 - Google Patents

Abstract

一种用于水供暖/冷却和卫生系统的改进的阀致动器(1)，包括一个具有一个机械离合器元件(4)的小型直流电动机，第一电机减速单元(6)包括一个具有高齿轮比的行星减速单元，一个第二减速单元(14)用于将旋转运动转变为往复轴向运动，和一支撑架(29、7、9、26)用于支撑所述的元件，一个电路板(37)用于控制和驱动所述的电机(2)。多个连接适配器(33)允许改进的致动器(1)被连接到不同制造商的阀箱上。

Description

用于水供暖/冷却和卫生系统的阀致动器

技术领域

本发明涉及一种改进的用于水加热/冷却和卫生系统的阀致动器。

背景技术

在供暖和卫生系统领域，所谓的“电热”闸门包括一个实际上可以热膨胀的元件，例如一个蜡制的容器，当它在加热条件下从固体转变成融化状态时，发生膨胀从而使得阀，阀箱或类似的闸门从关闭的位置被驱动到开启的位置，反之亦然。

所述的现有的电热致动器相应于它们的膨胀材料容器的小尺寸从而也具有小尺寸。因此，它们既可以被组装到单个的部件上，例如阀，也可以被组装到包括多个通常间距小于50mm的闸门的阀箱上。

但是，当所述的现有的致动器在其开启/关闭操作可靠地动作时，它们受到几个缺陷和不利方面的影响。首先，它们的闸门只能够驱动到开启/关闭位置，因此就不能连续地调节通过与闸门连接的管路中的流量。例如在水供暖/冷却系统中，这就导致工作效率低以及接下来的耗电量大和供暖成本增加。

实际上，单一的操作的开启/关闭模式不能提供理想的调节，例如对水供暖/冷却系统的调节以提供给所述的系统所要求的操作灵活性可以通过已有的现代数字技术来实现，例如模糊逻辑、自调节等等技术。

此外，蜡制材料融化阻抗元件的加热，需要一个较大的耗电量：例如，包括15个致动器的阀箱需要较高的耗电量和相关的成本，包括管线的线路具有较大的横截面。

现有的电热致动器还有一个缺点是它们有较长的启动时间，因此，加热和融化蜡制材料所耗费的电能大。特别是，在一段长时间的关闭之后，如在供暖/冷却季节开始时，所述的启动时间会达到8-10分钟，而且在供暖/冷却系统的工作中，启动时间会达到4-5分钟，根据环境条件启动时间有较大的变化。由于现有的电热致动器的耗电量约为5W，而且对于多个致动器，如15和更多的阀箱结构，耗电量成比例地增长，所述的现有电热致动器不能是电池供电。而且所述的现有致动器必须克服叠加的闸门弹性力，例如15Kg。因此防止了所述的现有电热致动器被新设计的低成本的适合于替换所述的现有电热致动器的具有大量成套系列产品的致动器所代替。

对于大尺寸的管道阀，即对于较大流量的管道，众所周知有所谓的“电”致动器，其包括一个电动机，如同步电机或步进电机，但是电动机具有大尺寸和大的耗电量，有时在它们的电动机和闸门之间设计有电机减速单元。另一方面，现有的电致动器的总尺寸相对较大，因此，他们不能被适当地被小型化以有效地代替所述的现有的电热致动器。

而且，电致动器包括许多部件并具有相当高的成本，因此，它们不能被在包括间隔安置的闸门的水供暖/冷却和卫生系统阀箱中使用，这就增加了尺寸，此外对所提到的元件的安装有不利的影响。

用其他类型的允许连续地调节控制流量的驱动闸门的致动器替换现有的电热致动器并且提供了较短的启动时间的需要，在此领域20年来已经为人所共知，目前还没有适合于满足上述的要求的其它致动器。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种如前所述的类型的改进的致动器，它在一方面没有现有的致动器的缺点和缺陷，另一方面允许对闸门的移动或行程进行连续调整，而大大缩短的启动时间和大大减速了耗电量。

在上述的目标范围内，本发明的一个主要目的是提供这样一个操作非常可靠、寿命长的致动器结构，而制造成本基本上与现有的电热致动器相同。

根据本发明的一个方面，上述的目标和目的以及其它的目的将会在下文中更加清晰，通过用于水供暖/冷却和卫生系统的改进的致动器实现。

本发明提供了一种用于水供暖/冷却和卫生系统的改进的阀致动器，包括一个驱动电机和一个在弹簧预载的闸门上工作的相关的减速单元，用于驱动一个部件，其特征在于：所述的致动器在一支撑架中，包括：

a)一个电动机，包括一个小型直流电机；

b)第一减速单元，包括一行星减速单元，提供高减速比；

c)第二减速单元，设置在第一减速单元和与闸门可操作地连接的元件之间，所述的第二减速单元，包括一个蜗杆用于将旋转运动转变为轴向往复运动：

d)机械离合器元件，设置在所述的直流电机的输出端和所述的第一行星减速单元的输入端之间；

e)一个控制电路板，用于根据可预先设置的供暖/冷却程序来控制和驱动所述的直流电机；

f)机械连接装置，用于连接到所述的部件，包括被驱动的闸门。

本发明的改进的致动器具有许多优点。直流电机的使用提供了最优的尺寸/转矩的比率，与时间相关的操作，完全独立于环境条件。此外，由于本发明提供的直流低压电动机被最小化，当前在电动机车辆工厂中以很大的成套规模使用，它们的制造成本非常低。有利的是直流电机的高每分钟转数(RPM)在此被减速单元大大地降低，减速单元可以很方便地用塑料材料制成，无噪音，提供的减速比大于1000，直径小于15mm，即基本等于适当的小型化直流电机的直径，因此具有所需要的必要的小尺寸用于在闸门间距小于50mm的传统的阀箱上组装。还有一个优点是通过蜗杆将行星减速单元的旋转运动转换为轴向往复运动，因此，在一方面，增加了减速比，另一方面，使所述的致动器具有可靠的驱动闸门需要的高驱动力，如大于15Kg。上述的小型直流电机的进一步的优点是耗电量非常低，受上述的界限的影响，比现有的电热致动器约小8倍，除了在耗电量方面的优点外，低消耗的特点使由小型直流电机驱动的致动器非常适合于电池供电的设计。

本发明的改进的致动器的另一个优点是通过适当的调节闸门的位移，可能通过使用已知的数字计时方法根据用户的需求，供暖/冷却系统在整个工作日中效率很高。

所需要的位移或行程变化在很短的时间内以可靠的方式实现，而不是现有的电热致动器的4-5分钟的开启/关闭时间，其操作完全不受偶然条件的影响。此外，耗电量还受到电机的启动时间可以通过结构简单的电路板可靠地控制的事实所限制。还有一个优点是本发明使用一个机械离合器防止电动机死锁在它们行程位置的端部，与控制电子装置的可靠的计时一起，使致动器具有长的工作寿命，即大于10年。还有一个优点是所提供的行星减速单元可以按自动的方式组装，因此降低了装配的时间，因此总制造成本降低。还有另一个优点是提供了多个适配器，可以允许把各个致动器装配到已有的不同类型的阀箱上。

附图说明

根据本发明，改进的致动器的进一步特征、优点和细节将结合附图在下文中更加清楚，其中介绍了仅由示例提供的本发明的致动器的最佳实施例。在附图中：

图1是根据本发明的改进的致动器的主要部件分解图；

图2是图1中的在装配条件下的改进的致动器的侧视图；

图3是致动器的前视图；

图4是致动器的附视图；

图5是改进的装配的致动器的立体图，其中为简化，本发明的致动器的盖仅在图2中用虚线表示。

具体实施方式

在附图中相同的部件用相同的标号表示。

首先参见附图1，根据本发明改进的致动器一般用1表示。致动器被一框架结构罩上，在下文中对其做更详细的描述，致动器包括一个电动机2，在本发明中，是一个功率小于1瓦的小型电动机，例如一种用于汽车领域的操作后视镜的类型。电动机2的输出轴3与用4表示的机械离合器联接，机械离合器通常包括弹性材料的圆形部件，例如弹簧钢。

根据本发明，标号6表示第一减速单元，包括一种具有高减速比，例如大于1000的行星减速元件。这可以通过一种包括三个行星齿轮的结构来实现，其绕2个具有不同的齿数如有一齿之差的环形齿轮旋转。

首先，机械离合器元件4和第一减速单元在被套在对应的环形部件7中，然后套在位于底面11上的一中间支架9的套管8中。在底面11上还形成一个外箱12，包括一个第二减速单元14的套管小齿轮13，还包括一个蜗杆16，其可以与具有小齿轮齿18的小齿轮元件13的内螺纹17啮合。在装配条件下，齿轮19与小齿轮环18和第一减速单元6的输出小齿轮21啮合。标号22表示蜗杆元件16的活动端，该端部同位于阀或阀箱配件(未显示)中与闸门装置(未显示)配合操作的元件24的杆23啮合。

标号26表示一支座，中间支架9可以通过垂直设置的啮合型的钩齿27固定在其上。如图1所示，中间支架9和支座26由多个凹槽构成，凹槽罩着第一和第二减速单元6和14的部件；环形部件7罩着离合器元件4和电机2，阀箱被适当地设置在机架或机箱元件29中，包括设有四个端部齿形部件32用于和相应的在支座26中形成的凹槽(未显示)啮合。

此外，在图1的实施例中，环状适配器33同样与支座26啮合，所述的环状适配器33具有两个径向相反的钩部34用于使元件24的径向相反的凸耳36与所驱动的闸门机构连接。

通过给相关的适配器提供给定的标号，根据本发明可能将改进的致动器给例如不同制造商的阀箱以相同的标号。

最后，标号37表示一个支持元件和电路的电路板，用于可编程地控制电动机或致动器。由于此控制电路是本领域的技术人员可以容易地设计出来的，在下文中对其不做进一步的详细说明。对于本领域的技术人员，相关的编程或设置部件在外罩38上的组装用于控制单个阀门或者被设计成距阀箱等等一定的距离，也是容易设计实现的。

因此，上述的支撑架，基本上包括机箱元件29，中间支架9，支座26和外罩38。

标号39表示蜗杆16的顶端部件，从外箱12凸出，适用于作为在显示元件或标示的位置工作，可以显示闸门的位置，例如其关闭、打开或中间位置。这可以通过例如适当地在端部39标上颜色来实现；或者盖可以至少被部分地或在其一定区域被取下。

此外，根据本发明其优点在于所述的顶端39或蜗杆元件16的其它部分可以还作为驱动部件工作用于驱动一个限定开关(未显示)。

电源可以是普通的电池或者是直流电源供电，电池被罩在外罩38内或者被支撑在间隔位置，这已经是公知的为供电驱动电路板和电子元件。当电动机2被供电时，它通过机械离合器4旋转驱动第一减速单元6，所述第一减速单元6的输出小齿轮21，然后接着旋转驱动第二减速单元14，并且根据电动机2的旋转方向，蜗杆16可以在轴向被上下驱动。蜗杆元件16的上/下运动同样通过其全打开和关闭行程的后续位移引起相应的闸门(未显示)的上/下运动，反之亦然。

在工作中，发现现有的例如在汽车后视镜中使用的小型直流电机消耗的功率小于0.6W，即比前述的电热致动器消耗功率小8倍。根据本发明，这些小电动机和两个减速单元，其中第一个是行星类型，特点在于包括三个绕两个相互齿数差为1的齿轮旋转的行星齿轮，两个减速单元可以产生高减速比，大于1000，直径小于15mm。此外，通过作为运动变换器工作的第二减速单元，即通过螺纹啮合将旋转运动变为轴向运动，根据本发明的改进的致动器使得容易克服大于15Kg的闸门弹簧应力。

在此，显而易见，闸门的往复时间即调整时间是非常短的，完全不受环境条件和惯性延迟的影响，而在现有的电热致动器中，该时间达到几分钟。这节约了很大的能源。

此外，根据本发明改进的致动器的优点在于可以被几个当前设计的调节系统所驱动，例如PI调整设备(即：比例一整体调节装置)，时间模块调节装置，基于自适应的模糊逻辑调节器。此外，由于供暖/冷却系统的流量可以方便地调节，在功耗和环境方面即根据在整个工作日的多个要求，大大地提高所述系统的功效是可能的。

此外，优点在于：设置的机械离合器防止电动机被锁定在行程的端部或极限位置，其大大降低了施加在电动机上的应力，因此大于10年的很长的工作寿命是可以容易地实现的。

此外，由于所公开的结构设计和设置的用合成材料制成的减速单元，可以实现无噪音操作和低成本，结合支撑架的部件和外罩的合成材料结构和市场上有的小型直流电机的低成本。在一方面，制造成本基本上与现有的电热致动器一样，而在另一方面，一个非常小尺寸的致动器可以方便地安装在闸门间隔小于50mm的阀箱上。

根据上述公开的结构和操作，显而易见，根据本发明的改进的致动器可以有效地实现上述的目标、目的和优点。

在实施本发明中，那些本领域的技术人员可以在不偏离本发明的范围的情况下，方便地实现修改和变化，例如关于减速单元的设置等等并可以自由地选择致动器元件的材料和特别设计的控制电路板或程序设置。

Claims (8)

1.一种用于水供暖/冷却和卫生系统的改进的阀致动器，包括一个驱动电机和一个在弹簧预载的闸门上工作的相关的减速单元，用于驱动一个部件，其特征在于：

所述的致动器在一支撑架中，包括：

a)一个电动机，包括一个小型直流电机；

b)第一减速单元，包括一行星减速单元，提供高减速比；

c)第二减速单元，设置在第一减速单元和与闸门可操作地连接的元件之间，所述的第二减速单元，包括一个蜗杆用于将旋转运动转变为轴向往复运动；

d)机械离合器元件，设置在所述的直流电机的输出端和所述的第一行星减速单元的输入端之间；

e)一个控制电路板，用于根据可预先设置的供暖/冷却程序来控制和驱动所述的直流电机；

f)机械连接装置，用于连接到所述的部件，包括被驱动的闸门。

2.根据权利要求1所述的改进的阀致动器，其特征在于：所述的小型直流电机包括一个小直流电机，其功耗小于1W，或小于0.6W，外直径等于或小于15mm。

3.根据权利要求1所述的改进的阀致动器，其特征在于：第一行星减速单元提供的减速比大于1000，所述的第一行星减速单元包括绕两个行星齿轮环旋转的三个行星齿轮，所述的齿轮环具有不同的齿数，或所述的其中的一个齿轮环的齿数比另一个齿轮环的齿数小1个，以提供不同的每分钟转数。

4.根据权利要求1所述的改进的阀致动器，其特征在于：所述的第二减速单元包括一个驱动齿轮和一个第二齿轮或一个有内螺纹的套管以便将旋转运动转变为轴向往复运动，其中所述的蜗杆元件的端部可以有效地啮合与闸门装置配合操作的元件的杆。

5.根据权利要求4所述的改进的阀致动器，其特征在于：所述的蜗杆在其顶部还有一个端部从一个外罩支架上凸设，作为视觉元件工作用于可视地表示所述的闸门的位置，和/或作为限定开关驱动元件使用。

6.根据权利要求1所述的改进的阀致动器，其特征在于：所述的闸门包括一个支撑架，所述支撑架包括一个中间支架，用所述的机械离合器支撑所述的第一减速单元和所述的第二减速单元；一支座，可以与所述的中间支架连接，和一个带有腿的机箱元件，其可以插入到所述的支座中用于保护所述的直流电动机。

7、根据权利要求1-6任一权利要求所述的改进的阀致动器，其特征在于：包括一个罩盖，其可以通过可拆卸的方式连接到致动器支撑架。

8、根据权利要求7所述的改进的阀致动器，其特征在于：该罩盖可以通过搭锁型的啮合装置连接到致动器支撑架。

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