CN1221637A - 具有电致回缩制动元件的执行器 - Google Patents

Abstract

一个电气－机械执行器在施加以电力时使安装在执行器上的外部装置保持在一运行位置,并当电力切除时使外部装置回复到一不执行位置。执行器包括一个外壳和一个装在其上的可旋转的输出联轴器。输出联轴器是设计成与外部装置相连接并使它在运行位置与不执行位置之间移位。外壳中装有一驱动装置用来对输出联轴器施加一转矩使它在驱动装置通电时在不执行位置与运行位置之间移位。还设有一转矩传递装置用来传递和改变从驱动装置输给输出联轴器的转矩。

Description

具有电致回缩制动元件的执行器

本发明一般涉及一电气-机械的执行器，它具有一回缩功能使执行器在断电情况下复位到预定的不执行位置，特别是涉及一具有电致回缩制动元件的执行器，它在正常运行期间当电源施加在制动元件上时能防止执行器回缩到不执行位置，并当电源中断时使执行器复位。

一种具有回缩功能的传统执行器主要用于取暖、通风和空调站来执行一个在失火等紧急情况下用以控制气流的风门或阀门。具有回缩功能的执行器当所施加的电源不论由于操作人员有意识地切断或由于电源故障而终止时，能使风门处于一预定的不执行位置。在此情况下执行器不需借电源而自动使风门移动到一安全位置，以协助把火焰和烟气引送到预定的防火规范所指定的地区。

许多传统执行器的回缩功能基本上是由执行器内所设置的弹簧机构来实现的，风门克服了弹簧的回缩力而保持在正常的运行位置。电源是连续施加在执行器的同一电动机上，它使执行器把风门初始地移离不执行位置。这样当风门从不执行位置移离而到达一正常运行位置的机械终端后，电动机一直在静止条件下消耗电力，这种安排的缺点是电动机消耗相当大的电力，这在大型空调系统中采用许多这种类型的执行器时尤为重要。在这些执行器的使用寿命期间所消耗的总的电力是非常可观和昂贵的。

另一种是采用一螺管电磁铁来使风门在正常运行中保持它的位置。当线圈通电时，与电磁铁相连接的锁住机构作用在电动机上使它不能转动，因此把风门锁住在其正常运行位置。虽然这种处理办法不需要向电动机持续供应电力，但仍需向螺管电磁铁连续提供相似数量的电力，因此并不能起到节约电力的作用。

这种装置还有另外的缺点，即螺管电磁铁由于处于长时间激励状态而使铁芯磁化或由于温度升高而使螺管电磁铁中不同材料的膨胀不等而有时趋向于握住或粘住在工作位置上。结果当由于失火而断电时，风门有可能不回复到预定的位置来控制火焰。

因此，本发明的主要目的是提供一种具有制动装置的改进的执行器，它在使风门保持在正常工作位置时实际上并不消耗电力，它的制动装置设计简单而且生产费用较低。

另一目的是提供一种在电源故障时能回复到预定的所需位置的执行器。

本发明还有另外一个目的是提供一种不易卡住而高度可靠的改进的具有制动装置的执行器。

其他目的和优点可从下面的详细说明中参照附图来清楚地了解，其中：

图1是本发明的一个实施例的部件分解透视图，表示一具有制动装置的执行器。

图2是图1所示的本发明实施例的组装透视图。

图3是图2所示的本发明实施例的顶视图。

图4是本发明的制动装置的一个实施例的顶视图，为了清楚起见省略了某些部分。

图5是控制制动装置用的一个电路实施例的示意图。

图6是本发明制动装置的另一实施例的顶视图，为了清楚起见也省略了某些部分。

本发明是针对具有一非电回缩功能类型的执行器，它在执行器的电源中断时能使执行器复位到一不执行位置。虽然本发明适用于许多由电气-机械执行器所操作的风门和阀门的不同用途。但本发明特别适合于在一空调系统的空气通道中用以开启或关闭风门，以便在发生火焰和烟气的情况下把经过建筑物的气流控制在符合安全规程所需的状态。用于这种用途的风门和执行器是这样安排的，即当执行器的电源中断时，执行器在不用电力的情况下自动使风门移位到预定的不执行位置。

广义地说，本发明是针对一种具有一用以使连接在执行器上的外部装置在执行器施加电源时保持在运行位置的电气-机械的执行机构的改良型执行器，并当电源切断时使外部装置回复到不执行位置。执行器包括一外壳和一个安装在其上能旋转的输出联轴器。该输出联轴器是制成可以连接在外部装置上，并使外部装置在工作位置与不执行位置之间移位。外壳中装有一驱动装置，当它通电时用来对输出联轴器提供一转矩，使外部装置在不执行位置与工作位置之间移位。另外还设有一转矩传递装置用来传递和改变从驱动装置向输出联轴器所提供的转矩。转矩传递装置是介于驱动装置与输出联轴器之间，并在它们之间起偶合作用。连接在转矩传递装置上的回缩装置是用来在执行器的电源切除时通过传递装置施加一回缩力使外部装置回复到不执行位置。本发明的一个重要特点是一个压电制动装置，它在驱动装置上施加一制动力。当制动装置作用时，制动力超过回缩装置所产生的回缩力，但当制动装置不作用时制动力便消失。

本发明的一个新的特点是：在正常运行期间无火和烟发生时用以防止风门处于不执行位置所需的电力是从电动机或螺管电磁铁引导到压电制动装置的。压电制动装置只需很小的电力便能工作，因此有效地降低了使外部装置保持在正常运行位置所需的电力。另外压电制动装置也比传统的螺管电磁铁更为可靠，因为它没有互相粘连的运动部件。

现在来观察一下附图，特别是图1。其中用代号10表示的风门执行器是用部件分解图来表示的。执行器10包括一外壳12，它通过一联轴器孔16来接纳一可旋转的联轴器14。联轴器14同一风门(图中未表示)相连接，当联轴器旋转时使风门在一不执行位置与一所需的运行位置之间进行移位。附设在联轴器14上的是一个输出扇形片18，它使联轴器在由一对止块19,20所限定的边界范围之内转动，虽然在图中未表示，但扇形片18的外部表面上是带齿的，它同齿轮22的齿相啮合。

用代号24表示的一个齿轮组包括与输出扇形片18啮合的齿轮22和一个与驱动电动机28(最好参看图2和3)的驱动小齿轮26相啮合的齿轮30，还有附加的齿轮32A、32B和32C啮合在齿轮22与30之间而构成齿轮组24。齿轮组24中的每一个齿轮都有一个传递小齿轮34附设在其上(在图中并非所有小齿轮都表示出)。

齿轮组24是这样安排的，它的齿轮22,32A,32B,32C和30的轴从电动机28到联轴器14是形成一条曲折的线(最好参看图3)。在此情况下，当电动机28得电而转动齿轮30时，电动机所产生的转矩通过齿轮32C、32B,32A和22而传递到输出扇形片18。应该注意到，虽然这里所推荐的齿轮组24是采用5个齿轮和它们的相应传递小齿轮34互相连接而成，但在这方面具有普通技能的人员都知道齿轮组可以含有多于或少于5个齿轮，而且可以安排成其他各种方式来实现从电动机28到输出扇形片18的转矩传递或改变。

一根与齿轮32A的轴同心的细长轴36从齿轮32A上伸出而连接到回缩弹簧38的一端(连接并未表示出)。回缩弹簧38的另一端连接到外壳12上(连接也未表示出)。当风门被输出联轴器14从不执行位置移离时，回缩弹簧处于扭转状态，并在输出联轴器14上施加一力矩，趋向于使风门回到其不执行位置。在优选实施例中，回缩弹簧38是一钟表弹簧，但也可考虑采用其他弹簧。

设置在外壳12内的回缩弹簧38由一保持板40来定位，它使轴36能连接到弹簧38上。直接位于保持板40上面的是一块转矩转动板42，它能围绕着驱动电动机28的轴而转动。在优选实施例中，转动板42上有三根轴44固定在转动板42的顶部46上，并与三个齿轮30,32B和32C的轴线相对应地设置，以使齿轮能围绕着它们而旋转(最好参看图2)。弹簧48有一端钩住在转动板42上，其另一端钩在固定在保持板40上的柱子50上。在转动板42的底部52上有一微动开关54，它藉助一从保持板40伸出的垂直接触臂56来接通或断开。

在运行中，当风门到达其正常工作位置时，扇形片18同限定输出扇形片边界的两个止块19,20中之一相接触。在此位置上，虽然输出扇形片18不能继续转动，但电动机28仍以行星齿轮的运行方式继续旋转。因此使转动板42围绕着电动机的驱动小齿轮26并克服弹簧48的拉力而转动，同时离开接触臂56，结果使微动开关54与接触臂56脱离而使微动开关54动作，从而使驱动电动机28失电并同时使制动装置58产生作用。

现在来观察一下图4，制动装置58含有一压电梁60，在优选实施例中它是属于一种多层的压电陶瓷结构。梁60的一端固定在一根装在外壳12的一侧上的悬臂梁62上，另一端上附设一制动衬垫64、在悬臂梁62上还有两根导线66连接到梁60上。制动衬垫64位于一个在边缘上设有缺口70的飞轮68的近旁。缺口70的形状和尺寸能使制动衬垫64适配地锁住在缺口上，而且当飞轮68按所示箭头72的方向转动时不会滑出，另外在瞬时停电之后驱动电动机重新得电和按箭头72的相反方向旋转时，制动衬垫也不会被带入缺口内。驱动电动机28与飞轮68相连接(最好参看图1)并驱动飞轮。电动机28本身安装在外壳12内，在优选实施例中是采用一罩极式交流电动机，当然也可考虑其他合适的电动机，例如直流有刷电动机，交流同步电动机或无刷直流电动机。

当由于上述的微动开关54接通而把电压通过导线66而施加到梁60上时，梁60便弯向飞轮68使制动衬垫锁住在缺口70上。结果按箭头72方向旋转的飞轮68便停止转动。回缩弹簧38通过齿轮组24和已断电的驱动电动机28使飞轮68仍有使风门向不执行位置移动而转动的趋势。

一旦梁60锁住在飞轮68上之后，执行器10便保留在此中止状态，直到施加在梁60上的电压由于发生火或烟的信号而中断为止。此时使梁60松开其在飞轮68上的锁住而回复到施加电压之前的形状，并从飞轮离开，此时回缩弹簧38迫使输出联轴器14把风门带到不执行位置。

图5表示一由代号74所示的用以控制压电梁60的电路的一个实施例的示意图。在开关54之后接有一整流二极管76，用来把来自输入电源78的交流电压变换成直流电压后施加在压电梁60上。在梁60上还接有两个放电二极管79,80，它们在直流电压从二极管76上切断以后作为梁60的放电之用。

开关54是一个双极双投开关，当处于图5中的位置A时，它把输入电源78接到电动机28上和把放电二极管79,80通过电阻82而接地，使风门处于正常运行位置。当开关54处于此位置时，压电梁60上所施加的直流电压被切断，而梁上如果存在电荷的话便能通过二极管79,80而对地放电。一旦风门到达运行位置后，开关54便把输入电源78连接到整流二极管76上，并把放电二极管与地隔离，如图5的位置B所示。当电路74处于此状态时，梁60便起作用而弯向飞轮68而锁住在缺口70上(最好参看图4)。此时梁60不能通过二极管79,80而放电，因为开关处于位置B上时已把放电回路切断了。

图6表示本发明的另一实施例，其中飞轮68上并无缺口70(这里仍采用图4中的同样代号来说明图5的特点)。同图4中所示的实施例一样，图5中的压电制动装置58的弯向或脱离飞轮68是取决于梁60上所施加的电压。为了防止风门回到当时不需要的不执行位置，此实施例中的制动装置58在制动衬垫64同飞轮68接触时施加一本质上的摩擦负载。在这方面具有普通技能的人员都知道还可采用其他办法来使飞轮68停止，例如碰撞或在飞轮周边贴上隆起物。

不论采用哪一种形式的制动装置58，很重要的一点是；利用上述新的压电制动装置来取代借电动机28或螺管电磁铁(图中未表示)来使飞轮68停止旋转，从而使风门保持在所需位置的方法能够节约大量电力。例如采用驱动电动机28或螺管电磁铁来使风门离开不执行位置约需5～10瓦的电力，相反，利用制动装置58来使风门保持在正常运行位置仅需0.64毫瓦这样少的电力。特别是在一个单独的空调系统中可能采用几百个执行器的情况下，节约电力尤为重要。

从上述说明中可以理解：所描述的用来在空气通道中控制风门的执行器具有许多有利的运行特性，并且工作可靠。采用压电梁来克服回缩弹簧的作用力能够显著节省电力，并具有简单可靠的优点，因为它消除了运动部件粘住的问题。

虽然已说明了本发明的不同实施例，但对于在这方面具有普通技能的人员而言，还能采用其他的改进和取代方案。这些改进和取代可在不离开本发明的精神和范围的前提下来进行，它们可以根据从属权利要求来决定。

本发明的各种特点的后附的权利要求中加以说明。

Claims (15)

1．一个用来使其上所连接的外部装置在施加电源时保持在一运行位置和在电源切断时回复到一不执行位置的电气-机械执行器含有：一个外壳；一个装在所述外壳上能转动的并与外部装置相连接的输出联轴器，所述的输出联轴器适宜于使外部装置在运行位置与不执行位置之间移位；一个装在所述外壳上的驱动装置，当驱动装置得电后向所述的输出联轴器提供一转矩使外部装置在不执行位置与运行位置之间移位；一个用来传递和改变从所述驱动装置输给所述输出联轴器的转矩的转矩传递装置，所述的转矩传递装置位于和啮合在所述驱动装置和所述输出联轴器之间；一个连接在所述转矩传递装置上并当所述执行器的电力切断时通过所述传递装置施加一回缩力使外部装置回复到不执行位置的回缩装置；以及一个用来在所述驱动装置上施加一制动力的压电制动装置，当制动装置通电时使输出联轴器克服由回缩装置所作用的回缩力而保持在所述运行位置，并在所述制动装置失电后使制动力释放。

2．根据权利要求1的执行器，其特征在于，所述驱动装置是一其上装有一可旋转的飞轮的电动机。

3．根据权利要求2的执行器，其特征在于，所述的制动力是施加在所述飞轮上。

4．根据权利要求3的执行器，其特征在于，所述飞轮在其边缘上设有形成物，而所述制动装置能闩住在所述形成物上。

5．根据权利要求4的执行器，其特征在于，所述形成物是在飞轮上所形成的缺口。

6．根据权利要求1的执行器，其特征在于，所述转矩传递装置是一齿轮组，它用来增大从所述驱动装置施加在所述输出联轴器上的转矩。

7．根据权利要求1的执行器，其特征在于，它还包括一开关装置，当开关动作时用来切断驱动装置和接通所述制动装置。

8．根据权利要求7的执行器，其特征在于，所述开头是一个微动开关。

9．根据权利要求7的执行器，其特征在于，它还包括一连接在所述驱动装置上的可转动的转矩板，它设计成当所述输出联轴器到达所述的运行位置时用来使所述开关装置产生作用。

10．根据权利要求1的执行器，其特征在于，所述回缩装置是一个钟表弹簧。

11．根据权利要求1的执行器，其特征在于，所述制动装置包括一静止的柱子和一个梁结构，梁的第一端固定在所述柱子上，而第二端在制动装置通电时用来在所述驱动装置上施加制动力。

12．根据权利要求11的执行器，其特征在于，所述的梁结构至少包括一压电陶瓷条。

13．根据权利要求11的执行器，其特征在于，所述制动装置是由一控制电路所控制，所述控制电路给所述的梁结构施加一电压，使其第二端偏向所述驱动装置。

14．根据权利要求13的执行器，其特征在于，所述驱动装置包括一个连接在其上的可旋转的飞轮，所述的第二端上附加一衬垫，当制动装置通电时，所述的衬垫同所述飞轮形成的一摩擦接触。

15．根据权利要求13的执行器，其特征在于，所述的驱动装置包括一连接在其上的可旋转的飞轮，所述飞轮上设有缺口，当所述制动装置动作时所述的第二端适配地锁住在所述缺口内。

Images