CN1676861B - 操纵门的机构、制动器的应用及调节驱动转矩的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的机构包括一电机，一适于被该电机驱动并与门运动连接的部件，以及用于至少部分地补偿由该门的重力施加在该部件上的转矩的装置。当该门的重力和由该补偿装置施加的力的综合作用力将使该部件在与该电机相同的方向移动时，一放置在该电机和上述部件之间的制动器至少在该门移动的阶段内抵抗该电机而施加一制动力。该制动器可限制该电机将施加的转矩的变化。

Description

操纵门的机构、制动器的应用及调节驱动转矩的方法 
技术领域
本发明涉及一种用于操纵具有部分垂直运动的门的机构。本发明还涉及制动器在这种机构中的应用，以及一种用于调节这种机构中的由电机(马达)施加的转矩的方法。 
在本发明的意义上，术语“门”应理解为是指用于选择性地关闭建筑物中的开口的门、正门、卷门、格栅门以及等效装置。 
背景技术
其运动部分垂直的门有时被称为“基本水平存放的门”，并且通常用于选择性地关闭一个例如可以进入车库的开口。这些门在关闭位置中整体上是垂直的，而在打开位置中整体上是水平的并通常靠近顶板设置。因此，它们的打开/关闭运动具有一水平分量和一垂直分量。为了操纵这类门，已知使用包括电机和减速齿轮的齿轮电机。 
对于特定的门尤其是车库门，从WO-A-03/083245中还已知使用旨在至少部分地补偿门的重力的所谓“补偿”装置，例如弹簧。这种补偿装置旨在减小操纵门所需的驱动力，尤其是当门被升起时。通常，该补偿装置设计成使得补偿力和门的重力的综合作用力的变化尽可能地小。但是，无论如何进行改进，这些装置都不能获得很好的效果，并且实际上门通常被过补偿或欠补偿，在过补偿的情况下，尽管有重力但门将被升起，在欠补偿的情况下，受其重力作用门将下降。当门的重力所产生的转矩取决于其相对于该开口的门楣的位置时，门的过补偿或欠补偿状态将随着门在移动期间的位置而变化。例如，对于某些非突出式的折叠上翻门(tip-up door)，当门处于中间位置时该补偿装置通常是确保门的重力的平衡，但是在门的 闭合位置或完全打开位置的附近，门可能被驱动，然后到中间位置以外后被制动。对于其它类型的门例如升滑门(sectional door)，门的过补偿或欠补偿状态可能发生多次更替。另外，这些变化与门和/或其导向装置的磨损和破损有关。 
门的过补偿或欠补偿状态会使门在移动过程中出现故障，尤其是因为门的速度随补偿状态而变化，这一点特别是加上门的惯性以及从过补偿状态向欠补偿状态的转变或相反的转变都会提高加速度。因此门的运动有时会抖动，并产生跳动的后果。这会使得驱动电机以不稳定的速度工作，并且尤其是该电机有时会用作发电机，这样会大大缩短其使用寿命。另外，当用作发电机时，电机会发出其频率让附近的人感到不舒适的声音。 
上述缺陷是对使用者造成视觉和听觉损害的原因，并且会在门及其操纵系统上引起附加的应力。尤其是，由于该电机用作发电机而引起的电流峰值会使该电机及其供电系统存在被损坏的危险。 
为了解决这一问题，已知例如通过包括蜗轮和蜗杆的减速齿轮，使得门和电机之间的运动的传递不可逆。这种不可逆的减速齿轮的效率较为一般，这样就要求使用其功率比真正需要的功率高的电机，这会消耗更多的能量，该电机比较笨重和昂贵。另外，这种不可逆的减速齿轮的尺寸必须能够吸收由运动链系中的摩擦引起的抖动以及磨损和破损。 
本发明的一个更具体的目标是提出一种尤其配备有用于补偿门的重力的装置的操纵机构来克服这些缺陷，该装置通过其尺寸可被优化的电机而可使门平稳地移动，且不必使用不可逆的减速齿轮。 
发明内容
在这一精神下，本发明涉及一种用于操纵具有至少部分垂直运动的门的机构，该机构包括： 
一电机； 
一适于被该电机驱动并与该门运动连接的部件；以及 
用于至少部分地补偿由该门的重力施加在该部件上的转矩的装置， 
其特征在于，该机构包括一放置在该电机和该部件之间的制动器，当门的重力和由该补偿装置施加的力的综合作用力将使该部件在与该电机相同的方向移动时，该制动器适于至少在该门移动的阶段内抵抗该电机施加一制动力。 
通过本发明，该制动器可调节该电机为了驱动该门所必须施加的转矩，该调节随着该电机必须有效克服的转矩而变化，该要被克服的转矩本身基本上等于该综合作用力，即，由该补偿装置施加的转矩和由该门的重力施加的转矩的合力。因此，本发明源于一种独创性的方法，该方法包括根据该补偿装置和该门的重力的综合作用力在一定程度上制动该门的运动。更确切地说，至少当门相对于由电机产生的运动方向加速运动时进行制动。该制动力有利地随门的重力和由上述补偿装置施加的补偿力的综合作用力强度和方向而变化。 
根据有利的但非必须的方面，一种操纵机构可具有一种或多种下面的特征： 
-当上述综合作用力将使上述部件在与该电机相同的方向移动时，该制动器施加的制动力最大。 
-当上述综合作用力将使该部件在与该电机相反的方向移动时，该制动器施加的制动力随着上述综合作用力的增大而减小。在此情况下该制动力优选地基本上与该综合作用力成反比。 
-该制动器施加的转矩的最大值基本上等于该电机的额定转矩。这样，该电机施加的转矩变化很小，并且门的移动速度在其行程中基本恒定。 
-该电机是直流电机，并具有一稳压电源。根据本发明的这一方面，该制动器施加的转矩可以减小，这可以在负补偿的区域内保持驱动转矩的变化很小的同时，优化该电机的尺寸。这可使门能够保持平稳的移动。 
-该制动器是摩擦式制动器，其中至少一个活动衬片随着上述综合作用力的值和/或方向而运动。 
该制动器被控制以便根据一传感器的输出信号施加制动力，该传感器检测上述综合作用力的方向和/或值。 
本发明还涉及制动器在上述机构中的应用，更具体地说，涉及适于施加一可变的力的制动器的应用，以便调节电机为了驱动与门紧固在一起的部件所必须施加的转矩，该门具有部分垂直运动并受到用于至少部分地补偿该门的重力的装置的作用。 
本发明还涉及一种用于在上述机构中调节由电机施加的转矩的方法，该方法包括至少一个步骤，其中抵抗该电机施加一制动力，该制动力随着该门的重力和补偿该重力的力的综合作用力的强度和方向而变化。 
至少当上述综合作用力将使得上述部件在与该电机相同的方向上移动时，施加该(制动)力。 
通过本发明的方法，该制动器在一定程度上补偿该综合作用力或合成转矩，这使得可以优化该电机将施加的转矩，并且可使该转矩的变化幅值比在已知装置中施加的转矩的(变化)幅值小。 
当上述综合作用力与该电机施加的转矩同方向时，该制动器可施加一个最大值的制动转矩，而当该综合作用力将使该部件在与该电机相反的方向上移动时，该转矩的值将减小，优选地该转矩与该综合作用力成反比。 
附图说明
从下面参照附图对根据本发明的原理的机构的两种形式的实施例，以及由该机构所实施的转矩调节方法的说明中，可更容易理解本发明并更清楚地看到本发明的其它优点，该说明仅作为示例给出，在该附图中：     
图1是配备有根据本发明的机构的车库门的侧视图； 
图2是从图1的门上方的俯视图； 
图3是第一种位置中的沿图2中的线III-III的放大的轴向部分； 
图4是当该机构处于第二种位置时图3中的细节IV的放大视图； 
图5A和5B是分别在图4和3的位置中的图1到4的机构的特定运动部件的展开示意图； 
图6是表示在图1到5的机构中产生的特定力的图； 
图7是可以估测随着所施加的转矩而变化的特定位移速度的变化的示意图； 
图8是根据本发明的第二种形式的实施例的机构的类似于图3的部分； 
图9是图8中的平面XI-XI内的部分。 
具体实施方式
参照附图，部分地在图1到5中示出的设备包括一机构1，该机构1用于使车库门100在一关闭位置和一打开位置之间移动，在该关闭位置该车库门是垂直的并且封闭开口O，在该打开位置该车库门总体上是水平的。门100是组装的并且由多个板条102构成，这些板条相互铰接并具有适于在设置于开口O每一侧的导轨104中滚动的滚轮。门100的上部板条102a通过一连接杆106与一滑架108连接，该滑架由被机构1驱动的一环带110垂直于墙M进行移动，在该墙内形成该开口O。该滑架与该环带110的下侧固定在一起并且沿一杆112滑动，该杆112通过两个托架114平行于车库顶板固定。 
门100设置成其运动包括一水平分量M1和一垂直分量M2，该水平分量M1总体上平行于车库的顶板的方向，该垂直分量M2总体上平行于在其中形成开口O的墙。 
为了驱动环带110，设置一环4以围绕基本水平的轴线X-X’旋转运动，该环带110环绕该环4大约180°，并且通过附接或借助凹槽与环4在旋转中紧密接合在一起。 
为驱动环4围绕轴线X-X’旋转，设置一电机5，该电机安装在杆112的一端并被容纳在管7内。 
设置一用于补偿门100的重力的装置120，该装置包括两个固定在门100的下部板条102b上的缆绳121和122，每个该缆绳分别缠绕在鼓轮123、124上。这些鼓轮通过被两个补偿弹簧126和127环绕的一同步杆125相连接，弹簧的一端固定该(同步)杆上，而另一端固定在该结构上。这样， 随着门100的移动，弹簧126和127在一定程度上被拉伸，并通过缆绳121和122向门100施加力F1，该力抵抗门100的重力P。 
电机5的输出轴53驱动一摩擦制动器8，在该制动器8的输出端安装有一可逆的减速齿轮9，该齿轮9驱动该环4。 
这样，电机5的输出轴的运动可通过制动器8和减速齿轮9传递给环4。 
制动器8是根据FR-A-2 834391的技术教导的制动器，并且包括一固定在电机5的壳体51上的壳体81，该壳体81容纳有两个衬片(盘片，disc)82A和82B，在这两个衬片之间设置一环83，该环83通过外部径向突出部84与在支承件86内形成的内部径向突出部85相啮合，该支承件86固定在该壳体81内，并且可自由旋转且不可平移地安装在轴53上。一弹簧87放置在衬片82A和一用于将支承件86固定在轴53上的簧环88之间。该弹簧施加一个力F87以将衬片82A和环83压靠在衬片82B上，这样在衬片82B和与该衬片成一体的套管82C旋转时将引入一个制动转矩C8，减速齿轮9的输入轴91啮合在该套管82C内。转矩C8取决于力F87以及环83和衬片82A及82B之间的摩擦系数。在缺省情况(没有负荷的情况)下，力F87施加一个最大的制动转矩C8max，其将环83阻塞在衬片82A和82B之间，从而使衬片82B相对于被固定的壳体81固定不动。这样，在缺省情况下，制动器8抵抗力在电机5和减速齿轮9之间，以及减速齿轮9和电机5之间的传递。 
在轴53的端部附近沿轴53的直径安装有一销89，衬片82B被一簧环82D不可平移地固定在该端部上。 
衬片82A具有一形成双斜坡82F、82G的超厚部分82E，如图4中所示，当电机5驱动杆53时，销89靠在这两个斜坡上。这样可抵抗制动力F87，使得衬片82A在簧环88的方向上轴向偏移，从而由于转矩C8的值减小，可使得衬片82A相对于环83、环83相对于衬片82B滑动。这样，在图4的位置中，制动器不再阻碍电机5朝减速齿轮9传递运动。 
由电机施加的用于驱动部件9、10和4的转矩C5必须克服由制动器8 施加的制动转矩C8。 
放置在电机5和减速齿轮9之间的制动器8通过其结构可施加一个可变的制动转矩C8，该制动转矩一方面与由于门100的重力P而使环4受到的转矩C2的方向和强度有关，另一方面与由弹簧7施加的补偿门的重力的力F1有关。 
力F1通过门100和部件106、108和110传递给环4，该力以图1中所示的逆时针方向的转矩C1的形式作用在该环4上。重力P也被传递给环4，其以图1中所示的顺时针方向的转矩C2的形式施加在该环4上。从而，在环4的位置处重力和补偿力的综合作用力是一合成转矩C3，该合成转矩C3根据转矩C1和C2的相对值可以是顺时针或逆时针。 
当门被升高时，如果转矩C1的强度小于转矩C2，可认为环带110施加在环4上的转矩C3是正的，即弹簧126和127的补偿不足以平衡门100的重力。在此情况下，门的移动被制动，这可称为欠补偿或负补偿。相反，如果转矩C1的强度大于转矩C2，可认为负荷即门100和连接在该门上部件被驱动。换句话说，补偿转矩C1过度补偿门100的重力。这可称为过补偿或正补偿。在此情况下，转矩C3可认为是负的。 
当门下降时，如果转矩C1的值大于转矩C2，门被制动，而在相反情况下门被驱动。转矩C3分别为正值和负值。 
实际上，随着门100相对于开口O移动的位置和方向的变化，转矩C3可在一最大的正值C3max和一最小的负值C3min之间变化。Z1表示转矩C3在值C3min和C3max之间的变化范围。Z2表示转矩C3的正变化范围，Z3 表示该转矩的负变化范围。 
在没有制动器例如制动器8的情况下，电机5为驱动环4所必须施加的转矩C5是转矩C3的函数，例如通常由图6中的直线Δ表示，即，它是一个与转矩C3基本平衡的转矩。 
从图5A中可更清楚地看出，当负荷被制动时，即位于图6中的区域Z2时，可认为由电机施加的转矩C5将使得衬片82A朝图5A中的右侧移动。同时合成转矩C3将使负荷，即门100和包括环4等部件朝该图的左侧移动。 这使得力在斜坡82F和82G以及销89的位置进行传递，这会导致产生在图5A中方向向上的位移F2，该位移将抵抗弹力F87而使制动器8的衬片分离。在此情况下，当转矩C3的值增加时，转矩C8将减小。 
相反，在图5B中可清楚地看到，如果该负荷被驱动时，则转矩C3可以认为是指向该图右侧，并且没有力抵抗力F87的全部作用，结果制动器8完全制动该负荷，并施加一个最大的且基本恒定的力C8max，该力C8max抵抗尤其是环4的力在电机5的方向传递。为驱动门100，电机5必须施加的转矩C5必须克服该制动力，即C8max。 
在图5A的位置中，制动器8的打开转矩由图6中的直线段D8表示，并且其被添加到由区域Z2中的直线Δ表示的转矩上。由制动器生成的抵抗转矩C8作为C3的值的函数，从其额定值和最大值C8max朝一零值下降，该最大值C8max对应于负荷被平衡的情况，即补偿既不是正的也不是负的，该零值对应于使制动器8打开的转矩C3的值C3ouv。实际上，在此操作范围内，转矩C8基本上与转矩C3成反比。 
因此，在区域Z2内，为使环4移动，电机5必须施加的力C5可被认为是由粗的点划线表示的曲线L5表示，该L5是直线Δ和D8的和。 
在区域Z3内，如参照图5B所说明的，为了驱动环4，电机必须克服的转矩等于由于力F87而产生的额定转矩C8max。这就是为何在此范围内曲线L5是一水平的直线，电机将施加的转矩C5基本恒定并等于C8max。 
从上文可知，当给电机供电时，制动器8更多的是用作速度调节器，而不是真的作为制动器以便阻碍该负荷运动。 
在上文中可见，电机5的转矩C5的变化幅值A5包含在等于区域Z3 内的和区域Z2的一部分上的转矩C5的值C8max的基本恒定的值，和用于最大驱动负荷C3max的该转矩的最大值C5max之间。该幅值A5比不包含制动器的机构所必须考虑的相应的幅值A5’小得多。 
因此，本发明可大大降低电机5必须施加的转矩C5的变化幅值。该转矩总是正值，实际上，这排除了将该电机作为发电机，其使该电机存在恶化的危险。 
可以区分制动器的摩擦转矩C8max和制动器的打开转矩C3ouv，该摩擦转矩对应于当不存在负荷时制动器的滑移(slipping)，该打开转矩是当制动器的衬片分离时施加在该制动器上的转矩。制动器的摩擦转矩对应于在区域Z3内电机必须施加的转矩C5的值。 
选择制动器8的摩擦转矩C8max的值基本等于电机的额定转矩是有利的，这样可进一步减小该转矩的变化，从而可进一步减小门在移动过程中的速度的变化。 
本发明使得门的移动速度比在已知装置中更稳定，并且可避免抖动和跳动。该电机不再用作发电机，从而可降低电的危险。尤其是，如果该电机是一异步电机，则不存在电机失速的危险。 
如果该电机是一直流电机，则可使用更简单并且更便宜的电源，尤其是所谓“不可逆”电源和/或稳压电源。所谓“不可逆”电源比所谓“可逆”电源更可靠并且更经济，该“可逆”电源必须能够承受来自于该电机的反向电流。另外，稳压电源可使得电机的转速与所施加的转矩之间的关系保持固定，例如处于如图7中所示的反比关系。这种电源可减小制动器的摩擦转矩并优化电机的尺寸，同时在负补偿区域Z2上保持驱动转矩的变化很小。因此，使用比已知装置中的电机小且功率低的电机就可使门平稳地移动。另外，这样可使该设备可靠。 
从图7可更清楚地看出，直流电机的稳压电源可使门的移动速度的值V2和V1与转矩的值C1和C2之间保持一预定关系。实际上，成对对应的值V1、C1和V2、C2必须落在图7的一预定直线d1上。当转矩从值C1变到值C2时，速度将从值V1变到V2，而不会存在速度下降到值V3的危险，该值V3对应于相应的点落在图7中的一条不同直线d2上的情况，这种情况可能是非稳压电源的情况。这样，在稳压电源的情况下从V1到V2的速度变化小于在非稳定电源的情况下从V1到V3的速度变化。 
在如图8和9所示的本发明的第二种形式的实施例中，与第一实施例的元件相同的元件使用相同的参考标号。该机构1与前面的机构的不同之处在于，电机5安装在一固定在建筑物的砖墙上的托架6上，该电机被容 纳在一套管7内，该电机通过环4围绕轴线X-X’旋转驱动该套管。条带S1 和S2在一定程度上缠绕套管7，根据其围绕轴线X-X’的旋转位置，这些条带被固定在门100的上部板条102a上。一补偿弹簧127围绕电机5的壳体51安装在套管7内。弹簧127的第一端部127a围绕设置在壳体51上的一卡合件52，而其第二端部127b通过任何适当的装置，尤其是通过进入在该套管7内形成的孔71而固定在套管7上。这样，随着套管7的旋转以及门100的移动，弹簧127在该套管和与该套管刚性连接的环4上施加一转矩C1，该转矩抵抗由于门100的重力P而由条带S1和S2施加在同一套管上的转矩C2。C3表示转矩C1和C2的和。 
如前所述，一制动器8安装在电机5和减速齿轮9之间，该减速齿轮9致动环4，该制动器的功能与第一实施例中的制动器相同，并施加一个随着转矩C3的强度和方向而变化的制动力。 
制动器8可与第一实施例中的制动器的类型相同，也可以是不同类型。 
尤其是，如图8中的虚线所示，一传感器201可在环4的附近与机构1形成一体，以便确定转矩C3的方向并可得知门100是在被制动还是被驱动。然后，传感器201的电输出信号S201输入给制动器8，这样可电调节由该制动器8施加的制动力，在此情况下，该制动器为电磁式制动器是有利的。 
本发明是用一种升滑门100进行说明的，但是本发明可应用于任何类型的门，尤其是带有刚性构架的车库门，该刚性构架具有或不具有突出部。 
本发明是用从FR-A-2834391已知的类型的制动器进行说明的。但是，本发明可用例如那些从DE-C-909274、DE-C-834714、FR-A-2720806、IT-BO-92 U 000009或从EP-A-1 326000已知的制动器来实现。在本发明的框架内也可设计其它的制动器结构。尤其是，由制动器施加的制动力不一定是转矩。 
在本发明的框架内，上述不同形式的实施例的技术特性可组合在一起。 

Claims (12)

1.一种用于操纵至少部分垂直运动的门的机构，该机构包括：
一电机(5)；
一适于被该电机驱动并与该门(100)运动连接的部件(4)；以及
用于至少部分地补偿由该门的重力(P)施加在所述部件(4)上的转矩(C2)的装置(126，127)，
其特征在于，该机构包括一置于所述电机(5)和所述部件(4)之间的制动器(8)，该制动器(8)适于抵抗该电机而施加一制动力(C8)，该制动力随着该门(100)的重力(P)和补偿所述重力的力(F1，C1)的综合作用力(C3)的强度和方向而变化。
2.根据权利要求1的机构，其特征在于，当该门(100)的重力(P)和由该补偿装置(126，127)施加的力(F1，C1)的综合作用力(C3)将使所述部件(4)在与所述电机(5)相同的方向移动时，所述制动力(C8)为最大值(C8max)。
3.根据前述任何一项权利要求的机构，其特征在于，当所述综合作用力(C3)将使所述部件在与所述电机(5)相反的方向移动时，所述制动力(C8)随着该门(100)的重力(P)和由该补偿装置(126，127)施加的力(F1，C1)的综合作用力(C3)的增大而减小。
4.根据权利要求3的机构，其特征在于，当所述综合作用力(C3)将使所述部件在与所述电机(5)相反的方向移动时，所述制动力(C8)随着该门(100)的重力(P)和由该补偿装置(126，127)施加的力(F1，C1)的综合作用力(C3)的增大而线性减小。
5.根据权利要求2的机构，其特征在于，由该制动器(8)施加的制动转矩的最大值(C8max)等于该电机(5)的额定转矩。
6.根据权利要求1或2的机构，其特征在于，该电机(5)是直流电机，并具有一稳压电源。
7.根据权利要求1或2的机构，其特征在于，该制动器(8)是摩擦式制动器，其中至少一个活动衬片(82A，82B)随着该门(100)的重力(P)和由该补偿装置(126，127)施加的力(F1，C1)的综合作用力(C3)的值和/或方向而运动。
8.根据权利要求1或2的机构，其特征在于，该机构包括一用于检测该门的重力(P)和由该补偿装置(126，127)施加的力(F1，C1)的综合作用力(C3)的方向和/或值的传感器(201)，所述制动器被控制以便根据所述传感器的输出信号(S201)施加所述制动力(C8)。
9.用于在一如权利要求1-8中任一项所述的机构内调节由一电机(5)施加的转矩的方法，该机构用于操纵具有部分垂直运动的门(100)，其中该门的重力(P)至少部分地被补偿，其特征在于，该方法包括至少一个抵抗该电机而施加一制动力(C8)的步骤，该制动力随着该门(100)的重力(P)和补偿所述重力的力(F1，C1)的综合作用力(C3)的强度和方向而变化。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，当该门(100)的重力和补偿所述重力的力(F1，C1)的综合作用力(C3)将使所述部件(4)在与所述电机(5)相同的方向移动时，该制动力(C8)为最大值(C8max)。
11.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，当所述综合作用力(C3)将使所述部件在与所述电机(5)相反的方向移动时，所述制动力(C8)随着该门(100)的重力(P)和补偿所述重力的力(F1，C1)的综合作用力(C3)的增大而减小。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，当所述综合作用力(C3)将使所述部件在与所述电机(5)相反的方向移动时，所述制动力(C8)的值随着该门(100)的重力(P)和补偿所述重力的力(F1，C1)的综合作用力(C3)的增大而线性减小。
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