TW434981B - Actuator having electrostrictive braking element - Google Patents

Description

43498 1 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種具收縮功能，於電力停止後能將致 動器重置於預設位置之電動機械式致動器，尤指一種具電 限制動元件之致動器，其於電力供應該制動元件時能防止 致動器收縮至正常操作之預設位置，並容許致動器於電力 中斷時重置至預設位置。 具收縮功能之傳統式致動器主要使用於加熱、通風及 空調（Heating ， Ventilating and Air-conditioning ， HV AC )設施，以於火災等緊急狀況下驅動管道擋板或閥 門而控制空氣流動。藉由其收縮功能，一旦電力因操作員 特意關閉或故障而中斷，致動器皆能將擋板定位於預先設 定之位置。於該狀況下，致動器無需電力即能自動將擋板 移動至安全防護位置，以協助導引或封閉火焰及煙霧至預 先擬定之防火計畫中規劃之區域》 諸多傳統式致動器之收縮功能常由內含於致動器之彈 簧等機構達成。爲抵消保持擋板於正常操作位置之彈簧收 I ' 5 纹·尤部中决#工消於合作社印5;i (谇先閱讀背面之注項再填寫本頁j '縮力，需不斷供給電力予致動器內之同一馬達，以k初始 狀態下將擋板自該預設位置移開。如此馬達將擋板移開預 設位匱時需耗電，且當擋板觸抵一界定正常操作位置之機 械式端點止動裝置，而使馬達在呈停止狀態時仍持續耗損 電力。此種排列以馬達消耗相對大量電力爲其缺點，且於 多組同型致動器用於某些大規模之HVAC系統時尤爲明 顯。該類致動器使用年限間之總耗電量將甚巨而費用高 \ 昂。 或者，使用電磁裝置以保持擋板於正常操作位置。當 2 本紙张尺度诚用中國S家標净 ( (:NS ) Λ4規格（210X297公釐） A7 B7 經滴部中夬榡X,消於合作社印^. 五、發明説明（2 ) 提供能量，使一連接電磁裝置之鎖定機構與馬達嚙合且防 止其轉；動，以鎖定擋板於正常操作位置。當該裝置不需連 續供給馬達電力，其仍需不斷提供電磁裝置相似電量，是 以並無節省電力之優可言。 該排列之另一缺點爲，當電磁裝置通電時間過久而致 線心磁化，或因溫升致電磁裝置內，不同材料產生不均勻膨 脹，皆將使電磁裝置傾向於接靠或吸附於嚙合位置而不分 開。如此一來，譬如發生火災而致電力中斷時，該擋板可 能無法復歸至得以控制或封閉火災之原設定位置。 是故，本發明首要目的係提供一種改良式致動器，其 具有一實質上無需電力即能將擋板固定於正常操作位置之 制動裝置，該裝置除設計簡單外，其製造成本相較下亦屬 低廉。， 本發明另一目的爲提供一種在電力中斷下仍能復歸至 預設位置之改良式致動器。 本發明又一目的爲提供一種改良式致動器，其具有一 不易彼此吸附及高可靠度之制動裝置。 本發明其他目的及優點，於參閱下述詳細說明及所附 圖式後應極易理解，其中各圖式說明如下： 第一圖爲本發明一實施例之爆炸立體圖，說明一具制 動裝置之致動器。 第二圖爲第一圖所示之本發明一實施例之組合立體 圖。 .' 第三圖爲第二圖所示之本發明一實施例之上視圖。. 3 本紙張尺度珀用中國國家標率（（:NS ) Λ4規格（2丨0X297公嫠） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 434981 A7 B7 五、發明説明（3 ) 第四圖爲本發明之制動裝置一實施例上視圖’爲便於 明示，：部分元件已予略除。 第五圖爲本發明控制，制動裝置之電路之—實施例示意 圖。 第六圖爲本發明之制動裝置之另一實施例上視圖’爲 便於明示，部分元件亦予略除。 10 :擋板致動器 50 :立桿 12 :殼體 52 :底面 14 :連結器 54 :微開關 16 •結合孔 56 =接觸桿 18 :輸出弧形片 58 =制動裝置 19 、20 :止動桿 60 :壓電桿 22 、30、32Α、32Β、32C :齒輪 62 :懸臂式承座 24 :齒輪組 64 :制動墊塊 26 :驅動小齒輪 1 66 :對導線 28 •馬達 . 68 :飛輪 34 :傳動小齒輪 70 :缺口 36 :延伸軸 72 =箭頭 38 、48 :收縮彈簧 74 :電路 40 :承板 76 :整流二極體 42 :扭矩樞接板 78 :電源 44 :垂直軸 79 '、80 :放電二極體 46 =頂面 82 :電阻器 本發明係指一種具非電子式收縮功能，能於電力中斷 _______ 4 本纸張尺度洎中闽國家標H* ( (’NS ) &見袼（210/297公釐） -----------^------,1T------^ * - 一 * ' (#先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) B7 經淤部屮夾^Η,Λν3;-τ·ίβ於合竹社印欠 五、發明说明（4 ) 下復歸至預設位置之致動器。本發明固然可應用於以電動 致動器操作擋板及閥門之多'種用途，尤甚適用於火災及/ 或煙霧聚積時開閉HVAC系統風管內之擋板，以控制氣體 I ' 麵 於建築物內依安全程序指示之型態流動。用於該應用中的 擋板及致動器之配置方式.，能使致動器於電力中斷下無需 電力即能自動移動檔板至預設位置。 廣義言之，本發明係指一種具電動機械式致動器之改 良式致動器，於電力正常時能將致動器連接之外部裝置保 持於操作位置，而於動力中斷時使外部裝置回復至預設位 置。本致動器包括一殻體及安裝於其上可轉動之輸出連結 器，該輸出連結器連結外部裝置並使該外部裝置在操作位 置及預設位置之間位移。一驅動裝置裝設在殼體中，當施 加能量於該驅動裝置時，可提供一扭矩予該輸出連結器， 使外部裝置移動於預設位置及操作位置間。本發明另設有 一扭傳動器，以傳送及改變自驅動裝置至輸出連結器之扭 矩。該扭傳動器係配合銜接且位於該驅動裝置及該輸出連1 結器間。與扭矩傳動器連接之際，一收縮裝置將經傳動器 施予一收縮力，使外部裝置於致動器失去動力後仍回復至 預設位置。本發明之一重要特徵爲施予驅動裝置一制動力 之壓電式制動裝置。當制動裝置作用時，該制動力將超過 收縮裝置施加之收縮力，但在制動裝置停止作用後制動力 隨即消失。 \ .本發明之一新穎特徵爲無火災或煙霧聚積狀況發生 時’爲防止擋板自預設正常操作位置被移開所需之動力， I n - I I 1 T—裝 I 1 I 訂 •鍊 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4、紙張尺度边用中ϋ®家標苹（rNS ) Λ4規栝（210Χ297公釐） 4 3 4 9 8 ) Α7 Β7 五、發明説明（5 ) 係自一馬達或電磁裝置轉換爲壓電式制動裝置。該壓電式 制動裝置係於一明顯之低電力條件下操作，並藉此有效降 低保持外部裝置於正常操作位置所需之電力。此外，壓電 I · 式制動裝置因無可互相吸附不離之移動元件，故亦較傳統 電磁裝置可靠。 , 參閱所附圖式，尤其於第一圖顯示一擋板致動器（標 號爲10)之爆炸立體圖。該致動器10包含一殼體12，其 經由一結合孔16容納可轉動之輸出連結器14。連結器14 於操作中與一擋板（未示出）結合，當連結器轉動時可使 擋板於預設位置與預定之操作位置間移動。附著於連結器 14者爲一輸出弧形片18 ，而使連結器於旋轉範圍內轉 動，其旋轉範圍邊界則由一對止動桿19及20界定。輸出 ,弧形片18之外弧形表面上附有與齒輪22相嚙合之齒牙， 然於圖式中未示出。 圖號24爲一齒輪組之總稱，其包括與輸出弧形片18 嚙合之齒輪22 ;及於操作中與驅動馬達28之驅動小齒輪 ,26嚙合之齒輪30 (最好參閱第二及第三圖）。其他齒輪 32A、32B及32C設於齒輪22及30間，於操作中嚙合並 構成完整之齒輪組24。齒輪組24中任一齒輪均另有一傳 動小齒輪34 (部分小齒輪未示出）。 齒輪組24以其齒輪22、3 2A、3 2B、32C及30之輪 軸於馬達28至連結器14間槪呈鋸齒狀排、列（最好參閱第 三圖）。如此，當馬達28通電而轉動齒輪30之際，馬達 產生之扭矩將經齒輪32C、32B、32A及22傳送至輸出 6 本紙张尺度边國囤家標率（CNS ) Λ4現格（210X297公釐^ "'^_ —iT-' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 43498 A7 B7 五、發明説明（6 ) 弧形片18。須予注意者爲，固然上述較佳例中齒輪組24 係由5只齒輪及其各別小齒輪34互相結合而成，一般熟 悉本技術者亦皆知齒輪組24可包括多或少於5只齒輪， 且以其他不同形式配置，以傳送或改變自馬達28至輸出 弧形片1 8之扭矩。 一延伸軸36自齒輪32A突出並與齒輪32A之軸同 心，以連接一收縮彈簧48之端點（未示出），收縮彈簧 38之另端則連接殼體12 (接點未示出）。當擋板藉輸出 連結器14移離預設位置，收縮彈簧38係處於受扭矩狀 態，而對輸出連結器14施力使擋板回返至預設位置。於 此較佳實施例中，收縮彈簧38係爲鐘錶用彈簧，然可預 見他類彈簧亦堪適用。 經济部中央樣"^只-7消介合竹私印^ ，收縮彈簧38裝設於殼體12內，由一承板40固定於原 位而使軸36連接至彈簧38。扭矩樞接板42位於承板40 正上方而樞接於驅動馬達28之軸。於此較佳實施例中， 樞接板42頂面46固設有、只垂直軸44，分別舍應於齒輪 30、32B及32C之輪軸而使該等齒輪於其上旋轉（最好參 閱第二圖彈簧48有一端勾接於樞接板42，另端則連 接一固設於承板40之立桿50。樞接板42之底面52設有 一微開關54，當其與自承板40突起之一固定垂直接觸桿 56接觸或脫離時進行切換。 / 在操作中，當擋板抵達其正常操作位，置，輸出弧形片 18將與界定其轉動範圍之止動桿19或20之一接觸。輸出 弧形片18於該點上雖被阻止進一步轉動，然馬達28仍繼 7 本紙张尺度珀州中囡®家摞卑（（、NS )Λ4規栝（210Χ 297公嫠） 43498 彳 A7 一 B7 五、發明説明（7 ) = (讀先閱#背面之注意事項具填寫本頁) 續以行星齒輪運動方式迴轉，因而使樞接板42抵抗彈簧 48之彈力而樞轉於馬達之驅動小齒輪26，且藉此離開接 觸桿56，致使微開關54脫離接觸桿56而進行切換，因此

I 切斷驅動馬達26電源並同時啓動制動裝置58。 參閱第四圖，制動裝置58包括一壓電桿60，在此較 佳實施例中爲多層壓電式陶瓷桿結構。該桿60之一端固 設於殼體12 —側之懸臂式承座62，另端則有一制動墊塊 64附著其上。另有一對導線66連接至在承座62上的桿 66。制動墊塊64鄰接於週緣具數處缺口 70之飛輪68。 缺口 70之形狀尺寸，係取決於飛輪68依箭頭72所示方向 旋轉時，制動墊塊64能配合卡鎖於缺口內而不致滑脫， 而於電力暫時中斷，馬達28重新結合並與箭頭72呈反向 旋轉時，制動墊塊64不致卡入缺口。驅動馬達28係與飛 輪68接合（最好參閱第一圖）並驅動飛輪。該馬達28本 身係安裝於殼體12中，於此較佳實施例中爲一陰極交流 馬達，然可預見如直流電刷k馬達、交流同步馬達^無電 刷直流馬達等亦可適用。 當電壓因前述微開關54之切換而藉導線66輸入致該 桿60，該桿60將彎向飛輪68而使制動墊塊64卡鎖於缺 口 70，飛輪68如箭頭72所示方向之旋轉將因此停止。飛 輪68之所以傾向朝移動擋板至預設位置之方向旋轉，係 因經齒輪組24傳遞之收縮彈簧38機械力及斷電後之驅動 馬達26所致。 一旦桿60卡鎖於飛輪68，致動器10將保持懸浮狀 8 本紙氏尺度这州中國國家標泠（rNS ) Λ4規格（2l〇X297公釐） 4 3 4 9 8 Α7 Β7 經：¾:—部中次標準局長工消贽合作社印5? 五、發明説明（8 ) 態，直至施予桿60之電壓因火災或煙塵聚積之訊號產生 而中斷。如此將造成桿60自飛輪68之卡鎖狀態脫離，而 回返電壓施加前離開飛輪之狀態。而於同時，收縮彈簧38 , I 1 將令輸出連結器帶動14擋板至預設位置。 參閱第五圖，其係爲控制,壓電桿60之電路之（標號爲 74)實施例示意圖。一整流二極體76連接於開關54下游 側，用以將源自輸入電源78之交流電壓轉換爲供應壓電 桿60之直流電壓。另包含一對放電二極體79、80並連接 至該桿60當二極體76輸出之直流電壓除去時可使桿60行 放電作用。 開關54爲雙極雙向型開關，以接通直流輸入電源78 至馬達28及經電阻器82使放電二極體79 ' 80接地，俾 將擋板置於正常操作位置，如第五圖A處所示。當開關 54設於該位置，壓電桿60之輸入直流電壓的供應中斷， 桿上之任何電荷將經二極體79、80釋放至地表》—旦擋 I 板抵達操作位置，開關54將連-輸入電壓源78至整流二 極體76，並切斷放電二極體79、80之接地電路，如第五 圖位置B所示。當電路74依此配置，桿60將致動而彎向 飛輪68以卡鎖於缺口 70 (最好參閱第四圖）。當開關54 位於位置B處時，因其已於電路74中有效去除，桿60將 無法經二極體79、80進行放電。 參閱第六圖，其顯示本發明另一實轉例不具缺口 70 飛輪68 (第四圖中同一元件符號亦使用於第五圖，以便 於描述其特徵）。與第四圖實施例類似，第五圖中之壓電 9 本紙張尺度適用中國國家標跨-((:NS ) Μ規格（210X297公釐） d 裝 ^ _ 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4349 8 A7 B7 五、發明説明（9) 經淖部屮次兑^消贽合作社印^· 式制動裝置58依施於桿60之電壓而彎向或離開飛輪68。 爲阻止擋板於無該需要時回返預設位置，當制動墊塊64 接觸飛輪之際，本實施例制動裝置58將施予飛輪68 —實 I 質爲摩擦力之負荷。一般熟悉本技術者皆應知其他方法亦 可應用於停止飛輪68之旋轉，諸如止擋塊或其他附於飛 輪週緣之突出物。， 無論採用之制動裝置58屬何種型式，惟須注意者 爲，使用上述新穎之壓電式制動裝置58取代驅動馬達28 或電磁裝置（未示出），以停止飛輪68之旋轉而保持擋 板於預定位置，其電力之實質節省應顯而易見。例如，驅 動馬達28或電磁裝置將擋板自預設位置移開約需5至 10W電力。反之，制動裝置58保持擋板於正常操作位置 所需電力僅爲〇.640mW，特別於數以百計之制動器使用 於單一 HVAC系統時其減少量尤其可觀。. 業經前述說明，關諸本創作之一種用於控制空氣管道 中擋板之致動器，其便利可靠之操作特性應屬易見。而使 用壓電桿以抵消收縮彈簧彈力可明顯節省電力，且因無電 磁裝置移動元件可能吸附之虞，故亦具操作簡便可靠之特 性。 固然本發明之多種實施例已於上文載明並經詳述，惟 其他相關之修飾、替換及變更技術，就一般熟悉本技術者 言亦屬顯而易見。是故，諸凡此類修飾、潜換及變更等創 作，皆係於不悖離本發明及附屬之申請專利範圍揭示之精 神及範疇內所完成。 ______10 本紙张尺度適凡中®國家標苹(CNS ) Λ4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝-

，1T 4 3 4 9 8 1 A7 B7 五、發明説明（10 ) 本發明之諸項特徵係如下附之申請專利範圍所示。 1* «1 本紙張尺度边用中國S家標枣（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 ¾

Claims (1)

1. 434981 AS BB CS D8 六、申請專利範圍 1. 一種電機械式致動器，在電力提供於該致動器時，維 持連接於該致動器之一外部裝置於操作位置，而於電力移 除後令該裝置回復至預設位置，該致動器包括： 一殼體； 一輸出連結器，其係可轉動地裝設於殼體上，並與該外部 裝置連接而使其於操作位置與預設位置間移動； 驅動裝置，安裝於該殼體中而提供該輸出連結器一扭矩， 俾使在提供電力於該驅動裝置時該外部裝置於預設位置及 操作位置間移動； 扭矩傳動器，用以傳遞並改變自該驅動裝置至該輸出連結 器之扭矩，該扭矩傳動器係位於該驅動裝置與該輸出連結 器間並與其配合銜接； ,收縮裝置，其於操作中連接該扭矩傳動器，並藉由該傳動 , 器施予該外部裝置一收縮力，使該外部裝置在該致動器之 電力中斷下回復至預設位置；以及 1 一壓電式制動裝置，其施予該驅動裝置一制1動力，以抵抗 當該致動裝置啓動時該收縮裝置所產生之收縮力，以保持 輸出連結器於操作位置，並於該制動裝置停止作用時釋放 該制動力。 Μ濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2. 如申請專利範圍第1項之所述致動器|其中該驅動裝 置爲一電動馬達，並有一可轉動之飛輪附著其上= 3. 如申請專利範圍第2項之所述致動器，其中該制動力 係作用於該飛輪。 4. 如申請專利範圍第3項之所述致動器，其中該飛輪週 12 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS〉Λ4規格（2ίΟΧ 297公釐） 43498 AS BS C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 緣具一構造物，且該制動裝置係作成得以鎖固於該構造物 之形狀。 5. 如申請專利範圍第4項之所述致動器，其中該構造物 爲飛輪邊緣之缺口。 6. 如申請專利範圍第1項之所述致動器，其中該扭矩傳 動器爲一齒輪組，以增加自該驅動裝置施於該輸出連結器 之扭矩》 7. 如申請專利範圍第1項之所述致動器，其更包括切換 裝置，以切斷該驅動裝置電力，並於切換裝置通電時啓動 該制動裝置。 8. 如申請專利範圍第7項之所述致動器，其中切換裝置 爲一微開關。 9. 如申請專利範圍第1項之所述致動器，其更包括樞設 於該驅動裝置之一扭矩板，以於該輸出連結器抵達操作位. f時供應切換裝置動力。 ; 10. 如申請專利範圍第1項之所述致動器，其中該i縮裝 置爲一鐘錶用彈簧。 11. 如申請專利範圍第1項之致動器，其中該制動裝置包 '括一固定桿及一桿狀構件，該構件具一第一端固設於該固 經濟部中决榇_局員工消費合作牡印製 定桿，及一第二端於該制動裝置啓動時可施予該驅動裝置 制動力β 12. 如申範圍第Π項之所述致動器，其中該桿狀 構件包個壓電式陶瓷片。 13. ¢1¾^專利範圍第11項之所述致動器，其中該制動 13 本紙诙尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公鏠） S 8 8 8 ABCD 434981 夂'申請專利範圍 裝置藉一控制電路啓動，該控制電路施予桿狀構件電壓， 以彎曲該第二端朝向驅動裝置之一端。 14. 如申請專利範圍第13項之所述致動器，其中該驅動 裝置包括一附著其上且可旋轉之飛輪，而該第二端有一墊 塊附於其上，當該制動裝置啓動時該墊塊將與飛輪產生一 摩擦接觸。 15. 如申請專利範圍第13項之所述致動器，其中該驅動 裝置包括一附著其上且可旋轉之飛輪，該飛輪具數缺口， 當該制動裝置啓動時該第二端端將卡鎖於該缺口內。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2I0X297公釐）