專利名稱：用于水供暖/冷卻和衛(wèi)生系統(tǒng)的閥致動器的制作方法
發(fā)明的背景本發(fā)明涉及一種改進的用于水加熱/冷卻和衛(wèi)生系統(tǒng)的致動器。
在供暖和衛(wèi)生系統(tǒng)領(lǐng)域，所謂的“電熱”閘門包括一個實際上可以熱膨脹的元件，例如一個蠟制的容器，當(dāng)它在加熱條件下從固體轉(zhuǎn)變成融化狀態(tài)時，發(fā)生膨脹從而使得閥，閥箱或類似的閘門從關(guān)閉的位置被驅(qū)動到開啟的位置，反之亦然。
所述的現(xiàn)有的電熱致動器相應(yīng)于它們的膨脹材料容器的小尺寸從而也具有小尺寸。因此，它們既可以被組裝到單個的部件上，例如閥，也可以被組裝到包括多個通常間距小于50mm的閘門的閥箱上。
但是，當(dāng)所述的現(xiàn)有的致動器在其開啟/關(guān)閉操作可靠地動作時，它們受到幾個缺陷和不利方面的影響。首先，它們的閘門只能夠驅(qū)動到開啟/關(guān)閉位置，因此就不能連續(xù)地調(diào)節(jié)通過與閘門連接的管路中的流量。例如在水供暖/冷卻系統(tǒng)中，這就導(dǎo)致工作效率低以及接下來的耗電量大和供暖成本增加。
實際上，單一的操作的開啟/關(guān)閉模式不能提供理想的調(diào)節(jié)，例如對水供暖/冷卻系統(tǒng)的調(diào)節(jié)以提供給所述的系統(tǒng)所要求的操作靈活性可以通過已有的現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)來實現(xiàn)，例如模糊邏輯、自調(diào)節(jié)等等技術(shù)。
此外，蠟制材料融化阻抗元件的加熱，需要一個較大的耗電量例如，包括15個致動器的閥箱需要較高的耗電量和相關(guān)的成本，包括管線的線路具有較大的橫截面。
現(xiàn)有的電熱致動器還有一個缺點是它們有較長的啟動時間，因此，加熱和融化蠟制材料所耗費的電能大。特別是，在一段長時間的關(guān)閉之后，如在供暖/冷卻季節(jié)開始時，所述的啟動時間會達到8-10分鐘，而且在供暖/冷卻系統(tǒng)的工作中，啟動時間會達到4-5分鐘，根據(jù)環(huán)境條件啟動時間有較大的變化。由于現(xiàn)有的電熱致動器的耗電量約為5W，而且對于多個致動器，如15和更多的閥箱結(jié)構(gòu)，耗電量成比例地增長，所述的現(xiàn)有電熱致動器不能是電池供電。而且所述的現(xiàn)有致動器必須克服疊加的閘門彈性力，例如15Kg。因此防止了所述的現(xiàn)有電熱致動器被新設(shè)計的低成本的適合于替換所述的現(xiàn)有電熱致動器的具有大量成套系列產(chǎn)品的致動器所代替。
對于大尺寸的管道閥，即對于較大流量的管道，眾所周知有所謂的“電”致動器，其包括一個電動機，如同步電機或步進電機，但是電動機具有大尺寸和大的耗電量，有時在它們的電動機和閘門之間設(shè)計有電機減速單元。另一方面，現(xiàn)有的電致動器的總尺寸相對較大，因此，他們不能被適當(dāng)?shù)乇恍⌒突杂行У卮嫠龅默F(xiàn)有的電熱致動器。
而且，電致動器包括許多部件并具有相當(dāng)高的成本，因此，它們不能被在包括間隔安置的閘門的水供暖/冷卻和衛(wèi)生系統(tǒng)閥箱中使用，這就增加了尺寸，此外對所提到的元件的安裝有不利的影響。
用其他類型的允許連續(xù)地調(diào)節(jié)控制流量的驅(qū)動閘門的致動器替換現(xiàn)有的電熱致動器并且提供了較短的啟動時間的需要，在此領(lǐng)域20年來已經(jīng)為人所共知，目前還沒有適合于滿足上述的要求的其它致動器。
在上述的目標范圍內(nèi)，本發(fā)明的一個主要目的是提供這樣一個操作非常可靠、壽命長的致動器結(jié)構(gòu)，而制造成本基本上與現(xiàn)有的電熱致動器相同。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，上述的目標和目的以及其它的目的將會在下文中更加清晰，通過用于水供暖/冷卻和衛(wèi)生系統(tǒng)的改進的致動器實現(xiàn)。
進一步的改進和最佳實施例在獨立權(quán)利要求中定義。
本發(fā)明的改進的致動器具有許多優(yōu)點。直流電機的使用提供了最優(yōu)的尺寸/轉(zhuǎn)矩的比率，與時間相關(guān)的操作，完全獨立于環(huán)境條件。此外，由于本發(fā)明提供的直流低壓電動機被最小化，當(dāng)前在電動機車輛工廠中以很大的成套規(guī)模使用，它們的制造成本非常低。有利的是直流電機的高每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)在此被減速單元大大地降低，減速單元可以很方便地用塑料材料制成，無噪音，提供的減速比大于1000，直徑小于15mm，即基本等于適當(dāng)?shù)男⌒突绷麟姍C的直徑，因此具有所需要的必要的小尺寸用于在閘門間距小于50mm的傳統(tǒng)的閥箱上組裝。還有一個優(yōu)點是通過蝸桿將行星減速單元的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為軸向往復(fù)運動，因此，在一方面，增加了減速比，另一方面，使所述的致動器具有可靠的驅(qū)動閘門需要的高驅(qū)動力，如大于15Kg。上述的小型直流電機的進一步的優(yōu)點是耗電量非常低，受上述的界限的影響，比現(xiàn)有的電熱致動器約小8倍，除了在耗電量方面的優(yōu)點外，低消耗的特點使由小型直流電機驅(qū)動的致動器非常適合于電池供電的設(shè)計。
本發(fā)明的改進的致動器的另一個優(yōu)點是通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閘門的位移，可能通過使用已知的數(shù)字計時方法根據(jù)用戶的需求，供暖/冷卻系統(tǒng)在整個工作日中效率很高。
所需要的位移或行程變化在很短的時間內(nèi)以可靠的方式實現(xiàn)，而不是現(xiàn)有的電熱致動器的4-5分鐘的開啟/關(guān)閉時間，其操作完全不受偶然條件的影響。此外，耗電量還受到電機的啟動時間可以通過結(jié)構(gòu)簡單的電路板可靠地控制的事實所限制。還有一個優(yōu)點是本發(fā)明使用一個機械離合器防止電動機死鎖在它們行程位置的端部，與控制電子裝置的可靠的計時一起，使致動器具有長的工作壽命，即大于10年。還有一個優(yōu)點是所提供的行星減速單元可以按自動的方式組裝，因此降低了裝配的時間，因此總制造成本降低。還有另一個優(yōu)點是提供了多個適配器，可以允許把各個致動器裝配到已有的不同類型的閥箱上。
最佳實施例的說明在附圖中相同的部件用相同的標號表示。
首先參見附

圖1，根據(jù)本發(fā)明改進的致動器一般用1表示。致動器被一框架結(jié)構(gòu)罩上，在下文中對其做更詳細的描述，致動器包括一個電動機2，在本發(fā)明中，是一個功率小于1瓦的小型電動機，例如一種用于汽車領(lǐng)域的操作后視鏡的類型。電動機2的輸出軸3與用4表示的機械離合器聯(lián)接，機械離合器通常包括彈性材料的圓形部件，例如彈簧鋼。
根據(jù)本發(fā)明，標號6表示第一減速單元，包括一種具有高減速比，例如大于1000的行星減速元件。這可以通過一種包括三個行星齒輪的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，其繞2個具有不同的齒數(shù)如有一齒之差的環(huán)形齒輪旋轉(zhuǎn)。
首先，機械離合器元件1和第一減速單元在被套在對應(yīng)的環(huán)形部件7中，然后套在位于底面11上的一中間支座9的套管8中。在底面11上還形成一個外箱12，包括一個第二減速單元14的套管小齒輪13，還包括一個蝸桿16，其可以與具有小齒輪齒18的小齒輪元件13的內(nèi)螺紋17嚙合。在裝配條件下，齒輪19與小齒輪環(huán)18和第一減速單元6的輸出小齒輪21嚙合。標號22表示蝸桿元件16的活動端，該端部同位于閥或閥箱配件(未顯示)中與閘門裝置(未顯示)配合操作的元件24的桿23嚙合。
標號26表示一支撐座，中間支座9可以通過垂直設(shè)置的嚙合型的鉤齒27固定在其上。如圖1所示，中間支座9和支撐座26由多個凹槽構(gòu)成，凹槽罩著第一和第二減速單元6和14的部件；環(huán)形部件7罩著離合器元件4和電機2，閥箱被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在機架或機箱元件29中，包括設(shè)有四個端部齒形部件32用于和相應(yīng)的在支撐座26中形成的凹槽(未顯示)嚙合。
此外，在圖1的實施例中，環(huán)狀適配器33同樣與支撐座26嚙合，所述的環(huán)狀適配器33具有兩個徑向相反的鉤部34用于使元件24的徑向相反的凸耳36與所驅(qū)動的閘門機構(gòu)連接。
通過給相關(guān)的適配器提供給定的標號，根據(jù)本發(fā)明可能將改進的致動器給例如不同制造商的閥箱以相同的標號。
最后，標號37表示一個支持元件和電路的電路板，用于可編程地控制電動機或致動器。由于此控制電路是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地設(shè)計出來的，在下文中對其不做進一步的詳細說明。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，相關(guān)的編程或設(shè)置部件在外罩38上的組裝用于控制單個閥門或者被設(shè)計成距閥箱等等一定的距離，也是容易設(shè)計實現(xiàn)的。
因此，上述的支架，基本上包括機箱元件29，中間支座9，支撐座26和外罩38。
標號39表示蝸桿16的頂端部件，從外箱12凸出，適用于作為在顯示元件或標示的位置工作，可以顯示閘門的位置，例如其關(guān)閉、打開或中間位置。這可以通過例如適當(dāng)?shù)卦诙瞬?9標上顏色來實現(xiàn)；或者蓋可以至少被部分地或在其一定區(qū)域被取下。
此外，根據(jù)本發(fā)明其優(yōu)點在于所述的頂端39或蝸桿元件16的其它部分可以還作為驅(qū)動部件工作用于驅(qū)動一個限定開關(guān)(未顯示)。
電源可以是普通的電池或者是直流電源供電，電池被罩在外罩38內(nèi)或者被支撐在間隔位置，這已經(jīng)是公知的為供電驅(qū)動電路板和電子元件。當(dāng)電動機2被供電時，它通過機械離合器4旋轉(zhuǎn)驅(qū)動第一減速單元6，所述第一減速單元6的輸出小齒輪21，然后接著旋轉(zhuǎn)驅(qū)動第二減速單元14，并且根據(jù)電動機2的旋轉(zhuǎn)方向，蝸桿16可以在軸向被上下驅(qū)動。蝸桿元件16的上/下運動同樣通過其全打開和關(guān)閉行程的后續(xù)位移引起相應(yīng)的閘門(未顯示)的上/下運動，反之亦然。
在工作中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的例如在汽車后視鏡中使用的小型直流電機消耗的功率小于0.6W，即比前述的電熱致動器消耗功率小8倍。根據(jù)本發(fā)明，這些小電動機和兩個減速單元，其中第一個是行星類型，特點在于包括三個繞兩個相互齒數(shù)差為1的齒輪旋轉(zhuǎn)的行星齒輪，兩個減速單元可以產(chǎn)生高減速比，大于1000，直徑小于15mm。此外，通過作為運動變換器工作的第二減速單元，即通過螺紋嚙合將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)檩S向運動，根據(jù)本發(fā)明的改進的致動器使得容易克服大于15Kg的閘門彈簧應(yīng)力。
在此，顯而易見，閘門的往復(fù)時間即調(diào)整時間是非常短的，完全不受環(huán)境條件和慣性延遲的影響，而在現(xiàn)有的電熱致動器中，該時間達到幾分鐘。這節(jié)約了很大的能源。
此外，根據(jù)本發(fā)明改進的致動器的優(yōu)點在于可以被幾個當(dāng)前設(shè)計的調(diào)節(jié)系統(tǒng)所驅(qū)動，例如PI調(diào)整設(shè)備(即比例一整體調(diào)節(jié)裝置)，時間模塊調(diào)節(jié)裝置，基于自適應(yīng)的模糊邏輯調(diào)節(jié)器。此外，由于供暖/冷卻系統(tǒng)的流量可以方便地調(diào)節(jié)，在功耗和環(huán)境方面即根據(jù)在整個工作日的多個要求，大大地提高所述系統(tǒng)的功效是可能的。
此外，優(yōu)點在于設(shè)置的機械離合器防止電動機被鎖定在行程的端部或極限位置，其大大降低了施加在電動機上的應(yīng)力，因此大于10年的很長的工作壽命是可以容易地實現(xiàn)的。
此外，由于所公開的結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)置的用合成材料制成的減速單元，可以實現(xiàn)無噪音操作和低成本，結(jié)合支撐架的部件和外罩的合成材料結(jié)構(gòu)和市場上有的小型直流電機的低成本。在一方面，制造成本基本上與現(xiàn)有的電熱致動器一樣，而在另一方面，一個非常小尺寸的致動器可以方便地安裝在閘門間隔小于50mm的閥箱上。
根據(jù)上述公開的結(jié)構(gòu)和操作，顯而易見，根據(jù)本發(fā)明的改進的致動器可以有效地實現(xiàn)上述的目標、目的和優(yōu)點。
在實施本發(fā)明中，那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，方便地實現(xiàn)修改和變化，例如關(guān)于減速單元的設(shè)置等等并可以自由地選擇致動器元件的材料和特別設(shè)計的控制電路板或程序設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種用于水供暖/冷卻和衛(wèi)生系統(tǒng)的改進的致動器，包括一個驅(qū)動電機和一個在彈簧預(yù)載的閘門上工作的相關(guān)的減速單元，用于驅(qū)動一個部件，諸如閥、閥箱等等，其特征在于所述的致動器在一支撐架中，包括a)一個電動機，包括一個小型直流電機；b)第一減速單元，包括一行星減速單元，提供高減速比；c)第二減速單元，設(shè)置在第一減速單元和與閘門可操作地連接的元件之間，所述的第二減速單元，包括一個蝸桿用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向往復(fù)運動；d)機械離合器元件，設(shè)置在所述的直流電機的輸出端和所述的第一行星減速單元的輸入端之間；e)一個控制電路板，用于根據(jù)可預(yù)先設(shè)置的供暖/冷卻程序來控制和驅(qū)動所述的直流電機；f)機械連接裝置，用于連接到所述的閥、閥箱等等，包括被驅(qū)動的閘門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的致動器，其特征在于所述的小型直流電機包括一個小直流電機，其功耗小于1W，最好是小于0.6W外直徑等于或小于15mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的致動器，其特征在于第一行星減速單元提供的減速比大于1000，所述的第一行星減速單元包括繞兩個行星齒輪環(huán)旋轉(zhuǎn)的三個行星齒輪，所述的齒輪環(huán)具有不同的齒數(shù)，最好是所述的其中的一個齒輪環(huán)的齒數(shù)比另一個齒輪環(huán)的齒數(shù)小1個，以提供不同的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的致動器，其特征在于所述的第二減數(shù)單元包括一個驅(qū)動齒輪和一個第二齒輪或一個有內(nèi)螺紋的套管以便將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向往復(fù)運動，其中所述的蝸桿元件的端部可以有效地與閘門驅(qū)動元件的桿等配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進的致動器，其特征在于所述的蝸桿在其頂部還有一個端部從一個外罩支架上凸設(shè)，作為視覺元件工作用于可視地表示所述的閘門的位置，和/或作為限定開關(guān)驅(qū)動元件使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的致動器，其特征在于所述的閘門包括一個支撐架包括一個中間支架，用所述的機械離合器支撐所述的第一減速單元和所述的第二減速單元；一支座，可以所述的中間支架連接，和一個帶有腿的機架，其可以插入到所述的支座中用于保護所述的直流電動機。
7.根據(jù)前述的一個或多個權(quán)利要求所述的改進的致動器，其特征在于包括一個罩蓋，其可以最好是以可以拆卸的方式，例如通過一個搭鎖型的嚙合裝置連接到致動器支撐架。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改進的致動器，其特征在于所述的罩蓋至少在其某區(qū)域用光滑的材料制成以檢測信號元件的位置，以指示所述的閘門的瞬時的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的致動器，其特征在于所述的用于連接到所述的閥、閥箱等等的機械連接裝置，包括多個差分排列的適配器，每個適配器可以被連接到所需要的制造商的閥、閥箱等等上。
全文摘要
一種用于水供暖/冷卻和衛(wèi)生系統(tǒng)的改進的致動器(1),包括一個具有一個機械離合器元件(4)的小型直流電動機,第一電機減速單元(6)包括一個具有高齒輪比的行星減速單元,一個第二減速單元(14)用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)軸向運動,和一支撐架(29、7、9、26)用于支撐所述的元件,一個電路板(37)用于控制和驅(qū)動所述的電機(2)。多個連接適配器(33)允許改進的致動器(1)被連接到不同制造商的閥箱上。
文檔編號F16K31/04GK1380951SQ01801357
公開日2002年11月20日 申請日期2001年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月6日
發(fā)明者盧卡·賈科米尼 申請人:賈科米尼公司