專利名稱：用于水供暖/冷卻和衛(wèi)生系統(tǒng)的閥致動(dòng)器的制作方法
發(fā)明的背景本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的用于水加熱/冷卻和衛(wèi)生系統(tǒng)的致動(dòng)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(gè)實(shí)際上可以熱膨脹的元件，例如一個(gè)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(shí)，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(dòng)到開(kāi)啟的位置，反之亦然。
所述的現(xiàn)有的電熱致動(dòng)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(gè)的部件上，例如閥，也可以被組裝到包括多個(gè)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(dòng)器在其開(kāi)啟/關(guān)閉操作可靠地動(dòng)作時(shí)，它們受到幾個(gè)缺陷和不利方面的影響。首先，它們的閘門只能夠驅(qū)動(dòng)到開(kāi)啟/關(guān)閉位置，因此就不能連續(xù)地調(diào)節(jié)通過(guò)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(lái)的耗電量大和供暖成本增加。
實(shí)際上，單一的操作的開(kāi)啟/關(guān)閉模式不能提供理想的調(diào)節(jié)，例如對(duì)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(guò)已有的現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)來(lái)實(shí)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(gè)較大的耗電量例如，包括15個(gè)致動(dòng)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(dòng)器還有一個(gè)缺點(diǎn)是它們有較長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間，因此，加熱和融化蠟制材料所耗費(fèi)的電能大。特別是，在一段長(zhǎng)時(shí)間的關(guān)閉之后，如在供暖/冷卻季節(jié)開(kāi)始時(shí)，所述的啟動(dòng)時(shí)間會(huì)達(dá)到8-10分鐘，而且在供暖/冷卻系統(tǒng)的工作中，啟動(dòng)時(shí)間會(huì)達(dá)到4-5分鐘，根據(jù)環(huán)境條件啟動(dòng)時(shí)間有較大的變化。由于現(xiàn)有的電熱致動(dòng)器的耗電量約為5W，而且對(duì)于多個(gè)致動(dòng)器，如15和更多的閥箱結(jié)構(gòu)，耗電量成比例地增長(zhǎng)，所述的現(xiàn)有電熱致動(dòng)器不能是電池供電。而且所述的現(xiàn)有致動(dòng)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(dòng)器被新設(shè)計(jì)的低成本的適合于替換所述的現(xiàn)有電熱致動(dòng)器的具有大量成套系列產(chǎn)品的致動(dòng)器所代替。
對(duì)于大尺寸的管道閥，即對(duì)于較大流量的管道，眾所周知有所謂的“電”致動(dòng)器，其包括一個(gè)電動(dòng)機(jī)，如同步電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，但是電動(dòng)機(jī)具有大尺寸和大的耗電量，有時(shí)在它們的電動(dòng)機(jī)和閘門之間設(shè)計(jì)有電機(jī)減速單元。另一方面，現(xiàn)有的電致動(dòng)器的總尺寸相對(duì)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(dòng)器。
而且，電致動(dòng)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(duì)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(dòng)閘門的致動(dòng)器替換現(xiàn)有的電熱致動(dòng)器并且提供了較短的啟動(dòng)時(shí)間的需要，在此領(lǐng)域20年來(lái)已經(jīng)為人所共知，目前還沒(méi)有適合于滿足上述的要求的其它致動(dòng)器。
在上述的目標(biāo)范圍內(nèi)，本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供這樣一個(gè)操作非常可靠、壽命長(zhǎng)的致動(dòng)器結(jié)構(gòu)，而制造成本基本上與現(xiàn)有的電熱致動(dòng)器相同。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，上述的目標(biāo)和目的以及其它的目的將會(huì)在下文中更加清晰，通過(guò)用于水供暖/冷卻和衛(wèi)生系統(tǒng)的改進(jìn)的致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。
進(jìn)一步的改進(jìn)和最佳實(shí)施例在獨(dú)立權(quán)利要求中定義。
本發(fā)明的改進(jìn)的致動(dòng)器具有許多優(yōu)點(diǎn)。直流電機(jī)的使用提供了最優(yōu)的尺寸/轉(zhuǎn)矩的比率，與時(shí)間相關(guān)的操作，完全獨(dú)立于環(huán)境條件。此外，由于本發(fā)明提供的直流低壓電動(dòng)機(jī)被最小化，當(dāng)前在電動(dòng)機(jī)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(jī)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(wú)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(jī)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)蝸桿將行星減速單元的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此，在一方面，增加了減速比，另一方面，使所述的致動(dòng)器具有可靠的驅(qū)動(dòng)閘門需要的高驅(qū)動(dòng)力，如大于15Kg。上述的小型直流電機(jī)的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)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(dòng)器約小8倍，除了在耗電量方面的優(yōu)點(diǎn)外，低消耗的特點(diǎn)使由小型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器非常適合于電池供電的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的改進(jìn)的致動(dòng)器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閘門的位移，可能通過(guò)使用已知的數(shù)字計(jì)時(shí)方法根據(jù)用戶的需求，供暖/冷卻系統(tǒng)在整個(gè)工作日中效率很高。
所需要的位移或行程變化在很短的時(shí)間內(nèi)以可靠的方式實(shí)現(xiàn)，而不是現(xiàn)有的電熱致動(dòng)器的4-5分鐘的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)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(jī)的啟動(dòng)時(shí)間可以通過(guò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電路板可靠地控制的事實(shí)所限制。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明使用一個(gè)機(jī)械離合器防止電動(dòng)機(jī)死鎖在它們行程位置的端部，與控制電子裝置的可靠的計(jì)時(shí)一起，使致動(dòng)器具有長(zhǎng)的工作壽命，即大于10年。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所提供的行星減速單元可以按自動(dòng)的方式組裝，因此降低了裝配的時(shí)間，因此總制造成本降低。還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了多個(gè)適配器，可以允許把各個(gè)致動(dòng)器裝配到已有的不同類型的閥箱上。
最佳實(shí)施例的說(shuō)明在附圖中相同的部件用相同的標(biāo)號(hào)表示。
首先參見(jiàn)附

圖1，根據(jù)本發(fā)明改進(jìn)的致動(dòng)器一般用1表示。致動(dòng)器被一框架結(jié)構(gòu)罩上，在下文中對(duì)其做更詳細(xì)的描述，致動(dòng)器包括一個(gè)電動(dòng)機(jī)2，在本發(fā)明中，是一個(gè)功率小于1瓦的小型電動(dòng)機(jī)，例如一種用于汽車領(lǐng)域的操作后視鏡的類型。電動(dòng)機(jī)2的輸出軸3與用4表示的機(jī)械離合器聯(lián)接，機(jī)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(biāo)號(hào)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(guò)一種包括三個(gè)行星齒輪的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其繞2個(gè)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(jī)械離合器元件1和第一減速單元在被套在對(duì)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(gè)外箱12，包括一個(gè)第二減速單元14的套管小齒輪13，還包括一個(gè)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(biāo)號(hào)22表示蝸桿元件16的活動(dòng)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(biāo)號(hào)26表示一支撐座，中間支座9可以通過(guò)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(gè)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(jī)2，閥箱被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在機(jī)架或機(jī)箱元件29中，包括設(shè)有四個(gè)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(shí)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(gè)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(dòng)的閘門機(jī)構(gòu)連接。
通過(guò)給相關(guān)的適配器提供給定的標(biāo)號(hào)，根據(jù)本發(fā)明可能將改進(jìn)的致動(dòng)器給例如不同制造商的閥箱以相同的標(biāo)號(hào)。
最后，標(biāo)號(hào)37表示一個(gè)支持元件和電路的電路板，用于可編程地控制電動(dòng)機(jī)或致動(dòng)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(jì)出來(lái)的，在下文中對(duì)其不做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。對(duì)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(gè)閥門或者被設(shè)計(jì)成距閥箱等等一定的距離，也是容易設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。
因此，上述的支架，基本上包括機(jī)箱元件29，中間支座9，支撐座26和外罩38。
標(biāo)號(hào)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(biāo)示的位置工作，可以顯示閘門的位置，例如其關(guān)閉、打開(kāi)或中間位置。這可以通過(guò)例如適當(dāng)?shù)卦诙瞬?9標(biāo)上顏色來(lái)實(shí)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(diǎn)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(dòng)部件工作用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)限定開(kāi)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(dòng)電路板和電子元件。當(dāng)電動(dòng)機(jī)2被供電時(shí)，它通過(guò)機(jī)械離合器4旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)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(dòng)第二減速單元14，并且根據(jù)電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)方向，蝸桿16可以在軸向被上下驅(qū)動(dòng)。蝸桿元件16的上/下運(yùn)動(dòng)同樣通過(guò)其全打開(kāi)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(yùn)動(dòng)，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(jī)消耗的功率小于0.6W，即比前述的電熱致動(dòng)器消耗功率小8倍。根據(jù)本發(fā)明，這些小電動(dòng)機(jī)和兩個(gè)減速單元，其中第一個(gè)是行星類型，特點(diǎn)在于包括三個(gè)繞兩個(gè)相互齒數(shù)差為1的齒輪旋轉(zhuǎn)的行星齒輪，兩個(gè)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(guò)作為運(yùn)動(dòng)變換器工作的第二減速單元，即通過(guò)螺紋嚙合將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檩S向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的致動(dòng)器使得容易克服大于15Kg的閘門彈簧應(yīng)力。
在此，顯而易見(jiàn)，閘門的往復(fù)時(shí)間即調(diào)整時(shí)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(dòng)器中，該時(shí)間達(dá)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(jìn)的致動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)在于可以被幾個(gè)當(dāng)前設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)所驅(qū)動(dòng)，例如PI調(diào)整設(shè)備(即比例一整體調(diào)節(jié)裝置)，時(shí)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(gè)工作日的多個(gè)要求，大大地提高所述系統(tǒng)的功效是可能的。
此外，優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)置的機(jī)械離合器防止電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)上的應(yīng)力，因此大于10年的很長(zhǎng)的工作壽命是可以容易地實(shí)現(xiàn)的。
此外，由于所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)置的用合成材料制成的減速單元，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)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(chǎng)上有的小型直流電機(jī)的低成本。在一方面，制造成本基本上與現(xiàn)有的電熱致動(dòng)器一樣，而在另一方面，一個(gè)非常小尺寸的致動(dòng)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(kāi)的結(jié)構(gòu)和操作，顯而易見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的致動(dòng)器可以有效地實(shí)現(xiàn)上述的目標(biāo)、目的和優(yōu)點(diǎn)。
在實(shí)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(shí)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(dòng)器元件的材料和特別設(shè)計(jì)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(jìn)的致動(dòng)器，包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一個(gè)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(dòng)一個(gè)部件，諸如閥、閥箱等等，其特征在于所述的致動(dòng)器在一支撐架中，包括a)一個(gè)電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)小型直流電機(jī)；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(gè)蝸桿用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；d)機(jī)械離合器元件，設(shè)置在所述的直流電機(jī)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(gè)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(lái)控制和驅(qū)動(dòng)所述的直流電機(jī)；f)機(jī)械連接裝置，用于連接到所述的閥、閥箱等等，包括被驅(qū)動(dòng)的閘門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的致動(dòng)器，其特征在于所述的小型直流電機(jī)包括一個(gè)小直流電機(jī)，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(jìn)的致動(dòng)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(gè)行星齒輪環(huán)旋轉(zhuǎn)的三個(gè)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(gè)齒輪環(huán)的齒數(shù)比另一個(gè)齒輪環(huán)的齒數(shù)小1個(gè)，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(jìn)的致動(dòng)器，其特征在于所述的第二減數(shù)單元包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪和一個(gè)第二齒輪或一個(gè)有內(nèi)螺紋的套管以便將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中所述的蝸桿元件的端部可以有效地與閘門驅(qū)動(dòng)元件的桿等配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進(jìn)的致動(dòng)器，其特征在于所述的蝸桿在其頂部還有一個(gè)端部從一個(gè)外罩支架上凸設(shè)，作為視覺(jué)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(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)元件使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的致動(dòng)器，其特征在于所述的閘門包括一個(gè)支撐架包括一個(gè)中間支架，用所述的機(jī)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(gè)帶有腿的機(jī)架，其可以插入到所述的支座中用于保護(hù)所述的直流電動(dòng)機(jī)。
7.根據(jù)前述的一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的改進(jìn)的致動(dòng)器，其特征在于包括一個(gè)罩蓋，其可以最好是以可以拆卸的方式，例如通過(guò)一個(gè)搭鎖型的嚙合裝置連接到致動(dòng)器支撐架。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改進(jìn)的致動(dòng)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(cè)信號(hào)元件的位置，以指示所述的閘門的瞬時(shí)的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的致動(dòng)器，其特征在于所述的用于連接到所述的閥、閥箱等等的機(jī)械連接裝置，包括多個(gè)差分排列的適配器，每個(gè)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(jìn)的致動(dòng)器(1),包括一個(gè)具有一個(gè)機(jī)械離合器元件(4)的小型直流電動(dòng)機(jī),第一電機(jī)減速單元(6)包括一個(gè)具有高齒輪比的行星減速單元,一個(gè)第二減速單元(14)用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)軸向運(yùn)動(dòng),和一支撐架(29、7、9、26)用于支撐所述的元件,一個(gè)電路板(37)用于控制和驅(qū)動(dòng)所述的電機(jī)(2)。多個(gè)連接適配器(33)允許改進(jìn)的致動(dòng)器(1)被連接到不同制造商的閥箱上。
文檔編號(hào)F16K31/04GK1380951SQ01801357
公開(kāi)日2002年11月20日 申請(qǐng)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(qǐng)人:賈科米尼公司