专利名称：具有超声电机驱动执行机构的烟气罩排气终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及实验室烟气罩装置，具体地说涉及用于上述装置的排气终端。更具体地说，本发明涉及具有超声电机驱动的执行机构的烟气罩排气终端，该机构用于在烟气罩排气终端中控制调节风门的位置。
烟气罩安置在实验室内，用于去除空气中的有毒烟雾和气体，这些烟雾和气体经常在实验室中进行的实验操作过程中产生。一般地，烟气罩包括带门的罩体，该门可垂直和/或水平打开，以使技术人员为进行实验操作而进入烟气罩内部。烟气罩通常具有排气空气和气体烟雾的排气管道，于是实验室技术人员在烟气罩附近工作时就不会接触到这些有害烟气。
当前市场上的大多数烟气罩控制器控制经过烟气罩的气流，这种控制器一般地随着所需的烟气罩有效开口的平均面速度的变化控制气流。平均面速度通常由通过每平方英尺的烟气罩开口表面积进入烟气罩的气流决定，其中的开口表面积为一个或更多个安装在烟气罩前面的移动门位置的函数。平均面速度由安装有烟气罩的设备的操作者确定，这样该速度可设定为较高或较低的面速度，这种设定速度与操作者对安全值的感觉相一致，同时还不浪费能量。当技术人员处在该区域时，对于每平方英尺的开口面积，这种平均面速度一般地处于每分钟100到150英尺的范围内。在设备中没有作业时，通常采用较低的面速度。
烟气罩装置还可在设计和操作上进行变化。一些装置具有控制用以驱动风扇电机的可调速度驱动器的控制器，以调节流过烟气罩的气流，获得所需的平均面速度。还有许多在总排气管道中具有单一风扇的装置，该总管道带几个具有与总管道连接的单个排气管的烟气罩，其中经过每个烟气罩的气流由调节风门机构控制。调节风门机构可安装在如本人的在先专利5,518,446中公开的那种烟气罩排气终端中，该专利转让给本发明的同一受让人(虽然自从专利出版以来，受让人已经改变)。如已经公开的本人的’446号专利中，有许多调节风门的控制应用，在这些应用中为了定位调节风门以调节通过烟气罩的气流而使用了气动执行机构。在这种气动执行机构操作可靠的同时，还需要电动线形执行机构，这种机构成本低，操作可靠。为此目的，本人改进了一种电动线性执行机构，该机构在本人的在先专利中已经公开(案卷号为61589)。
在已经公知的转动电动执行机构用于调节风门中同时，仍需要一种用于烟气罩排气终端的可靠的、强有力的和快速反应的电驱动转动执行机构。
因此，本发明的第一个目的是提供一种改进的烟气罩排气终端，该烟气罩排气终端具有在烟气罩装置中使用的超声电机驱动的执行机构，同时该机构还有其它应用，该机构工作可靠，设计紧凑。
本发明的另一个目的是提供一种上述改进的烟气罩排气终端，该烟气罩排气终端具有超声电机执行机构，该执行机构可快速地动作以迅速改变调节风门的位置，这样可在工作中精确地控制经过烟气罩的气流。
本发明的另一个目的是提供一种改进的烟气罩排气终端，该烟气罩排气终端具有超声电机驱动的执行机构，该执行机构可作为目前气动调节风门的改型而方便地安装，以及其中，由于原来控制气动执行机构的控制信号可控制超声电机驱动的执行机构，因此该控制器不需要任何明显的改变。
本发明的还有一个目的是提供相对简单的驱动电路，该电路甚至在电路电源中断时，自具有使调节风门处于最佳位置的能力，于是在紧急中断时具有安全能力。
本发明的再一个目的是提供一种改进的烟气罩排气终端，该烟气罩排气终端具有在设计和操作均很独特的驱动电路，该电路能够可靠地驱动执行机构电机，同时当执行机构在任一方向上达到其行程的末端时，通过连续为电机供电，使驱动电机损坏的可能性最小。
本发明的再一个目的是提供一种改进的烟气罩排气终端，该烟气罩排气终端的运行噪音很小，同时相对于输出扭矩具有相对较低的电能消耗。
在参照附图阅读下面详细说明时，本发明其它目的和优点将变得更明显。
图1为本发明的烟气排气罩终端的侧视图2为沿图1中2-2线示出的本发明的俯视图；图3为示出电路图最佳实施例的详细电路示意图，该电路图用于探测电源故障以及驱动本发明排气终端的超声电机。
一般地说，本发明涉及一种改进的烟气罩排气终端，该烟气排气终端通过用于控制调节风门的角度位置来调节流过烟气罩的排气管道的气流的超声电机驱动的执行机构。经过排气管道的期望气流由烟气罩控制器确定，该控制器本身不是本发明的一部分。本发明涉及具有超声电机驱动的执行机构的烟气罩排气终端，以及还涉及驱动该执行机构的控制电路。
现在来看附图，特别参见图1，在侧视图中示出了用10表示的烟气罩排气终端，该烟气罩排气终端包括具有上流端14、下流端16的管状区段12，其中气流沿箭头18的方向流过管状区段。大致为平的盘状调节风门20位于管状区段12的内部，最好安装在轴22上，该轴22穿过管状区段12中的适当小孔(图中未示出)，其上下端可转动地支撑在低摩擦聚合物，最好为聚四氟乙烯型的衬圈24上。如果需要的话，作为替代，穿过调节风门20的调节风门轴22，可以具有从调节风门20的圆周附近延伸的上下圆筒部。在两种结构中，轴和圆筒部沿穿过调节风门20中心的轴线共同延伸。在轴转动超过90°时利用电开关21(图3)机械地阻止轴再转动，电开关用于在轴转动到末端时断开控制信号。
还可以理解的是，图1中所示的排气终端不应限于如具体示出的盘状刚性调节风门，而是具有通过转动轴来控制调节风门结构的任何排气终端，该轴控制经过风门管道的气流量。这种类型的调节风门在Garriss的美国专利4,155,289中公开过。还可以知道的是，由于本发明涉及一种排气终端，这就意味着是广义上的考虑，因为调节风门结构可安装在单体式排气终端中，或可安装到排气管道中，或可以方便地安装到烟气罩本身的排气管道的一部分中。本发明可通过烟气罩的制造者与烟气罩结构结合起来，这也在本发明的范围内。
本发明的装置包括具有四个侧壁28、一个底壁30和一个顶板32的罩体26。罩体26由固定架34支撑并通过固定架34连接到管状区段12上，固定架是通过如焊件、螺栓、金属板固定螺钉或类似的适当固定元件固定的。参见图2，罩体26还具有沿罩体的整个四周分布的窄凸边36。这样就提供了一个表面，该表面适合于利用螺钉或类似的元件把顶板32连接到罩体。轴22通过罩体的底板30向上延伸与具有输出轴40的电驱动超声电机38连接。
电机38由驱动模块42通过导线44驱动。该电机最好为日本的Shinsei公司制造的Model USR60超声电机。电机为60毫米型、用12伏直流电驱动最大转速100转/分钟，输出扭矩为0.4牛顿·米。电机驱动器也由Shinsei公司制造的，其型号为Model D2060。电机驱动器42具有可调电位计48，该电位计可用于调节电机的工作速度。
再来参见图1，本发明的装置包括位于环边58相对端的空心管54和56，其中管延伸到发送器60上，该发送器将与经过环边58的不同压力有关的信息提供给烟气罩控制器。控制器利用该信息确定通过区段12的适当气流。测量经过区段12的气流的方法不作为本发明的一部分，虽然可以知道许多上述管道终端通常具有这种能力。还可以理解的是，经过排气管的气流可在管状区段12的上流和下流测量。
现在参见图3，图3示出了用于本发明最佳实施例的电路，在连接到电源64和继电器68的线圈66的导线62上加有24伏交流电流(VAC)。电源64的输出端提供12伏直流(VDC)输出，该输出端通过导线70与电容器组72和驱动模块42连接。
烟气罩控制器传来的、使电机38顺时针和逆时针转动的控制信号分别通过导线74和76传输。导线74连接到光耦合器78，导线76连接到光耦合器80。在正常的操作中，烟气罩控制器确定是否需要调节风门的位置以调节经过终端的气流，从而维持期望的面速度。当需要在适当方向上的移动时，则电压加在输入导线74或76中的一组上，只要控制器确定需要移动调节风门，就维持该电压。当不提供电压时，则电机停止转动，于是调节风门的位置就处于维持状态。
还可以理解的是，本发明的装置适用于在断电情况下，使执行机构完全关闭调节风门。如果调节风门正在控制房间供气风门的操作，那么上述结果是需要的。根据应用情况，安全考虑要求完全打开或完全关闭调节风门。这两种类型的应用均属于本发明范围。
电容器组72最好具有相对大的电容量，如大约为0.2法。最重要的考虑是，电容器72能够提供足够的电能，于是驱动器可从任何位置移动到最佳位置，这可以使调节风门移动到完全打开位置。可以理解的是，如果需要的话，使用一个较大的电容器比使用几个较小的电容器要好。光耦合器78和80包括双发光二极管82，该二极管可由AC信号和光晶体管驱动，该晶体管在两个发射极提供输出信号。更特别地，光耦合器78具有延伸到驱动器42的顺时针控制端的输出导线84，同时光耦合器80具有延伸到该驱动器的逆时针控制端的输出导线86。
自动操作可通过继电器68完成，继电器68具有输出电压，该电压由驱动模块42通过导线88提供给常闭继电器触头90和常开继电器触头92。触头90连接到驱动电路42的逆时针端，触头92连接到两个光耦合器78和80的集电极上。当输入导线62上的电源中断时，电容器组72驱动模块42提供电能，于是导线88上的电压通过继电器触头90和导线86加在逆时针端上，以驱动电机到达需要的完全打开位置。如果需要时，开关87可从所示位置移动到上面的位置，使电机沿相反方向转动。
从上面的描述中可以知道，已经示出并且描述了用于控制排气管道中的气流的烟气罩排气终端，该烟气罩排气终端具有许多优良的操作特性，同时操作可靠。已经示出了用于对终端中的调节风门进行角度定位的超声电机驱动的执行机构的使用，该执行机构的使用在设计上是简单的，这归功于它在操作上的简单性和可靠性。另外，在最佳实施例中使用的驱动电路设计简单，且能够快速地对调节风门的位置进行精确控制。本发明包括响应电能中断的电路，以把调节风门放置在最佳位置，直到排气终端的电能恢复。
本发明的各种实施例已经示出并描述过了，可以知道其它改型、替换和变化对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。在不脱离由附加权利要求书中确定的本发明的精神和范围情况下，可进行这种改型、替换和变化。
在附加权利要求书中陈述了本发明的各种特征。
权利要求
1．一种控制排气管道中气流的烟气罩排气终端，它包括具有上流端、下流端和内部周边的管道区段、安装在所述管道中的调节风门、电动超声驱动电机和一电路装置，该调节风门用于绕轴转动以改变经过所述区段的气流，气流随风门角度位置变化，变化范围在大约没有气流到最大气流之间；所述电机具有转动输出轴和用以把所述输出轴连接到所述调节风门轴的连接件，所述电机用以根据加在其上的选择驱动信号，选择性地沿顺时针和逆时针转动方向转动；所述电路装置用以选择性地为所述驱动电机提供能量，以使其输出轴根据加在其上的第一和第二电输入控制信号中的一个，沿所述顺时针和逆时针方向中的一个方向转动，从而把所述调节风门放置在需要的角度位置。
2．根据权利要求1所述的烟气罩排气终端，其特征在于所述电路装置包括电源装置、探测装置、电机驱动模块、电气隔离电路和至少一个电容器，所述电源装置用于连接到AC电压源上并在输出导线上提供DC电压；所述探测装置连接到所述电源装置上，用于当所述电源装置的输入端上无AC电压时在输出导线上产生预定信号；电机驱动模块用于根据接收到的所述第一和第二电输入控制信号，选择性地把DC电压加在所述驱动电机上，使其输出轴选择性地沿顺时针和逆时针方向中的一个方向转动；所述电气隔离电路用于接收所述第一和第二电输入控制信号和所述预定的信号，同时选择性地为所述电机驱动模块提供第一和第二输入控制信号中的一个信号，并且根据接收到所述预定信号为所述电机驱动模块提供所述第一和第二输入控制信号中的一个信号；所述至少一个电容器连接到所述电机驱动模块上，至少一个电容器用于为所述电机驱动模块提供充足的电能，以便在所述电源装置的输入端探测到没有AC电压时，驱动所述电机把所述调节风门移动到预定位置。
3．根据权利要求2所述的烟气罩排气终端，其特征在于所述电气隔离电路包括第一光耦合器和第二光耦合器。所述第一光耦合器具有接收所述第一输入控制信号的第一发光二极管，所述第一发光二极管可操作地连接到第一光晶体管上，并当所述第一发光二极管发光时，提供所述第一输入控制信号，所述第二光耦合器具有接收所述第二输入控制信号的第二发光二极管，所述第二发光二极管可操作地连接到第二光晶体管上，并当所述第二发光二极管发光时提供所述第二输入控制信号。
4．根据权利要求2所述的烟气罩排气终端，其特征在于所述电路装置为所述驱动电机提供电能，以根据所述探测装置发出的预定信号使输出轴转动，从而把所述调节风门放置在完全打开和完全关闭中的一个位置上。
5．根据权利要求2所述的烟气罩排气终端，其特征在于所述的至少一个电容器为至少约0.2法拉。
6．根据权利要求2所述的烟气罩排气终端，其特征在于所述探测装置包括电子继电器，该电子继电器具有一组常闭触头和一组常开触头，所述继电器连接到所述电机驱动器模块上的电能输出端，所述输出端通过所述触头组之一连接到所述电气隔离电路上，于是在有所述AC电压电源时，提供电能驱动所述电气隔离电路，为所述电机驱动模块提供所述第一和第二输入控制信号，所述继电器用于根据探测到电能中断而发出预定的所述第一和第二输入控制信号中的一个信号。
7．根据权利要求6所述的烟气罩排气终端，其特征在于所述第一和第二电输入控制信号均在预定的输入端加在所述电机驱动模块上。
8．根据权利要求7所述的烟气罩排气终端，其特征在于所述继电器具有可操作地连接到所述AC电压源上的继电器线圈，所述线圈用于在所述AC电压源工作时，使所述继电器的一组常开触头关闭，使所述一组常闭触头打开，所述输入端在所述AC电压源中断时，通过所述常闭触头连接到所述电机驱动模块上。
9．根据权利要求1所述的烟气罩排气终端，其特征在于所述超声驱动电机的工作电压大约为12VDC，具有大约0.4牛顿·米的输出扭矩。
10．一种控制排气管道中气流的烟气罩排气终端，它包括具有上流端、下流端和内部周边的管道区段、安装在所述管道区段中的调节风门、电驱动的超声驱动电机和一电路装置，该调节风门用于围绕轴转动以改变经过所述区段的气流，气流随风门的角度位置变化，改变的范围在大约没有气流到有最大气流之间，所述电机具有转动输出轴和用以把所述输出轴连接到所述调节风门轴上的连接件，所述电机用以根据加在其中的选择性驱动信号，而选择性地沿顺时针和逆时针转动方向转动；所述电路装置用以选择性地为所述驱动电机提供能量，以使其输出轴根据加在其中的第一和第二电输入控制信号，沿所述顺时针和逆时针方向中的一个方向转动，从而把所述调节风门放置在期望的角度位置，所述电路装置进一步包括电源装置、探测装置、电机驱动模块、电气隔离电路和至少一个电容器，所述电源装置连接到AC电压源上并在输出导线上提供DC电压；所述探测装置连接到所述电源装置上，用于当所述电源装置的输入端上无AC电压时而在输出导线上产生预定信号；所述电机驱动模块根据接收到的所述第一和第二电输入控制信号，选择性地把DC电压加在所述驱动电机上，使其输出轴选择性地沿顺时针和逆时针方向中的一个方向转动；所述电气隔离电路接收所述第一和第二电输入控制信号和预定的信号，同时选择性地为所述电机驱动模块提供第一和第二输入控制信号中的一个信号，并且根据接收到所述预定信号为所述电机驱动模块提供所述第一和第二输入控制信号中的一个信号；所述至少一个电容器连接到所述电机驱动模块上，至少一个电容器用于为所述电机驱动模块提供充足的电能，以便在所述电源装置的输入端探测到没有AC电压时，使所述电机把所述调节风门移动到预定位置。
全文摘要
用以控制排气管道中气流的烟气罩排气终端具有超声电机驱动的执行机构,该执行机构用于设置终端中的调节风门的角度。该终端的电路装置包括电能中断探测电路,该探测电路具有存储足够电能的能力,以便把调节风门放置在最佳位置,直到排气终端恢复供电。
文档编号F24F13/14GK1233537SQ9910236
公开日1999年11月3日 申请日期1999年2月24日 优先权日1998年4月24日
发明者S·D·雅各布, W·H·戈尔斯基 申请人:西门子建筑技术公司