一种高可靠性电动执行机构的制作方法

本发明涉及一种高可靠性电动执行机构。

背景技术：

电动执行器是一种常见的自控设备，能将可正、反转的可逆电机的输出动力通过减速机构减速同时提高扭矩或推拉力，并由此来操纵和控制通过连接件连接在电动执行器壳体上的各种被执行器，可广泛应用于各种自动控制场合。

电动执行器一般是通过行程开关、力矩开关或电机电流过载检测电路来控制和保护可逆电机的，美国霍尼韦尔(honeywell)公司在《建筑设备自动化控制系统应用手册》(2007版)一书中的ml6421a电动线性阀门执行器就是采用了行程开关和力矩开关来控制和保护可逆电机的；中国深圳市迈赛斯电气有限公司的《非弹簧复位系列执行器用户手册》(版本号200907)就是采用电机电流过载检测电路来控制和保护可逆电机的。一旦电动执行器的行程开关、力矩开关或电机电流过载检测电路失效，就会出现只有电动执行器或被执行器运动到极限位置后可逆电机才被迫停转；另外，电动执行器或被执行器运动到中间位置时也会被异物卡死从而造成可逆电机被迫停转，出现以上这两种情况时，由于可逆电机的转子、减速机构和被执行器中正在运动的零件的惯性力以及可逆电机堵转扭矩的共同作用，必然导致减速机构和被执行器中的各部件之间形成最大的摩擦力，此时可逆电机如要反转脱开就需要克服这个最大的摩擦力。为了保证电动执行器的可靠性，选择可逆电机的启动扭矩时就不能仅仅满足电动执行器正常运行时所需要的启动扭矩，而要同时考虑可逆电机被迫停转后反转脱开所需要的启动扭矩，这样可逆电机的容量就必须选择更大的，由此除了会导致电动执行器的可逆电机成本升高外，还会导致电动执行器的其它部件的成本相应升高，即便如此电动执行器的可靠性不一定能有大的提高；同时可逆电机被迫停转后和反转脱开时还会导致可逆电机电流过大，降低可逆电机的寿命。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有电动执行器中可逆电机被迫停转后不能可靠反转、或可逆电机的容量偏大并导致电动执行器的成本升高的现象以及可靠性低、寿命短的缺点，提供一种低成本、高可靠、长寿命的电动执行器。

为了解决以上技术问题所采用的技术方案是：

一种高可靠性电动执行机构，包括可逆电机、齿轮减速机构、壳体、连接件，可逆电机与齿轮减速机构连接，齿轮减速机构固定于壳体上，壳体上有连接件，所述的齿轮减速机构中至少有一个可绕定轴转动的齿轮箱，齿轮箱固定至少二个齿轮，齿轮箱最后一个齿轮的轴就是齿轮箱的转动轴，齿轮箱有正转和反转极限位置的限位。

所述的齿轮箱至少有一个储能弹簧。

所述的可逆电机可以固定于所述的壳体上或固定于所述的齿轮箱上。

所述的齿轮箱可以是开式结构或闭式结构。

所述的齿轮减速机构可以是皮带、链条减速机构或齿轮、皮带、链条混合组成的减速机构。

所述的齿轮箱可以是皮带轮箱、链轮箱或齿轮、皮带轮、链轮混合组成的箱体。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、可保证在电动执行器的行程开关、力矩开关或电机电流过载检测电路失效时电动执行器或被执行器运动到极限位置后、以及电动执行器或被执行器运动到中间位置被异物卡死后，可逆电机仍能可靠地反转脱开的前提下，减小可逆电机的容量、降低电动执行器的成本、延长可逆电机的寿命。

2、可在小型电动执行器中取消行程开关或力矩开关或电机电流过载检测电路，进一步降低电动执行器的成本。

附图说明

图1是一种高可靠性电动执行机构第一个实施例的主剖视图。

图2是一种高可靠性电动执行机构第一个实施例的俯视图。

图3是一种高可靠性电动执行机构第二个实施例的主剖视图。

图4是一种高可靠性电动执行机构第二个实施例的俯视图。

图5是一种高可靠性电动执行机构第三个实施例的主剖视图。

图6是一种高可靠性电动执行机构第三个实施例的俯视图。

图7是一种高可靠性电动执行机构第四个实施例的主剖视图。

图8是一种高可靠性电动执行机构第五个实施例的主剖视图。

图9是一种高可靠性电动执行机构第六个实施例的主剖视图。

图10是一种高可靠性电动执行机构第七个实施例的主剖视图。

图11是一种高可靠性电动执行机构第八个实施例的主剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1、图2是一种高可靠性电动执行机构第一个实施例的示意图，可逆电机1固定于齿轮箱2上，齿轮5是齿轮箱2的第一个齿轮，与可逆电机1相连，齿轮6是齿轮箱2的最后一个齿轮，也是电动执行器的输出齿轮，齿轮5、齿轮6固定在齿轮箱2内，形成一级齿轮减速机构，齿轮箱2可绕固定在壳体4上的定轴3转动，定轴3同时也是齿轮6的转动轴和电动执行器的动力输出轴，可直接输出回转运动，或通过运动转换机构转换为直线往复运动(示意图中未画出)，齿轮箱2绕定轴3转动时有两个极限位置限位，即限位7、限位8。当可逆电机1通电运转后，齿轮6因受到被执行器的阻力而趋向静止不动，由于齿轮5、齿轮6的啮合作用，齿轮箱2必然会绕定轴3转动直到极限位置的限位7并停止，此时，可逆电机1和齿轮5形成的惯性力可以让齿轮6克服受到的被执行器的阻力而开始转动。同样，当可逆电机1开始反转通电时，齿轮6因受到被执行器的阻力而趋向静止不动，由于齿轮5、齿轮6的啮合作用，齿轮箱2必然会绕固定轴3转动直到极限位置的限位8并停止，此时，可逆电机1和齿轮5形成的惯性力可以让齿轮6克服受到的被执行器的阻力而开始转动。特别是，当电动执行器的行程开关、力矩开关或电机电流过载检测电路失效时，齿轮6一直运动到电动执行器或被执行器的极限位置；或当电动执行器或被执行器运动到中间位置时被异物卡死时，可逆电机的转子、减速机构和被执行器中正在运动的零件都先开始减速，但最终被迫停转，在可逆电机的转子、减速机构和被执行器中正在运动的零件的惯性力以及可逆电机堵转扭矩的共同作用下，必然导致减速机构和被执行器中的各运动零件之间形成最大的摩擦力。出现以上这两种齿轮6被迫停转的情况后，只要可逆电机1开始反转通电，齿轮6因不能克服减速机构和被执行器中各部件之间形成的摩擦力而无法反转，齿轮箱2必然会先绕定轴3转动，从一个极限位置的限位一直转到另一个极限位置的限位并停止，此时利用可逆电机1和齿轮5形成的惯性力让齿轮6克服受到的摩擦力而开始反转，从而保证了电动执行器的可靠运行。

图3、图4是一种高可靠性电动执行机构第二个实施例的示意图，是在第一个实施例的基础上增加了一个储能弹簧扭簧9，扭簧9套在圆柱10上，齿轮箱2上有柱体11，柱体10、柱体12固定在壳体4上，在扭簧9、柱体10、11、12的共同作用下，齿轮箱2总是趋向处于如图所示的平衡位置，当可逆电机1通电运转时，在柱体11、柱体12、扭簧9的共同作用下，扭簧9总是阻止齿轮箱2的转动，只有齿轮6受到被执行器的阻力足够大时，齿轮箱2才可以克服扭簧9的弹力开始转动。当齿轮6被迫停转时，可逆电机1和齿轮5形成的惯性力带动齿轮箱2最大限度地克服扭簧9的弹力，绕定轴3转动最大角度，可逆电机1和齿轮5形成的惯性力被吸收，而不会传递给齿轮6，与此同时扭簧9则储存了最多的弹性势能，当可逆电机1开始反转通电时，扭簧9储存的弹性势能可转化为齿轮箱2和齿轮5的动能，从而保证了可逆电机1可靠启动，可逆电机1启动后，可逆电机1和齿轮5形成的惯性力则能保证齿轮6顺利反转。当然扭簧9也可以分解成两个其中一端固定的扭簧，并且这两个扭簧可以选择不同的弹性系数，甚至可以只用其中的一个扭簧。

图5、图6是一种高可靠性电动执行机构第三个实施例的示意图，是在第一个实施例的基础上增加了两个储能弹簧，弹簧13、弹簧14，这两个储能弹簧可以是压簧也可以是拉簧，这两个弹簧的作用和第二个实施例中的扭簧的作用是一样的，都是吸收可逆电机1和齿轮5形成的惯性力并储存弹性势能，然后在可逆电机1开始通电反转时将储存的弹性势能转化为齿轮箱2和齿轮5的动能，从而保证了可逆电机1可靠启动，可逆电机1启动后，可逆电机1和齿轮5形成的惯性力则能保证齿轮6顺利反转。弹簧13、弹簧14也可以选择不同的弹性系数，甚至可以只用其中的一个弹簧。图7是电动执行器第四个实施例的示意图，是在第三个实施例的基础上增加了齿轮15、齿轮16，形成了两级齿轮减速，齿轮16是电动执行器的输出齿轮，与第一个实施例相比其工作原理是一样的，只是降低了电动执行器的输出转速，提高了电动执行器的输出力。如果在第三个实施例的基础上只增加齿轮16，齿轮16和齿轮6啮合，当然这样还是一级齿轮减速，齿轮16是电动执行器的输出齿轮，其工作原理与第一个实施例相比是一样的，但这样齿轮箱2必须是开式结构，示意图中未画出。

图8是一种高可靠性电动执行机构第五个实施例的示意图，是在第四个实施例的基础上将齿轮15、齿轮16固定在齿轮箱17中，形成了两级齿轮减速、两个齿轮箱，齿轮5是第一个齿轮箱2的第一个齿轮，与可逆电机1相连，齿轮6是第一个齿轮箱2的最后一个齿轮，第一个齿轮箱2可绕定轴3转动，定轴3同时也是齿轮6的转动轴和第一个齿轮箱2的动力输出轴；齿轮15是第二个齿轮箱17的第一个齿轮，与齿轮6的转动轴相连，齿轮16是第二个齿轮箱17的最后一个齿轮，第二个齿轮箱17可绕定轴18转动，定轴18同时也是齿轮16的转动轴和第二个齿轮箱17的动力输出轴，定轴18固定在壳体4上，而定轴3固定在第二个齿轮箱17上，两个齿轮箱都有自己的两个极限位置限位和储能弹簧(示意图中未画出)，工作原理和第一个实施例是一样的，这样除了提高电动执行器的输出力，还能增加可逆电机1、齿轮5、齿轮6、齿轮15形成的惯性力。

图9是一种高可靠性电动执行机构第六个实施例的示意图，是在第一个实施例的基础上在齿轮箱2中增加了齿轮15、齿轮16，形成了两级齿轮减速，齿轮5是齿轮箱2的第一个齿轮，与可逆电机1相连，齿轮16是齿轮箱2的最后一个齿轮，也是电动执行器的输出齿轮，齿轮16的轴是定轴3，定轴3固定在壳体4上，齿轮箱2可绕定轴3转动，这样除了提高电动执行器的输出力，还能增加可逆电机1、齿轮5、齿轮6、齿轮15形成的惯性力，工作原理和第一个实施例是一样的，同时和第五个实施例相比还简化了电动执行器的结构，降低了电动执行器的成本。

在以上的实施例中，可逆电机1是固定于齿轮箱2上，而齿轮箱2可绕定轴3转动，这样可逆电机1的引线也会跟随可逆电机1一起转动。

图10是一种高可靠性电动执行机构第七个实施例的示意图，是在第六个实施例的基础上用一个双联齿轮19代替齿轮6、齿轮15，齿轮5是齿轮箱2的第一个齿轮，与可逆电机1相连，齿轮16是齿轮箱2的最后一个齿轮，也是电动执行器的输出齿轮，定轴3固定在壳体4上，是齿轮16的输出轴，同时又是齿轮箱2可围绕转动的定轴，如果可逆电机1的转轴20和定轴3的轴心线不在同一条线上，则与第六个实施例一样，可逆电机1必须固定于齿轮箱2上；如果可逆电机1的转轴20和定轴3的轴心线在同一条线上(如示意图所示)，则与第六个实施例不同，可逆电机可固定在电动执行器的壳体4上，齿轮箱2仍可围绕定轴3转动。

在以上的实施例中，齿轮箱形式未做说明的其形式既可以是开式结构也可以是闭式结构。

图11是一种高可靠性电动执行机构第八个实施例的示意图，是在第七个实施例的基础上将齿轮箱2内的齿全部换成双联齿轮，一共五个双联齿轮分别是双联齿轮19、21、22、23、24，这五个双联齿只用二根轴，所以这五个双联齿都绕轴转动的，齿轮19的大齿是齿轮箱2的第一个齿轮，与齿轮5啮合，齿轮5与可逆电机1相连，齿轮24的小齿是齿轮箱2的最后一个齿轮，与齿轮25啮合，齿轮24的轴是定轴3，定轴3固定在壳体4上，齿轮箱2可绕定轴3转动，齿轮25是电动执行器的输出齿轮，齿轮25的轴26是电动执行器的输出轴，可逆电机1的转轴20、齿轮25的轴26和齿轮箱2转动轴3的轴心线可不在同一条线上，可逆电机1固定在电动执行器的壳体4上，齿轮箱是开式结构，从而使得电动执行器的设计更加灵活，工作原理和第一个实施例相同。当然在此实施例中去掉双联齿轮22、23，只用三个双联齿轮19、21、24同样也可以，只要齿轮箱的最后一个齿轮轴是齿轮箱2转动轴即可。

以上第四、五、六、七、八实施例中，齿轮箱都和第二、三实施例一样有自己的两个极限位置限位，并可以有储能弹簧(示意图中未画出)。

从以上实施例可以看出当电动执行器的行程开关、力矩开关或电机电流过载检测电路失效时、以及电动执行器或被执行器运动到中间位置被异物卡死时，可逆电机仍能可靠地反转脱开，但长时间在此种状态下运行可能会影响电动执行器的性能和寿命，故一旦出现上述这种情况，电动执行器虽然仍能工作不影响使用，但产品应有故障信号输出以提醒需要及时维修；在有些小型电动执行器中可取消行程开关或力矩开关或电机电流过载检测电路，因为这些小型电动执行器采用的小型电机可以承受一定时间甚至长时间的堵转而不会烧毁。

以上实施例中的齿轮减速机构还可以是皮带、链条减速机构或齿轮、皮带、链条混合组成的减速机构，相应的齿轮箱就是皮带轮箱、链轮箱或齿轮、皮带轮、链轮混合组成的箱体。