用于松散物料阻隔机构的机电伺服驱动机构的制作方法

本发明涉及用于松散物料阻隔机构的机电伺服驱动机构、具有至少一个这种松散物料阻隔机构的用于配量和/或称重松散物料的装置、以及用于松散物料阻隔机构的机电伺服驱动机构的操作方法。

背景技术：

从现有技术(例如从ep1715309a1)中知道了伺服驱动机构被供应压缩空气。松散物料从存储容器排放入与称重传感器相互作用的称重器皿内。当期望量的松散物料进入称重器皿内时，称重器皿的活门挡板机构借助于气动伺服驱动机构而致动，并且称重器皿由此被清空。

这种已知伺服驱动机构的缺点在于它们首先须与压缩空气连通。另外，气动伺服驱动机构的能耗非常大，因为即使气动伺服驱动机构未被启动，也必须先产生压缩气体并连续供应。另外，该装置通常以此种方式设计，即活门挡板机构须保持起作用或者保持锁定在关闭位置，这相应地表示将压缩空气持续施加至伺服驱动机构或者安装制动器/锁。另外，气动伺服驱动机构无法无级调节，而是仅能在两个止挡位置之间可逆操作。

技术实现要素：

由此本发明的问题在于提供一种伺服驱动机构，该伺服驱动机构避免了现有技术的缺点并且尤其允许节约能量，实现了松散物料阻隔机构的快速且能够无级调节的操作，可以小电流操作并且可在启动时传递大扭矩。

该问题通过根据独立权利要求的机电伺服驱动机构以及机电伺服驱动机构的操作方法得以解决。

该用于松散物料阻隔机构的机电伺服驱动机构包括电机和与该电机相连的控制和驱动电子装置。该电机的电机轴直接或间接地连接至阻隔机构。

根据本发明，该机电伺服驱动机构包括用于储能的机构。

特别地，该控制和驱动电子装置包括用于储电的机构。

由于有用于储能的机构，仅需供给小电流，因为用于松散物料阻隔机构的伺服驱动机构并非连续操作而是具有操作间隔地周期性操作。由此能耗相较于气动伺服驱动机构降低。在启动伺服驱动机构时短时间所需的能量需求由用于储能的机构满足，该装置用作缓冲器以对接最大功率需求。这意味着供应功率不需要通常成本高昂的大线缆横截面。另外，空间和成本高昂的变压器以及整流器或转换器的需求也被消除。另外，该电机通常可在驱动轴的不同角位操作并且由此允许在不同位置处操作松散物料阻隔机构。

如果未运行电机，根据实施例，该控制和驱动电子装置可确保该用于储电的机构被重新充满。

该用于储电的机构优选设计为超级电容器。

超级电容器特别适用于短期供给大电流。另外，超级电容器几乎无需维护并且比例如蓄电池具有更长的使用寿命。

具体地，该超级电容器可传送25安培的电流。这些电流尤其允许重的阻隔机构执行快速和即刻的操作。阻隔机构的期望的运行时间常常在小于0.5秒的范围内(从完全关闭至完全打开，或者反向操作)。

该电机优选为直流电机。无刷直流(dc)电机尤其优选用作电机。

配有超级电容器的dc电机尤其适用于上文所述的目的。另外，dc电机以及尤其无刷dc电机可朝两个旋转方向步进操作并且也可用作发电机。

电机优选为伺服电机。本发明意义中的伺服电机表示配有用于确定电机轴位置的传感器的所有电机。该传感器连接至控制和驱动电子装置并允许确定电机轴角位以及由此确定阻隔机构的位置/状态，还允许确定电机轴将达到和保持的期望角位以及阻隔机构将达到的期望的位置/状态。

该电机优选被设计为可发电。

由该电机所产生的电能被特别供给入储能的机构内。该伺服驱动机构由此优选以此种方式设计，即当操作阻隔机构时，该阻隔机构本身在受重力作用和/或松散物料影响下的移动的过程中被至少部分地致动。之后不再需要电能，该电机可被用作发电机。因为可在无需外部供应的条件下产生电能并且重复利用，所以这进一步降低了伺服驱动机构的能量损耗。

优选地，伺服驱动机构可按3安培的最大电流运行。

优选地，该伺服驱动机构被供给处于小电流范围内的电压，该电压尤其小于48v，尤其优选在22-28v之间。

然而也可能借助于低电压和电能储存装置(例如超级电容器)来使电机产生大功率。

该伺服驱动机构还优选包括传动单元。该传动单元优选被设计为紧凑型传动单元，尤其配有行星齿轮单元。对于特殊应用而言，该传动单元包括斜齿轮单元。

根据应用，该伺服驱动机构可由此适配。例如，根据传动比，可能实现阻隔机构的非常大的扭矩或者非常精确的定位。

优选地，控制和驱动电子装置直接设置在电机处。特别地，该控制和驱动电子装置与电机和任何其它存在的部件一起设置在共用壳体内。

该伺服驱动机构优选以此方式设计，即当电机不通电(即未向电机供给电能)时可保持住阻隔机构的位置，尤其是极限位置(即未被阻隔机构超过的位置；例如关闭位置或者释放位置)。

这意味着无需锁定该阻隔机构，由于阻隔机构必须首先解锁然后再移动，所以锁定通常会延长操作时间。由此也可能实现节能并且进一步降低伺服驱动机构的平均能耗。

该伺服驱动机构优选包括肘杆关节，其将电机或传动轴直接或间接地(例如通过另外的部件)连接至阻隔机构，肘杆关节的死点以此种方式设计，即可在电机不通电时保持住阻隔机构的位置。

特别是，由于阻隔机构自身的重力和/或当松散物料被堆积在阻隔机构的上游时，当电机不通电时该阻隔机构的位置可被保持住。

该肘杆关节优选包括具有配有偏心布置的或者能够偏心布置的第一短轴的第一杆，该第一杆能够旋转地安装在电机上或者传动轴上，并且该肘杆关节优选包括联接杆，其能够旋转地安装在第一短轴上。肘杆关节还包括第二杆，其配设有偏心布置的或可偏心布置的第二短轴，第二杆绕可枢转的阻隔机构的枢转轴可旋转安装或者能可旋转安装在第一短轴上。分别旋转地安装在第一短轴和第二短轴上的该联接杆由此将第一杆与第二杆联接。

如果不采用枢转式阻隔机构，第二杆可与阻隔机构(例如可滑动的阻隔板)操作连接或者可与阻隔机构处于操作连接。

由于肘杆关节，由此可能实现传递足够大的扭矩/力，从而阻隔机构可被快速移动。

根据本发明的伺服驱动机构优选用于材料称重。该阻隔机构接下来优选被设计为枢转活门挡板并且可操作地连接至至少一个称重传感器，从而可通过处于关闭位置的活门挡板得以确定堆积的松散物料的重量。当达到期望重量时，该活门挡板通过控制系统进入释放位置。在活门挡板上游位置处可存在计量元件，该计量元件可调节至活门挡板的松散物料的量，从而例如当达到期望的重量之后以及在活门挡板转动到释放位置之前的短时间内，松散物料的流动被中断，从而只有已称重量的松散才可被排出。

本发明还涉及用于配量和/或称重松散物料的装置，包括至少一个松散物料阻隔机构，其可由至少一个上文所述的机电伺服驱动机构所操作。

特别是，松散物料阻隔机构的操作包括其打开和/或关闭。

优选实施例以及上文关于根据本发明的机电伺服驱动机构描述的改进可由此应用于根据本发明的装置。

该装置被优选设计为松散物料秤，其中该松散物料阻隔机构被设计为可枢转的活门挡板。

该问题也通过操作用于松散物料阻隔机构的机电伺服驱动机构的方法得以解决。

该机电伺服驱动机构优选为上文描述的机电伺服驱动机构。

该机电伺服驱动机构包括电机、与该电机相连的控制和驱动电子装置、以及用于储能的机构。

根据本发明，当伺服驱动机构通过电机运行时，能量被存储在用于储能的机构内。

特别是，松散物料阻隔机构的操作包括打开和/或关闭该元件。

该控制和驱动电子装置优选包括用于储能的机构，其被设计为用于储电的机构，其中该能量作为电能被存储，优选存储在控制和驱动电子装置(3)的超级电容器内。

附图说明

下文结合附图采用优选实施例对本发明进行描述。其中示出了：

图1是处于关闭位置的操作机构的俯视图；

图2是处于释放位置的操作机构的俯视图；

图3是松散物料配量装置的俯视图；

图4是穿过图3的平面a-a的截面图；

图5是伺服驱动机构的立体图；

图6是不带壳体盖件的图5的伺服驱动机构；

图7是不带壳体的图5的伺服驱动机构；和

图8是伺服驱动机构耗能示意图。

具体实施方式

图1和图2示出了具有肘杆关节6的机构14，关节6分别处于关闭位置s和释放位置f。

关节6包括第一杆7和第二杆11，每个杆均可旋转地安装至图3-6所示出的伺服驱动机构1的传动轴9上或者安装至在图4所示出的活门挡板13的转动轴线sa上。

第一杆7和第二杆11均包括分别偏心布置的短轴8和12。两个短轴8和12通过联接杆10彼此连接。

第一杆7的旋转通过联接杆10也引起了第二杆11的旋转。

如图1所示，机构14以如下方式设计，在关闭位置s处该第一杆7转动超过上死点并且该联接杆10抵靠在图7所示出的止挡元件22。

由此，因为第一杆7的进一步旋转受到了限制运动的止挡元件22的阻止，故第二杆11产生的扭矩不会引起第一杆7的旋转，并且由此机构14以自锁方式作用。因此没有必要为该接头6提供附加的制动器或锁定装置。

图3和图4示出了包括两个均配置有机构14的伺服驱动机构1和1′的松散物料配量装置。伺服驱动机构1或1′包括设计为伺服电机的电机2和配置有多个超级电容器4和传动机构5的控制和驱动电子装置3。

松散物料的流动方向以箭头15被示意性示出。该松散物料配量装置被布置在壳体16内，该壳体可被布置在松散物料管线内或者可为松散物料管线的一部分。

该松散物料配量装置包括两个活门挡板13和13′，每个活门挡板分别绕转动轴线sa和sa′安装。活门挡板13向下枢转并由此位于所谓的释放位置f。活门挡板13′处于关闭位置s并且与布置在壳体16上的密封件17相互作用以在流动方向15上隔断松散物料通道。

两个转动轴线sa和sa′平行并排布置。活门挡板13和13′可沿相反方向向下枢转。

每个活门挡板13或13′绕对应的转动轴线sa或sa′在关闭位置s和释放位置f之间被枢转90°。如图1和2所示，分别枢转活门挡板13和13′对应于也将第二杆11旋转90°。但是，由于传动比，该第一杆7必须旋转大于90°以使活门挡板13和13′分别进入释放位置f。

在两个转动轴线sa和sa′的区域内设置具有三角形横截面和朝上尖端的偏转件18。偏转件18阻止松散物料到达转动轴线sa和sa的区域。

在图5-7中以立体图示出伺服驱动机构1，其分别被示出位于壳体19内、不带壳体盖件10和用于机构14的盖件21、不带壳体19。

图1和图2的机构14在图6和图7中是可见的并且位于关闭位置s。

配有为斜齿轮的传动机构5的电机2的布置是可见的。控制和驱动电子装置4直接附接至电机-齿轮单元。控制和驱动电子装置3还包括多个超级电容器4。整个伺服驱动机构1在壳体19内受到保护。

超级电容器4一方面例如当活门挡板13仅在重力作用下枢转入释放位置f时实现了电能的回收和存储。

另外，操作阻隔机构时短时间所需的大的电能可从超级电容器处获取。这意味着无需高电压来供应伺服驱动机构1。也不需要大的线缆横截面。

图8示出了根据本发明的阻隔机构的打开和关闭过程的示意性以及示例顺序，该阻隔机构以如上文所述的活门挡板的形式提供。

横坐标轴代表无量纲时间，纵坐标轴示出了伺服驱动机构所消耗和产生的功率，以瓦特为单位，没有缩放。

接近矩形波信号的线表示活门挡板的位置。

由线p的路径可看出，将活门挡板13移至释放位置f首先需要功率以克服机构14的自锁(第一杆7必须移至上死点以上)。这由线p的上升表示。但是，因为活门挡板13在第一杆7已经经过上死点之后仅在重力作用下打开，所以产生了负功，其由线p的下降可见。这意味着电机2产生能量。由图8可见，通过将活门挡板13移至释放位置f所产生的净功率为p2(瓦特)。

该功率p2以电能的形式存储在伺服驱动机构1的超级电容器4内。

但是，当将活门挡板13枢转至关闭位置s时，因为该活门挡板13必须克服重力运动，所以是需要功率的。在图8中，这可由线p的增长可看出。根据图8，所需的净功率为p1(瓦特)。

如果活门挡板13处于释放位置f或者处于关闭位置s(“矩形信号”的水平路径)，那么无需功率(电机2不通电)。这可从线p的水平线路看出。

因为所产生的功率被存储在超级电容器4内，所以其可在活门挡板13再一次枢转至关闭位置s时使用。因此操作伺服驱动机构1所需的净功率在每个打开和关闭操作中为p1-p2(瓦特)。但是，因为打开和关闭过程仅会耗费工作循环az时间的10-20％并且电机2在其它时间不通电，所以可能实现较之现有技术的伺服驱动机构节省非常大量的能量。