专利名称：一种其驱动轴上直接接有电动机的电控的阀门或阻尼器的调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动的原动机，尤其涉及用于开启和/或调节阀门和阻尼器的电控调节器，用以控制输送管线和管道中的液体的流量。
与本发明相关的背景技术对于工业用的输送管线和管道中的流体，其流量的自动控制装置已经在许多领域广泛使用，如发电，石油，油，汽油的提纯，纸浆和纸张，化学药品，食品和饮料，石化产品的处理，水和废水的处理工业。迄今，这样的调节器上装有恒速使用的交流异步电动机，该交流异步电动机通过一个蜗轮/蜗杆齿轮传动箱与调节器相连，并与该调节器作成一体。
现有技术系统的一个缺点是不同电动机和齿轮箱的组合都需要供给规定的输出转速，这导致了高总量。另外，由于每一个电动机和齿轮箱的组合具有一个恒定的输出转速，所以通常需要变动组件或转换模式，以便实现转速的改变。
现有技术系统的另一个缺点是为了在宽的转速变化范围内保持输出转扭为一个指定值，需要大量的电动机。为了降低成本，一般实施中限制使用电动机的数量，而这导致转扭随转速的增加而降低。
现有技术系统的又一个缺点是齿轮箱使电动机和输出驱动轴间出现磨损表面(因此而导致摩擦损失)。
在这个系统内，现有技术的调节器包括不同等级的电子和机械功能元件，它们构成这个装置，并在场内进行调节。但是，这些功能元件表现出一些问题，包括为了实现体力调节，而造成处理时间滞后，并且所有中间插入的操作都需要用于降低装置的动力的时间，而降低装置的动力是为了安全和访问许可。
大多数现有技术的机床包括在电力供应失败过程中进行手动操作的方案。在这期间，主要是感应和监测这些手动操作，以便保持位置指示而不会丢失初始校准刻度。一些一般的现存的调节器为了提供这样的位置指示，而安装复杂的传动机构。
本发明的一个目的是提供一种改进的用于控制阀门或阻尼器的电控调节器，它提供了一种在整个转速范围内在恒定转扭时无级可变的转速。
在本发明的一个优选形式中，有一个专用的连接电动机和驱动轴的装置，该驱动轴可以适当地带有一个离合器。
最好这个可变速的，永磁的，恒定转扭的电动机是一个由脉冲宽度调制(PWM)控制的大转扭直流电动机。
这个脉冲宽度调制控制的永磁直流电动机提供一个可在整个最小/最大转速范围内无级变动的输出转速(以一个RPM为一级)。因此本发明的一个实施例能包含6至12种不同的由现有技术的交流电动机和齿轮箱的组装而成的调节器。通过改变脉冲宽度调制频宽比的设置(通过一个安装在该装置上的键区，或一个手持装置，或从一个遥远的位置)，能在一个规定的范围内改变该电动机的转速。本发明的二个实施例能替代24种不同的现有技术的交流电动机和齿轮箱的组合(一个供应商供应范围)，这导致低备用量，并且不需为了改变转速/转扭组合而改变模式来满足需要。
这个永磁直流电动机提供了一个在整个转速范围内保持恒定的转扭。
轴向安装的电动机和直接连接的轴消除了现有技术系统所需齿轮箱的磨损表面。由于现有技术系统中的固有的摩擦能损失已经消除，所以本发明提供了好的机械效率。本发明的另一个优点是在手动操纵过程中位置感应和监视无需传动机构就能实现。
电动机包括一个定子和一个转子。定子与一个三相的固态半导体转换装置相连，该转换装置从一个三相整流器输送直流电压。通过开启这个固态装置，电动机象一个交流电动机一样被驱动。因此该转换装置起反相器的作用。
通过用一个脉冲宽度调制信号来控制这个固态转换装置的运转，电动机的转速能无级地在规定的最小和最大值间变动。电动机能设计成在一个要求的转扭处输出一个指定的转速范围。
一个微处理器控制这个规定的转速的脉冲宽度调制信号，并且参照转子位置传感器保持这些转速，其中这些转速被设定在工作控制参数内。
如果施加于轴上的负荷引起转速开始下降，那么微处理器将修正脉冲宽度调制信号，这将使转换到定子上的电压变大，而允许对要求的转速进行修正，并且使较大的转扭需要能在设定的恒定转速处被维持。
当将这个电动机用作一个调节器的底座时，允许一个特定设计的装置在输出转速的变动范围内产生规定的输出转扭。
本发明的调节器装有一个电动机驱动控制器和一个人工接口微处理器控制器。这个电动机驱动控制器包括所有的驱动和保护该电动机的所需的电路。
这个微处理器按照程序工作，以便控制脉冲宽度调制装置，这样电动机转速就能在其整个转速范围内变化。该微处理器也将载入程序，允许设定所有的工作控制参数，并且当任一设置超出时发出一个特殊的警报。
在本发明的一个实施例中，该调节器包括一个人工接口控制器，该人工接口控制器包括允许所有参数从本地或远程位置进行设定的电路。对于调节器的这个基本操作，该控制器连接入微处理器，与控制系统的规格相匹配，在控制系统中这个控制器是一个功能上的元件。场信号控制也是通过这个电路，经一个相匹配的接口进行管理的。
图2是沿
图1的Ⅱ-Ⅱ线所取的视图。
图3是沿图1的Ⅲ-Ⅲ线所取的视图。
图4是一个分离凸轮和止动销的侧视图，其中驱动挡块或驱动套筒的销子与转子的驱动销相啮合。
图5是一个类似于图4的视图，其中驱动挡块或驱动套筒的销子不与转子的驱动销啮合。
图6是控制图1至5所示调节器的一个第一控制系统的方框图。
图7是控制图1至5所示调节器的一个第二控制系统的方框图。
本发明优选实施例发明实施例的调节器10在图1至5中图示出，其包括一个主机座11，该主机座11划分出一个轴室12，一个终端室13，一个控制室15，一个辅助室66(见图1和3)，和一个编码器室68(见图1和3)，其中终端室13由一个接线盖14填塞，控制室15由一个控制盖16填塞，辅助室66由盖67填塞，编码器室68由盖69填塞。轴17通过轴承18支撑在机座11的下端，并通过轴承19支撑在机座11上端。
轴17可以由一个电动机21带动而进行旋转，该电动机21具有一个固定在机座11上的定子22和一个转子23。电动机21可通过离合器24与轴17相连接。
当电动机21不工作时，也可以转动手动操纵的手轮20来使轴17旋转，例如万一供电失败时。
轴室12由顶盖25和驱动座26填塞。顶盖25上有一个中央开口，用于安放手轮20的毂盘26。顶盖25向下延伸的裙板27支撑轴承19a。毂盘26有一个中央开口，用于安放轴17，在其间放有轴承19。毂盘26相对于轴17由密封件29密封，相对于顶盖25由密封件30密封。在这个例子中，手轮20由销子31固定在毂盘26上。
驱动座26上有一个安放轴17一端部的中央开口，该轴17由轴承18支撑。驱动座26相对于轴17由密封件34密封。驱动座26由螺钉(无图示)固定在机座11上。
正如图4和5能详细看到的，电动机21设置在驱动座26上，定子22固定在机座11向下垂挂的裙板35上，并由螺钉65固定。转子23可旋转地通过轴承36安装在轴17上。转子23的毂盘37带有许多向上延伸的驱动销38，这些驱动销38用于与驱动套筒40上的驱动突耳39相啮合，而套筒40可滑动地由键41安装在轴17上。
驱动套筒40的下层面上有一个凸轮坡道43，它与凸轮46啮合，该凸轮46固定在分离轴47上。一个安装在凸轮46上的止动销44，其可绕轴45旋转，且通过一个由螺钉49固定在凸轮46上的弹簧48加偏压。分离轴47由回动弹簧50加偏压。在图4中所示的调节器处于电动机驱动模式。
如图4所示，轴17的手动操纵是通过手杆54来转动分离轴47(见图1)，进而使驱动突耳39与驱动销38分离。
在图5中，调节器处于手动模式，这时通过止动销44的尾部51与转子毂盘37的轴肩52的接合，和通过凸轮46的头部53与驱动套筒40的凸轮坡道43的接合，驱动套筒40的驱动突耳39与转子毂盘37的驱动销38间保持一定间隙。
轴传感器轮55安装在轴17上，并在驱动套筒40之上。轮55与驱动套筒40间有一个弹簧56，当止动销44的尾部51从轴肩52上脱离时，而转子23又转动时，弹簧56使驱动套筒40向下运动。轴传感器轮55定位于轴传感器夹持盘58上，该夹持盘58由螺钉59固定在机座11内的一个开口内。
如图3所示，动力室13有一个终端块60，其由螺钉61固定在机座11上。控制盖16上有一个显示窗62和开关/按钮63。
图6和7图示了图1至5的调节器的动力控制操作和指示系统。三相交流电通过线100供给一个电能转换装置101，再通过线103输送到反相器102。反相器102将电能供应给使轴17转动的电动机21。
万一停电但又不使用手动操纵时，可以使用一个备用蓄电池向轴位置传感器电路117提供电能，这样能在停电时人工地记录轴的任何转动。如果在一个设定的时间内没有检测到轴的转动，蓄电池关闭开关118，断开蓄电池的能量供应。轴的任何手动操纵将通过开关118自动重新启动蓄电池电路。
微处理器104接收电动机21的温度，轴17的位置，反相器102的温度，转子转速的信号，这些信号分别经由线105，线106，线107，线115传输而来。
所有的控制功能元件由微处理器104控制，再将转速要求和转扭设置反馈给可编程逻辑设备(PLD)113。
图6中，通过键区117进行本地控制，通过111进行远程控制。
在启用装置前通过键区117设定下述参数◆最佳存取码数◆模式关-本地-远程-校正◆微动或锁住操作模式◆紧急停车的技术要求关闭，开启或停止◆“转扭关闭”或“极限值关闭”◆开启转速(RPM)◆关闭转速(RPM)◆开启转扭设定(Nm)◆关闭转扭设定(Nm)◆100％转动的开启极限值(转到全开时圈数)◆0％关闭极限值(全关)对于本地控制，当选择本地或校正模式时，有两个开启和关闭操作的专用键区按钮。
在液晶显示器110上能读出所有的提示和设置。当这些控制参数设定在适当的位置上时，能安全地操纵该装置。
在图7中，本地控制是通过手持装置(红外发射器)108进行控制的，远程控制是通过111进行的。对于本地控制和指示装置112，有两个开关安装在该装置的控制台上，一个选择是本地控制一侧关还是远程控制一侧关，另一个选择是开启命令一侧停止还是关闭命令一侧停止。
下面的参数要在装置启用前通过手持装置(红外线发射器)108设定◆最佳存取码数◆微动或锁住操作模式◆紧急关闭技术要求关闭，开启或停止◆“转扭关闭”或“极限值关闭”◆开启转速(RPM)◆关闭转速(RPM)◆开启转扭设定(Nm)◆关闭转扭设定(Nm)◆100％转动的开启极限值(转到全开时圈数)◆0％关闭极限值(全关)在液晶显示器110上能读出所有的提示和设置。当这些控制参数设定在适当的位置上时，能安全地操纵该装置。
本地指示装置(图6中的116和图7中的112)通过三个发光二极管(LED)和一个16象素的阿尔发/数字液晶显示器(LCD)110来显示。LED信号是关闭-警示-开启。
当请求显示预设值时，该LCD110在讯问过程中显示所有的设置，并且
◆显示在操作过程中的位置信号0～100％的增加量和减少量，以及命令开启或关闭，该命令取决于在每一次转动末端的方向和开启或已关闭。
下述是将要显示的警示信号◆转扭切断机构开启(简化为16象素)◆转扭切断机构关闭◆电动机的温度◆电子部件的温度◆蓄电池电量不足对于远程控制和指示装置111，一般控制功能元件是开启-停止-关闭，正如本地控制一样。指示装置用于◆全关◆全开◆远程控制选择◆电压充足◆错误◆4-20mA位置信号任选的远程控制用于◆模拟位置控制(用作调节装置)◆远程校正，控制和在线讯问的场的信息转换接口的连接。
所有的控制参数存储在微处理器电路104中。
为顾客定制的软件已被写入，这样能按照需要根据功能上技术要求的规格来控制所有的操作和程序上的功能元件，进而控制该装置。
可编程逻辑装置(PLD)113被编入了程序，这样当通过线114接收到来自于转子感应电路的信号时，控制该开关装置。接着，开关装置控制驱动电动机21的反相器。开启脉冲的持续时间由从微处理器104接收的脉冲宽度调制信号来确定。脉冲越长，电动机的转速越快。
为了按照所需转速开启和关闭，该脉冲宽度调制转速信号由在微处理器104中预设的参数来控制。
各种变型可以在设计和结构上详细的作出，但是它们均不会偏离本发明的范围。
权利要求
1.一种用于控制阀门或阻尼器的电控调节器，其中，阀门或阻尼器带有一个工作转扭大于10Nm的调节轴，所述电控调节器包括(ⅰ)一个机座，(ⅱ)一个可转动地安装在机座内的驱动轴，该驱动轴包括一个第一端，该第一端从机座伸出，并与阀门或阻尼器的调节轴直接相连，(ⅲ)一个能产生大于10Nm转扭的电动机，该电动机轴向地安装在驱动轴上，以及(ⅳ)控制电动机工作的装置。
2.根据权利要求1所述的调节器，其特征在于，所述电动机是一个可变速的，永磁的，具有恒定转扭的电动机。
3.根据权利要求2所述的调节器，其特征在于，所述电动机是一个大转扭，由脉冲宽度调制控制的直流电动机。
4.根据权利要求3所述的调节器，其特征在于，所述电动机在预定转速范围内，其驱动轴提供一个无级地可变的输出转速。
5.根据权利要求3所述的调节器，其特征在于，所述电动机在一个预定转速范围内，提供恒定的转扭。
6.根据权利要求1所述的调节器，其特征在于，所述电动机包括一个固定在机座上的定子，和一个装在驱动轴上的转子。
7.根据权利要求6所述的调节器，其特征在于，所述转子可转动地安装在驱动轴上，而且该调节器还包括一个使转子和驱动轴连接的离合器。
8.根据权利要求7所述的调节器，其特征在于，所述离合器包括一个驱动套筒，驱动套筒上的驱动销，转子上的驱动销和弹簧装置，其中，该驱动套筒可滑动地安装在驱动轴上，但不能相对驱动轴转动，该弹簧装置对驱动套筒加偏压，使套筒朝向转子，这样套筒的驱动销与转子的驱动销就可以啮合。
9.根据权利要求8所述的调节器，其特征在于，还包括凸轮装置，该凸轮装置可以与驱动套筒接合，并能克服弹簧装置的作用力，使驱动套筒从转子上移开，进而使驱动销分离。
10.根据权利要求9所述的调节器，其特征在于，所述驱动轴的另一端与一个手轮相连，当驱动销分离时，该手轮用来使驱动轴旋转。
11.根据权利要求1所述的调节器，其特征在于，控制电动机工作的装置是一个电动机驱动控制器和一个人工接口控制器，其中，电动机驱动控制器包括驱动和保护电动机的电路，而人工接口控制器是用于设定调节器工作参数的。
12.根据权利要求11所述的调节器，其特征在于，控制装置包括一个微处理器，该微处理器被编程，允许设定工作参数，并且允许当任一设置超出时发出警报。
13.根据权利要求11所述的调节器，其特征在于，人工控制器允许从本地或远程来设定工作参数。
全文摘要
一个调节器包括一个电动机,其中,该电动机能产生大于10Nm的转扭;并且直接安装在一个阀门或阻尼器的调节轴上,而在它们之间不需设置任何齿轮传动箱。电动机最好是一个具有恒定转扭的,永磁的,直流的,由脉冲宽度调制控制的电动机,它能在规定的转速范围内提供可变输出转速。设定参数的控制和监测是通过(任选远程的)键区和微处理器来进行的。通过手杆(46,47)启动联接器(38,40,41)可以使电动机驱动轴与电动机分离,而该电动机驱动轴可以手动地由手轮(20)来操纵。示意图6和7是微处理器的控制和安全性的监测图,其采用了转子的转速、温度传感器,阀门调节轴位置和转扭传感器。
文档编号H02K7/14GK1297601SQ99805067
公开日2001年5月30日 申请日期1999年4月16日 优先权日1998年4月16日
发明者克里斯多弗·约翰·惠特渥斯, 道格拉斯·基罗 申请人:特兰斯菲尔德私人有限公司