專利名稱：全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，特別涉及一種全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是利用電能作為動(dòng)力源的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)中電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被廣泛用于化工、石化、電力、天然氣等行業(yè)，其通過驅(qū)動(dòng)管道閥門對(duì)工業(yè)過程進(jìn)行控制。目前， 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由電動(dòng)機(jī)、減速器、控制器、手動(dòng)輪、輸出軸和殼體構(gòu)成。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用中，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被要求除了能以開關(guān)或調(diào)節(jié)方式進(jìn)行電動(dòng)操作外，還需要配置手動(dòng)輪進(jìn)行人力手動(dòng)操作，同時(shí)還需要在運(yùn)行過程中能夠提供一系列安全操作方面的設(shè)置、保護(hù)和報(bào)警功能。目前，傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)、功能和操作上普遍存在著如下不足或缺陷I)無論采用開關(guān)還是調(diào)節(jié)方式進(jìn)行操作，均不能實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制，以致于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在起動(dòng)和停止時(shí)產(chǎn)生不良電氣或機(jī)械沖擊，同時(shí)還容易造成電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的惰走和振蕩；2)手動(dòng)和電動(dòng)操作的切換通過人工進(jìn)行，費(fèi)力費(fèi)時(shí)；3)采用增量型傳感器必須使用電池才能保證在斷電后閥位數(shù)據(jù)不會(huì)丟失；4)外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，而且現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)還會(huì)受到一些位置或方向的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體結(jié)構(gòu)緊湊，安裝位置和方向比較靈活，能實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制和絕對(duì)位置編碼，手動(dòng)/電動(dòng)之間的切換無須人工干預(yù)、省時(shí)省力的全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括殼體、電動(dòng)機(jī)、蝸輪減速器、手動(dòng)輪和輸出軸，其特征在于所述殼體為T型結(jié)構(gòu)，殼體上制有五面端口，所述電動(dòng)機(jī)和手動(dòng)輪分別安裝在殼體前端口和上端口位置，所述殼體的一側(cè)端口安裝有速度控制器和操作面板，所述速度控制器用于控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止和運(yùn)行及調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，所述殼體的另一側(cè)端口安裝有接線端子，所述殼體的下端口為與外界閥門連接的輸出端；所述蝸輪減速器與手動(dòng)輪之間設(shè)有無擾切換結(jié)構(gòu)；所述電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括輸出軸角位移檢測(cè)裝置，所述角位移檢測(cè)裝置由位置傳動(dòng)軸及安裝在其上的絕對(duì)位置編碼器構(gòu)成，所述位置傳動(dòng)軸由輸出軸驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明還可以采取的技術(shù)方案為所述速度控制器由輸入輸出單元、主處理單元和三相交流驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成；所述輸入輸出單兀由輸入輸出控制芯片及外圍電路、一組七個(gè)光電I禹合器及一組十個(gè)繼電器構(gòu)成；光電耦合器作為輸入接口電路接收外部信號(hào)，繼電器作為輸出接口電路用于輸出內(nèi)部信號(hào)，輸入輸出控制芯片用以將各光電耦合器輸入的并行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)后傳輸給主處理單元，同時(shí)將主處理單元輸出的串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)后通過各繼電器輸出；所述主處理單元由主控芯片及外圍電路構(gòu)成，該芯片中的存儲(chǔ)器內(nèi)燒寫有主控制軟件程序，所述主處理單元分別與輸入輸出單元、操作面板、絕對(duì)位置編碼器及電動(dòng)機(jī)的過熱/過載傳感器連接，其用于接收遠(yuǎn)端輸入信號(hào)、近端輸入信號(hào)、閥位數(shù)據(jù)信號(hào)及電動(dòng)機(jī)過熱/過載信號(hào)，信號(hào)經(jīng)處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算后，輸出給三相交流驅(qū)動(dòng)單元，以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；所述三相交流驅(qū)動(dòng)單元由變頻控制芯片及外圍電路、Dl D6整流二極管、Ql Q6絕緣柵雙極晶體管(IGBT)構(gòu)成；D1 D6整流二極管用以將工頻三相交流電源整流成直流電源，Ql Q6絕緣柵雙極晶體管用以將直流電源調(diào)制成電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的三相交流電源；變頻控制芯片用于控制Ql Q6絕緣柵雙極晶體管的通斷時(shí)序。所述絕對(duì)位置編碼器采用霍爾多圈絕對(duì)位置編碼器，其包括外殼和電路板，所述外殼內(nèi)安裝有依次進(jìn)位連接的多級(jí)計(jì)數(shù)齒輪，所述每級(jí)計(jì)數(shù)齒輪由齒輪本體及與其整體加工成型沿軸向設(shè)置的一個(gè)進(jìn)位齒構(gòu)成，相鄰級(jí)計(jì)數(shù)齒輪之間安裝有進(jìn)位齒輪，所述進(jìn)位齒輪分別與前一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的進(jìn)位齒和后一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的齒輪本體連接；第一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的底端制有軸孔或軸伸結(jié)構(gòu)；所述每級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的頂端中心位置均固裝有一塊磁鋼，所述電路板上與每塊磁鋼對(duì)正的位置均安裝有一個(gè)霍爾傳感器。所述每個(gè)進(jìn)位齒輪上均設(shè)有一組壓緊定位結(jié)構(gòu)，所述壓緊定位結(jié)構(gòu)由設(shè)在進(jìn)位齒輪上兩齒之間的滾珠及壓緊在滾珠上的彈性元件構(gòu)成。所述無擾切換結(jié)構(gòu)由雙向逆止器和差動(dòng)輪系構(gòu)成，所述雙向逆止器包括連接手動(dòng)輪的手驅(qū)軸，所述手驅(qū)軸與減速器的蝸輪分別套裝在輸出軸的兩端，所述手驅(qū)軸上一體制有沿圓周均布的數(shù)個(gè)撥爪，所述手驅(qū)軸的外部套裝有端蓋，所述端蓋內(nèi)在撥爪的外部固定嵌裝有外環(huán)，所述撥爪的內(nèi)部設(shè)有套裝在輸出軸上且?guī)в袛?shù)個(gè)均布凸塊的星輪，所述凸塊分別插入相鄰撥爪之間的空腔內(nèi)，在星輪外圓面上凸塊的兩側(cè)對(duì)稱制有楔面，在兩楔面與外環(huán)的內(nèi)圓面之間分別嵌裝有滾柱，在兩滾柱之間設(shè)有穿裝在凸塊上的彈簧；所述差動(dòng)輪系安裝在手驅(qū)軸和蝸輪之間，其由手驅(qū)輪、電驅(qū)輪、設(shè)在手驅(qū)輪和電驅(qū)輪之間的動(dòng)輪組構(gòu)成，所述手驅(qū)輪由星輪驅(qū)動(dòng)，所述電驅(qū)輪與蝸輪固定連接，所述動(dòng)輪組由沿圓周均布的數(shù)個(gè)動(dòng)輪、支撐動(dòng)輪的輪架和插裝在動(dòng)輪與輪架上的輪軸構(gòu)成，所述動(dòng)輪與兩側(cè)的手驅(qū)輪和電驅(qū)輪均形成齒嚙合，所述動(dòng)輪組與輸出軸連接。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是采用上述結(jié)構(gòu)，具有如下幾方面的優(yōu)點(diǎn)I、T型殼體一方面使整體結(jié)構(gòu)緊湊，另一方面使執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸保持垂直或水平方向與閥門安裝，而且不會(huì)影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)接線、面板顯示和手動(dòng)操作；2、速度控制器實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)，使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的速度運(yùn)行時(shí)均以低速起動(dòng)或停止，從而有效地避免了電氣或機(jī)械沖擊，同時(shí)精確驅(qū)動(dòng)閥門定位；3、無擾切換結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)和電動(dòng)操作的自動(dòng)切換，從而節(jié)省了人力；4、輸出軸連接絕對(duì)位置編碼器，避免了斷電后閥位數(shù)據(jù)的丟失，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)位置編碼。


圖I本發(fā)明的功能原理圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的總體控制原理圖；圖4是圖3中輸入輸出單元的電路原理圖；圖5是圖3中主控單元的電路原理體；圖6是圖3中三相交流驅(qū)動(dòng)單元的電路原理圖；圖7是霍爾多圈絕對(duì)位置編碼器的結(jié)構(gòu)原理圖；圖8是霍爾多圈絕對(duì)位置編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖8中兩級(jí)計(jì)數(shù)齒輪配合的俯視圖；圖10是無擾切換結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖11是無擾切換結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是圖11中A-A剖視圖；圖13是圖11中B-B剖視圖。圖中1、殼體；2、電動(dòng)機(jī)；3、蝸輪減速器；3_1、蝸輪；4、手動(dòng)輪；5、輸出軸；6_1、速度控制器；6-2、操作面板；7、接線端子；8、無擾切換結(jié)構(gòu)；8-1手驅(qū)軸、8-1-1、撥爪；8_2、 端蓋；8-3、外環(huán)；8-4、星輪；8-4-1、凸塊；8-5、滾柱；8_6、彈簧；8_7、手驅(qū)輪；8_8、電驅(qū)輪；
8-9、動(dòng)輪；8-10、輪架；8-11、輪軸；9、絕對(duì)位置編碼器；9_1、外殼；9_2、電路板；9_3、第一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪；9-3-1、齒輪本體；9-3-2、第二級(jí)進(jìn)位齒；9-4、第一級(jí)磁鋼；9_5、第一級(jí)霍爾傳感器；9-6、第二級(jí)計(jì)數(shù)齒輪；9_6_1、齒輪本體；9_6_2、第二級(jí)進(jìn)位齒；9_7、第二級(jí)磁鋼； 9_8、第二級(jí)霍爾傳感器；9_9、第二級(jí)計(jì)數(shù)齒輪；9_10、第二級(jí)磁鋼；9_11、第二級(jí)霍爾傳感器；9-12、第二級(jí)進(jìn)位齒輪；9-13、第三級(jí)進(jìn)位齒輪；9-14、滾珠；9_15、彈性元件。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下請(qǐng)參閱圖1-13，全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括殼體I、電動(dòng)機(jī)2、蝸輪減速器3、 手動(dòng)輪4和輸出軸5。所述殼體為T型結(jié)構(gòu)，殼體上制有五面端口。所述電動(dòng)機(jī)和手動(dòng)輪分別安裝在殼體前端口和上端口位置，所述殼體的一側(cè)端口安裝有速度控制器6-1和操作面板6-2，所述速度控制器用于控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止和運(yùn)行及調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，操作面板上具體設(shè)有操作旋鈕、IR(紅外線接收器)、LCD(液晶顯示屏)。所述殼體的另一側(cè)端口安裝有接線端子7。所述殼體的下端口為與外界閥門連接的輸出端。所述蝸輪減速器與手動(dòng)輪之間設(shè)有無擾切換結(jié)構(gòu)8。所述電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括輸出軸角位移檢測(cè)裝置，所述角位移檢測(cè)裝置由位置傳動(dòng)軸及安裝在其上的絕對(duì)位置編碼器9構(gòu)成，所述位置傳動(dòng)軸由輸出軸驅(qū)動(dòng)。上述速度控制器由輸入輸出單元、主處理單元和三相交流驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成。所述輸入輸出單兀由輸入輸出控制芯片及外圍標(biāo)準(zhǔn)電路、一組七個(gè)光電I禹合器及一組十個(gè)繼電器構(gòu)成，該控制芯片型號(hào)為STM32F103C8。光電耦合器作為輸入接口電路接收外部信號(hào)，即通過接線端子接收遠(yuǎn)端控制信號(hào)。繼電器作為輸出接口電路用于輸出內(nèi)部信號(hào)，即通過接線端子將主處理單元的輸出信號(hào)輸送到遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)。輸入輸出控制芯片用以將各光電I禹合器輸入的并行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)后傳輸給主處理單兀，同時(shí)將主處理單元輸出的串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)后通過各繼電器輸出。
所述主處理單元由主控芯片及外圍標(biāo)準(zhǔn)電路構(gòu)成，芯片型號(hào)為STM32F103VC。該芯片中的存儲(chǔ)器內(nèi)燒寫有主控制軟件程序。所述主處理單元分別與輸入輸出單元、操作面板、絕對(duì)位置編碼器及電動(dòng)機(jī)的過熱/過載傳感器連接，其用于接收遠(yuǎn)端輸入信號(hào)、就地輸入信號(hào)、閥位數(shù)據(jù)信號(hào)及電動(dòng)機(jī)過熱/過載信號(hào)，信號(hào)經(jīng)處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算后，輸出給三相交流驅(qū)動(dòng)單元，以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。所述三相交流驅(qū)動(dòng)單元由變頻控制芯片及其外圍標(biāo)準(zhǔn)電路、Dl D6整流二極管、 Ql Q6絕緣柵雙極晶體管(IGBT)構(gòu)成，該控制芯片型號(hào)為STM32F103C8。Dl D6整流二極管用以將工頻三相交流電源整流成直流電源。Ql Q6絕緣柵雙極晶體管用以將直流電源調(diào)制成電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的三相交流電源。變頻控制芯片用于控制Ql Q6絕緣柵雙極晶體管的通斷時(shí)序。上述絕對(duì)位置編碼器可采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)光電編碼器。從結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、減少電路元器件和提高對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性等方面考慮，在本發(fā)明中，所述絕對(duì)位置編碼器采用霍爾多圈絕對(duì)位置編碼器。該編碼器包括外殼9-1和電路板9-2。所述外殼內(nèi)安裝有依次進(jìn)位連接的多級(jí)計(jì)數(shù)齒輪，所述每級(jí)計(jì)數(shù)齒輪由齒輪本體及與其整體加工成型沿軸向設(shè)置的一個(gè)進(jìn)位齒構(gòu)成，相鄰級(jí)計(jì)數(shù)齒輪之間安裝有進(jìn)位齒輪，所述進(jìn)位齒輪分別與前一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的進(jìn)位齒和后一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的齒輪本體連接；第一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的底端制有軸孔或軸伸結(jié)構(gòu)，通過軸孔或軸伸使整個(gè)編碼器與上述位置傳動(dòng)軸同軸固連。所述每級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的頂端中心位置均固裝有一塊磁鋼，具體的，可在每級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的頂端中心位置設(shè)置與磁鋼相匹配的安裝孔，磁鋼經(jīng)涂膠并輕壓進(jìn)入該安裝孔后與計(jì)數(shù)齒輪形成剛性連接。所述電路板上與每塊磁鋼對(duì)正的位置均安裝有一個(gè)霍爾傳感器。磁鋼與對(duì)應(yīng)霍爾傳感器均保持相同的感應(yīng)距離。上述第一計(jì)數(shù)齒輪的齒輪本體部分也可采用無齒型結(jié)構(gòu)。上述多級(jí)計(jì)數(shù)齒輪結(jié)構(gòu)為兩級(jí)及兩級(jí)以上，圖7為三級(jí)進(jìn)位的結(jié)構(gòu)原理圖，圖8為二級(jí)進(jìn)位的結(jié)構(gòu)示意圖。具體的三級(jí)進(jìn)位結(jié)構(gòu)由依次進(jìn)位連接的第一級(jí)計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)、第二級(jí)計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)和第三級(jí)計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。其中第一級(jí)計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)由第一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪9-3、安裝在第一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪頂端中心位置的第一級(jí)磁鋼9-4及安裝在電路板上的第一級(jí)霍爾傳感器9-5 構(gòu)成，第一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的底端與傳動(dòng)軸連接，第一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪由齒輪本體9-3-1和第二級(jí)進(jìn)位齒9-3-2構(gòu)成；第二級(jí)計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)由第二級(jí)計(jì)數(shù)齒輪9-6、安裝在第二級(jí)計(jì)數(shù)齒輪頂端中心位置的第二級(jí)磁鋼9-7及安裝在電路板上的第二級(jí)霍爾傳感器9-8構(gòu)成，第二級(jí)計(jì)數(shù)齒輪由齒輪本體9-6-1和第二級(jí)進(jìn)位齒9-6-2構(gòu)成；第二級(jí)計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)由第二級(jí)計(jì)數(shù)齒輪9-9、 安裝在第三級(jí)計(jì)數(shù)齒輪頂端中心位置的第三級(jí)磁鋼9-10及安裝在電路板上的第三級(jí)霍爾傳感器9-11構(gòu)成。在上述第二級(jí)進(jìn)位齒和第二級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的齒輪本體之間安裝有第二級(jí)進(jìn)位齒輪9-12，在第三級(jí)進(jìn)位齒和第三級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的齒輪本體之間安裝有第三級(jí)進(jìn)位齒輪
9-13。上述霍爾多圈絕對(duì)位置編碼器的工作原理為將位置編碼器安裝在裝置或設(shè)備的傳動(dòng)軸上，具體的，應(yīng)用在本發(fā)明所述電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中時(shí)，將編碼器安裝在位置傳動(dòng)軸上。當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)位置傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)谝患?jí)計(jì)數(shù)齒輪上的第二級(jí)進(jìn)位齒轉(zhuǎn)動(dòng)到與第二級(jí)進(jìn)位齒輪嚙合后，會(huì)撥動(dòng)第二級(jí)進(jìn)位齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，而第二級(jí)進(jìn)位齒輪則撥動(dòng)第二級(jí)計(jì)數(shù)齒輪也轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，實(shí)現(xiàn)一級(jí)進(jìn)位。同理，經(jīng)一級(jí)級(jí)進(jìn)位和傳遞，η級(jí)進(jìn)位齒將隨n-Ι級(jí)計(jì)數(shù)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)到與η級(jí)進(jìn)位齒輪嚙合后,也會(huì)撥動(dòng)η級(jí)進(jìn)位齒輪和η級(jí)計(jì)數(shù)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒,實(shí)現(xiàn)η級(jí)進(jìn)位。在該編碼器中，磁鋼為圓柱體，其N極和S極分列在圓柱體軸線兩側(cè)，磁場(chǎng)強(qiáng)度在兩極各自中心最大，而且大小相等、方向相反，然后沿兩極中心向兩極結(jié)合面呈遞減分布，直至為零。磁鋼隨各級(jí)計(jì)數(shù)齒輪回轉(zhuǎn)360°，與之對(duì)正安裝的霍爾傳感器就能檢測(cè)到一個(gè)完整的磁場(chǎng)強(qiáng)度正弦波，然后再經(jīng)霍爾傳感器中的運(yùn)算器將其轉(zhuǎn)化成與轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的一組線性數(shù)據(jù)，最后由霍爾傳感器的外圍元器件ARM芯片將η組這種線性數(shù)據(jù)整合成一個(gè)絕對(duì)位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了多圈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)任意位置的檢測(cè)和編碼。上述各級(jí)進(jìn)位齒輪均通過中心軸安裝在外殼內(nèi)，其運(yùn)動(dòng)方式為間歇運(yùn)動(dòng)。為提高進(jìn)位齒輪在進(jìn)位后的定位精度，所述每個(gè)進(jìn)位齒輪上進(jìn)一步設(shè)有一組壓緊定位結(jié)構(gòu)，所述壓緊定位結(jié)構(gòu)由設(shè)在進(jìn)位齒輪上兩齒之間的滾珠9-14及壓緊在滾珠上的彈性元件9-15構(gòu)成。具體的，彈性元件遠(yuǎn)離滾珠的一端固裝在外殼上，在附圖中未表示出。彈性元件可采用常見的壓簧或彈片結(jié)構(gòu)。上述彈性壓緊定位結(jié)構(gòu)，在進(jìn)位齒輪的傳動(dòng)過程中，滾珠在彈性元件的推壓下始終頂在進(jìn)位齒輪的兩齒之間，使進(jìn)位齒輪在未被進(jìn)位齒撥動(dòng)時(shí)保持不動(dòng)，從而保證了位置數(shù)據(jù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。上述位置編碼器從結(jié)構(gòu)設(shè)置上考慮，η級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的軸線可相互平行設(shè)置，如附圖所示，也可同軸安排。當(dāng)各計(jì)數(shù)齒輪的軸線采用平行設(shè)置的結(jié)構(gòu)時(shí)，與計(jì)數(shù)齒輪對(duì)正安裝的霍爾傳感器可被焊接在同一塊電路板上。當(dāng)各計(jì)數(shù)齒輪同軸設(shè)置時(shí)，與計(jì)數(shù)齒輪對(duì)正安裝的霍爾傳感器需要被焊接在不同的電路板上。從編碼器整體尺寸小巧、其內(nèi)部零件安裝方便及便于布線等方面考慮，在本發(fā)明中，各級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的軸線優(yōu)選為平行設(shè)置。上述無擾切換結(jié)構(gòu)由雙向逆止器和差動(dòng)輪系構(gòu)成，所述雙向逆止器包括連接手動(dòng)輪的手驅(qū)軸8-1，所述手驅(qū)軸與蝸輪減速器的蝸輪3-1分別套裝在輸出軸5的兩端，所述手驅(qū)軸上一體制有沿圓周均布的數(shù)個(gè)撥爪8-1-1。所述手驅(qū)軸的外部套裝有端蓋8-2，所述端蓋內(nèi)在撥爪的外部固定嵌裝有外環(huán)8-3。所述撥爪的內(nèi)部設(shè)有套裝在輸出軸上且?guī)в袛?shù)個(gè)均布凸塊的星輪8-4，所述凸塊8-4-1分別插入相鄰撥爪之間的空腔內(nèi)。在星輪外圓面上凸塊的兩側(cè)對(duì)稱制有楔面，在兩楔面與外環(huán)的內(nèi)圓面之間分別嵌裝有滾柱8-5，在兩滾柱之間設(shè)有穿裝在凸塊上的彈簧8-6，具體的，在凸塊上設(shè)有穿過彈簧的通孔，彈簧的兩端分別作用在兩側(cè)滾柱上，在沒有外力作用下，彈簧將滾柱壓緊在楔面的小端與外環(huán)的內(nèi)圓面上，使星輪與外環(huán)處于楔緊狀態(tài)。所述差動(dòng)輪系安裝在手驅(qū)軸和蝸輪之間，其由手驅(qū)輪8-7、電驅(qū)輪8-8、設(shè)在手驅(qū)輪和電驅(qū)輪之間的動(dòng)輪組構(gòu)成。所述手驅(qū)輪由星輪驅(qū)動(dòng)，所述電驅(qū)輪與蝸輪固定連接。所述動(dòng)輪組由沿圓周均布的數(shù)個(gè)動(dòng)輪8-9、支撐動(dòng)輪的輪架8-10和插裝在動(dòng)輪與輪架上的輪軸8-11構(gòu)成。所述動(dòng)輪與兩側(cè)的手驅(qū)輪和電驅(qū)輪均形成齒嚙合，所述動(dòng)輪組與輸出軸連接，即手驅(qū)輪帶動(dòng)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)或電驅(qū)輪帶動(dòng)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)輪均帶動(dòng)輸出軸運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。上述手驅(qū)輪和電驅(qū)輪可采用端面齒輪，動(dòng)輪相應(yīng)為為圓柱齒輪；手驅(qū)輪、電驅(qū)輪和動(dòng)輪也可采用相配合的錐齒輪結(jié)構(gòu)。另外，上述手驅(qū)輪與星輪可做成整體式結(jié)構(gòu)，也可做成分體式結(jié)構(gòu)。當(dāng)手驅(qū)輪和星輪采用分體式結(jié)構(gòu)時(shí)，兩者通過緊固件或設(shè)在配合端面上的凸牙固定連接。上述無擾切換結(jié)構(gòu)的工作原理為手動(dòng)操作時(shí)，人力轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)輪并通過手驅(qū)軸輸入操作扭矩，手驅(qū)軸上的撥爪推壓
8滾柱脫離楔面小端，使外環(huán)和星輪從楔緊變?yōu)樗蓜?dòng)狀態(tài)，隨之撥爪繼續(xù)推壓滾柱，滾柱推壓凸塊，使星輪與手驅(qū)輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過齒嚙合帶動(dòng)動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)。由于蝸桿和蝸輪的自鎖作用，電驅(qū)輪保持靜止?fàn)顟B(tài)，則動(dòng)輪通過輪架和輪軸將手動(dòng)扭矩傳遞給輸出軸，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手動(dòng)操作。在電動(dòng)操作時(shí)，電動(dòng)機(jī)依次通過連接器、蝸桿、蝸輪和電驅(qū)輪輸入操作扭矩，驅(qū)動(dòng)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于外環(huán)被固定以及滾柱的楔緊作用，星輪和手驅(qū)輪保持靜止?fàn)顟B(tài)，則使動(dòng)輪通過輪架和輪軸將電動(dòng)扭矩傳遞給輸出軸，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)操作功能。本發(fā)明的工作原理為電動(dòng)操作時(shí)，接通外部具有固定幅值和頻率的工頻三相交流電源(UlVlWl)，三相交流驅(qū)動(dòng)單元中的Dl D6整流二極管就會(huì)將其整流成增大至倍幅值的直流電源。當(dāng)輸入輸出單元接收到來自過程控制系統(tǒng)的變速操作命令時(shí)，STM32F103VC主控芯片經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理，先由三相交流驅(qū)動(dòng)單元通過Ql Q6絕緣柵雙極晶體管以脈寬調(diào)制方式將直流電源逆變成電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的三相交流電源(U2V2W2)，再以一定的相序、頻率和持續(xù)時(shí)間接通三相異步電動(dòng)機(jī)，使三相異步電動(dòng)機(jī)按照操作命令要求的方向和轉(zhuǎn)速起動(dòng)、運(yùn)行并通過蝸輪減速器、差動(dòng)輪系和輸出軸驅(qū)動(dòng)閥門進(jìn)行開、關(guān)操作。在電動(dòng)操作過程中，通過存儲(chǔ)在主控芯片上的控制軟件程序，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的速度運(yùn)行時(shí)均以低速起動(dòng)或停止，從而有效地避免了電氣或機(jī)械沖擊，同時(shí)精確驅(qū)動(dòng)閥門定位。手動(dòng)操作時(shí)，無需做任何切換或操作，只要人力轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)輪輸入操作扭矩，就會(huì)直接通過無擾切換機(jī)構(gòu)中的雙向逆止器和差動(dòng)輪系驅(qū)動(dòng)輸出軸輸出操作扭矩。無擾切換機(jī)構(gòu)充分利用了差動(dòng)輪系兩個(gè)自由度的傳動(dòng)原理以及雙向逆止器輸入輸出端的止通原理，使得無論是電動(dòng)操作還是手動(dòng)操作，均不會(huì)對(duì)另一種操作造成任何干擾或影響，全面實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)手動(dòng)和電動(dòng)操作的自動(dòng)切換。執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被位置傳動(dòng)軸傳遞給傳感器的第一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪，繼而帶動(dòng)多級(jí)齒輪組中的各級(jí)計(jì)數(shù)齒輪以進(jìn)位方式轉(zhuǎn)動(dòng)。而各級(jí)計(jì)數(shù)齒輪帶動(dòng)磁鋼隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，將磁鋼的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化分別傳遞給各級(jí)霍爾傳感器，再由其轉(zhuǎn)化成閥位數(shù)據(jù)并發(fā)送給STM32F103VC主控芯片參與控制和閥位顯示。此外在運(yùn)行過程中，當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生過熱或過載現(xiàn)象時(shí),過熱/過載傳感器將會(huì)將過熱或過載信號(hào)發(fā)送給STM32F103VC主控芯片，經(jīng)處理后通過三相交流驅(qū)動(dòng)單元及時(shí)切斷三相異步電動(dòng)機(jī)的電源對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。
權(quán)利要求
1.全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括殼體、電動(dòng)機(jī)、蝸輪減速器、手動(dòng)輪和輸出軸，其特征在于所述殼體為T型結(jié)構(gòu)，殼體上制有五面端口，所述電動(dòng)機(jī)和手動(dòng)輪分別安裝在殼體前端口和上端口位置，所述殼體的一側(cè)端口安裝有速度控制器和操作面板，所述速度控制器用于控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止和運(yùn)行及調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，所述殼體的另一側(cè)端口安裝有接線端子，所述殼體的下端口為與外界閥門連接的輸出端；所述蝸輪減速器與手動(dòng)輪之間設(shè)有無擾切換結(jié)構(gòu)；所述電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括輸出軸角位移檢測(cè)裝置，所述角位移檢測(cè)裝置由位置傳動(dòng)軸及安裝在其上的絕對(duì)位置編碼器構(gòu)成，所述位置傳動(dòng)軸由輸出軸驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于所述速度控制器由輸入輸出單元、主處理單元和三相交流驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成；所述輸入輸出單兀由輸入輸出控制芯片及外圍電路、一組七個(gè)光電I禹合器及一組十個(gè)繼電器構(gòu)成；光電稱合器作為輸入接口電路接收外部信號(hào)，繼電器作為輸出接口電路用于輸出內(nèi)部信號(hào)，輸入輸出控制芯片用以將各光電耦合器輸入的并行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)后傳輸給主處理單元，同時(shí)將主處理單元輸出的串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)后通過各繼電器輸出；所述主處理單元由主控芯片及外圍電路構(gòu)成，該芯片中的存儲(chǔ)器內(nèi)燒寫有主控制軟件程序，所述主處理單元分別與輸入輸出單元、操作面板、絕對(duì)位置編碼器及電動(dòng)機(jī)的過熱/ 過載傳感器連接，其用于接收遠(yuǎn)端輸入信號(hào)、就地輸入信號(hào)、閥位數(shù)據(jù)信號(hào)及電動(dòng)機(jī)過熱/ 過載信號(hào)，信號(hào)經(jīng)處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算后，輸出給三相交流驅(qū)動(dòng)單元，以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；所述三相交流驅(qū)動(dòng)單元由變頻控制芯片及外圍電路、Dl D6整流二極管、Ql Q6絕緣柵雙極晶體管(IGBT)構(gòu)成；D1 D6整流二極管用以將工頻三相交流電源整流成直流電源，Ql Q6絕緣柵雙極晶體管用以將直流電源調(diào)制成電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的三相交流電源；變頻控制芯片用于控制Ql Q6絕緣柵雙極晶體管的通斷時(shí)序。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于所述絕對(duì)位置編碼器采用霍爾多圈絕對(duì)位置編碼器，其包括外殼和電路板，所述外殼內(nèi)安裝有依次進(jìn)位連接的多級(jí)計(jì)數(shù)齒輪，所述每級(jí)計(jì)數(shù)齒輪由齒輪本體及與其整體加工成型沿軸向設(shè)置的一個(gè)進(jìn)位齒構(gòu)成，相鄰級(jí)計(jì)數(shù)齒輪之間安裝有進(jìn)位齒輪，所述進(jìn)位齒輪分別與前一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的進(jìn)位齒和后一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的齒輪本體連接；第一級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的底端制有軸孔或軸伸結(jié)構(gòu)；所述每級(jí)計(jì)數(shù)齒輪的頂端中心位置均固裝有一塊磁鋼，所述電路板上與每塊磁鋼對(duì)正的位置均安裝有一個(gè)霍爾傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于所述每個(gè)進(jìn)位齒輪上均設(shè)有一組壓緊定位結(jié)構(gòu)，所述壓緊定位結(jié)構(gòu)由設(shè)在進(jìn)位齒輪上兩齒之間的滾珠及壓緊在滾珠上的彈性元件構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4任一所述全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于所述無擾切換結(jié)構(gòu)由雙向逆止器和差動(dòng)輪系構(gòu)成，所述雙向逆止器包括連接手動(dòng)輪的手驅(qū)軸，所述手驅(qū)軸與蝸輪減速器的蝸輪分別套裝在輸出軸的兩端，所述手驅(qū)軸上一體制有沿圓周均布的數(shù)個(gè)撥爪，所述手驅(qū)軸的外部套裝有端蓋，所述端蓋內(nèi)在撥爪的外部固定嵌裝有外環(huán)， 所述撥爪的內(nèi)部設(shè)有套裝在輸出軸上且?guī)в袛?shù)個(gè)均布凸塊的星輪，所述凸塊分別插入相鄰撥爪之間的空腔內(nèi)，在星輪外圓面上凸塊的兩側(cè)對(duì)稱制有楔面，在兩楔面與外環(huán)的內(nèi)圓面之間分別嵌裝有滾柱，在兩滾柱之間設(shè)有穿裝在凸塊上的彈簧；所述差動(dòng)輪系安裝在手驅(qū)軸和蝸輪之間，其由手驅(qū)輪、電驅(qū)輪、設(shè)在手驅(qū)輪和電驅(qū)輪之間的動(dòng)輪組構(gòu)成，所述手驅(qū)輪由星輪驅(qū)動(dòng)，所述電驅(qū)輪與蝸輪固定連接，所述動(dòng)輪組由沿圓周均布的數(shù)個(gè)動(dòng)輪、支撐動(dòng)輪的輪架和插裝在動(dòng)輪與輪架上的輪軸構(gòu)成，所述動(dòng)輪與兩側(cè)的手驅(qū)輪和電驅(qū)輪均形成齒嚙合，所述動(dòng)輪組與輸出軸連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于所述無擾切換結(jié)構(gòu)由雙向逆止器和差動(dòng)輪系構(gòu)成，所述雙向逆止器包括連接手動(dòng)輪的手驅(qū)軸，所述手驅(qū)軸與減速器的蝸輪分別套裝在輸出軸的兩端，所述手驅(qū)軸上一體制有沿圓周均布的數(shù)個(gè)撥爪， 所述手驅(qū)軸的外部套裝有端蓋，所述端蓋內(nèi)在撥爪的外部固定嵌裝有外環(huán)，所述撥爪的內(nèi)部設(shè)有套裝在輸出軸上且?guī)в袛?shù)個(gè)均布凸塊的星輪，所述凸塊分別插入相鄰撥爪之間的空腔內(nèi)，在星輪外圓面上凸塊的兩側(cè)對(duì)稱制有楔面，在兩楔面與外環(huán)的內(nèi)圓面之間分別嵌裝有滾柱，在兩滾柱之間設(shè)有穿裝在凸塊上的彈簧；所述差動(dòng)輪系安裝在手驅(qū)軸和蝸輪之間， 其由手驅(qū)輪、電驅(qū)輪、設(shè)在手驅(qū)輪和電驅(qū)輪之間的動(dòng)輪組構(gòu)成，所述手驅(qū)輪由星輪驅(qū)動(dòng)，所述電驅(qū)輪與蝸輪固定連接，所述動(dòng)輪組由沿圓周均布的數(shù)個(gè)動(dòng)輪、支撐動(dòng)輪的輪架和插裝在動(dòng)輪與輪架上的輪軸構(gòu)成，所述動(dòng)輪與兩側(cè)的手驅(qū)輪和電驅(qū)輪均形成齒嚙合，所述動(dòng)輪組與輸出軸連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及全能型多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括殼體、電動(dòng)機(jī)、減速器、手動(dòng)輪和輸出軸，其特點(diǎn)是殼體為T型結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)和手動(dòng)輪分別安裝在殼體前端口和上端口，殼體的一側(cè)端口安裝有速度控制器和操作面板，殼體的另一側(cè)端口安裝有接線端子，殼體的下端口為輸出端；減速器與手動(dòng)輪之間設(shè)有無擾切換結(jié)構(gòu)；電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括由位置傳動(dòng)軸及絕對(duì)位置編碼器構(gòu)成輸出軸角位移檢測(cè)裝置。上述T型殼體整體結(jié)構(gòu)緊湊，使輸出軸保持垂直或水平方向與閥門安裝，不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)接線、面板顯示和手動(dòng)操作；速度控制器實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)，有效地避免了電氣或機(jī)械沖擊，精確驅(qū)動(dòng)閥門定位；無擾切換結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)和電動(dòng)操作的自動(dòng)切換，節(jié)省了人力；絕對(duì)位置編碼器避免了斷電后閥位數(shù)據(jù)的丟失。
文檔編號(hào)F16K31/05GK102588653SQ20121004865
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者任慧遠(yuǎn), 劉占軍, 趙建民, 趙秋光, 郭文琪 申請(qǐng)人:天津祥嘉流體控制系統(tǒng)有限公司