專利名稱：制動(dòng)機(jī)構(gòu)與動(dòng)力致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來(lái)抑制工作端如提供有回位彈簧的閥或阻尼器的操作速度的制動(dòng)機(jī)構(gòu)和采用該制動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力致動(dòng)器。
做為常規(guī)動(dòng)力致動(dòng)器，采用將閥或阻尼器作為工作端的彈簧回位型致動(dòng)器。在該彈簧回位型致動(dòng)器中，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)力通過(guò)減速機(jī)構(gòu)，傳送到工作端，提高扭矩，從而打開(kāi)或關(guān)閉構(gòu)成工作端的閥或阻尼器，該閥或阻尼器提供有回位彈簧。當(dāng)由于電源故障或類似原因造成電源供不到驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)，回位彈簧的力(回復(fù)力)將閥或阻尼器強(qiáng)制全關(guān)閉或全打開(kāi)。在強(qiáng)制全關(guān)閉或全打開(kāi)閥或阻尼器的回復(fù)過(guò)程中，產(chǎn)生制動(dòng)力(制動(dòng)扭矩)以緩和全關(guān)閉或全打開(kāi)過(guò)程產(chǎn)生的沖量。該回復(fù)過(guò)程的制動(dòng)方法的一個(gè)例子包括下面方法或類似方法。
I.利用重力的慣性制動(dòng)法II.利用摩擦的調(diào)速器法III.利用空氣阻力的推進(jìn)器法I.利用重力的慣性制動(dòng)法如

圖16A所示，該方法中，制動(dòng)機(jī)構(gòu)1帶有一個(gè)轉(zhuǎn)盤1-1，與連在工作端的電源傳送線路，在線路中間轉(zhuǎn)動(dòng)連接。重物1-2A和1-2B排放在轉(zhuǎn)盤1-1上，并通過(guò)彈簧1-3A和1-3B與轉(zhuǎn)動(dòng)中心相連。這可以在回復(fù)過(guò)程中增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，抑制工作端操作速度的增加。這種，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以由離心力即轉(zhuǎn)速來(lái)改變，如圖16B所示，相對(duì)于轉(zhuǎn)速N，制動(dòng)扭矩TB基本穩(wěn)定。相應(yīng)地，工作端的操作速度(回位速度)，從回復(fù)開(kāi)始到回復(fù)結(jié)束，會(huì)表現(xiàn)如圖16c所示的特性。
圖16c所示的特性可表示為dw/dt＝(TS-TB)/J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J與速度平方成正比例增加，制動(dòng)扭矩TB與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)保持穩(wěn)定。
II.利用摩擦的調(diào)速器法如圖17A所示，該方法中，制動(dòng)機(jī)構(gòu)2帶有一個(gè)殼體2-1，與連在工作端的電源傳送線路，在線路中間的轉(zhuǎn)動(dòng)連接。鼓輪2-2A和2-2B安裝在殼體2-1內(nèi)，并通過(guò)彈簧2-3A和2-3B與轉(zhuǎn)動(dòng)中心相連?；貜?fù)過(guò)程中，鼓輪2-2A和2-2B由離心力推向向外放射的方向，在它們和殼體2-1之間產(chǎn)生摩擦，從而抑制工作端操作速度的增加。這種情況下，制動(dòng)扭矩TB大約從轉(zhuǎn)速No開(kāi)始增加，該速度時(shí)，鼓輪2-2A和2-2B開(kāi)始產(chǎn)生與殼體的摩擦，如圖17B所示，摩擦與轉(zhuǎn)速N基本成正比。相應(yīng)地，工作端的回復(fù)速度從回復(fù)開(kāi)始到回復(fù)結(jié)束將表現(xiàn)如圖17c所示的特性。
圖17c所示的特性可表示為dw/dt＝(TS-TB)/J當(dāng)轉(zhuǎn)速等于或小于預(yù)定值時(shí)，制動(dòng)扭矩TB不變，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)預(yù)定值時(shí)，開(kāi)始變化。
III.利用空氣阻力的推進(jìn)器法如圖18A所示，該方法中，制動(dòng)機(jī)構(gòu)3帶有一個(gè)推進(jìn)器3-1，與連在工作端的電源傳送線路，在線路中間轉(zhuǎn)動(dòng)連接?；貜?fù)過(guò)程中，推進(jìn)器3-1轉(zhuǎn)動(dòng)，由空氣阻力產(chǎn)生制動(dòng)力，從而抑制工作端操作速度的增加。這種情況，制動(dòng)扭矩TB大約與轉(zhuǎn)速N基本成正比關(guān)系增加，如圖18B所示。相應(yīng)地，工作端的回復(fù)速度從回復(fù)開(kāi)始到回復(fù)結(jié)束將表現(xiàn)如圖18c所示的特性。
圖18c所示的特性可表示為dw/dt＝(TS-TB)/J制動(dòng)扭矩TB會(huì)隨轉(zhuǎn)速變化。
但是，根據(jù)這類常規(guī)彈簧回位型致動(dòng)器，由于與轉(zhuǎn)速N成正比例制動(dòng)扭矩不能在慣性制動(dòng)法I中得到，因此在工作端的回復(fù)操作中不能獲得穩(wěn)定操作速度。由于產(chǎn)生制動(dòng)力部分在調(diào)速器法II中產(chǎn)生摩擦，因此由于摩擦?xí)?dǎo)致性能下降。由于就形狀而言，制動(dòng)力在推進(jìn)器法III中受到限制，因此不能獲得大的制動(dòng)力，為了獲得大的制動(dòng)力就需要大的形狀。任一種方法中，改變工作端回復(fù)時(shí)間的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的。
本發(fā)明的目的之一在于提供能獲得與轉(zhuǎn)速成正比的穩(wěn)定制動(dòng)力的制動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力致動(dòng)器。
本發(fā)明的另一目的在于提供能在小型的結(jié)構(gòu)中獲得大的制動(dòng)力的制動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力致動(dòng)器。
本發(fā)明的再一目的在于提供能改變工作端回昨時(shí)間的制動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力致動(dòng)器。
為了達(dá)到本發(fā)明的上述目的，提供了一套制動(dòng)機(jī)構(gòu)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)，在由驅(qū)動(dòng)源提供的第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，傳送至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力，該轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)被給與一個(gè)在與第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的回復(fù)趨勢(shì)一個(gè)帶有與轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接的輸出軸的馬達(dá)設(shè)備；和一個(gè)制動(dòng)裝置，在第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上產(chǎn)生一個(gè)扭矩，傳送到與驅(qū)動(dòng)源斷開(kāi)的輸出軸，該輸出軸通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)，根據(jù)回復(fù)趨熱轉(zhuǎn)動(dòng)，在第二個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上回復(fù)，從而抑制了轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)的回復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖1A是用在如圖2所示的彈簧回位型致動(dòng)器中的DC馬達(dá)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。圖1B和1C是表示如圖1A所示的DC馬達(dá)設(shè)備特性的曲線，圖1D是表示如圖2所示的致動(dòng)器特性的曲線。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的彈簧回位型致動(dòng)器的部分剖面?zhèn)葓D。
圖3是圖2所示的彈簧回位型致動(dòng)器的電路圖。
圖4A到4D是用來(lái)解釋圖2和圖3所示的彈簧回位型驅(qū)動(dòng)器操作過(guò)程的時(shí)序圖。
圖5A、圖5B和5C分別是用來(lái)解釋用于獲得制動(dòng)扭矩TB的電阻元件方法的連線圖和曲線。
圖6A、圖6B和6C分別是用來(lái)解釋用于獲得制動(dòng)扭矩TB的可變電阻元件方法的連線圖和曲線。
圖7A、圖7B和7C分別是用來(lái)解釋用于獲得制動(dòng)扭矩TB的整流元件方法的連線圖和曲線。
圖8A、圖8B和8C分別是用來(lái)解釋用于獲得制動(dòng)扭矩TB的第一種恒壓元件方法的連線圖和曲線。
圖9A、圖9B和圖9C分別是用來(lái)解釋用于獲得制動(dòng)扭矩TB的第二種恒壓元件方法的連線圖和曲線。
圖10A、圖10B和10C分別是用來(lái)解釋用于獲得制動(dòng)扭矩TB的恒流元件方法(電流抑制元件方法)的連線圖和曲線。
圖11A、圖11B和11C分別是用來(lái)解釋用于獲得制動(dòng)扭矩TB的第一種發(fā)光元件方法的連線圖和曲線。
圖12A、圖12B和12C分別是用來(lái)解釋用于獲得制動(dòng)扭矩TB的第二種發(fā)光元件方法的連線圖和曲線。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的彈簧回位型致動(dòng)器的部分割面?zhèn)葓D。
圖14是如圖13所示的彈簧回位型致動(dòng)器的電路圖。
圖15A到15C是用來(lái)解釋如圖13和14所示的彈簧回位型致動(dòng)器工作過(guò)程的時(shí)序圖。
圖16A、圖16B和16C分別是用來(lái)解釋利用重力的常規(guī)慣性制動(dòng)法的結(jié)構(gòu)圖和曲線。
圖17A、圖17B和17C分別是用來(lái)解釋利用磨擦的常規(guī)調(diào)速器法的結(jié)構(gòu)圖和曲線。
圖18A、圖18B和18C分別是用來(lái)解釋利用空氣阻力的常規(guī)推進(jìn)器法的結(jié)構(gòu)圖和曲線。
參考附圖詳細(xì)介紹一下本發(fā)明。圖2表示根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)力致動(dòng)器(彈簧回型致動(dòng)器)。參考圖2，參考數(shù)字10代表作為工作端的閥；11代表裝在閥10上的回位彈簧；12代表驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；13代表減速齒輪系；14代表DC馬達(dá)設(shè)備；15代表制動(dòng)電路。
做為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12，采用了帶離合器的同步馬達(dá)。當(dāng)連接上離合器時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的輸出軸12-1通過(guò)減速齒輪系13與閥10轉(zhuǎn)動(dòng)連接。減速齒輪系13由一個(gè)與壓入配合在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的輸出軸12-1上的小齒輪12-2嚙合的一級(jí)減速齒輪13-1、一個(gè)與減速齒輪13-1嚙合的二級(jí)減速齒輪13-2、一個(gè)與減速齒輪13-2嚙合的三級(jí)減速齒輪13-3和一個(gè)與減速齒輪13-3嚙合的四級(jí)減速齒輪13-4構(gòu)成。當(dāng)采用沒(méi)安裝離合器的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)做為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12時(shí)，離合器另外安裝。
圖1A表示DC馬達(dá)設(shè)備14的基本結(jié)構(gòu)。如圖1A所示，DC馬達(dá)設(shè)備14具有激磁磁鐵14-1和14-2、一個(gè)電樞線圈14-3和一個(gè)電刷14-4。如圖2所示，小齒輪14-6壓入配合在電樞(未示出)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(輸出軸)14-5電樞上繞著電樞線圈14-3，而小齒輪14-6與減速化13-1嚙合。更確切地說(shuō)，DC馬達(dá)設(shè)備14的輸出軸14-5；與通過(guò)減速齒輪13，在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12和閥10之間傳送動(dòng)力的傳送線路在中間轉(zhuǎn)動(dòng)連接。如圖1A所示，連接在DC馬達(dá)設(shè)備14的電刷14-4上的節(jié)點(diǎn)14-7a和14-7b，在制動(dòng)電路15中是短路的。
圖3表示如圖2所示的彈簧回位型致動(dòng)器。參考圖3，參考數(shù)字12-3代表驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的馬達(dá)線圈；12-4代表安裝在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12內(nèi)的離合器線圈；16代表用來(lái)選擇驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的工作選擇器開(kāi)關(guān)；17代表整流電路，該電路接收作為分流輸入供給驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的電源(AC電源)，產(chǎn)生供給離合器線圈12-4的DC電源。整流電路17和離合器線卷12-4構(gòu)成離合器驅(qū)動(dòng)電路。
參考圖4A到4D所示的時(shí)序圖，介紹一下上述彈簧回位型致動(dòng)器的工作過(guò)程。介紹其中閥10是比例閥的情況。做為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12，當(dāng)接上離合器，電源沒(méi)供給馬達(dá)時(shí)，采用馬達(dá)自身扭矩能確保閥10的位置的那種馬達(dá)。做為工作選擇器開(kāi)關(guān)16，采用能選擇A側(cè)(關(guān)閉側(cè))、B側(cè)(打開(kāi)側(cè))和中間位置(中間)C的那種開(kāi)關(guān)。
如圖4B所示，在點(diǎn)to，如果工作選擇器開(kāi)關(guān)16處于中間位置，則AC電源處于電源供應(yīng)狀態(tài)(圖4A)。閥10的開(kāi)度是50％(閥4c)。這種情況下，DC電源通過(guò)整流電路17，供給離合器線圈12-4。由于接上了裝在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12內(nèi)的離合器，因此通過(guò)保持馬達(dá)自身的扭矩，確保閥10的開(kāi)度為50％。
從這個(gè)狀態(tài)到點(diǎn)t1，如圖4B所示將工作選擇器開(kāi)關(guān)撥動(dòng)A側(cè)時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。該反轉(zhuǎn)動(dòng)力通過(guò)減速齒輪系13傳送到閥10，將之移向關(guān)閉方向。來(lái)自驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的反轉(zhuǎn)動(dòng)力通過(guò)減速齒輪系13傳送到DC馬達(dá)設(shè)備14，轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸14-5。
當(dāng)DC馬達(dá)設(shè)備14的輸出軸14-5由外力F驅(qū)動(dòng)時(shí)，DC馬達(dá)設(shè)備14作為發(fā)電機(jī)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。這種情況下，由于制動(dòng)電路15的節(jié)點(diǎn)14-7a和14-7b是短路的，因此DC馬達(dá)設(shè)備14的電樞線圈14-3產(chǎn)生的電流工流向電樞線圈14-3。Fleming的左手定則生效，產(chǎn)生與外力F產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的扭矩(制動(dòng)扭矩)TB。
當(dāng)DC馬達(dá)設(shè)備14的輸出軸14-5受到來(lái)自驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的做為外力F的反轉(zhuǎn)力而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如圖4D所示，在t1到t2期間產(chǎn)生與外力F產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)扭矩TB。如圖1B所示，制動(dòng)扭矩TB與轉(zhuǎn)速N成正比。由于此時(shí)轉(zhuǎn)速N很低，所以制動(dòng)扭矩TB也不大。
如圖4B所示，當(dāng)工作選擇器開(kāi)關(guān)16在點(diǎn)t2重新?lián)艿街虚g位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的反轉(zhuǎn)就停止了。這種情況下，閥10停在20％的開(kāi)度，開(kāi)度為20％的狀態(tài)由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的保持扭矩保持。由于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12停下來(lái)，DC馬達(dá)設(shè)備14產(chǎn)生的反電動(dòng)熱就消失了，而且制動(dòng)扭矩TB也消失了。
如圖4B所示，當(dāng)工作選擇器開(kāi)關(guān)16在點(diǎn)t3撥到B側(cè)時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12轉(zhuǎn)向前進(jìn)方向，該正轉(zhuǎn)力通過(guò)減速齒輪系13轉(zhuǎn)送到閥10，在開(kāi)度方向上操縱閥10。此時(shí)，來(lái)自驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的正轉(zhuǎn)力通過(guò)減速齒輪13-1傳送到DC馬達(dá)設(shè)備14，轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸14-5。
相應(yīng)地，來(lái)自驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的正轉(zhuǎn)力作為外力F時(shí)，F(xiàn)leming左手定則與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12反轉(zhuǎn)時(shí)一樣生效。如圖4D所示，在t3到t4期間產(chǎn)生與外力F產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)扭矩TB。如圖1C所示，該制動(dòng)扭矩TB與轉(zhuǎn)速N成正比。由于此時(shí)轉(zhuǎn)速N很低，因此制動(dòng)扭矩TB也不大。
如圖4B所示，當(dāng)工作選擇器開(kāi)關(guān)16在點(diǎn)t4撥到中間位置C時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的正轉(zhuǎn)動(dòng)停止。這種情況下，閥10停在80％的開(kāi)度，該開(kāi)度為80％的狀態(tài)由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的保持扭矩保持。由于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12停下，所以DC馬達(dá)設(shè)備14中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)消失，制動(dòng)扭矩TB也消失。
如圖4A所示，假定在點(diǎn)t5發(fā)生電源故障，并且供給驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的AC電源斷開(kāi)。這種情況下，盡管由于工作選擇器開(kāi)關(guān)16置于中間位置C，而使驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12停止，但由于電源關(guān)閉供給離合器線圈12-4的DC電源斷開(kāi)，且離合器也斷開(kāi)。從而驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12產(chǎn)生的保持扭矩消失，在回位彈簧11的回復(fù)力的作用下，閥10以很高的速度在關(guān)閉方向上回復(fù)。
然而，此時(shí)回位彈簧11的回復(fù)力通過(guò)減速齒輪系13傳送到DC馬達(dá)設(shè)備14，DC馬達(dá)設(shè)備14的輸出軸14-5開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)如圖4D所示，在t5到t6期間，DC馬達(dá)設(shè)備14產(chǎn)生與回位彈簧11的回復(fù)力F產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)動(dòng)扭矩TB。如圖1B所示，該制動(dòng)扭矩TB與轉(zhuǎn)速N成正比。由于此時(shí)轉(zhuǎn)速N很高，所以制動(dòng)扭矩TB很大，并且閥10的回復(fù)速度被很大程度地緩和。
如圖1D所示，離回復(fù)結(jié)束越近，從回復(fù)開(kāi)始到回復(fù)結(jié)束的閥10的回復(fù)速度就變得越穩(wěn)定。圖1D所示的特性可表示為dw/dt＝(TS(Q)-TB)/J制動(dòng)扭矩TB能夠隨轉(zhuǎn)速變化。
當(dāng)回復(fù)結(jié)束時(shí)，如圖4C所示，在點(diǎn)t6閥10停在開(kāi)度為0％的位置，由于閥10停下來(lái)，所以DC馬達(dá)設(shè)備14中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)消失，制動(dòng)扭矩TB也消失。
如上述所述，根據(jù)本實(shí)施例，可以獲得與轉(zhuǎn)速N成正比的制動(dòng)扭矩TB，從而可以在閥10回復(fù)過(guò)程中獲得穩(wěn)定操作速度。確切地說(shuō)，在閥10的正常操作(低速轉(zhuǎn)動(dòng))期間，負(fù)荷不大，回復(fù)過(guò)程(高速轉(zhuǎn)動(dòng))中大的制動(dòng)力是為了獲得足夠長(zhǎng)的回復(fù)時(shí)間，從而減小全關(guān)閉過(guò)程中的沖量。在調(diào)速器方法中，制動(dòng)扭矩TB不是通過(guò)摩擦獲得，而是用電獲得。因此，性能不降低，并且可以穩(wěn)定獲得與轉(zhuǎn)速成正比的制動(dòng)扭矩TB?？梢韵笸七M(jìn)器法一樣，用小型結(jié)構(gòu)獲得大的制動(dòng)扭矩TB，而不增大尺寸。
盡管上述實(shí)施例中DC馬達(dá)設(shè)備1 4的節(jié)點(diǎn)14-7a和14-7b在制動(dòng)電路15中短路，它們不必一直短路。短路時(shí)，電阻不產(chǎn)生任何損失，并且相應(yīng)地可以獲得最佳的制動(dòng)效率。部件的數(shù)目很少?gòu)亩档统杀尽４蜷_(kāi)和關(guān)閉方向的特性相同，可以獲得與轉(zhuǎn)速成正比的制動(dòng)扭矩TB。除短路法，也可以用下述方法。這些方法是基本方法，可以將各種方法復(fù)合作用，也可以單獨(dú)使用。如圖5A所示，在DC馬達(dá)設(shè)備14的節(jié)點(diǎn)14-7a與14-7b之間接一個(gè)固定電阻Rs。在閥10在打開(kāi)和方向操作期間，DC馬達(dá)設(shè)備14中產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、與轉(zhuǎn)速成正比的制動(dòng)扭矩TB，抑制閥10的操作速度。這種情況下，能依靠固定電阻Rs的電阻獲得的預(yù)定的制動(dòng)特性(制動(dòng)扭矩TB相對(duì)于轉(zhuǎn)速N的特性)。圖5B和5C分別表示關(guān)閉方向和打開(kāi)方向的制動(dòng)特性。當(dāng)制動(dòng)扭矩TB和轉(zhuǎn)速N的特性是預(yù)定的時(shí)，該方法可以很容易實(shí)現(xiàn)。如圖6A所示，在DC馬達(dá)設(shè)備14的節(jié)點(diǎn)14-7a和14-7b之間接一個(gè)可變電阻Rr.在閥10在打開(kāi)和關(guān)閉方向上操作期間，DC馬達(dá)設(shè)備14中產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、與轉(zhuǎn)速成正比的制動(dòng)扭矩TB，抑制閥10的操作速度。在這種情況下，通過(guò)改變可變電阻Rr的電阻，能夠獲得理想制動(dòng)特性(制動(dòng)扭矩TB相對(duì)于轉(zhuǎn)速N的特性)。圖6B和6C分別表示關(guān)閉和打開(kāi)方向上的制動(dòng)特性。用該方法，可以吸收諸如齒輪、彈簧和類似部件質(zhì)量的變化，并處理技術(shù)條件(specification)的變化。如圖7A所示，在DC馬達(dá)設(shè)備14的節(jié)點(diǎn)14-7a和14-7b之間接一個(gè)整流二極管。在閥10在關(guān)閉方向上操作期間。DC馬達(dá)設(shè)備14中產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、與轉(zhuǎn)速N成正比的制動(dòng)扭矩TB，抑制閥10的操作速度。這種情況下，在閥10在關(guān)閉方向上操作期間，基本不會(huì)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)扭矩。圖7B和7C分別表示在關(guān)閉和打開(kāi)方向上的特性。當(dāng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)扭矩沒(méi)有余量，或制動(dòng)機(jī)構(gòu)是彈簧回位型時(shí)，該方法尤其有效，并可以采用低扭矩即小型、低廉的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。該整流元件并不限定為二極管，例如，可以采用包含三極管的整流元件。如圖8A所示，在DC馬達(dá)設(shè)備14的節(jié)點(diǎn)14-7a和14-7b之間按一下齊納＝極管Dz。在閥10在關(guān)閉方向上操作期間，當(dāng)轉(zhuǎn)速N超過(guò)預(yù)定值時(shí)，DC馬達(dá)設(shè)備14產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)速方向相反、與轉(zhuǎn)速N成正比的制動(dòng)扭矩TB，抑制閥10的操作速度。這種情況下，在閥10在關(guān)閉方向上操作期間，如果轉(zhuǎn)速?zèng)]有超過(guò)預(yù)定值，基本不產(chǎn)生制動(dòng)扭矩TB。在閥10在打開(kāi)方向上操作期間，產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、與轉(zhuǎn)速N成正比的制動(dòng)扭矩TB，抑制閥10的操作速度。圖8B和8C分別表示關(guān)閉和打開(kāi)方向上的制動(dòng)特性。當(dāng)斷定在高速轉(zhuǎn)動(dòng)期間轉(zhuǎn)速?zèng)]有超過(guò)上限時(shí)，或當(dāng)通過(guò)減小施加在齒輪上的負(fù)荷，來(lái)防止部件如齒輪的性能下降時(shí)，該方法很有效。如圖9A所示，在DC馬達(dá)設(shè)備14的節(jié)點(diǎn)14-7a和14-7b之間接一個(gè)變險(xiǎn)器Va。在閥10在關(guān)閉和打開(kāi)方向上操作期間，當(dāng)轉(zhuǎn)速N超過(guò)預(yù)定值時(shí)，在DC馬達(dá)設(shè)備14中產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、與轉(zhuǎn)速N成正比的制動(dòng)扭矩TB，抑制閥10的操作速度、這種情況下，在閥10在關(guān)閉和打開(kāi)方向上操作期間，如果轉(zhuǎn)速N沒(méi)有超過(guò)預(yù)定值，基本不產(chǎn)生制動(dòng)扭矩TB。圖9B和9C分別表示在關(guān)閉和打開(kāi)方向上的制動(dòng)特性。當(dāng)斷定在高速轉(zhuǎn)動(dòng)期間轉(zhuǎn)速?zèng)]有超過(guò)上限時(shí)，或當(dāng)通過(guò)減小施加在齒輪上的負(fù)荷防止部件，如齒輪的性能下降時(shí)，該方法很有效。如圖10A所示，在DC馬達(dá)設(shè)備14的節(jié)點(diǎn)14-7a和14-7b之間接一個(gè)恒流二極管Di。在閥10在關(guān)閉方向上操作期間，當(dāng)轉(zhuǎn)速N沒(méi)有超過(guò)預(yù)定值時(shí)，在DC馬達(dá)設(shè)備14中產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、與轉(zhuǎn)速N成正比的制動(dòng)扭矩TB，當(dāng)轉(zhuǎn)速N超過(guò)預(yù)定值時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)定值、與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)扭矩TB，從而抑制閥10的操作速度。在閥10在打開(kāi)方向操作期間，產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、與轉(zhuǎn)速N成正比的制動(dòng)扭矩TB，抑制閥10的操作速度。圖10B和10C分別表示在關(guān)閉和打開(kāi)方向上的制動(dòng)特性。用該方法，制動(dòng)扭矩TB可以穩(wěn)定在某一特定值，即DC馬達(dá)設(shè)備14中的電流可以穩(wěn)定在某一特定值，即DC馬達(dá)設(shè)備14中的電流可以限制在一個(gè)較小值，相應(yīng)地DC馬達(dá)設(shè)備14可以使用很長(zhǎng)一段時(shí)間。如圖11A所示，在DC馬達(dá)設(shè)備14的節(jié)點(diǎn)14-7a和14-7b之間接一個(gè)發(fā)光二極管Dp。在閥10在關(guān)閉方向操作期間，發(fā)光二極管Dp發(fā)光，產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、與轉(zhuǎn)速成正比的制動(dòng)扭矩TB，抑制閥10的操作速度。這種情況下，在閥10在打開(kāi)方向上操作期間，基本不產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)動(dòng)扭矩TB。圖11B和11C分別表示在關(guān)閉和打開(kāi)方向上的制動(dòng)特性。用該方法，僅當(dāng)閥10在關(guān)閉方向上操作時(shí)才有電流流動(dòng)，發(fā)光二極管Dp發(fā)光表示閥10處于回位過(guò)程。如圖12A所示，在DC馬達(dá)設(shè)備14的節(jié)點(diǎn)14-7T14-7b之間接一個(gè)燈泡Lm。在閥10在打開(kāi)和關(guān)閉方向操作期間，汀泡Lm亮，產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、與轉(zhuǎn)速N成正比的制動(dòng)相矩TB，抑制閥10的操作速度。圖12B和12C分別表示在關(guān)閉和打開(kāi)方向上的制動(dòng)特性。用該方法，當(dāng)閥10在關(guān)閉和打開(kāi)方向上操作時(shí)，都有電流流動(dòng)，燈泡亮表示閥10在工作。圖13表示根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的彈簧回位型致動(dòng)器。
在第二個(gè)實(shí)施例中，圖2所示第一個(gè)實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12由一個(gè)DC驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(DC馬達(dá))17代替。DC馬在17具有兩個(gè)功能，即圖2所示的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12的功能和DC馬達(dá)設(shè)備14的功能。DC馬達(dá)17沒(méi)裝有機(jī)械離合器，它的輸出軸17-1通過(guò)小齒輪17-2與減速齒輪系13轉(zhuǎn)運(yùn)連接。除此之外，該致動(dòng)器的設(shè)置與圖2所示類似，所以與圖2中一樣的部分就用與圖2相同的參考數(shù)字代表，并省略關(guān)于此的詳細(xì)介紹。
圖14表示如圖13所示的彈簧回位型致動(dòng)器。參考圖14，參考數(shù)字18代表用來(lái)開(kāi)關(guān)操作的裝在給DC馬達(dá)17供應(yīng)電源(AC電源)的供應(yīng)線路上的ON/off開(kāi)關(guān)；19代表整流電路19，用來(lái)從通過(guò)ON/off開(kāi)關(guān)輸入的AC電源中產(chǎn)生DC電源；20代表繼電器；20-1，20-2代表繼電器20的觸點(diǎn)。
根據(jù)圖14所示的觸點(diǎn)20-1、20-2的狀態(tài)，電源沒(méi)有供給繼電器20，即ON/off開(kāi)關(guān)18為關(guān)。這種狀態(tài)下，繼電器觸點(diǎn)20-1和20-2的移動(dòng)觸點(diǎn)S1和S2接到制動(dòng)電路15一側(cè)，DC馬達(dá)17的節(jié)點(diǎn)17-3a和17-3b通過(guò)制動(dòng)電路15短路。與此相反，當(dāng)ON/off開(kāi)關(guān)on時(shí)，觸點(diǎn)20-1和20-2的移動(dòng)觸點(diǎn)S1和S2接到整流電路19一側(cè)，DC電源從整流電路19供給DC馬達(dá)17。在該電路設(shè)置中，繼電器20和繼電器觸點(diǎn)20-1和20-2構(gòu)成了模式選擇電路，在驅(qū)動(dòng)模式和制動(dòng)模式之間進(jìn)行狀態(tài)選擇。
參考圖15A到15C所示的時(shí)序圖，介紹一下該彈簧型回位型致動(dòng)器的工作過(guò)程。這種情況下，閥10作為ON/off閥，不保持在中間開(kāi)度。
如圖15A所示，在點(diǎn)to當(dāng)工作選擇器開(kāi)關(guān)18為關(guān)時(shí)，閥10的開(kāi)度是0％。這種情況下，繼電器20-1和20-2的移動(dòng)觸點(diǎn)S1和S2接到制動(dòng)電路15一側(cè)，且DC馬達(dá)17的節(jié)點(diǎn)17-3a和17-3b通過(guò)制動(dòng)電路15短路。
如圖15A所示，在點(diǎn)t1當(dāng)工作選擇器開(kāi)關(guān)18打開(kāi)時(shí)，AC電源開(kāi)始供給整流電路19。同時(shí)，繼電器20被驅(qū)動(dòng)，繼電器觸點(diǎn)20-1和20-2的移動(dòng)觸點(diǎn)S1和S2接到整流電路19一側(cè)。因而來(lái)自整流電路19的DC電源供給DC馬達(dá)17。DC馬達(dá)17轉(zhuǎn)向正方向，它的正轉(zhuǎn)力通過(guò)減速齒輪系13傳送給閥10，如圖15B所，從而閥10在打開(kāi)方向上操作。
如圖15B所示，在點(diǎn)t2閥10全打開(kāi)。這種情況下，工作選擇器開(kāi)關(guān)保持打開(kāi)，且DC馬達(dá)17仍然作為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)保持閥10的全開(kāi)狀態(tài)，抵消回位彈簧11的作用力。當(dāng)閥10在打開(kāi)方向上操作時(shí)，當(dāng)然不產(chǎn)生制動(dòng)扭矩TB。
如圖15A所示，在t3點(diǎn)當(dāng)工作選擇器開(kāi)關(guān)18關(guān)閉時(shí)，供給準(zhǔn)流電路19的AC電源斷開(kāi)，繼電器觸點(diǎn)20-1和20-2的移動(dòng)觸點(diǎn)S1和S2接到制動(dòng)電路15一側(cè)。當(dāng)供給整流電路19的AC電源斷開(kāi)時(shí)，供給DC馬達(dá)17的DC電源也斷開(kāi)。相應(yīng)地，閥10在回位彈簧11回復(fù)力的作用下，以較高速度，在關(guān)閉方向上回復(fù)。
此時(shí)，將Fleming左手定側(cè)應(yīng)用于DC馬達(dá)17。如圖15C所示，在點(diǎn)t3到t4期間，產(chǎn)生一個(gè)與回位彈簧11的回復(fù)力F產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)扭矩TB。該制動(dòng)扭矩TB與轉(zhuǎn)速N成正比。由于此時(shí)轉(zhuǎn)速N很高，所以制動(dòng)扭矩TB很大，閥10的回復(fù)速度被很大程度的緩和。換而言之，這種情況下，DC馬達(dá)17作為制動(dòng)器。
如圖15B所示，在點(diǎn)t4閥10全關(guān)閉，制動(dòng)扭矩TB消失。工作選擇器開(kāi)關(guān)保持關(guān)，繼電器觸點(diǎn)20-1和20-2的移動(dòng)觸點(diǎn)S1和S2接到制動(dòng)電路15一側(cè)。
在第二個(gè)實(shí)施例中，制動(dòng)電路15同樣不必一直短路，可以用與第一個(gè)實(shí)施例中所介紹的相同的各種方法。
在本發(fā)明中，作為獲得制動(dòng)扭矩TB的馬達(dá)設(shè)備，采用DC機(jī)械型馬達(dá)(DC伺服馬達(dá))、同步機(jī)器型馬達(dá)(步進(jìn)馬達(dá)、無(wú)電刷馬達(dá))和類似馬達(dá)。
如上述所述，根據(jù)本發(fā)明，至少在工作端回復(fù)過(guò)程中，馬達(dá)設(shè)備中產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的扭矩，抑制工作端操作速度。能夠穩(wěn)定獲得與轉(zhuǎn)速成正比的制動(dòng)力，并且能夠用小型的設(shè)備獲得較大制動(dòng)力，而不增大尺寸。如果在馬達(dá)設(shè)備兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間接入一個(gè)可變電阻元件，形成一個(gè)制動(dòng)裝置，工作端的回復(fù)時(shí)間可以通過(guò)選擇該可變電阻的電阻來(lái)改變。
權(quán)利要求
1.一種制動(dòng)機(jī)構(gòu)的特征在于包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)(B)，用于在由驅(qū)動(dòng)源提供的第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上傳送至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力，所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)在與第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上被給與一個(gè)回位趨勢(shì)；一個(gè)馬達(dá)設(shè)備(14)，具有一個(gè)與所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接的輸出軸；以及制動(dòng)裝置(14-1、14-2、14-3、15、Rs、Rv、D1、D2、Va、Di、DP、Lm)，用來(lái)在第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上產(chǎn)生一個(gè)扭矩，傳送到與所述驅(qū)動(dòng)源斷開(kāi)的輸出軸，該輸出軸根據(jù)回位趨勢(shì)，通過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，在第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上回位，從而抑制所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)的回位轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)構(gòu)，其中所述制動(dòng)裝置帶有一個(gè)短路電路(15)，使所述馬達(dá)設(shè)備的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)短路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)構(gòu)，其中所述抽動(dòng)裝置帶有一個(gè)接在所述馬達(dá)設(shè)備的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電阻元件(Rs)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)構(gòu)，其中所述制動(dòng)裝置帶有一個(gè)接在所述馬達(dá)設(shè)備的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的可變電阻元件(Rv)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述制動(dòng)裝置帶有一個(gè)接在所述馬達(dá)設(shè)備的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的整流元件(D1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)構(gòu)，其中所述裝置帶有一個(gè)接在所述馬達(dá)設(shè)備的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的恒壓元件(Dz，Va)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)構(gòu)，其中所述制動(dòng)裝置事有一個(gè)接在所述馬達(dá)設(shè)備的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的穩(wěn)流元件(Di)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)構(gòu)，其中所述制動(dòng)裝置帶有一個(gè)接在所述馬達(dá)設(shè)備的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的發(fā)光元件(Dp，Lm)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)構(gòu)，其中所述驅(qū)動(dòng)源，當(dāng)?shù)谝换虻诙D(zhuǎn)動(dòng)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)力沒(méi)有供向所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送方向時(shí)，以一個(gè)保持扭矩鎖住所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步包括離合裝置(12-4，20，20-1，20-2)，僅當(dāng)電源處于開(kāi)時(shí)，將所述驅(qū)動(dòng)源的轉(zhuǎn)動(dòng)力傳送給所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)，使得當(dāng)所述電源處于關(guān)時(shí)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)通過(guò)所述離合裝置與具有保持扭矩的驅(qū)動(dòng)源斷開(kāi)，并在第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)構(gòu)，其中所述馬達(dá)設(shè)備也做為在第一或第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，向所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)提供轉(zhuǎn)動(dòng)力的所述驅(qū)動(dòng)源。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)構(gòu)，更一進(jìn)包括一個(gè)操作元件(10)，受到來(lái)自所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)，在第一或第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)力，進(jìn)行打開(kāi)或關(guān)閉操作，以及一個(gè)回位彈簧(11)，用于給所述操作元件提供一個(gè)與所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的回位趨勢(shì)。
13.一種動(dòng)力致動(dòng)器，其特征在于包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(12)一個(gè)操作元件(10)，通過(guò)減速齒輪系(13)和離全器，與所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的輸出軸(12-1)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；一個(gè)彈簧(11)，給與所述操作元件一個(gè)回位趨勢(shì)；一個(gè)工作選擇器開(kāi)關(guān)(16)，用于轉(zhuǎn)換所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；離合驅(qū)動(dòng)裝置(12-4)，用于接收作為分流輸入供給所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電源，將所述離合器接上；一個(gè)馬達(dá)設(shè)備(14)，帶有一個(gè)輸出軸，該軸與從所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，包括所述減速齒輪系，到所述操作元件傳送的轉(zhuǎn)動(dòng)力的傳送線路，在中間轉(zhuǎn)動(dòng)連接；以及制動(dòng)裝置(14-1、14-2、14-3、15、Rs、Rv、D1、Dz、Va、Di、Dp、Lm)，用于產(chǎn)生一個(gè)與回位方向相反的扭矩，傳送到所述馬達(dá)設(shè)備的所述輸出軸，從而當(dāng)所述操作元件進(jìn)行回位操作，同時(shí)所述離合器斷開(kāi)時(shí)，抑制所述操作元件的回位操作速度。
14.一種動(dòng)力致動(dòng)器，其特征在于包括一個(gè)帶有馬達(dá)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(12)；一個(gè)操作元件(10)，通過(guò)減速齒輪系13與所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的輸出軸(12-1)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；一個(gè)彈簧(11)，給與所述操作元件一個(gè)回位趨勢(shì)；一個(gè)開(kāi)關(guān)(20，20-1，20-2)，用于打開(kāi)或關(guān)閉所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電源；以及制動(dòng)裝置(14-1-14-3、15、Rs、Rv、D1、D2、Va、Di、Dp、Lm)，用于當(dāng)所述開(kāi)關(guān)為關(guān)時(shí)，在所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的所述馬達(dá)設(shè)備中，產(chǎn)生一個(gè)與根據(jù)所述彈簧的回位趨勢(shì)的回位方向相反的扭矩，從而抑制所述操作元件的回位操作速度。
全文摘要
一個(gè)制動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)減速齒輪系、一個(gè)馬達(dá)設(shè)備和一個(gè)制動(dòng)裝置。減速齒輪系在來(lái)自驅(qū)動(dòng)源的第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上傳送至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力。減速齒輪系在與第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向被給與一個(gè)回位趨勢(shì)。馬達(dá)設(shè)備帶有一個(gè)與減速齒輪系轉(zhuǎn)動(dòng)連接的輸出軸,制動(dòng)裝置帶有激磁磁鐵、一個(gè)電樞線圈、一個(gè)制動(dòng)電路和固定電阻、可變電阻、整流二極管、齊納二極管,變壓器,穩(wěn)流二極管、發(fā)光二極管和燈泡其中之一。
文檔編號(hào)H02P3/04GK1184218SQ9712303
公開(kāi)日1998年6月10日 申請(qǐng)日期1997年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月2日
發(fā)明者高野智宏, 宮崎匠 申請(qǐng)人:山武·霍尼韋爾公司