具有內載荷裝置的電致動器的製作方法
2023-05-01 21:30:56
專利名稱：具有內載荷裝置的電致動器的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及電致動器，更具體地涉及具有內載荷裝置的電致動器。
背景技術：
在過程控制系統中通常使用控制閥(例如滑動杆閥)來對エ藝流的流動進行控制。控制閥通常包括可使控制閥的操作自動化的致動器(例如電致動器、液壓致動器等)。諸如閘式閥、球心閥、膜板閥、夾管閥和角閥之類的滑動杆閥通常具有閥杆(例如滑動杆)，該閥杆在打開位置與關閉位置之間驅動流體流動控制構件(例如閥塞)。 電致動器經常採用經由驅動系統(例如一個或是多個齒輪)可操作地耦接至流動控制構件的電動機。在操作中，當將電源供給至電動機時，電致動器使流動控制構件在關閉位置與打開位置之間移動，以對流過閥的流體進行調節。在閥關閉時，流動控制構件通常構造成與設置在流動路徑內的環狀或圓周的密封件(例如閥座)密封接合，以防止在閥的入ロ與出口之間的流體流動。在閥處於關閉位置且電源被提供至電動機時，電動機通常對流體流動控制構件提供足夠的閥座載荷，以確保流體流動控制構件與閥的閥座密封接合。在從電動機上撤去電源時，驅動系統(例如蝸杆齒輪)可維持流體流動控制構件相對於閥座的位置，並可防止流體流動控制構件朝相反或相対的方向(例如朝遠離閥座的方向)的實質移動。但是，驅動系統可能無法對流體流動控制構件提供充分的或足夠的閥座載荷，以確保流體流動控制構件與閥座密封接合。其結果是，流體可能在閥的入口與出口之間經由閥洩漏。
發明內容
在ー實例中，電致動器包括外売，該外殼限定腔，以接收驅動系統和可操作地耦接至所述驅動系統的驅動軸。所述驅動系統朝第一轉動方向的轉動使所述驅動軸朝第一直線方向移動，所述驅動系統朝第二轉動方向的轉動使所述驅動軸朝與所述第一方向相反的第二直線方向移動。偏置元件可操作地耦接至所述驅動系統，以使得在所述驅動軸到達衝程位置的一端時使所述驅動系統的至少一部分朝所述偏置元件軸向移動，從而使所述偏置元件撓曲，以在從所述電致動器撤去電源時對所述驅動軸提供載荷。在另ー實例中，用於電致動器的載荷裝置包括驅動齒輪，其可操作地耦接至所述電致動器的驅動系統。所述驅動齒輪朝第一方向和第二方向轉動，所述驅動齒輪在第一直線位置與第二直線位置之間移動。驅動軸可操作地耦接至所述驅動齒輪，從而在所述驅動齒輪朝第一方向轉動時，所述驅動齒輪使所述驅動軸朝第一直線方向移動，並且在所述驅動齒輪朝所述第二方向轉動時，所述驅動齒輪使所述驅動軸朝第二直線方向移動。偏置元件設置在所述驅動齒輪與支撐面之間，從而在所述驅動齒輪朝所述第一方向轉動且所述驅動軸沿所述第一直線方向到達衝程位置的一端時，所述驅動齒輪繼續繞所述驅動軸沿所述第一方向轉動，且相對於所述驅動軸軸向地從所述第一直線位置移動至所述第二直線位置，以使所述偏置元件撓曲。
在又ー實例中，用於電致動器的載荷裝置包括用於轉換轉動運動的裝置，其將驅動系統的轉動運動轉換為驅動軸的直線運動。所述載荷裝置還包括用於提供閥座載荷的裝置，其在流動控制構件與流體閥的閥座密封接合且從電動機撤去電源時，對耦接至所述驅動軸的流體閥的所述流體流動控制構件提供閥座載荷。所述載荷裝置還包括用於撓曲的裝置，其使得用於轉換轉動運動的裝置的至少一部分相對於所述驅動軸朝用於提供閥座載荷的裝置軸向移動。
圖IA示出了處於打開位置的在此描述的示例性控制閥組件。圖IB示出了圖IA的示例性致動器的放大部。圖2示出了處於關閉位置的圖IA的示例性控制閥組件，在關閉位置處，偏置元件尚未發生撓曲。圖3A示出了處於關閉位置的圖I和圖2的示例性控制閥組件，在關閉位置處，偏置元件發生撓曲。圖3B示出了圖3A的示例性致動器的放大部。圖4A和圖4B示出了分別位於第一位置和第二位置的在此描述的另ー示例性致動器的放大部。圖5A-圖5C示出了用圖1A、圖1B、圖2、圖3A和圖3B的示例性致動器實現另ー示例性控制閥組件。
具體實施例方式一般來說，在撤去致動器的驅動電動機的電源吋，在此描述的示例性電致動器對流體閥提供閥座載荷。在此描述的示例性電致動器可在不耗費電カ的情況下提供閥座載荷。更具體地，示例性電致動器可包括設置在致動器的外殼或是殼體內的偏置元件，用以在流體流動控制構件與閥座密封接合且電致動器(例如電動馬達)沒有接收電源時對閥的流體流動控制構件提供閥座載荷。例如，偏置元件可實現為一個或是多個彈簧，其在流體流動控制構件與閥座(例如關閉位置)密封耦接且電源無法對電致動器的電動機提供電源吋，對可操作地耦接至電致動器的流體流動控制構件(例如閥塞)提供閥座載荷。相反，某些已知的電致動器使用偏置元件、離合器和致動系統的複雜組合，其可在電致動器處於防故障狀態時提供足夠的閥座載荷。換言之，已知的電致動器可包括偏置元件，用以在例如電源故障時使閥的流動控制構件移動至關閉位置。因此，若發生電源故障時流體閥處於打開位置，則偏置元件使流體流動控制構件移動至關閉位置。但是，上述已知的致動器經常包括複雜的組件。另外地，具有防故障裝置的某些已知的致動系統通常包括可使防故障裝置運行的可分離的齒輪箱。換言之，驅動組件通常必須可操作地與例如齒輪傳動器解耦，以使防故障裝置能夠運行。但是，可分離的齒輪箱相對昂貴，不易操作，増大了閥和致動器組件的尺寸佔地，且在致動器中涉及複雜的組件。另外地，在某些應用中，可能不需要和/或不希望有這樣的防故障裝置，由此會不必要地增加控制閥組件的成本。圖IA示出在此描述的示例性控制閥組件100。控制閥組件100包括電致動器102，其經由閥帽106可操作地耦接至流體閥104。流體閥104包括閥體108，其在入口 112與出ロ 114之間限定流體流動通道110。流體流動控制構件116 (例如閥塞)設置在流體流動通道110內，並包括支撐面118，其與閥座120密封接合，以控制在入口 112與出口 114之間經由端ロ區域或孔122的流體流動。閥杆124在第一端126處耦接(例如螺紋耦接)至流體流動控制構件116，且在第二端128處可操作地耦接至電致動器102。閥帽106耦接至閥體108，且包括孔腔130，以可滑動地接收閥杆124。閥帽106罩住閥填充組件132，該閥填充組件134提供密封，以對抗流過流體閥104的エ藝流的壓力，從而防止流過閥杆124的エ藝流的洩漏和/或保護環境以免危險或汙染流體擴散。致動 器102包括外殼134，其具有通過緊固件140與第二殼體138耦接的第一殼體136。外殼134的第一和第二殼體136和138限定腔142，以接收驅動系統144。在本實例中，驅動系統144包括電動機146，其經由傳動器150可操作地耦接至驅動軸148的輸出軸。傳動器150將電動機146的轉動運動轉換成驅動軸148的直線運動。傳動器150可構造成使電動機146產生的轉矩放大，並將該放大後的轉矩傳送至驅動軸148。傳送至驅動軸148的擴大後的轉矩可使流動控制構件116以更大的力與閥座120接合，進而提供與閥座120更緊密的密封接合，以在流動控制構件116與閥座120密封接合且有電源提供至電動機146時防止流體流過閥體108。此外，通過傳動器對流動控制構件116進行驅動,可以使用相對較小尺寸的電動機146,其中，上述傳動器用於放大電動機146產生的轉矩。例如，由傳動器150提供的轉矩增大量能夠根據齒輪的尺寸(例如直徑、齒輪齒數等)變化。在另ー實例中，電動機146可直接耦接至驅動軸148。在這種直接驅動的構造中，電動機146直接驅動驅動軸148，而不需要諸如傳動器150等的任何中介機構或設備。如圖所示，傳動器150包括設置在外殼134的腔142內的齒輪傳動器或齒輪箱152。電動機146設置在電致動器102的腔142內，並經由例如緊固件和/或其它任何合適的緊固機構耦接至齒輪箱152 (例如齒輪箱152的外殼)。但是，在其它實例中，電動機146可經由緊固件或是其它任意合適的緊固機構耦接至致動器102的外殼134。在某些實例中，電動機146可I禹接至外殼134的內表面154或是外殼134的外表面156。電動機146可以是任何的電動機，諸如交流(AC)電動機、直流(DC)電動機、變頻電動機、步進電動機、伺服電動機或任意其它合適的電動機或驅動構件。另外，齒輪箱152可包括多個齒輪(例如正齒輪)、行星齒輪系統或是任意其它合適的齒輪或傳動器，以將電動機146的轉動運動轉換為驅動軸148的直線運動。如下面更詳細地描述，傳動器150的至少ー個齒輪在第一位置與第二位置之間沿軸線157軸向平移或是移動。在所說明的實例中，傳動器150包括中間齒輪158和驅動齒輪160。中間齒輪158將電動機146的輸出軸162與驅動齒輪160可操作地耦接。如圖所示，驅動齒輪160包括齒輪接合部164和(例如，與齒輪接合部164—體形成的)具有凹ロ 168的第二部166。齒輪接合部164包括可與中間齒輪158的齒輪齒配合或是接合的齒輪齒。另外，驅動齒輪160包括螺紋孔ロ或是開ロ 170，其可螺紋接收驅動軸148。如圖所示,驅動軸148是螺栓。更具體地,驅動軸148包括筒狀主體172,其具有孔ロ或開ロ 174和外螺紋部176。驅動軸148的開ロ 174接收閥杆124的第二端128。凸緣螺母178螺紋耦接至閥杆124的螺紋端180，以在閥杆124的肩部182與凸緣螺母178之間捕獲或保持驅動軸148。驅動軸148的外螺紋部176螺紋耦接至驅動齒輪160的螺紋孔ロ170。雖未圖示，但在其它實施例中，驅動軸148可以是齒輪系統、滾珠絲槓系統、導螺杆系統和/或任意其它合適的傳動系統，以將電動機146的轉動轉換為閥杆124的直線運動。載荷裝置或組件184設置在齒輪箱152內(例如齒輪箱152的外殼內)，以在流動控制構件116處於關閉位置且撤去了致動器102的電源時，對流動控制構件116提供閥座載荷。載荷裝置184包括設置在驅動齒輪160的第二部166與齒輪箱152的彈簧座或面188之間的偏置元件186。載荷裝置184也可包括設置在驅動齒輪160與偏置元件186之間的推力軸承190。推力軸承190在偏置元件186發生撓曲時將偏置元件186施加的載荷傳輸至驅動齒輪160，且推力軸承190可被驅動齒輪160的凹ロ 168接收。在本實施例中，偏置元件186包括一疊蝶形彈簧。載荷裝置184可包括設置在偏置元件186與齒輪箱152的表面188之間的隔板192，以調節蝶形彈簧的堆疊高度。通常來說，相對於作用在蝶形彈簧上的行程或撓曲，蝶形彈簧可提供較高的載荷。因此，其結果是，示例性載荷裝置184可構造成具有相對較小的覆蓋區，因而減少了控制閥組件100的整體佔地或覆蓋區。在其它實施例中，偏置元件186可以是螺旋彈簧、彈簧墊圈、波形彈簧、彈簧波紋管和/或任意其它 合適的偏置元件。在另外的實例中，偏置元件可與齒輪箱152(例如齒輪箱152的外売)的一部分、外殼134的一部分和/或致動器102的任意其它合適的面一體形成。例如，齒輪箱 152的(例如靠近驅動齒輪160的)至少一部分153可由諸如橡膠材料之類的柔性材料或是在發生撓曲時提供偏置力的任意其它合適的材料製成。在這種結構中，不需要偏置元件186。在圖I中，流體閥104示出處於打開位置194，載荷裝置184的偏置元件186處於第一或實質沒有撓曲的狀態196。圖2示出了處於關閉位置200的流體閥，但示出載荷裝置184的偏置元件186處於實質沒有撓曲的狀態202。圖3A示出了處於關閉位置300的流體閥104，並示出偏置元件186處於實質撓曲的狀態302，以對流動控制構件116提供閥座載荷304。圖IB和圖3B示出了載荷裝置184的放大部，其分別示出偏置元件186處於實質沒有撓曲的狀態194和實質撓曲的狀態302。參照圖1A、圖1B、圖2、圖3A和圖3B，在操作中，電致動器102被激勵而使流動控制構件116在圖IA的打開位置194與圖3A的關閉位置300之間移動。電動機146如圖IA所示繞軸線197朝第一方向199 (例如順時針方向)驅動或轉動輸出軸162，以使流體閥104朝打開位置194移動，或如圖2和圖3A所示繞軸線197朝與第一方向199相反的第二方向204(例如逆時針方向)驅動或轉動輸出軸162，以使流體閥104朝關閉位置200和300移動。為了使流體閥104朝打開位置194移動，對電動機146提供電源，以使輸出軸162朝第一方向199 (圖1A)轉動。傳動器150使驅動齒輪160繞軸線157朝第一方向198 (例如順時針方向)轉動。驅動齒輪160朝第一方向198的轉動使驅動軸148以沿著軸線157直線運動的方式朝遠離流體閥104的方向移動。更具體地，在輸出軸162朝第一方向199轉動時，中間齒輪158使驅動齒輪160轉動。相反，由於中間齒輪158和/或偏置元件186幫助保持或支持驅動齒輪160相對於軸線157的軸向位置，因此，驅動齒輪160繞驅動軸148的螺紋部176轉動，並使驅動軸148朝沿軸線157的方向直線移動。另外地，雖未圖示，但襯套195耦接至具有至少ー個平面(未圖示)的齒輪箱152 (例如通過壓緊配合設置在齒輪箱152的外殼內)，上述平面與驅動軸148接合，以防止驅動軸148在驅動齒輪160轉動時轉動或旋轉，從而在驅動齒輪160繞螺紋部176轉動吋，使驅動軸148經由螺紋部176直線移動。由於閥杆124通過凸緣螺母178固定地耦接至驅動軸148，因此，驅動軸148使閥杆124朝遠離閥座120的方向移動，進而使流動控制構件116朝遠離閥座120的方向移動，以允許或是增加流過在入口 112與出ロ 114之間的流體流動通道110的流體流動。在圖IB中可最清楚地示出，在流體閥104處於打開位置194時，偏置元件186處於實質沒有撓曲的狀態196。 為了使流體閥104朝如圖2所示的關閉位置200移動，對電動機146提供電源，以使輸出軸162繞軸線197朝第二方向204(例如逆時針方向)轉動。輸出軸162朝第二方向204的轉動使驅動軸148沿著軸線157朝閥體108的方向直線移動。更具體地，在輸出軸162朝第二方向204轉動時，中間齒輪158使驅動齒輪160繞軸線157和驅動軸148的螺紋部176朝第二方向206轉動，從而使驅動軸148沿軸線157朝著流體閥104的方向直線移動。驅動齒輪160繞軸線157朝第二方向206的轉動使驅動軸148朝閥座120移動，進而使流動控制構件116朝閥座120移動，以防止或是限制流過在入口 112與出ロ 114之間的流體流動通道110的流體流動。在驅動軸148朝流體閥104移動時，偏置元件186處於實質沒有撓曲的狀態202。另外地，雖然偏置元件186實質上沒有撓曲202，但由偏置元件186提供的偏置力(例如預應カ)幫助保持驅動齒輪160相對於中間齒輪158和軸線157的軸向位置。在流體閥104處於關閉位置200時，流體流動控制構件116的支撐面118與閥座120密封接合，以防止流過閥102的流體流動。在流體流動控制構件116與閥座120接合時，由於驅動軸124剛性耦接至閥杆124，因此，可防止驅動軸202進ー步朝閥座120移動。但是，電動機146經由中間齒輪158繼續對驅動齒輪160進行驅動，使驅動齒輪160繞驅動軸148的螺紋部176轉動，而驅動軸148相對於軸線157實質上軸向靜止。換言之，在流動控制構件116與閥座120密封接合吋，驅動軸148位於衝程位置的一端。因此，由於可在流動控制構件116與閥座120密封接合時防止驅動軸148朝閥座120 (例如以直線運動的方式和/或以旋轉運動的方式)移動，因此，驅動齒輪160軸向地沿直線方向朝著外殼134的上殼體136移動或是平動。但是，在其它實例中，衝程位置的一端或行程的一端可能出現在驅動軸148的表面208與外殼134、閥帽106的一部分或表面210或是任意其它的表面接合時。當驅動齒輪160在閥處於關閉位置200時繞驅動軸148朝第二方向206轉動的情況下，驅動齒輪160沿軸線157相對於中間齒輪158朝上殼體136軸向移動或是移位。但是，驅動齒輪160的接合部164沒有與中間齒輪158解除接合。換言之，在驅動齒輪160沿軸線157軸向平移時，接合部164的齒輪齒與中間齒輪158的齒輪齒保持接合。在圖3B中最清楚地示出，驅動齒輪160沿直線方向相對於中間齒輪158朝上殼體136移位，從而使偏置元件186撓曲或壓縮至實質撓曲的狀態302。在撓曲狀態302下，偏置元件186施加或是提供與驅動齒輪148相反的力。上述カ經由推力軸承190被傳輸至流動控制構件116。特別地，推力軸承190將由偏置元件186施加的力傳輸至流動控制構件116，並允許驅動軸承160自由地繞軸線157轉動。因此，在流體閥104處於關閉位置200且電動機146繼續繞軸線157朝第二方向206轉動驅動齒輪160時，驅動齒輪160從圖2所示的位置200沿軸線157軸向移動至圖3A所示的位置300，以將偏置元件186撓曲或是壓縮。在處於如圖2所示的關閉位置200時，在對電動機146提供電源時，電動機146對流體流動控制構件116提供閥座載荷。但是，在從電動機146撤去電源吋，流動控制構件116可能缺少足夠的或是充足的閥座載荷，以在例如流體閥104處於圖2的關閉位置200時密封地接合閥座120。儘管電動機146和/或傳動器150的反向驅動阻力可保持驅動軸148的位置或可防止驅動軸148的直線運動，並從而保持流動控制構件116的位置或可防止流動控制構件116的直線運動，但是，在從電動機146撤去電源吋，電動機146和/或傳動器150的反向驅動阻力可能不夠保持或提供閥座載荷至流動控制構件116。在流動控制構件116與閥座120密封接合時，足夠的或充足的閥座載荷可防止流過孔122的流體洩漏。換言之，足夠的或充足的閥座載荷保持流體流動控制構件116與閥座120密封接合，以實質防止流過流體閥104的通道110的流體流動。若缺少這種閥座載荷，即便在流體流動控制構件116的密封面118與閥座120接合時，流體也可能會流過孔122洩漏。 在載荷裝置184處於圖3A和圖3B所示的位置302時，若在流動控制構件116與閥座120密封接合的同時從電動機146撤去電源，則載荷裝置184提供機械閥座載荷304，以維持或保持流體流動控制構件116與閥座120密封接合。例如，可能需要將流體閥104保持或維持在關閉位置300上，以防止在緊急情況、電源故障時、或是在撤除或關閉了電致動器102 (例如電動機146)的電源供應時的溢出(例如化學溢出)。否則,例如在停電時無法對流體流動控制構件116提供足夠的或充足的閥座載荷，可能導致流體流過在入口 112與出口 114之間的流體閥104的孔122。例如，在入口 112處的加壓流體的壓カ可對流體流動控制構件116提供力(例如在圖2方向中沿朝閥帽130的方向)，從而在從電動機146撤去電源時，使流體流動控制構件116的密封面118朝遠離閥座120的方向移動，且允許流體向出ロ 114流動或洩漏。因此，在流體閥104處於關閉位置300且從電致動器102撤去電源時，示例性載荷裝置184對流體流動控制構件116提供閥座載荷304，以防止流過流體流動通道110的流體流動。具體來說，載荷裝置184提供一段不確定時間的閥座載荷304。此外，載荷裝置184在不消耗電カ的情況下(即以基本零電カ消耗)提供閥座載荷(例如閥座載荷304)。因此，在某些實施例中，在流體閥104位於關閉位置300時，可撤去電動機146的電源以節約能源，從而提高電致動器102的性能和/或效率。另外地，由於載荷裝置184不需要離合器機構、偏置元件的複雜組合和/或制動系統來在撤去電致動器102的電源時提供閥座載荷，示例性的電致動器102減少了控制閥組件100的製造成本並簡化了其維護。示例性載荷裝置184不局限於圖1A、圖1B、圖2、圖3A和圖3B的結構。在ー些實例中，驅動齒輪160和/或偏置元件186可構造成朝與圖3A所示的實例中提供的閥座載荷304的方向相反的方向提供閥座載荷。載荷裝置184和/或驅動齒輪160可用於具有流體控制構件和閥座的流體閥，該流體閥在構造上與圖I所示的(例如推開式流體閥)相反。例如，驅動齒輪160和/或載荷裝置184的方向可以所示的反向或是相反，以使偏置元件186設置在齒輪箱152的表面306與驅動齒輪160之間。驅動齒輪160可構造成在流動控制構件與推開式閥的閥座密封接合且電動機146繼續轉動驅動齒輪160時，沿軸線157朝閥體108軸向平動，以對偏置元件186進行壓縮。在其它實例中，表面306和/或下殼體138的一部分可由柔性材料(例如橡膠材料)製成，或者柔性材料可以從表面306和/或下殼體138突出，以在被驅動齒輪160撓曲或是接合時提供偏置力。在這種方式中，不需要偏置元件 186。圖4A和圖4B示出了具有在此描述的載荷裝置402的另ー示例性電致動器400的放大部。在本實例中，驅動系統404包括電動機406、傳動器408以及載荷裝置402。傳動器408包括耦接至電動機406的輸出軸412的第一齒輪410，並與中間齒輪414接合。中間齒輪414將第一齒輪410耦接至驅動齒輪416，進而將電動機406耦接至驅動齒輪416。驅動齒輪416包括螺紋孔ロ(未圖示)，其可螺紋接收驅動軸420的螺紋部418。載荷裝置402包括示出為彈簧的偏置元件422，其可設置在彈簧座或表面424與驅動齒輪416之間。推力軸承426設置在偏置元件422與驅動齒輪416之間，其可繞軸線428自由轉動。另外地，在偏置元件422被如圖4B所示撓曲時，推力軸承426將由偏置元件422提供的彈簧カ
傳輸至驅動軸420。在操作中，驅動齒輪416繞驅動軸420的螺紋部418轉動，以使驅動軸420沿軸線428以直線運動的方式移動。驅動齒輪416朝第一方向430的轉動使驅動軸420朝第一直線方向432移動，並且驅動齒輪416朝第二方向434的轉動使驅動軸420朝第二直線方向436移動。在驅動軸420到達衝程的一端(例如行程點的一端)時，驅動齒輪416不能再使驅動軸420沿軸線428朝第一方向432直線移動。但是，驅動齒輪416可繼續繞驅動軸420的螺紋部418朝第一方向430轉動。其結果是，在驅動軸418到達衝程的一端且驅動齒輪416繼續繞驅動軸420朝第一方向430轉動時，驅動齒輪416可如圖4B所示沿軸線428相對於中間齒輪414軸向移動或移位，以對偏置元件422進行壓縮。因此，在驅動軸420到達衝程的一端且電動機406繼續使驅動齒輪416繞軸線428朝第一方向430驅動或是轉動時，驅動齒輪416除了能繞軸線428轉動之外,還能夠沿軸線428軸向直線運動。圖1A、圖1B、圖2、圖3A和圖3B的示例性電致動器102能夠用於其它流體閥或是任意其它設備。例如，圖5A至圖5C示出了具有耦接至轉動閥502的圖1A、圖1B、圖2、圖3A和圖3B的示例性電致動器102的示例性控制閥組件500。轉動閥502包括具有圓盤或流動控制構件506的閥體504，該圓盤或流動控制構件506介於在入口 510與出口 512之間的流體流路508中。流動控制構件506經由閥軸514相對於閥體504可轉動地耦接。閥軸514的一部分516 (例如花鍵端)從轉動閥502延伸，並被槓桿518所接收。槓桿518轉而可操作地將電致動器102的驅動軸148與流動控制構件506耦接。杆端軸承520耦接(例如可螺紋耦接)至閥杆124的第一端126 (圖1A)，並經由緊固件524耦接至槓桿518的槓桿臂522，以可操作地將槓桿518與驅動軸148耦接。槓桿518將驅動軸148的直線位移轉換為閥軸514的轉動位移。在操作中，當電動機146使驅動齒輪160繞軸線528朝第一方向526 (例如順時針方向)轉動時，驅動齒輪160繞驅動軸148的螺紋部176轉動，以使驅動軸148朝第一直線方向530移動。在驅動軸148朝第一直線方向530移動時，驅動軸148使槓桿518繞軸線534朝第一方向532轉動。閥軸514繞軸線534朝第一方向532的轉動使流動控制構件506朝遠離密封面536 (例如打開位置)轉動，以允許在入口 510與出ロ 512之間流過閥體504的流體流動。在電動機146使驅動齒輪160繞軸線528朝第二方向538轉動時，驅動齒輪160繞驅動軸148的螺紋部176轉動，以使驅動軸148朝第二直線方向540移動。在驅動軸148朝第二直線方向540移動時，驅動軸148可使槓桿514繞軸線534朝第二方向542轉動。閥軸514繞軸線534朝第二方向542的轉動使流動控制構件506朝密封面536 (例如關閉位置)轉動，以防止或限制在入口 510與出ロ 512之間流過閥體504的流體流動。在處於關閉位置吋，電動機146繼續使驅動齒輪160朝第二方向538轉動。但是，在流動控制構件506與密封面536密封接合時，驅動軸148到達衝程位置的一端。其結果是，驅動齒輪160繼續相對於驅動軸148 (即靜止的驅動軸148)沿第二方向538轉動，並沿軸線528相對於中間齒輪158朝偏置元件186軸向移動，以將載荷裝置184的偏置元件186壓縮或是撓曲。儘管傳動器150和/或電動機146的反向驅動阻力在撤去電動機146的電源時防止槓桿518繞軸線534朝第一方向532轉動,傳動器150和/或電動機146的反向驅動阻力可能無法提供足夠的或充足的閥座載荷，以在轉動閥502位於關閉位置時防止流過通道508的流體洩漏。例如，若對流動控制構件506提供不充分的閥座載荷，則入口 510處的流體壓カ可能導致在流動控制構件506與密封面536之間的流體洩漏。但是，在偏置元件186處於撓曲或壓縮的狀態下，偏置元件186施加力，以提供足夠的或充足的機械閥座載荷，以在從電動機146撤去電源且流動控制構件506與密封面536密封接合時維持或保持流體流動控制構件506與密封面536密封接合。換言之，例如，若偏置元件186被撓曲或壓縮，偏置元件186提供力，在流體流動控制構件506與密封面536密封接合且撤去電動機146的電源時，上述力可實質限制或防止入口 510處的高壓流體在流動控制構件506與密封面536之間並流過通道508發生洩漏。 儘管在此描述了確定的示例性裝置，但本發明的覆蓋範圍不局限於此。恰恰相反，本發明覆蓋字面上或是按照等同原則完全落入所附的權利要求書的範圍中的所有裝置和製造品。
權利要求
1.一種具有內載荷裝置的電致動器，包括 驅動系統和可操作地耦接至所述驅動系統的驅動軸，其中，所述驅動系統朝第一轉動方向的轉動使所述驅動軸朝第一直線方向移動，並且所述驅動系統朝第二轉動方向的轉動使所述驅動軸朝與所述第一直線方向相反的第二直線方向移動；以及 偏置元件，其可操作地耦接至所述驅動系統，其中，在所述驅動軸到達衝程位置的一端時，所述驅動系統的至少一部分朝所述偏置元件軸向移動，從而使所述偏置元件撓曲，以在從所述電致動器撤去電源時對所述驅動軸提供載荷。
2.如權利要求I所述的電致動器，其中，所述驅動軸在第一端處可操作地耦接至所述驅動系統，且用於在第二端處可操作地耦接至流體閥的流動控制構件。
3.如權利要求2所述的電致動器，其中，在所述流體流動控制構件與所述流體閥的閥座密封接合時，所述驅動軸到達所述衝程位置的所述一端。
4.如權利要求I所述的電致動器，其中，所述驅動系統包括電動機，所述電動機經由中間齒輪可操作地耦接至驅動齒輪，其中，所述中間齒輪設置在所述電動機的輸出軸與所述驅動齒輪之間。
5.如權利要求4所述的電致動器，其中，所述驅動齒輪包括螺紋孔口，從而可螺紋接收所述驅動軸的螺紋部。
6.如權利要求5所述的電致動器，其中，在所述驅動系統使所述中間齒輪朝所述第一轉動方向轉動且所述驅動軸處於所述衝程位置的所述一端時，所述驅動齒輪相對於所述中間齒輪軸向移動。
7.如權利要求4所述的電致動器，其中，在所述驅動齒輪與所述偏置元件之間設置推力軸承。
8.如權利要求I所述的電致動器，其中，所述偏置元件包括彈簧。
9.如權利要求I所述的電致動器，其中，所述偏置元件設置在所述驅動系統的外殼內。
10.如權利要求I所述的電致動器，其中，所述偏置元件與所述驅動系統的外殼一體形成。
11.如權利要求10所述的電致動器，其中，所述外殼的至少一部分由柔性材料製成，以在由所述驅動系統接合時提供力。
12.一種用於電致動器的載荷裝置，包括 驅動齒輪，其可操作地耦接至所述電致動器的驅動系統，其中，所述驅動齒輪用於朝第一方向和第二方向轉動，並且其中，所述驅動齒輪用於在第一直線位置與第二直線位置之間移動； 驅動軸，其可操作地耦接至所述驅動齒輪，其中，在所述驅動齒輪朝所述第一方向轉動時，所述驅動齒輪使所述驅動軸朝第一直線方向移動，並且在所述驅動齒輪朝所述第二方向轉動時，所述驅動齒輪使所述驅動軸朝第二直線方向移動；以及 偏置元件，其設置在所述驅動齒輪與支撐面之間，從而在所述驅動齒輪朝所述第一方向轉動且所述驅動軸沿所述第一直線方向到達衝程位置的一端時，所述驅動齒輪繼續繞所述驅動軸沿所述第一方向轉動，且相對於所述驅動軸軸向地從所述第一直線位置移動至所述第二直線位置，以使所述偏置元件撓曲。
13.如權利要求12所述的載荷裝置，其中，當發生撓曲時，在從所述電致動器撤去電源時所述偏置元件用於對與流體閥的閥座密封接合的流體流動控制構件施加閥座載荷。
14.如權利要求12所述的載荷裝置，其中，所述驅動系統包括電動機和中間齒輪，所述中間齒輪可操作地耦接所述電動機和所述驅動齒輪。
15.如權利要求12所述的載荷裝置，其中，所述驅動齒輪包括主體，在所述主體的第一端處具有接合部，在所述主體的第二端處具有凹口，沿著所述主體的縱向軸線具有螺紋孔□。
16.如權利要求15所述的載荷裝置，其中，還包括設置在所述偏置元件與所述驅動齒輪之間的推力軸承，其中，所述推力軸承至少部分地設置在所述驅動齒輪的所述凹部內。
17.如權利要求12所述的載荷裝置，其中，所述驅動軸包括主體，其具有可滑動地接收閥杆的孔口和可螺紋耦接至所述驅動齒輪的外螺紋部。
18.如權利要求12所述的載荷裝置，其中，所述偏置元件包括彈簧。
19.一種用於電致動器的載荷裝置，包括用於轉換轉動運動的裝置，其將驅動系統的轉動運動轉換為驅動軸的直線運動； 用於提供閥座載荷的裝置，其在流動控制構件與流體閥的閥座密封接合且從電動機撤去電源時，對耦接至所述驅動軸的所述流體閥的所述流體流動控制構件提供閥座載荷；以及 用於使所述用於提供閥座載荷的裝置撓曲的裝置，其中，所述用於撓曲的裝置用於使所述用於轉換轉動運動的裝置的至少一部分相對於所述驅動軸朝所述用於提供閥座載荷的裝置軸向移動。
20.如權利要求19所述的載荷裝置，其中，所述用於轉換轉動運動的裝置包括中間齒輪和驅動齒輪，其中，所述驅動齒輪朝第一轉動方向的轉動使所述驅動軸朝第一直線方向移動，所述驅動齒輪朝第二轉動方向的轉動使所述驅動軸朝第二直線方向移動。
21.如權利要求20所述的載荷裝置，其中，所述用於提供閥座載荷的裝置包括設置在彈簧座與所述驅動齒輪之間的偏置元件。
22.如權利要求21所述的載荷裝置，其中，所述用於撓曲的裝置用於在所述驅動軸到達衝程位置的一端時使所述驅動齒輪朝所述第一轉動方向轉動，以使所述驅動齒輪相對於所述中間齒輪和所述驅動軸朝所述偏置元件直線移動，以使所述偏置元件撓曲。
全文摘要
在此描述了一種具有內載荷裝置的電致動器(102)。具有在此描述的內載荷裝置的示例性電致動器包括殼體(136、138)，其形成腔，以接收驅動系統(144)和可操作地耦接至所述驅動系統的驅動軸(148)。所述驅動系統朝第一轉動方向的轉動可使所述驅動軸朝第一直線方向移動，所述驅動系統朝第二轉動方向的轉動可使所述驅動軸朝與所述第一方向相反的第二直線方向移動。偏置元件(186)可操作地耦接至所述驅動系統(144)，在所述驅動軸(148)到達衝程位置的一端時，所述驅動系統的至少一部分朝所述偏置元件軸向移動，從而使所述偏置元件撓曲，以在從所述電致動器(102)撤去電源時對所述驅動軸提供載荷。
文檔編號F16K31/04GK102686923SQ201080059707
公開日2012年9月19日 申請日期2010年10月22日 優先權日2009年11月13日
發明者J·S·班達斯, R·A·謝德, T·佩塞克 申請人:費希爾控制國際公司