CN1900551B

CN1900551B - 行星齿轮传动装置和采用了该行星齿轮传动装置并用于驱动阀门的电动致动器

Info

Publication number: CN1900551B
Application number: CN2005101138575A
Authority: CN
Inventors: M·舒米德胡伯; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: PS Automation GmbH Gesellschaft fuer Antriebstechnik
Current assignee: PS Automation GmbH
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: RU2422699C2; EP1910707B1; DE102005034340A1; EP1910707A1; WO2007009787A1; US20080300083A1; CN1900551A; RU2008106397A; JP5091132B2; JP2009503369A; US8267828B2; DE102005034340B4

Abstract

本发明涉及一种用于驱动阀门的电动致动器(10、70)的行星齿轮传动装置(14)，其具有带至少一个行星齿轮(30)的行星架(28)；具有设计为第一中空轴(16)的驱动轴；具有设计为第二中空轴(40)的输出轴，该输出轴具有第一组与至少有一个的行星齿轮的齿啮合的内向齿，以及具有稳定轮(44)，所述稳定轮具有第二组也与行星齿轮的齿啮合的内向齿。借助于稳定轮(44)，能将产生的力和转矩传递给与其具有工作连接的壳体。并且，第一中空轴(16)用于向行星齿轮(30)或行星架(28)传递驱动力。行星齿轮(30)的假想的旋转轴线总是位于第一中空轴(16)的内径之外。此外，本发明还涉及了带有行星齿轮传动装置并用于驱动阀门的电动致动器(10、70)。

Description

行星齿轮传动装置和采用了该行星齿轮传动装置并用于驱动阀门的电动致动器

技术领域

本发明涉及用于电动致动器的行星齿轮传动装置，以及采用了该行星齿轮传动装置并用于驱动阀门的电动致动器。

背景技术

一般都知道行星齿轮传动装置被用于电动致动器，以便借助该行星齿轮传动装置将驱动件的转速降低到所需的电动致动器的较低的转速。

通常，电动致动器的电机通过一个传动装置驱动偏心齿轮。该偏心齿轮与转动的行星轮相连，所述行星轮围绕太阳轮的内向齿滚动。两个齿轮上的齿数差产生相对的转速，该相对转速经由形成在行星齿轮内的随动销传递给驱动盘。驱动盘确实地连接在带有花键的轴上。这种设计得到相当紧凑的齿轮箱，然而由于电机和其它部件的布置，这种设计需要一个相对较大的径向空间，用于布置行星齿轮传动装置的转动轴线。此外，对于这种方式设计的电动致动器，在与被驱动阀门的连接方式上也十分受限。

从现有的技术状态出发，本发明提出了一种行星齿轮传动装置和运用了该传动装置的电动致动器，其具有十分紧凑和坚固的设计，并且同时提供了电动致动器的单个部件布置的最灵活的方式。

发明内容

本发明通过采用用于电动致动器的行星齿轮传动装置来满足这些要求，其具有列举在所附权利要求1中的构件。本发明的任务同时也可以由用于驱动阀门的电动致动器来实现，所述电动致动器具有列举在权利要求12中的构件。

因此，本发明涉及一种用于电动致动器的行星齿轮传动装置，所述行星齿轮传动装置具有带至少一个行星齿轮的行星架；设计为第一中空轴的驱动轴；设计为第二中空轴且带有第一组内向齿的输出轴，所述的内向齿与行星齿轮的齿啮合；以及具有第二组内向齿的稳定轮，所述的内向齿也与行星齿轮的齿啮合。在稳定轮的帮助下，产生的力或转矩能够传递给与其具有工作连接的壳体。驱动力能够从第一中空轴传递给行星齿轮或行星架，行星轮的假想的旋转轴线总是位于第一中空轴的内径之外。

根据本发明，驱动轴和输出轴都被设计为中空轴。这在由中空轴的内径形成的中空轴的转动轴线区域中，产生中空空间。当行星齿轮传动装置被用于电动致动器时，该中空空间有突出的优点并可投入使用。阀门通常需要一定的行程，该行程通常会涉及一个心轴和被电动致动器驱动的驱动螺母。该行程与所使用的电动致动器的尺寸相比可以更大。

本发明的行星齿轮传动装置具有很大的优点，即第一和第二中空轴的最小内径特别与规定的阀门驱动心轴的直径相适应。然后这样一种驱动心轴能够容易地被引导穿过行星齿轮传动装置的一个或多个中空轴。因此，这种设计非常的紧凑，相对于被驱动的阀门可以使行星齿轮传动装置的位置布置完全是任意的。

而且，行星齿轮围绕第一中空轴的滚动使得行星齿轮传动装置的低振动的形成成为可能。因为转动质量部分相对比较小。行星齿轮的适宜数目为三个。

根据本发明的行星齿轮传动装置的有利的改进在于，行星架连接在第一中空轴上，或者在其径向内部区域中形成为第一中空轴。

该方法减少了部件数目。

对本发明的行星齿轮传动装置作进一步的改进，在第一中空轴上具有能够驱动第一中空轴的带外齿的小齿轮。

除了由行星齿轮传动装置本身提供的方法外，该方法还提供了加速或减速齿轮传动的另一种方法。这种改变使得从径向方向观察时，驱动件可以位于与第一中空轴相邻的地方，从而使得加速或减速比可以被设置为驱动件的齿数与带齿的小齿轮的齿数之间的比值。

在本发明的行星齿轮传动装置的进一步的改进中，第一和第二中空轴的中空空间的直径相匹配。

结果，中空轴的中空空间基本没有槽和凹处，避免了驱动心轴在通过该区域时的任何机械阻碍。这非常有利，例如在将阀的心轴装配穿过中空轴时。

在本发明的行星齿轮传动装置的进一步的有用的改进中，稳定轮具有与测量轴齿轮啮合的正齿；传递给测量轴的力和力矩被弹簧装置接收，并且弹簧的偏移可以指示所传递的力或力矩大小。

采用这种方法，力和力矩不是被简单地传递进入壳体并且由壳体吸收，而是所传递的力和力矩的大小可以直接被测量或指示，例如通过指示装置来进行。例如，这是使用能够连接在测量轴上的手动轮来手动操作稳定轮的一种精确的方法。不需要使用行星齿轮传动装置的完整的减速系，第二中空轴就可以被直接转动。

本发明还涉及用于驱动阀门的电动致动器，具有行星齿轮传动箱，行星齿轮传动箱的径向内部区域设计成中空轴，并且具有与所驱动的阀门一起工作的输出轴，还具有能够驱动行星齿轮传动装置的输入轴的驱动件。本发明的电动致动器的典型特点在于：驱动轴形成为第一中空轴；输出轴形成为第二中空轴；第一和第二中空轴具有共同的旋转轴线，并且至少两个内径中的较小的内径与阀门的致动杆的侧向尺寸相适应，所述致动杆主要在阀门的纵向方向上移动，所述阀门能够被连接到输出轴上。

本发明对电动致动器采用以上描述的设计，避免了致动杆，也就是阀门的驱动轴具有和行星齿轮传动装置本身的转动轴相同的直径尺寸。这特别意味着电动致动器作为一个整体能够靠近被驱动阀门放置，而不会使阀门的调节行程及因此而引起的致动杆的往复运动受阻碍。结果，电动致动器在尺寸上变得更加紧凑，而且有更多可能用于致动器和阀门的设计布置。

本发明电动致动器的另一个优点在于，阀门部件能够被引导穿过驱动装置本身，即第一和第二中空轴。

在本发明电动致动器的有利的进一步的改进中，致动装置是一个装备了作为驱动轴的第三中空轴的电机，并且该第三轴连接在第一中空轴上。

因此，第一、第二和第三中空轴的转动轴线合并成为一个共线的公共转动轴线，依然具有阀的致动杆能够被引导穿过中空轴内部的优点。这使得电动致动器的设计更为紧凑。围绕结合的转动轴线所需的径向空间因此很小。

此外，现在使得下述情况成为可能，即直接由致动器驱动第一中空轴，或者作为本发明电动致动器的设计变型，第一和第三中空轴形成仅为一个结合的中空轴。这进一步减少了部件的数量。

本发明目的的进一步的有利的改进能够从从属权利要求得到，这些从属权利要求是关于本发明行星齿轮传动装置和本发明电动致动器的。

附图说明

在下文中，参考在附图中给出的实施例解释和说明本发明的进一步的改进和由本发明提供的特别的优点。

图1示出第一电动致动器；

图2示出第二电动致动器；

两种不同设计的电动致动器都带有行星齿轮传动装置，并用于驱动阀门。

具体实施方式

图1显示带有第一伺服电机12和第一行星齿轮传动装置14的第一电动致动器10。图1仅显示那些对于说明所发明的行星齿轮传动装置和电动致动器而言必须的重要机械部件。例如，壳体就未在图中示出。为了使电动致动器完整，如其它没有图示出的标准部件一样，如果需要，本领域技术人员可自行增加壳体。

第一伺服电机12具有作为驱动轴的第一中空轴16，该轴16具有连接在一端上的第一轴承18和第一轴密封件20；在第一中空轴16未在任何点上覆盖第一中空轴16的中空空间24的区域中，有一个凹槽22。该中空空间24沿其整个长度上的直径是均匀的。

在另一端上，第一中空轴16延伸一定的长度超过第一伺服电机12的定子26的实际端部。因此，第一行星齿轮传动装置14的重要的机械元件可以安装在轴的这一侧上。在该布置中，第一中空轴16不仅作为第一伺服电机12的转子轴，而且作为第一行星齿轮传动装置14的驱动轴。

在第一中空轴16的该轴端的外侧壳体表面上加工一个凹槽，行星架28安装在该凹槽内。行星架28和第一中空轴16之间的连接可以容易地实现，例如通过配合的键连接，或者非正的收缩连接或者任何其它本领域技术人员熟知的连接技术。还应当确保，驱动力经由第一中空轴16到达行星架28，从而使得轴16上的旋转运动同样引起行星架28的转动。

在所选择的实施例中，行星架28具有三个行星齿轮，而电动致动器10的剖面图中仅显示一个第一行星齿轮30。该行星齿轮围绕着轴承销32的转动地支承，所述的轴承销32由行星架28的相应凹槽所容纳。根据本发明，一个行星齿轮就可满足需要，但是由于振动技术的原因，建议选择多个行星齿轮，例如可能的话选择三个。

行星架的外齿，也就是第一行星齿轮30的正齿，啮合第一齿圈34和第二齿圈36的内齿，并且根据齿数比围绕着这两个齿圈滚动。在这里，第一齿圈34采用第一连接销38连接到第二中空轴40上，而第二齿圈36通过第二连接销42连接到稳定轮44上。连接销38、42安全地连接齿圈34、36和它们的载体，即第二中空轴40和稳定轮44。然而，本发明的思路并不局限于销连接。本领域技术人员能够采用任何他已知的合适的连接技术来进行这种连接。例如，中空轴可通过向内的齿安装在各自的区域中。

稳定轮44也具有与测量轴48啮合的正齿46。测量轴48在其外壳表面上具有切出的螺旋齿以与正齿46匹配。测量轴48的轴承安装在图1未示出的壳体中，并且任何力和转矩都可以通过该测量轴安全地从该壳体中输出。

这些力可以是这样产生的：第一中空轴16被第一伺服电机12转动，并因此带动行星架28。从振动的观点出发的一种有利的设计，与此处的情况一样，提供一种带有三个行星齿轮的行星齿轮传动装置，该装置必然被行星架28的转动所驱动。通过行星齿轮在第二齿圈36的内向齿上的滚动，力和转矩传递给稳定轮44，稳定轮44最终将这些力和转矩传递给测量轴48。在图1中所示的测量轴的剖视表示中，所述的力作用在长度方向上，从而使得在该长度方向上的弹簧的合理布置将是接收力的合适的方式。这就可以通过测量弹簧的偏移从而测量力。此外，通过将测量轴48固定在壳体中，这样当稳定轮44被力和力矩加载时，该稳定轮44仅能在最小的程度上改变角度。因此，经由行星齿轮传递给齿圈34、36的内向齿的动力输入，将仅引起第二齿圈36转动。第二齿圈36连同第二中空轴40一起通过第二轴承50转动。这确保了力和转距从驱动轴，即第一中空轴16向输出轴，即第二中空轴40的平滑传递。

由于机械方面的原因，第一齿圈34和第二齿圈36的内向齿之间的齿数差，仅可以是存在的行星齿轮个数的整数倍。这使得从行星齿轮个数和齿圈34、36的内向齿的结构开始，可以很容易地设定第一行星齿轮传动装置14的减速比。

与第一轴承18类似，第二轴密封件52也装配在第二轴承50上。这保证不会有围绕第一电动致动器10的微尘颗粒能够进入行星齿轮传动装置中。第二轴承50也在其外侧径向区域支撑在行星齿轮传动装置的壳体中，该壳体在图中未示出。第一中空轴16和第二中空轴40的轴装置的合适支撑，可以通过在伺服电机12和第一中空轴16上的第一行星齿轮传动装置14之间的合适位置上放置一个带有轴密封件56的第三轴承54来保证。

根据其功能，第二中空轴40在沿着其纵向轴线的方向上具有不同的内径。在所选定的实施例中，最小的内径58与内部区域24的直径相对应。这些直径相互之间匹配。这样可以确保穿过一个位于阀门(例如直行程阀门)上的作往复式运动的阀的心轴而不受到任何可能的机械阻碍。例如当首次穿过中空轴16、40装配阀致动心轴时，具有明确的优势。但是，中空轴16、40的直径基本能够独立地选择。此处仅示意性地显示出该第一电动致动器与一直行程阀门的连接，或者说与该阀门阀心轴的连接。在这种形式下，第二中空轴40在与第一伺服电机12相对的另一侧有一个槽60，该槽将第二中空轴上所受的力输出到一个(比如说)插入于槽60的致动螺母上。该致动螺母只能作旋转运动，在沿第二中空轴40的转动轴线的纵向方向上的运行是被阻止的，导致在致动螺母内部与之相连的致动心轴只能被迫沿着第二中空轴40的转动轴线的纵向方向运动。最后，第二中空轴40的旋转运动便转化为阀门上阀心轴的纵向直线运动。

当然，这类驱动装置有时可以被用于进行小的旋转运动，例如用于打开或关闭球阀门，在这种情况下，仅需要转动四分之一圈。

第一中空轴16的转动由第一伺服电机12实现。例如，通过控制第一伺服电机12的速度，可以改变或控制操作阀门的打开或关闭速度。因此，任何打开或关闭操作可以在不同的速度下进行。然而，通常以恒定的速度操作第一伺服电机12。

通过选择行星齿轮传动装置中的合适的变速比，即合适的行星齿轮和齿圈34、36的齿数，来保证与第一中空轴16的功率和转矩相关的驱动功率的传递。在所示的实例中，第一齿圈34上的齿数比第二齿圈36上的齿数少三个，从而使得行星齿轮传动装置的转速比由行星齿轮和第一齿圈34的齿数比，以及第二齿圈36和第一齿圈34的齿数比产生。

所描述的发明的电动致动器的几何形状尺寸很小，并且该优点在第一中空轴16和第二中空轴40的旋转轴线的径向方向上变得尤为明显。此外，本发明中的行星齿轮传动装置具有很高的效率，并且由于围绕第一中空轴16运转的行星齿轮，其突出之处表现在其特别安静的运行特性。当采用三个行星齿轮时，这种安静运行的特性达到最好。

图2显示本发明中的第二电动致动器70，其具有伺服电机72以及第二行星齿轮传动装置74。第二行星齿轮传动装置74的很多重要部件都是根据第一行星齿轮传动装置14的部件设计的，因此图1中的附图标记也同样用于这些部件。因此，现在我们能够转而讨论第一电动致动器10和第二电动致动器70之间的差别。

与第一电动致动器10相比，第二电动致动器70中的第三中空轴76，而不是第一中空轴16，是支持行星架28的轴，所述第三中空轴76连接在行星架28上。第三中空轴76具有类似的内部空间24，该内部空间24具有与最小内径58类似的直径。第三中空轴76具有带正齿的第三齿圈78，其位于与第二中空轴40相对的一端上。该齿圈与第四齿圈80的齿相啮合，该齿圈80连接在第二伺服电机72的驱动转子82的轴端上。第三和第四齿圈78和80的测量尺寸首先基于根据齿圈78、80的齿数的适当的变速比选择，以适应对于电动致动器70所规定的技术任务，其次基于位于规定区域外的第二伺服电机72选择，所述的规定区域由第三中空轴76的内部区域的轴向延伸部分形成。这确保了穿过第一中空轴16和第三中空轴76的致动心轴不会与电动致动器70的任何其它部分碰撞。

由于这种措施，因而可以选择相当廉价的标准电机作为第二伺服电机72。此外，由于第三齿圈78和第四齿圈80的各种选择，因而第二伺服电机72和第二中空轴40之间的变速比可以更加灵活地确定。

附图标记列表

10第一电动致动器

12第一伺服电机

14第一行星齿轮传动装置

16第一中空轴

18第一轴承

20第一轴密封件

22凹槽

24中空空间

26定子

28行星架

30第一行星齿轮

32轴承销

34第一齿圈

36第二齿圈

38第一连接销

40第二中空轴

42第二连接销

44稳定轮

46正齿

48测量轴

50第二轴承

52第二轴密封件

54第三轴承

56第三轴密封件

58最小内径

60槽

70第二电动致动器

72第二伺服电机

74第二行星齿轮传动装置

76第三中空轴

78第三齿圈

80第四齿圈

82驱动转子

Claims

1.一种用于电动致动器(10)的行星齿轮传动装置(14)，具有带至少一个行星齿轮(30)的行星架(28)，设计为第一中空轴(16)的驱动轴；设计为第二中空轴(40)的输出轴，其具有与至少有一个的行星齿轮(30)啮合的第一组内向齿，以及具有稳定轮(44)，所述稳定轮具有也与行星齿轮(30)的齿啮合的第二组内向齿；这个稳定轮(44)能将产生的力和转矩传递给与其具有工作连接的壳体；驱动力能够由第一中空轴传递给至少有一个的行星齿轮或行星架(28)，行星齿轮(30)的假想的旋转轴线总是位于第一中空轴(16)的内径之外，其中在由中空轴的内径形成的中空轴的转动轴线区域中产生中空空间，且驱动心轴或致动杆能够容易地被引导穿过所述行星齿轮的所述第一中空轴和所述第二中空轴。

2.如权利要求1所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述行星架(28)或者与所述第一中空轴(16)相连，或者其径向内部区域设计为所述第一中空轴(16)。

3.如权利要求1所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述第一中空轴(16)是一个致动轮。

4.如权利要求1所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述第一中空轴(16)是一个致动行星齿轮(30)的太阳轮。

5.如前述权利要求1-4中任一项所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述第一中空轴(16)具有正齿，第一中空轴(16)通过所述正齿被驱动。

6.如前述权利要求1-4中任一项所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述第一和第二中空轴(16，40)具有能预定的最小内径(58)。

7.如前述权利要求1-4中任一项所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述第一中空轴(16)和第二中空轴(40)的内径相互配合。

8.如前述权利要求1-4中任一项所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述稳定轮(44)具有与测量轴(48)的齿啮合的正齿(46)。

9.如权利要求8所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，由稳定轮(44)传递给测量轴(48)的力和力矩被连接在测量轴(48)上的弹簧装置接收，并且该弹簧的偏移用于指示所传递的力和转矩的大小。

10.如权利要求8所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述测量轴(48)是手动轮或手动操作的齿轮箱的轴。

11.如前述权利要求1-4中任一项所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述第二中空轴(40)在与第一中空轴(16)相对的一侧上被设计为连接件。

12.如前述权利要求1-4中任一项所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述第二中空轴(40)在与第一中空轴(16)相对的一侧上被设计为主动连接件。

13.如前述权利要求1-4中任一项所述的行星齿轮传动装置(14)，其特征在于，所述第二中空轴(40)具有内螺纹。

14.一种用于阀门的电动致动器(10)，具有行星齿轮箱，行星齿轮箱具有带至少一个行星齿轮(30)的行星架(28)，行星齿轮箱的径向内部设计为驱动轴，并具有与待操作的阀门一同动作的输出轴；还具有致动器，能驱动行星齿轮传动装置(14)的所述驱动轴，其特征在于：所述驱动轴设计为第一中空轴(16)，所述输出轴设计为第二中空轴(40)，第一中空轴(16)和第二中空轴(40)具有相同的转动轴线，所述行星齿轮(30)的假想的旋转轴线总是位于第一中空轴(16)的内径之外，并且

第一中空轴具有第一中空内径，第二中空轴具有第二中空内径，至少在两个同轴的第一和第二中空内径中较小的那个内径要与从轴向方向上伸入该中空轴的阀门的致动杆的径向尺寸相匹配，所述致动杆主要在阀门的纵向方向上移动，所述阀门能够被连接到输出轴上，且

其中在由中空轴的内径形成的中空轴的转动轴线区域中产生中空空间，且驱动心轴或致动杆能够容易地被引导穿过所述行星齿轮的所述第一中空轴和所述第二中空轴。

15.如权利要求14所述的电动致动器(10)，其特征在于，所述致动杆能够穿过第一中空轴(16)和第二中空轴(40)，并可在中空轴的轴向方向上作往复式运动。

16.如权利要求14或15所述的电动致动器(10)，其特征在于，所述行星齿轮传动装置(14)满足权利要求1到11中任一项所述的条件。

17.如权利要求14或15所述的电动致动器(10)，其特征在于，所述致动器是一个电机。

18.如权利要求17所述的电动致动器(10)，其特征在于，所述电机是伺服电机(12)。

19.如权利要求14或15所述的电动致动器(70)，其特征在于，所述致动器具有第三中空轴(76)，该第三中空轴(76)被连接到第一中空轴(16)上，或者被设计为第一中空轴(16)。

20.如权利要求19所述的电动致动器(70)，其特征在于，所述第三中空轴(76)的内径与第一中空轴(16)和第二中空轴(40)的直径相适应。

21.如权利要求19所述的电动致动器(70)，其特征在于，所述致动杆能够在其纵向方向上移动穿过所述第三中空轴(76)。