弹簧自复位电动执行机构

技术领域

本发明涉及核电厂空调系统中的阀门控制技术领域，具体涉及一种弹簧自复位电动执行机构。

背景技术

在核电厂通风空调系统设计中，通常使用风阀来实现调节风量、隔离或者防止气流倒灌的功能。当房间发生火灾时，火焰入侵风道，需要及时关闭防火阀，切断通风管路，控制火蔓延，实现对防火分区的隔离。因此，需要一种使阀门在特定工况下，例如失电下能够自动复位的电动执行机构。

而目前的电动执行机构的工作原理是：通电后达到全开或者全关位置后利用限位开关来断开电机的电源，同时电磁制动器得电使输出轴制动，失电后，电磁制动器失电，复位弹簧驱动输出轴复位。

现有的电动执行机构存在如下不足：

1、电动执行机构需要有电磁制动器等制动部件以及传递控制信号给电磁制动器的限位开关，会导致电动执行机构结构复杂，外形较大，成本也会较高。

2、复位开发的电动执行机构与复位关阀的电动执行机构的机械和电气结构是不同的，即一台电动执行机构只能单方向复位，例如只能复位开或者复位关，不能同时有复位开阀和复位关阀的功能。

3、电动执行机构是利用复位弹簧实现复位功能，因此，复位弹簧需要预紧，有些结构的复位弹簧是安装在输出轴上，有些结构的输出轴和传动部分不可拆卸，这都导致复位弹簧预紧困难，只能使用专门设备先对弹簧预紧再和传动部件装配。

4、电动执行机构的输出轴和阀门阀杆的连接结构，有的是采用键连接或者方头连接，该结构能保持输出轴和阀杆同心，但是不同尺寸的阀杆需要定制相应尺寸的输出轴。有的是采用抱箍连接的结构，该结构可以容纳不同尺寸的阀杆，但是输出轴和阀杆的同心度差。

基于此，本申请提出一种弹簧自复位电动执行机构，以期解决上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电动执行机构结构复杂、单一复位以及复位功能实施困难的缺陷，提供一种弹簧自复位电动执行机构。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种弹簧自复位电动执行机构，其特点在于，包括：

壳体，上设有配合轴，所述配合轴穿设于所述壳体，所述配合轴的端部用于安装自定心接头，所述自定心接头用于安装阀杆；

电机，设于所述壳体上，并具有输出轴；

齿轮组件，设于所述壳体上，并一端与所述输出轴齿轮啮合，另一端与所述配合轴啮合，所述电机用于驱动所述齿轮组件带动所述阀杆进行转动以开关阀。

根据本发明的一个实施例，所述自定心接头与所述配合轴可拆卸连接；

所述配合轴的相对两端均为所述阀杆的安装端。

根据本发明的一个实施例，所述自定心接头包括支架、定位圈、内爪以及外爪，所述定位圈上设有至少一个定位销，所述定位圈安装于所述配合轴；

所述内爪和所述外爪通过螺纹连接件安装于所述支架内，并用于彼此靠近在所述支架内产生闭合的钳口，所述钳口与所述定位圈共轴心，所述钳口用于卡设所述阀杆。

根据本发明的一个实施例，所述内爪上开设有第一开口，所述外爪朝向所述内爪一侧开设有第二开口，所述第一开口与所述第二开口配合形成所述钳口。

根据本发明的一个实施例，所述齿轮组件包括第一齿轮、第二齿轮以及第三齿轮，所述第一齿轮一端与所述输出轴啮合，另一端与所述第二齿轮啮合；

所述齿轮组件还包括复位机构，所述复位机构一端与所述第二齿轮啮合，另一端与所述第三齿轮啮合；

所述配合轴外周设有扇形齿轮，所述第三齿轮一端与所述扇形齿轮啮合，所述配合轴一侧还设有两个间隔设置的调节螺钉，两个所述调节螺钉一端朝向所述扇形齿轮的两端面，用于对所述扇形齿轮的转动位置进行限位。

根据本发明的一个实施例，所述复位机构包括手动轴，所述手动轴上套设有第四齿轮，所述第四齿轮一端与所述第二齿轮啮合，另一端与所述第三齿轮啮合。

根据本发明的一个实施例，所述复位机构还包括复位弹簧，所述复位弹簧套设于所述手动轴上并位于所述第四齿轮上方。

根据本发明的一个实施例，还包括锁定机构，所述锁定机构包括锁定轴、套设于所述锁定轴上的扭簧、套设于所述扭簧外侧的锁定板，所述锁定板在所述锁定轴的转动下具有第一状态和第二状态；

在所述第一状态下，所述锁定板一端卡设于所述第二齿轮上以对所述阀杆的位置进行锁定；

在所述第二状态下，所述锁定板在所述扭簧转动下脱离所述第二齿轮以解锁。

根据本发明的一个实施例，所述锁定板朝向所述第二齿轮的一端为锥形，以用于插设于所述第二齿轮的相邻齿之间的齿隙内。

根据本发明的一个实施例，所述壳体内还设有微动开关，所述配合轴外还套设有行程凸轮，所述微动开关的输出端朝向所述行程凸轮，以用于开关所述电机。

本发明的积极进步效果在于：

本发明弹簧自复位电动执行机构至少具备如下优势：

一、利用电机作为堵转性能使阀杆制动，不需要电磁制动器。

二、满足正反方向安装要求，使得电动执行机构同时具备复位开阀和复位关阀的功能。

三、复位弹簧采用可拆卸结构，拆装方便，预紧操作更加简单。

四、采用自定心接头，可以容纳不同尺寸的阀杆，同时保持阀杆与自定心接头同心。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明弹簧自复位电动执行机构的结构示意图；

图2为图1的弹簧自复位电动执行机构另一角度的结构示意图；

图3为本发明弹簧自复位电动执行机构的内部结构示意图；

图4为本发明自定心接头与阀杆的配合示意图；

图5为本发明自定心接头的爆炸结构示意图；

图6为本发明齿轮组件与输出轴的配合传动示意图；

图7为本发明齿轮组件与锁定机构一角度的配合结构示意图；

图8为本发明齿轮组件与锁定机构另一配合角度的结构示意图。

10、壳体；110、自定心接头；111、支架；112、定位圈；113、内爪；114、外爪；115、定位销；116、钳口；117、第一开口；118、第二开口；119、扇形齿轮；1190、调节螺钉；120、阀杆；130、微动开关；140、行程凸轮；150、配合轴；

20、电机；210、输出轴；

30、齿轮组件；310、第一齿轮；320、第二齿轮；330、第三齿轮；340、复位机构；341、手动轴；342、第四齿轮；343、复位弹簧；

40、锁定机构；410、锁定轴；420、扭簧；430、锁定板。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

请参照图1至图8，本发明提出一种弹簧自复位电动执行机构，包括壳体10、电机20和齿轮组件30，壳体10上设有配合轴150，配合轴150穿设于壳体10，配合轴150的端部用于安装自定心接头110，自定心接头110用于安装阀杆120。

具体地，壳体10具有内腔，用于容纳电机20和齿轮组件30，壳体10上设有配合轴150，用于可拆卸安装自定心接头110。

电机20设于壳体10上，并具有输出轴210。电机20设于壳体10的内腔，用于驱动阀杆120转动，进而控制开阀和关阀。

齿轮组件30设于壳体10上，并一端与输出轴210齿轮啮合，另一端与配合轴150啮合，电机20用于驱动齿轮组件30带动阀杆120进行转动以开关阀。

需要说明的是，本发明并未使用电磁制动器等制动部件，利用电机20实现开阀和关阀，如此有利于简化电动执行机构，满足电动执行机构小型化的设计需求，且有利于缩减成本。而且，电机20相对于电磁制动器，运动稳定性更高，进而使得本发明的电动执行机构运行安全性更高。

在一个实施方式中，自定心接头110与壳体10可拆卸连接。配合轴150的相对两端均为阀杆120的安装端。

配合轴150的相对两端周向设有多个卡接块，相邻卡接块之间形成卡接槽，而自定心接头110一端设有卡接槽卡接配合的定位块，自定心接头110通过定位块卡设于卡接槽内以与配合轴150可拆卸安装。

参照图1至图4，配合轴150的两端均可以安装自定心接头110，如此，当电动执行机构的自定心接头110安装在壳体10的第一面时，电动执行机构电动开阀，失电复位关阀时。则当电动执行机构的自定心接头110安装在壳体10的第二面时，电动执行机构电动关阀，失电复位开阀。进而本发明的电动执行机构满足正反方向的安装，同时满足复位开阀和复位关阀的功能，可适用范围更广。

请参照图5，在一个实施方式中，自定心接头110包括支架111、定位圈112、内爪113以及外爪114，定位圈112上设有至少一个定位销115，定位圈112安装于配合轴。内爪113和外爪114通过螺纹连接件安装于支架111内，并用于彼此靠近在支架111内产生闭合的钳口116，钳口116与定位圈112共轴心，钳口116用于卡设阀杆120。

支架111具有容置内爪113和外爪114的腔室，支架111底部开设有配合孔，配合孔外周侧设有上述的定位块，支架111通过配合孔和定位块开设于配合轴150的端部以与配合轴150相连接。

内爪113和外爪114利用两个螺纹连接件与支架111相连接，内爪113和外爪114相向安装并互相朝向彼此的方向移动时，可以产生一个闭合的钳口116，进而用于容纳阀杆120。内爪113和外爪114通过销安装在定位圈112上，两个销180度间隔设于定位圈112上，因此，内爪113和外爪114能够围绕定位圈112几何中心的相反方向的等量的位移，形成与定位圈112几何中心同心的用于容纳阀杆120的不同包络尺寸的闭合钳口116。定位圈112同时安装于支架111上，阀杆120在安装时，受限于定位圈112、内爪113和外爪114的共同作用，能够自动定心且可容纳不同尺寸的阀杆120。

具体地，内爪113上开设有第一开口117，外爪114朝向内爪113一侧开设有第二开口118，第一开口117与第二开口118配合形成钳口116，钳口116的尺寸可调，进而可以容纳不同尺寸的阀杆120。

请参照图6至图8，在一个实施方式中，齿轮组件30包括第一齿轮310、第二齿轮320以及第三齿轮330，第一齿轮310一端与输出轴210啮合，另一端与第二齿轮320啮合。齿轮组件30还包括复位机构340，复位机构340一端与第二齿轮320啮合，另一端与第三齿轮330啮合。

需要说明的是，第一齿轮310、第二齿轮320以及第三齿轮330各自均安装在一个转轴上，第一齿轮310、第二齿轮320以及第三齿轮330沿转轴轴向各自包括两个大小不一的齿轮，以第一齿轮310为例，第一齿轮310沿转轴轴向包括间隔设置的大齿轮和小齿轮，大齿轮和小齿轮同步转动，大齿轮与输出轴210啮合，小齿轮与第二齿轮320啮合。第二齿轮320、第三齿轮330同理，在此不做赘述，如此设置可以缩小齿轮组件30的排布空间。

配合轴150外周设有扇形齿轮119，第三齿轮330一端与扇形齿轮119啮合，配合轴150一侧还设有两个间隔设置的调节螺钉1190，两个调节螺钉1190一端朝向扇形齿轮119的两端面，用于对扇形齿轮119的转动位置进行限位。

扇形齿轮119具有两个侧端面，两个调节螺钉1190各自对应一个侧端面，当扇形齿轮119受电机20的输出轴210转动随之转动时，扇形齿轮119的侧端面朝向调节螺钉1190侧转动以与调节螺钉1190的端部抵接，进而实现止转。

进一步地，复位机构340包括手动轴341，手动轴341上套设有第四齿轮342，第四齿轮342一端与第二齿轮320啮合，另一端与第三齿轮330啮合。

也即，可以通过电机20或者手动轴341驱动阀杆120转动，两种方式均可以，适应不同的使用场景。

进一步地，复位机构340还包括复位弹簧343，复位弹簧343套设于手动轴341上并位于第四齿轮342上方。

复位弹簧343用于在电机20失电时，自动带动阀杆120转至初始位置。

请参照图6和图7，在一个实施方式中，还包括锁定机构40，锁定机构40包括锁定轴410、套设于锁定轴410上的扭簧420、套设于扭簧420外侧的锁定板430，锁定板430在锁定轴410的转动下具有第一状态和第二状态；在第一状态下，锁定板430一端卡设于第二齿轮320上以对阀杆120的位置进行锁定；在第二状态下，锁定板430在扭簧420转动下脱离第二齿轮320以解锁。

锁定机构40用于对阀杆120的转动位置进行限定，实现手动锁定的功能。

具体地，锁定板430朝向第二齿轮320的一端为锥形，以用于插设于第二齿轮320的相邻齿之间的齿隙内。

需要说明的是，在手动操作过程中，如果需要对电动执行机构的位置保持不变，则可以手动顺时针转动锁定轴410，使得锁定板430与第二齿轮320的齿隙接触，此时松开手动手柄，第二齿轮320会在复位弹簧343的作用下回转一个微小的角度，压住锁定板430，使得多顶板受底板限位不动，复位弹簧343回转就会受到制动，实现手动锁定的功能，再次电动时，锁定板430受扭簧420作用复位，与第二齿轮320脱离。

在一个实施方式中，壳体10内还设有微动开关130，配合轴150外还套设有行程凸轮140，微动开关130的输出端朝向行程凸轮140，以用于开关电机20。

电动执行机构上还设有端子板和接线盒盖，以用于方便接线，接线盒盖设有多个出线孔，可以满足不同的需要。电动执行机构还设有变压器，可以满足不同电压的要求。

以图6中的方向为例，电动执行机构可以完成电动开阀、失电关阀、手动开阀以及手动锁定等效果。具体操作流程如下：

电动开阀过程包括：电机20通电，输出轴210带动第一齿轮310、第二齿轮320、第四齿轮342、第三齿轮330、扇形齿轮119转动，进而带动阀杆120转动至开阀位置，此时阀杆120与调节螺钉1190端部抵接。同时，复位机构340中的复位弹簧343处于持续的储能状态。

失电关阀过程包括：电机20失电，复位弹簧343带动第三齿轮330和扇形齿轮119转动，使得阀杆120自动恢复至初始关阀位置。

手动开阀过程包括：手柄转动手动轴341，第四齿轮342带动第三齿轮330和扇形齿轮119转动，使得阀杆120转动至开阀位置。

手动锁定过程包括：在手动操作过程中，如果需要阀杆120的位置保持不变，则可以手动转动锁定轴410，锁定轴410带动扭簧420转动，使得锁定板430上升并与第二齿轮320的齿隙接触到位，然后松开手动手柄，第二齿轮320在复位弹簧343的作用下回转一个微小的角度，压住锁定板430，同时锁定板430受底板限位保持不动，复位弹簧343回转就受到制动，实现手动锁定的功能。再次电动时，锁定板430受扭簧420作用复位，与第二齿轮320脱离。

本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。