[發(fā)明專利]電控的線性泵驅(qū)動致動器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380043062.4
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN104662294B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: I·麥考爾;B·雷施克
• 申請（專利權(quán)）人: 海霸系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: F04B13/00
• 分類號: F04B13/00;F04B7/00;F04B7/06;F04B9/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所11247
• 代理人: 吳鵬,馬江立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在寬范圍的分配容積和負荷內(nèi)具有大體均勻的精密程度和穩(wěn)定性的用于操作流體分配泵的電控的線性泵驅(qū)動致動器。

背景技術(shù)

精密液體分配泵用于許多需要分配精確地測定的液體量的環(huán)境中。在食品、化妝品、制藥、化工和電池工業(yè)中發(fā)現(xiàn)了此類應(yīng)用的示例。

美國專利號No.5,312,233中描述了線性液體分配泵。這里，泵的活塞往復(fù)運動而旋轉(zhuǎn)。通過與步進電機的轉(zhuǎn)子連接的柔性聯(lián)接裝置來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。該聯(lián)接裝置允許轉(zhuǎn)子軸線與活塞軸線之間的輕微對準偏差。美國專利出版物2006/0203609中描述了具有伺服電機驅(qū)動的泵的設(shè)備的一個不同示例。在這兩種現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計中，伺服電機驅(qū)動的泵和通過泵的往復(fù)移動而操作的分配單元構(gòu)成單個機械單元。該設(shè)備的尺寸由于同一個往復(fù)運動的致動器可適于全部集成在組合的泵和分配單元中的多個缸-柱塞泵單元而增大。該特性使得清潔耗時而困難，并且它不必要地影響設(shè)備內(nèi)的線性致動器。此外，該設(shè)計具有增加的長度和體積并且難以操縱。

一種具有伺服電機驅(qū)動的致動器的現(xiàn)有技術(shù)計量泵中應(yīng)用了不同的方案，所述致動器為可從加拿大Richmond?Hill的Hibar?Systems?Limited購得的2S型致動器。該系統(tǒng)在圖1和2中示意性地示出。主要部件為伺服電機驅(qū)動的線性致動器20，該線性致動器的任務(wù)是提供具有圓柱形的中空正面孔的致動器元件的非常準確的線性移位。除了致動器元件精確受控的引導(dǎo)的線性軸向運動外，該致動器元件不沿任何其它方向旋轉(zhuǎn)或移動。致動器組件20的前部具有可釋放的適配器插座，單獨的分配單元10可附連至該適配器插座。分配單元10在與主致動器組件20的插座聯(lián)接時具有柱塞，該柱塞插入致動器的圓柱形的正面孔中以使得柱塞跟隨致動器進行精確的往復(fù)線性運動。分配單元10的柱塞與缸筒協(xié)作并且在移動的各個階段它計量添入缸筒內(nèi)的液體的精確調(diào)節(jié)的體積。主致動器組件20與分配單元10之間的可釋放連接使得針對不同粘度和/或體積的液體的計量設(shè)計的各種分配單元可與同一個致動器單元連接，并且使用者可自由選擇最適合他的實際分配任務(wù)的分配單元。

該單獨的伺服電機驅(qū)動組件的問題主要在于它的較大尺寸，并且為了它的最佳操作，必須使用各自獨立的龐大電源單元和控制單元，所述電源單元和控制單元全部用線連接在一起以保持工作性能。此外，在該已知的致動器中，伺服電機使?jié)L珠絲杠單元的軸旋轉(zhuǎn)，所述滾珠絲杠單元具有引導(dǎo)成用于致動器元件中的線性移動的協(xié)作的滾珠絲杠螺母，因此螺母不能旋轉(zhuǎn)。

在伺服電機驅(qū)動的線性致動器的情況下，最廣泛采用的方案是使用定制的伺服電機。旋轉(zhuǎn)運動通常借助包括軸和螺母的滾珠絲杠系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成線性移動，其中使用將電機的轉(zhuǎn)子與滾珠絲杠單元的旋轉(zhuǎn)軸連接的單獨的聯(lián)接元件。這里，增加了轉(zhuǎn)子、聯(lián)接元件和滾珠絲杠的長度，這導(dǎo)致相當長的幾何尺寸，尤其是長度。

存在幾種可用作線性致動器的已知伺服電機驅(qū)動器。Kobayashi等人的US?2009/0056485?A1中描述了在轉(zhuǎn)子與滾珠絲杠之間不使用單獨的聯(lián)接元件的一個示例，其中伺服電機的轉(zhuǎn)子與軸向的滾珠絲杠軸機械地連接成使得在滾珠絲杠軸的后延伸部處形成陡臺階，并且轉(zhuǎn)子具有用于接納滾珠絲杠軸的端部的一致地呈臺階狀的中空內(nèi)部。軸與轉(zhuǎn)子的最后部附連。轉(zhuǎn)子的前部具有較大直徑的中空開口，以使得不旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠螺母行進進出該開口，并且該線性地移動的螺母構(gòu)成驅(qū)動器的致動器元件。一個問題在于滾珠絲杠軸的極薄和長的設(shè)計以及轉(zhuǎn)子的一致的中空設(shè)計，這提供了一定程度的不穩(wěn)定和難以質(zhì)量平衡的特征。又一個問題在于旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠的重量，所述滾珠絲杠在附連至轉(zhuǎn)子時導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部件的重量的有效增加和因此相應(yīng)地更高的轉(zhuǎn)子慣性。由于分配泵的令人滿意的操作需要伺服電機的迅速加速、減速和旋轉(zhuǎn)方向的改變，所以更高的轉(zhuǎn)子慣性變成關(guān)鍵的速度限制因素。又一個問題與大的不旋轉(zhuǎn)螺母在轉(zhuǎn)子的中空開口中的行進——其中引導(dǎo)是難以解決的——有關(guān)。所使用的伺服電機屬于具有用于旋轉(zhuǎn)移動的標準軸承設(shè)計的常規(guī)類型，并且此類軸承耐受線性致動器中不可避免地存在的軸向力的能力較低。在該設(shè)計中，轉(zhuǎn)子的前、后軸承之間的軸向距離是短的，并且后軸承由于轉(zhuǎn)子端部的狹窄設(shè)計而具有減小的直徑。由于此類結(jié)構(gòu)限制，軸向力和任何軸向失準可增加作用在軸承上的負荷，由此降低它們的使用壽命和控制準確度。

也頒發(fā)給Kobayashi等人的美國專利8,020,462?B2中示出了類似的設(shè)計，其中與上述設(shè)計相比的差別在于，滾珠絲杠軸能以可釋放的方式連接在轉(zhuǎn)子最后部的中空腔體中。