电动执行机构.pdf

本发明提供一种实现零件个数的减少和共同化，且可以小型化、轻量化的电动执行机构。由上箱体(21)和齿轮箱(23)形成电动执行机构(2)的外壳(6)，在上箱体(21)内配置驱动马达(11)。另一方面，在齿轮箱(23)中，收纳由层积的2个行星齿轮单元(U1、U2)构成的减速齿轮机构(12)。而且，使靠近驱动马达(11)的行星齿轮单元(U1)的行星齿轮(31)的个数比靠近旋转轴(3)的行星齿轮单元(U2)的行星齿轮(39)的个数少。

1.  一种电动执行机构，包括：驱动马达，其设置在箱体内；行星齿轮机构，其包括多级层积中心齿轮以及行星齿轮而构成的行星齿轮单元、和与上述行星齿轮啮合的内齿轮，通过该行星齿轮机构对上述驱动马达的旋转减速并传递到旋转轴，其特征在于，
上述行星齿轮单元由共用内齿轮的、行星齿轮的个数越是接近上述驱动马达的单元越减少的、至少2种行星齿轮单元构成。

2.  一种电动执行机构，包括：驱动马达，其设置在箱体内；行星齿轮机构，其包括多级层积中心齿轮以及行星齿轮而构成的行星齿轮单元、和与上述行星齿轮啮合的内齿轮，通过该行星齿轮机构对上述驱动马达的旋转减速并传递到旋转轴，其特征在于，
上述行星齿轮单元由减速比增大的至少2种行星齿轮单元构成，其共用内齿轮并且越接近上述驱动马达的单元行星齿轮的齿数越多、中心齿轮的齿数越少。

3.  如权利要求1或2所述的电动执行机构，其特征在于，
具有齿轮箱，该齿轮箱在内壁上形成有内齿轮，该齿轮箱是收纳驱动马达和行星齿轮机构的箱体，并且构成调节器的外壳。

4.  如权利要求1或2所述的电动执行机构，其特征在于，包括：连接旋转轴和行星齿轮机构、并与上述旋转轴一体转动的连接部件；通过该连接部件的转动检测上述旋转轴的工作角度的工作角度检测机构；
上述工作角度检测机构被设置在收纳上述行星齿轮机构的箱体中。

5.  如权利要求4所述的电动执行机构，其特征在于，上述工作角度检测机构包括：
最大转动位置检测装置，其在上述连接部件的最大转动位置产生第1输出，在除此以外的转动位置中产生第2输出；
最小转动位置检测装置，其在上述连接部件的最小转动位置产生第1输出，在除此以外的转动位置产生第2输出；
可自由摆动的杠杆部件，其在上述连接部件转动到最大转动位置时，通过该连接部件受到按压力，并将该按压力传递到上述最大转动位置检测装置；在上述连接部件转动到最小转动位置时，通过该连接部件受到按压力，并将该按压力传递到上述最小转动位置检测装置。

6.  如权利要求5所述的电动执行机构，其特征在于，上述最大转动位置检测装置和上述最小转动位置检测装置由隔着上述杠杆部件而相向设置的2个限位开关构成。

电动执行机构
技术领域
本发明涉及用于控制温水、冷水、水蒸汽等流体的流量的电动阀或阻尼器等的电动执行机构。
背景技术
对控制各种流体的流量的阀或阻尼器进行开度调整的电动式执行机构包括：驱动马达，其根据来自控制部的驱动信号进行驱动；减速齿轮机构，其对该驱动马达的旋转进行减速并将其传递至作为控制对象的阀或阻尼器等的旋转轴；工作角度检测机构，其检测上述旋转轴的当前工作角度(或工作范围)(例如，参照专利文献1：特开2002-31259号公报)。
作为电动执行机构的减速齿轮机构，通常众所周知的是使用多级层积多个正齿轮而构成的结构，或使用上述专利文献1记载的由中心齿轮、行星齿轮以及内齿轮构成的行星齿轮机构。
专利文献1所记载的电动执行机构，是将由中心齿轮、行星齿轮以及齿轮箱组成的行星齿轮单元多级层积而构成的行星齿轮机构收纳于内壁上形成有内齿轮的箱内，再将该箱组装到执行机构的箱体内，通过行星齿轮机构对驱动马达的旋转进行减速。箱体由收纳驱动马达的上箱体和收纳箱的下箱体构成，上箱体和下箱体之间通过保持板隔开，将驱动马达的驱动轴的旋转传递至最上级的行星齿轮单元的中心齿轮。
而且，被构成为通过减速齿轮机构对驱动马达的旋转进行减速并将其传递至阀的轴(旋转轴)，该阀的轴连接于行星齿轮机构的最终级的齿轮基部，该轴的旋转通过传递齿轮再传递至杆，通过以凸轮和限位开关构成的工作角度检测机构检测该杆的旋转，由此间接地检测出上述轴的工作角度，并通过工作角度检测机构的检测信号来驱动控制上述驱动马达。
但是，现有的使用两级正齿轮的减速齿轮机构，由于啮合在一处负荷变大因而需使用成本高的高强度材料制成的较大的正齿轮，从而产生收纳驱动马达和减速齿轮机构等的外壳大型化、无法实现执行机构的小型、轻量化的问题。
另外，因为上述专利文献1所记载的电动执行机构使用行星齿轮机构，与使用两级正齿轮的减速齿轮机构相比可以分散负荷，所以可以使齿轮小型化。
但是，由于该减速齿轮机构只是将输入侧和输出侧的减速比全部相同的行星齿轮单元单纯地层积规定级数而构成，存在着零件个数的增加以及导致重量化和大型化的问题。即，施加于构成减速齿轮的各级行星齿轮单元的行星齿轮的负荷不相同，而是从驱动马达一侧向阀的旋转轴一侧变大。因此，在实际设计时，期望对应于各级的负荷来设计行星齿轮单元。但是，在对全部行星齿轮机构进行相同的设计时，由于需要以最终级的负荷为基准来设计，则对于负荷变小的除最终级以外的行星齿轮单元，其负荷能力有剩余，成为零件个数的削减、轻量化以及小型化的最大障碍。
而且，由于驱动马达一侧的负荷小，尽管可以增大行星齿轮的齿数、减少中心齿轮的齿数，但由于与最终级的行星齿轮的齿数相配合，减速齿轮机构整体的减速比不能发挥良好的效率，从而导致电动执行机构的重量、大小、零件个数增大。
而且，上述专利文献1中记载的电动执行机构，由于将杆的工作角度作为轴的工作角度而间接地进行检测，所以需要杆、传动齿轮等很多零件，不仅使构造复杂化，还产生执行机构本身大型化、重量化的问题。而且，如果零件个数增多，相应的各个零件的公差被累积，误差变大，根据凸轮和限位开关决定的停止位置精度的误差变大，从而导致由开度显示板显示的工作角度的显示误差变大，产生可靠性降低的问题。
发明内容
本发明为解决上述现有技术的问题，其目的是提供一种实现零件个数的减少和简洁化、共同性，且旋转轴的工作角度的检测误差小、可靠性高的电动执行机构。
为达到上述目的，第1发明的电动执行机构包括：驱动马达，其设置在箱体内；行星齿轮机构，其包括多级层积中心齿轮以及行星齿轮而构成的行星齿轮单元、和与上述行星齿轮啮合的内齿轮，通过该行星齿轮机构对上述驱动马达的旋转减速并传递到旋转轴，其中，上述行星齿轮单元由共用内齿轮的、行星齿轮的个数越是接近上述驱动马达的单元越减少的、至少2种行星齿轮单元构成。
第2发明的电动执行机构包括：驱动马达，其设置在箱体内；行星齿轮机构，其包括多级层积中心齿轮以及行星齿轮而构成的行星齿轮单元、和与上述行星齿轮啮合的内齿轮，通过该行星齿轮机构对上述驱动马达的旋转减速并传递到旋转轴，其中，上述行星齿轮单元由减速比增大的至少2种行星齿轮单元构成，其共用内齿轮并且越接近上述驱动马达的单元行星齿轮的齿数越多、中心齿轮的齿数越少。
第3发明中，具有齿轮箱，该齿轮箱在内壁上形成有内齿轮，该齿轮箱是收纳驱动马达和行星齿轮机构的箱体，并且构成执行机构的外壳。
第4发明中，包括：连接旋转轴和行星齿轮机构、并与上述旋转轴一体转动的连接部件；通过该连接部件的转动检测上述旋转轴的工作角度的工作角度检测机构，上述工作角度检测机构被设置在收纳上述行星齿轮机构的箱体中。
第5发明中，上述工作角度检测机构包括：最大转动位置检测装置，其在上述连接部件的最大转动位置产生第1输出，在除此以外的转动位置中产生第2输出；最小转动位置检测装置，其在上述连接部件的最小转动位置产生第1输出，在除此以外的转动位置产生第2输出；可自由摆动的杠杆部件，其在上述连接部件转动到最大转动位置时，通过该连接部件受到按压力，并将该按压力传递到上述最大转动位置检测装置；在上述连接部件转动到最小转动位置时，通过该连接部件受到按压力，并将该按压力传递到上述最小转动位置检测装置。
第6发明中，上述最大转动位置检测装置和上述最小转动位置检测装置由隔着上述杠杆部件而相向设置的2个限位开关构成。
在第1发明中，着眼于使施加于行星齿轮的负荷越接近驱动马达的驱动轴则负荷越低，由于使各级行星齿轮的数量在越接近驱动马达一侧的单元中越少，可以减少行星齿轮的数量，从而可以实现执行机构的轻量化以及成本的降低。
在第2发明中，由于对越接近驱动马达的行星齿轮单元越增大其行星齿轮的齿数，而减少中心齿轮的齿数，从而可以实现轻量化、小型化以及成本的降低。
在第3发明中，由于齿轮箱收纳驱动马达，并且构成执行机构的外壳，因此可以实现零件的共用，使外壳本身小型、轻量化。而且，检测部或旋转轴等的定位也变得容易。
在第4发明中，由于直接连接到旋转轴的连接部件的转动通过设置于箱体中的工作角度检测装置检测，则旋转轴与工作角度检测机构之间没有中间零件、没有零件个数，可以减少零件个数，而且可以减小检测误差、提高可靠性。
在第5发明中，可以以同一杠杆部件兼作将连接部件的转动传达到最大转动检测装置的部件以及将连接部件的转动传达到最小转动检测装置的部件。
在第6发明中，可以由相互相向的2个限位开关和可自由摆动的杠杆部件构成工作角度检测机构。
附图说明
图1为表示本发明的电动执行机构的一个实施方式的剖视图。
图2为同一执行机构的主要构成零件的分解立体图。
图3(a)～(c)为壳体的主视图、俯视图以及右侧视图。
图4(a)～(c)为联轴器的俯视图、主视图以及仰视图。
图5(a)、(b)为表示阀开度为0％时的回转位置检测装置的ON、OFF状态的俯视图以及主视图。
图6(a)、(b)为表示阀开度为50％时的回转位置检测装置的ON、OFF状态的俯视图以及主视图。
图7(a)、(b)为表示阀开度为100％时的回转位置检测装置的ON、OFF状态的俯视图以及主视图。
具体实施方式
以下，根据附图所示的实施方式对本发明进行详细说明。
图1为表示本发明的电动执行机构的一个实施方式的剖视图；图2为同一执行机构的主要构成零件的分解立体图；图3(a)～(c)为壳体的主视图、俯视图以及右侧视图；图4(a)～(c)为联轴器俯视图、主视图以及仰视图；图5(a)、(b)为表示阀开度为0％时的回转位置检测装置的ON、OFF状态的俯视图以及主视图；图6(a)、(b)为表示阀开度为50％时的回转位置检测装置的ON、OFF状态的俯视图以及主视图；图7(a)、(b)为表示阀开度为100％时的回转位置检测装置的ON、OFF状态的俯视图以及主视图。
在图1中，1是作为控制对象的球阀，2是驱动控制球阀1并调整阀开度的电动执行机构。
上述球阀1是以往公知的双向球阀，并具有旋转轴3，其贯通一体突出设置于阀本体4上部的圆筒部4A，其上端部被连接到上述电动执行机构2，在下端侧设置有用于控制在球阀1内流动的流体的流量的球塞(未图示)。球塞的全工作角为90°，全闭角为-45°，全开角为+45°。
在图1～图4中，上述电动执行机构2包括：外壳6，其通过轭铁5可装拆地设置在上述圆筒部4A上；工作角度检测机构13，其用于检测被收纳于该外壳6内的驱动马达11、减速齿轮机构12、以及上述旋转轴3的工作角度。
上述轭铁5定位于一体设在上述圆筒部4A上端的凸缘部4B上而被设置，通过卡合元件15以可拆卸的方式被固定。在轭铁5的底面上，一体地突出设置有多个定位销16，通过将这些定位销16嵌合在形成于凸缘部4B的上表面的凹部17中，将轭铁5定位于凸缘部4B上。
上述卡合元件15嵌入并固定在上述轭铁5的内部，包括：卡合部，其卡合于设置在凸缘部4B的卡合部(未图示)；操作柄18，其相对于凸缘部4B对卡合元件15进行卡合。操作柄18从形成于轭铁5下部的开口部20向外部突出，当对该操作柄18向水平方向转动操作、解除凸缘部4B与卡合元件15的卡合状态时，可以将轭铁5从凸缘部4B上取下。
上述外壳6包括：上箱体21，其收纳上述驱动马达11以及工作角度检测机构13；环22，其被嵌装于该上箱体21的下端部外周面上；齿轮箱23，其收纳上述减速齿轮机构12。
上述上箱体21与环22以及齿轮箱23一同被以可装拆的方式固定在上述轭铁5的上表面，下表面侧开口部被上述齿轮箱23覆盖。
齿轮箱23在内部收纳有上述减速齿轮机构12，且外周缘部固定于上述轭铁5的上表面，并且上端侧开口部23a被安装板24封闭。齿轮箱23的下端侧开口部23b形成有轴孔，其以可转动的方式轴支撑下述的行星齿轮架43。
上述驱动马达11被设置于上述齿轮箱23的安装板24上而位于上箱体21内。而且，驱动马达11朝向下方被设置在安装板24上，由此驱动轴25贯穿设置在安装板24上的插通孔而插入齿轮箱23内，在其插入端部固定有将驱动轴25的转动传递到上述减速齿轮机构12的小齿轮26。
上述减速齿轮机构12由二级层积的第1、第2行星齿轮单元U1、U2和上述行星齿轮架43等构成，并被收纳于上述齿轮箱23中。
位于上方、靠近驱动马达11的驱动轴25的第1行星齿轮单元U1由中心齿轮30、3个行星齿轮31、行星齿轮架32和内齿轮40(图3(b))等构成。在从驱动马达11向行星齿轮单元U1的啮合传递中，存在有二级齿轮27(27a、27b)和齿轮29。二级齿轮27的第1齿轮27a与上述小齿轮26啮合，第2齿轮27b与上述齿轮29啮合。中心齿轮30是与齿轮29一体形成的，行星齿轮31分别与其啮合。各行星齿轮31通过突出设置于第1行星齿轮架32上表面的3根支撑销33而分别被以可旋转的方式轴支撑。而且，在第1行星齿轮架32的中央，直立设置有以可旋转的方式轴支撑上述齿轮29的轴销34。
位于下方、靠近上述球阀1的旋转轴3的第2行星齿轮单元U2由中心齿轮38、分别与该中心齿轮38啮合的4个行星齿轮39、与这些行星齿轮39啮合的上述内齿轮40以及第2行星齿轮架43等构成。中心齿轮38一体设置在上述第1行星齿轮架32的下表面。各行星齿轮39通过突出设置于上述第2行星齿轮架43的轴销44被分别以可转动的方式轴支撑。而且，行星齿轮39被形成为比第1行星齿轮单元U1的行星齿轮31的齿宽厚。这是因为，越是接近球阀1的旋转轴3的行星齿轮单元，其对中心齿轮施加的负荷越大，因此将行星齿轮39的齿宽增厚以使其承担负荷(降低表面压强)。上述内齿轮40由形成于上述齿轮箱23的内壁的固定齿轮构成，上述行星齿轮31、39都与之相啮合。
上述行星齿轮架43，具有一体突出设置于其下表面的圆筒状轴部43A，该轴部43A通过形成于上述齿轮箱23的下表面的轴孔23b被以可旋转的方式轴支撑。而且，在轴部43A的内表面侧形成有键槽46，配设于上述齿轮箱23下方的联轴器47的花键齿48啮合在该键槽46中。
上述联轴器47是通过联结上述旋转轴3和上述减速齿轮机构12而将被减速齿轮机构12减速的驱动马达11的旋转传递到旋转轴3的传递部件，为限制旋转而与设置于上述旋转轴3上端的棱柱部3a相嵌合，在上表面中央部设置有上述花键齿48。而且，在联轴器47上设置有：手动转动上述旋转轴3来调整工作角度时所使用的操作手柄50；使上述工作角度检测机构13的杠杆部件54倾斜的两个操作部51、52。操作部51、52是由设在联轴器47的圆筒部47A上的阶梯部构成的。操作部51和52被设置为在圆筒部47A的圆周方向上间隔约95°。
上述工作角度检测机构13由上述杠杆部件54以及通过该杠杆部件54的倾斜而被ON、OFF的2个转动位置检测装置60、61构成。作为转动位置检测装置60、61使用常闭型微型开关。杠杆部件54被以能够向图3(a)中齿轮箱23的左右方向(箭头A、B方向)倾斜的方式直立设置，在上述联轴器47的操作部51、52的任何一个均未与其抵接的状态下，杠杆部件54基本上垂直地直立，维持相对于上述转动位置检测装置60、61的任意一个的非接触状态。这样的杠杆部件54通过其下端附近被以可转动的方式轴支撑、借助弹性部件被保持在通常中点位置，从而构成自动复位式杠杆。
上述转动位置检测装置60、61同样配设在上述齿轮箱23上，其隔着上述杠杆部件54、接近其倾斜方向而相向设置。而且，2个转动位置检测装置60、61中，在图5(a)中位于右侧的转动位置检测装置60在上述联轴器47的图5所示的最小转动位置(阀的阀开度为0％时的转动位置)上，通过被上述杠杆部件54按压而变为OFF，从而停止对马达11的向开度减小方向的通电。在除此以外的转动位置，其为ON状态、构成最小转动位置检测装置。这时，位于左侧的转动位置检测装置61保持ON的状态。
位于左侧的转动位置检测装置61，在上述联轴器47的图7所示的最大转动位置(阀开度为100％时的转动位置)上，通过被上述杠杆部件54按压而变为OFF，从而阻断对马达11的向开度增大方向的通电。在除此以外的转动位置，其为ON状态、构成最大转动位置检测装置。这时，位于左侧的转动位置检测装置60保持ON(导通)的状态。并且，当阀开度为全闭、全开以外的中间开度时，由于杠杆部件54不能因联轴器47的操作部51、52的任意一个而倾斜，所以转动位置检测装置60、61都保持ON(导通)的状态。
以下，对由上述构造构成的电动执行机构2的工作进行说明。
根据来自控制部的驱动信号驱动驱动马达11时，其驱动轴25的旋转在通过减速齿轮机构12被减速之后，通过联轴器47被传递到球阀1的旋旋转轴3。即，驱动马达11进行驱动时其驱动轴25的旋转通过小齿轮26被传递到二级齿轮27。而且，二级齿轮27的旋转通过齿轮29被传递到中心齿轮30，由此中心齿轮30旋转而使3个行星齿轮31旋转。
当行星齿轮31因中心齿轮30的旋转而旋转时，其沿内齿轮40公转而使第一行星齿轮架32旋转，减速中心齿轮30的旋转。而且，当行星齿轮31沿内齿轮40公转时，中心齿轮38也旋转，使4个行星齿轮39旋转。这些行星齿轮39沿内齿轮40公转，使第2行星齿轮架43旋转从而减速中心齿轮38的旋转。进一步，该第2行星齿轮架43的旋转通过键槽46和花键齿48被传动到联轴器47，因此联轴器47和旋转轴3一体转动，由此调整球阀1的阀开度。另外，关于减速齿轮机构12的减速比，使输入侧和输出侧的减速比为997∶1，使2个行星齿轮单元U1、U2满足1/6×1/5.3＝1/32。
第1、第2行星齿轮单元U1、U2的齿数和减速比的示例分别如以下的表1、表2所示。表1是权利要求1记载的实施方式中的齿数和减速比的一个示例。表2是使行星齿轮和中心齿轮的齿数越是接近驱动马达的单元(级)就越少的权利要求2记载的实施方式中的齿数和减速比的示例。
表1