两级自动执行机构 本发明涉及伺服执行机构，以响应电动机的起动提供如轴的转动的机械输出。本发明特别涉及由低压电机驱动的转动执行机构，例如次分马力式较高转数的小型电机，它由一般12至14伏电压的车载电源操作。已发现通过控制伺服执行机构，对于各种车上应用是理想的。
在一种应用埸合，理想的是由电控伺服执行机构操纵蝶形车辆发动机空气节流阀以代替连接到由车辆操作者直接移动的节气门踏板的机械操纵装置。这种设计称为“驱动线”系统，因为车辆节流阀采用电变换器，而该变换器提供电信号给电控制器，电控制器给自动执行机构提供输出驱动信号以促动节气门蝶阀。这样的设计具有优点，即在车辆的操作是危险的或者操作者所要求的操作将导致禁止量的排气污染或车轮牵引力损失的情况下，电控制器可使节气门踏板信号无效。另外，直接用自动执行机构电操纵节气门可消除对于单独的节气门执行机构的需要，该节气门执行机构用于车辆工作的车速控制。
为提供用于汽车的电控节气门伺服执行机构，必须提供节气门的自动回位或关闭。特别是，在伺服执行机构电机故障的情况下，使伺服执行机构自动回位到初始减小的开口位置或关闭节气门的位置。
一般，在电机故障的情况下，节气门伺服执行机构可被弹簧偏置到节气门回复位置或关闭位置。然而，为了提供足够的扭矩以反向驱动整个执行机构，如减速齿轮系，复弹簧需要足够的力以克服执行机构的传动机构的摩擦力。这样导致对于伺服执行机构额外输出力的需要，从而除了移动节气门外还要偏转或卷绕回位弹簧。
在另一种应用埸合，理想的是电操纵控制阀，该阀控制被加热的发动机冷却液流到加热器芯从加热车辆乘座室的空气。在这种应用埸合，理想的是采用高减速比以精确或精细的控制蝶形阀位置。为实现这样的控制，当使用12至14伏电压的电源控制时，由较小型电机的低电流，如大约10安培或低于10安培的电流要求获得较大的扭矩输出。这种扭矩的要求使蜗杆驱动用于以最小数量的齿轮和以最低的造价提供高减速比的优选的装置。但是，在工作时，电机故障的情况下，要求阀偏置到充分打开的位置以对乘座室提供最大的增热并保证乘客避免受冻。
在为转动操纵的应用而设置蜗杆传动齿轮系的情况下，实际上不可能用弹簧反向驱动该齿轮系，因为施加给与蜗杆相配合的被动齿轮的扭矩由于适于提供所需齿轮减速的有效螺旋角而不能反向驱动蜗杆。
因此，希望提供一种方法或装置，利用在伺服执行机构中驱动齿轮系的机动蜗杆以提供转动输出，例如该转动输出用于响应电控制信号，控制车辆节气门或加热器芯阀的打开和关闭以及在驱动电机故障的情况下脱开并自动回位到所需的位置。
本发明提供自动伺服执行机构，它采用蜗杆传动齿轮系以提供输出轴的转动并且在工作时，电机故障的情况下，输出自动回到所需位置或初始的位置。
本发明提供一种用于转动输出轴的自动伺服执行机构，该执行机构由较高转数的次分马力电机操纵，而该电机由较低电压的电源，如汽车车载电源驱动。本发明提供可由车载低压电源驱动的高转数次分马力电机并有弹簧加载的输出齿轮，该输出齿轮具有扇形齿轮，该扇形齿轮由如蜗杆那样，在相同轴上的小齿轮传动。固定到第一级减速齿轮上的输入扇形齿轮与输出齿轮啮合。蜗杆连续地驱动第一级减速齿轮。从初始位置，第一级齿轮转动输入扇形齿轮直到该扇形齿轮与输出齿轮脱离啮合；此时，小齿轮与输出扇形齿轮啮合以便由小齿轮代替蜗杆继续转动执行机构。
对于输出齿轮的初始运动，选择输入扇形齿轮和输出扇形齿轮可利用蜗杆的高减速比，随后，传动转变到连接于输出扇形齿轮的小齿轮。小齿轮传动输出齿轮，通过适当的扭力弹簧可容易地回位，因此，在电机故障时提供一种操纵的自动回位方式。
在目前优选的实际应用中，小齿轮和输出齿轮是锥形地。
图1是本发明伺服执行机构的平面图，它具有剖开的壳体以显示其内部；和
图2是沿图1的剖切指示线2-2截取的剖视图。
参考图1，由10表示本发明执行装置，它具有壳体12，在该壳体中设置驱动电机14，该电机最好是低压每分钟转数较高的次分马力式电动机，它能够由大约12至24伏的低压电源操作。电机14有一对固定其上的导线15，它们从壳体12的外部进入以连接到控制器(未示出)。在电机14的输出轴16上安装传动蜗杆18和与之共轴的主动小伞齿轮20，两者都固定到轴16上以便转动。
第一级减速齿轮22有围绕其整个圆周设置的多个齿24，但在图中仅示出几个齿。第一级齿轮22围绕销或轴25轴颈支承在壳体12上，以便随着齿24与传动蜗杆18的连续啮合在其上转动。
第一级齿轮配置与之同轴转动的输入扇形齿轮26，该扇形齿轮有围绕其圆周所需弧形段设置的齿28。如需要，扇形齿轮可与齿轮22整体地形成一件整体。
输出齿轮30围绕销或轴32轴颈支承在壳体上，输出齿轮30有围绕其整个圆周形成的多个齿34。
输出轴30同轴配置斜齿的扇形齿轮，它由参考号36在虚线上表示。当齿轮30沿顺时针或逆时针从图1所示位置转动到显示输出扇形齿轮36的齿的端部的虚线时，输出斜齿扇形齿轮36适于与伞齿轮20啮合。
参考图2，图2以实线放大地显示伞齿轮的齿20与斜齿扇形齿轮36啮合。
参照图1，扭力弹簧40有端部42，该端部紧靠在包括销的止动件44上，该止动件设在壳体上。弹簧40的另一端部钩住销46，该销46设在齿轮30的表面上并从那里轴向伸出。在图1实施例中设置扭力弹簧40，这样，在齿轮30逆时针转动时，弹簧卷绕以对齿轮30提供沿顺时针方向增加的转矩。
在操作过程中，经开始供电，通过在图1所示位置的输出齿轮，蜗杆18转动第一级齿轮22和与齿34啮合的输入扇形齿轮28并使输出齿轮30转动到小齿轮20与斜齿扇形齿轮36相啮合的位置，输入扇形齿轮28此时与输出齿轮上齿34脱离啮合。电机轴继续转动，伞齿轮20直接传动输出扇形齿轮36，而输入扇形齿轮28不与齿34啮合并不传动齿轮30。
在车辆节流应用中，节流阀(未示出)将连接到输出齿轮30，而输出扇形齿轮30的转动量不足以使车辆节流阀较大地打开，即便电机故障，恢复弹簧40使齿轮30回到与斜齿扇形齿轮36相啮合的初始位置，而节流阀由于齿34与输入扇形齿轮28脱离啮合回到初始位置或关闭节流的位置。可以理解，当输入扇形齿轮28与输出齿轮齿34脱离啮合时，该弹簧有足够的转矩转动齿轮30，电机的小齿轮和电机轴16。
因此，本发明提供造价低，简单可靠的自动伺服执行机构，它采用蜗杆传动并在重量轻体积小而紧凑且造价较低的装置中提供总高的齿轮减速。
本发明提供独特且新颖的电动蜗杆传动的两级伺服执行机构，部分转动后，脱离蜗杆传动啮合，之后，由伞齿轮直接传动输出齿轮，由此在电机故障的情况下，可使扭力恢复弹簧将执行机构自由回复到初始位置。
在上述说明书中详细描述了本发明。可以理解，通过对说明书的阅读和理解，本发明的各种替换和改进对于熟悉本领域的普通技术人员是显而易见的。当它们包括在所附权利要求的范围内时，所有这些替换和改进包括在本发明中。