[发明专利]电控的线性泵驱动致动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种在宽范围的分配容积和负荷内具有大体均匀的精密程度和稳定性的用于操作流体分配泵的电控的线性泵驱动致动器。

背景技术

精密液体分配泵用于许多需要分配精确地测定的液体量的环境中。在食品、化妆品、制药、化工和电池工业中发现了此类应用的示例。

美国专利号No.5,312,233中描述了线性液体分配泵。这里，泵的活塞往复运动而旋转。通过与步进电机的转子连接的柔性联接装置来实现旋转。该联接装置允许转子轴线与活塞轴线之间的轻微对准偏差。美国专利出版物2006/0203609中描述了具有伺服电机驱动的泵的设备的一个不同示例。在这两种现有技术设计中，伺服电机驱动的泵和通过泵的往复移动而操作的分配单元构成单个机械单元。该设备的尺寸由于同一个往复运动的致动器可适于全部集成在组合的泵和分配单元中的多个缸-柱塞泵单元而增大。该特性使得清洁耗时而困难，并且它不必要地影响设备内的线性致动器。此外，该设计具有增加的长度和体积并且难以操纵。

一种具有伺服电机驱动的致动器的现有技术计量泵中应用了不同的方案，所述致动器为可从加拿大Richmond Hill的Hibar Systems Limited购得的2S型致动器。该系统在图1和2中示意性地示出。主要部件为伺服电机驱动的线性致动器20，该线性致动器的任务是提供具有圆柱形的中空正面孔的致动器元件的非常准确的线性移位。除了致动器元件精确受控的引导的线性轴向运动外，该致动器元件不沿任何其它方向旋转或移动。致动器组件20的前部具有可释放的适配器插座，单独的分配单元10可附连至该适配器插座。分配单元10在与主致动器组件20的插座联接时具有柱塞，该柱塞插入致动器的圆柱形的正面孔中以使得柱塞跟随致动器进行精确的往复线性运动。分配单元10的柱塞与缸筒协作并且在移动的各个阶段它计量添入缸筒内的液体的精确调节的体积。主致动器组件20与分配单元10之间的可释放连接使得针对不同粘度和/或体积的液体的计量设计的各种分配单元可与同一个致动器单元连接，并且使用者可自由选择最适合他的实际分配任务的分配单元。

该单独的伺服电机驱动组件的问题主要在于它的较大尺寸，并且为了它的最佳操作，必须使用各自独立的庞大电源单元和控制单元，所述电源单元和控制单元全部用线连接在一起以保持工作性能。此外，在该已知的致动器中，伺服电机使滚珠丝杠单元的轴旋转，所述滚珠丝杠单元具有引导成用于致动器元件中的线性移动的协作的滚珠丝杠螺母，因此螺母不能旋转。

在伺服电机驱动的线性致动器的情况下，最广泛采用的方案是使用定制的伺服电机。旋转运动通常借助包括轴和螺母的滚珠丝杠系统转化成线性移动，其中使用将电机的转子与滚珠丝杠单元的旋转轴连接的单独的联接元件。这里，增加了转子、联接元件和滚珠丝杠的长度，这导致相当长的几何尺寸，尤其是长度。

存在几种可用作线性致动器的已知伺服电机驱动器。Kobayashi等人的US 2009/0056485 A1中描述了在转子与滚珠丝杠之间不使用单独的联接元件的一个示例，其中伺服电机的转子与轴向的滚珠丝杠轴机械地连接成使得在滚珠丝杠轴的后延伸部处形成陡台阶，并且转子具有用于接纳滚珠丝杠轴的端部的一致地呈台阶状的中空内部。轴与转子的最后部附连。转子的前部具有较大直径的中空开口，以使得不旋转的滚珠丝杠螺母行进进出该开口，并且该线性地移动的螺母构成驱动器的致动器元件。一个问题在于滚珠丝杠轴的极薄和长的设计以及转子的一致的中空设计，这提供了一定程度的不稳定和难以质量平衡的特征。又一个问题在于旋转的滚珠丝杠的重量，所述滚珠丝杠在附连至转子时导致旋转部件的重量的有效增加和因此相应地更高的转子惯性。由于分配泵的令人满意的操作需要伺服电机的迅速加速、减速和旋转方向的改变，所以更高的转子惯性变成关键的速度限制因素。又一个问题与大的不旋转螺母在转子的中空开口中的行进——其中引导是难以解决的——有关。所使用的伺服电机属于具有用于旋转移动的标准轴承设计的常规类型，并且此类轴承耐受线性致动器中不可避免地存在的轴向力的能力较低。在该设计中，转子的前、后轴承之间的轴向距离是短的，并且后轴承由于转子端部的狭窄设计而具有减小的直径。由于此类结构限制，轴向力和任何轴向失准可增加作用在轴承上的负荷，由此降低它们的使用寿命和控制准确度。

也颁发给Kobayashi等人的美国专利8,020,462 B2中示出了类似的设计，其中与上述设计相比的差别在于，滚珠丝杠轴能以可释放的方式连接在转子最后部的中空腔体中。