专利名称：有电动线性传动装置的通风橱排气终端的制作方法
总的说来，本发明涉及实验室通风橱装置，特别是涉及使用在这种装置中的排气终端。更准确地说，本发明涉及有电动线性传动装置的通风橱排气终端，此电动线性传动装置用于控制在通风橱排气终端内的风门的位置。
实验室通风橱用于排除在实验室中进行实验工作期间在空气中经常产生的有毒烟雾和气体。通常，通风橱包括有垂直和/或水平打开的门的外壳，以使得技术人员可在通风橱内部做实验工作。通风橱通常有排气管道以排除空气和烟雾，从而使实验室人员在靠近通风橱工作时不会处在这种气体中。
通风橱控制器用来控制通过通风橱的空气流量，因此控制器通常控制作为任何特定时间有效开口的所希望的平均面速度的函数的流量。平均面速度通常定义为从通风橱开口面面积的每平方英尺流进通风橱的空气流量，同时考虑到开口面面积是装于通风橱前面的一个或多个可移动门的位置的函数。平均面速度决定于此通风橱所处的装备的操作者，因此平均面速度可以依照操作者感觉的安全值而又不浪费能耗来设置成高或低的面速度。通常在技术人员出现在开口面时这平均面速度为开口面的每平方英尺每分钟100或150英尺。
通风橱设备的设计和操作也可以改变。某些设备有控制器，它用于控制可变驱动器以驱动风扇电动机，以便提供所希望的平均面速度来达到调整通过通风橱的空气流量的目的。还有许多设备，它们在共同的排气岐管内有单个通风机供应几个通风橱，这些通风橱有各自的排气管连接到岐管上，同时用风门机构控制流过通风橱的空气流量。风门机构可放置在通风橱排气终端内，通常的型号如我的已有专利5,518,446所公开的那样，它转让给与本发明的相同的受让人(虽然自从该专利被授权后受让人的名字已被更改)。如在我的专利‘446所公开的那样，有许多风门控制的应用，它们应用气动传动装置来控制风门的位置，以调整通过通风橱的空气流量。虽然这气动传动装置确实运行可靠，但有必要使用电动线性传动装置，因为它成本低而且工作可靠。此外，已经知道旋转电动传动装置用于风门应用，但它通常在设计和结构上较复杂。
还有，已有许多装有控制气动传动装置的通风橱控制器的设备。虽然这种设备会继续满意地运行，但可能会想或需要在将来使用电动风门传动装置。
相应地，本发明的主要目的是提供有电动线性传动装置的通风橱排气终端，用于通风橱设备以及其它应用，此线性传动装置在设计上简单、高可靠性和生产成本低廉。
本发明的另一个目的是提供有电动线性传动装置的改进了的通风橱排气终端，它能快速运行以迅速改变风门的位置，从而严格地控制调整运行期间流过通风橱的空气流量。
本发明的再另一个目的是提供有电动线性传动装置的改进了的风橱排气终端，它在翻新更替现成的气动风门时能容易地安装，并且其中控制器不必作大的改动，因为过去用于控制气动传动装置的信号能用于控制电动线性传动装置。
本发明的再另一个目的是提供这样的电驱动电路，它有在供电中断时把风门放在最佳位置的能力，从而有紧急失效安全能力。
本发明的再另一个目的是提供简单廉价的电源失效探测电路，它自动地激发驱动电路的其余部分，以便打开风门来提供最大的流过通风橱的空气流量，从而提供最佳的安全条件。
本发明的再另一个目的是提供一种改进的通风橱排气终端，它有在其设计和运行方面独特的驱动电路，此电路适合于可靠地驱动传动装置电动机，而把在传动装置机构已达到其两方向的行程终点时继续供电来驱动电动机时造成损坏的可能性减到最小。
当结合附图，阅读下面的详细描述，就会清楚本发明的其它目的和优点，附图中
图1是实施本发明的通风橱排气终端的侧视图；图2是操纵本发明的改进后的通风橱排气终端的电路的方框图；图3是沿图1的线3-3所取的顶视图，并说明本发明的线性传动装置部分以及其它部分；图4是有部分被取下而部分被剖的侧视图，它说明用在实施本发明的排气终端内的线性传动装置机构；图5是说明这样的电路的最佳实施例的详细的电路原理图，此电路用于探测电源失效和驱动实施本发明的排气终端内的电动机；和图6是说明这样的电路的另一个最佳实施例的详细的电路原理图，此电路用于探测电源失效和驱动实施本发明的排气终端内的电动机。
一般说来，本发明针对有电动线性传动装置的通风橱排气终端，此电动线性传动装置用于控制风门角向位置，以便调节流过通风橱的空气流量。所希望的流过排气管的流量决定于通风橱控制器，此控制器不是本发明的一部分。本发明针对有电动线性传动装置的通风橱排气终端和用于驱动这电动线性传动装置的控制电路。
现在来看附图，特别是图1，以10指明的通风橱排气终端以侧视图表示，它通常包括一段有其上游端14和下游端16管道12，因而气流以箭头18的方向通过这段管道。一块通常为盘状的硬平板风门20安装在这段管12内，并且最好固定在轴22上，而此轴的上下两端可绕枢轴转动地装在低摩擦聚合物，最好是聚四氟乙烯的轴套24内，同时此轴穿过这段管12上的适当的孔(没画出)。作为延伸穿过风门20的风门轴22的代替办法是，如果希望，可在从接近风门20的园周伸出上下两块园柱段。在这两种结构中，这轴和园柱段都沿着一根通过风门20中心的轴延伸的。
还应当指出，示于图1的排气终端不应限制于为具体说明而作为例子的碟形硬风门，而此排气终端可用于任何有受转臂控制的风门结构的排气终端，此转臂装有枢轴以控制通过风门管的流量。在Garriss的美国专利4,155,289中公开了这样一类的风门。还应当指出，虽然本发明针对一种排气终端，但应广义地考虑，从而，风门结构可结合到排气终端整体中，或可被安装在排气管，或只是可以容易地被安装成通风橱本身的排气管的一部分。本发明可被通风橱制造商结合到通风橱结构中，这也在本发明的范围内。
所述装置包括外壳26，它有四个侧壁28、底板30和顶板32。把外壳26用支座34支持并附在管道段12上，然后用适当的固定方法，例如焊接、螺栓(bolt)、金属板螺钉或类似的东西把它们连接起来。参考图3，外壳26还有伸出并绕着整个外壳周边的窄的顶部凸缘36。这就提供了适于用螺钉或类似的东西把顶板32固定到外壳的平面。轴22穿过外壳的底板30向上伸，并在其一端与转臂38耦合，并且以40指明的线性传动装置机构有活塞杆42端部，其上有孔，通过此孔装有一根栓44把活塞杆42与转臂板38连接起来。传动装置机构40的另一端有固定端部分46，其上有固定在底板30上的销子48，同时此销子48穿过固定端部分46上的类似的孔，从而牢固地把传动装置机构40固定在外壳上。这样，在运行期间，活塞杆端部42伸展和收缩，从而使转臂板38绕着轴22转动，以便按照意愿改变风门20的角向位置。
传动装置机构40包括内部电动机，它在图3没表示出，它由电线50供电，此电线连接到电路模块52，此电路模块与内部电动机一起表示在图3、4、5和6中。再参考图1，这装置包括空心管道54和56，它们分别处在环形法兰58的两侧，并且这些管道连接到传感器60上，后者把关于法兰58两侧的压差反馈给通风橱控制器。控制器利用这信息来确定通过管道段12的适当流量。不准备把测量流过管道段12的流量的方法作为本发明的一部分，虽然很清楚许多这种排气终端经常有这能力。还应当指出，可以在管道段12的上游或下游来测量通过排气管的空气流量。
现在看图2，它说明采用本发明的最佳实施例的电路的方框图，24伏交流电压(VAC)加到连接电源部分66的导线62。电源部分66的输出通过导线72连接到光耦合器68。电源66在导线72输出12伏直流电压(VDC)。输出线72连接到电容74，它在正常运行期间充电，并提供足够的电荷以操纵传动装置机构40内的电动机76，从而使它把风门转回最佳的全开位置。这是在活塞杆端部42全缩进传动装置机构40中时发生的。输出线72还连接到电阻78。光隔离器68的输出被送到导线80，此导线连接到电阻78的另一端和反相器82，后者连接到安全逻辑电路84。光耦合器和转臂位移器电路70的输出出现在导线86和87，它们连接到安全逻辑电路，而安全逻辑电路顺次通过导线88和89连接到有输出线50的电桥电路90，此输出线连接到电动机76。反相器82通过导线92连接到安全逻辑电路84。
从通风橱控制器来的用于引起传动装置机构40收缩和伸展运动的控制信号通过导线63、64和65送到光耦合器和转臂位移器模块70。应当指出，有两根24伏VAC输入线63、64连接到光耦合器和转臂位移器模块70，因为它们中的每一个在不同的方向上驱动电动机76。这使得风门根据控制信号的作用而在相反方向上转动。在这方面，图5所示的实施例以输入的组合来运行，而图6的实施例在输入导线63接通电源时收缩以打开风门，而在输入导线64接通电源时伸展以打开风门。当给电动机供电时，根据电动机运行速度使活塞杆端部42收缩或伸展。还应当指出，本发明的装置可适用于使传动装置收缩时风门为全闭而不是全开。如果风门是用来控制对房间供应空气的风门的运行，则希望有这种结果。根据应用，安全考虑会要求风门全开或全关。这两种应用都在本发明的范围内。
在这方面和参考图4，活塞杆端部42有内螺纹端94，它与螺杆96啮合，此螺杆以轴承98绕枢轴转动。螺杆96装有齿轮100，后者与中间齿轮102啮合，齿轮102依次由安装在电动机76的输出轴106的输出齿轮104所驱动。
对于图5的电路原理图所说明的实施例，图2所描述的元件也在这图中给出。这实施例有这样的优点，即它适用于被翻新改进成许多现成的使用气动控制风门的通风橱控制装备。这样，为此应用而产生的控制信号可用来操纵有电动线性传动装置的本发明的装置。在这控制方案中，所述电路实施起如下作用的真值表a)如果输入端63和64都未工作，则传动装置收缩以便打开风门；b)如果输入端63和64中的任一个工作，则传动装置保持原位；和c)如果输入端63和64都工作，则传动装置伸展以便关闭风门。
参考图5的左上角，通过导线62给作为电源66的核心的二极管桥供电，其24伏电压的输出送到导线69。导线69连接到电压转换器71，后者把电压转换成12 VDC。把转换器71在导线72的输出送到电容74，此电容最好是大容量电容，例如大约0.2法。最重要的考虑是，电容74要有足够的能量，以便使传动装置能从原来的任何位置移到全收缩的位置，从而使风门全开。应当指出，可以用几个较小的电容而不是图中的一个大电容。使用几个较小的电容可使得生产技术较容易，例如采用插入元件的办法。光隔离器68包括可被AC信号激发的双发光二极管108和光敏晶体管110，后者的输出通过导线80送到反相器82，当AC电源不向输入线62供电时，这反相器就输出低电平。
这样光耦合器68和反相器82就提供了一种信号，用于检测供电是否中断，如果是，就会向电动机76提供能量使活塞杆端部42完全缩进传动装置40内。导线92连接到每个“与”门112和114的一个输入端，使得当导线92变为低电平时，它就会在输出线88上产生高电平，这导致电动机被激励。同时，借助连接到中间门118的门114，导线89将被去激活，并如所希望的那样阻止电动机在活塞杆端部伸展的方向上运行。当传动装置达到其行程的末端并处在收缩的位置上，其上的内部限位开关将断开电动机的供电。在这方面，传动装置最好是Linak公司制造的LA12型号的传动装置。这模块有大约40磅的最大推力，虽然可以用推力达100磅的模块。传动装置利用或者12伏或者24伏直流电源工作，它有增强型玻璃纤维活塞杆和内部限位开关。它的全收缩长度是大约10英寸，并且有大约2.8英寸冲程长度，虽然它可达到更长的冲程长度。与臂38的长度相配而使用有较短冲程的型号，会影响在整个行程范围内的移动速度。可是，应当指出，也可以用其它的型号和其它厂家的产品。
电动机的驱动电路90是标准的H桥式电路，使得当一组场效应管122导通时，电动机在一个方向被驱动而收缩活塞杆端部。与此相似，当另一组场效应管124导通时，电动机在相反方向被驱动。电压加到收缩方向输入线63就激发双发光二极管126，使对应的光敏晶体管激发而在反相器130的输入产生低电平。与此相似，如果通风橱控制器送出一种把风门移动到相反方向的信号，则加上伸展输入电压，此电压激发双发光二极管132，它使光敏晶体管134变为导通，而给反相器136加上低电平信号。
对于图6所说明的电路，它作为实行图2所示的方框图的一般运行的实施例。图6中使用与图2和5所示的大体上相似的元件的标号。在这电路中，反相器230的输出端连接到另一个反相器238，还连接到“异”门240，而反相器236的输出端连接到“异”门240的另一个输入端，还连接到反相器242。反相器242的输出被反相器244反相，后者的输出被送到“与非”门214。“异”门240的工作使得导线88和89中在任何时候只有一根被激发，从而防止两组场效应管122和124同时都被导通。如果发生这情况，电动机会被短路。
根据上面描述，应当指出，已经表示和描述了用于控制排气管道内的气体流量的通风橱排气终端，它有许多优越的操作特性，并且工作可靠。已经表明使用电动线性传动装置来使风门角向定位在设计上是简单的，它具有简单和工作可靠的优点。此外，应用于两个实施例中的每个电路的结构是简单的，而且能有效地以快速的方式精确地控制风门的位置。一个实施例特别适合于翻新改进气动操纵的风门和利用这种气动通风橱控制器所用的那类控制信号。另一实施例有效利用与气动控制类型不相似的传统的控制信号，而又防止在发生输入信号同时试图向两个方向操纵电动机的情况下发生使传动装置电动机短路的可能性。两个电路实施例都包括供电中断探测电路，它包括存储足够能量使风门处在最佳位置的能力，直到恢复对排气终端供电为止。
虽然已经表示和描述了本发明的各种实施例，但是，应当指出，对本专业的一般技术人员来说，显然能提出其它的修改、代替和变更。这些修改、代替和变更并不超出由所附的权利要求书决定的本发明的精神和范围。
在所附的权利要求书中提出了本发明的各种特征。
权利要求
1.一种用于控制排气管道的气体流量的通风橱排气终端，其特征在于包括一段有上游端、下游端和内园周的管道段；设置在所述管道段的风门，它适合于使流过所述管道段的气体流量随着风门位置从几乎零流量变化到全流量；用于把所述风门安装在所述管道段内并用于打开和关闭所述风门的装置，所述安装装置包括固定在所述风门上的转臂，它适合于根据所述转臂的运动来移动所述风门；有壳体部分和活塞杆部分的传动装置，所述壳体带有电驱动电动机，此电动机有一根输出轴，响应对所述驱动电动机的有选择的激励而使活塞杆部分相对其壳体伸展和收缩，所述壳体的一部分和所述活塞杆部分连接到所述转臂，而所述壳体的另一部分和所述活塞杆部分连接到所述终端的固定部分，使得所述活塞杆部分的伸展和收缩移动所述转臂并改变所述风门的角向位置；和用于响应加到其上的第一和第二电输入控制信号而有选择地激励所述传动装置的所述驱动电动机，以便把所述风门移到所希望的角向位置的电路装置。
2.权利要求1的通风橱排气终端，其特征在于所述管道段是园柱形的，而所述风门通常是平的园盘形，并带有从相对的端部与穿过所述盘中心伸展的轴线同方向向外伸出的长形园柱块，所述盘有大约等于所述管道段的内径的直径，从而当所述盘垂直于所述段管的长度时，通常没有气体流过这段管道。
3.权利要求2的通风橱排气终端，其特征在于所述转臂包括长形的平板，它的一个端部固定在所述两园柱块中的一块上。
4.权利要求1的通风橱排气终端，其特征在于还包括一个外壳，它有四个侧壁、底板和顶板，所述侧壁之一是可拆卸的、从而允许进入其内，所述外壳安装到所述管道段，所述外壳形成所述排气终端的所述固定部分，用于安装所述壳体部分和所述活塞杆部分。
5.权利要求4的通风橱排气终端，其特征在于所述壳体部分有整体安装的带孔的端部，所述端部与有活塞杆的端部相对。
6.权利要求1的通风橱排气终端，其特征在于所述电路装置包括适合于连接到交流电压电网并在其输出线上提供直流电压的电源装置；连接到所述电源装置的探测装置，它适合于响应该电源装置的输入端处交流电压消失而产生电源失效信号；适合于有选择地把直流电压加到所述驱动电动机的桥式电路，所述电路对接收到所述第一和第二电输入控制信号作出响应，对所述驱动电动机施加正向和反向电流中的一种，从而使其输出轴有选择地在顺时针和反时针方向中的一个方向上转动；一种电隔离和逻辑电路，它适合于接收所述第一和第二电输入控制信号和所述电源失效信号，并有选择地把所述第一和第二电输入控制信号中的一种信号送到所述桥式电路，还响应当产生所述电源失效信号时接收到的所述电源失效信号，把所述第一和第二电输入控制信号中的预先确定的一个送到所述桥式电路，而不管所述输入控制信号的状态如何。起码一个电容，它连接到所述电源装置的所述输出线，所述起码一个电容连接到所述桥式电路，并适合于在所述电源装置的输入处探测到交流电压消失时向所述驱动电动机提供足够的能量，以便把风门移到预先确定的位置。
7.权利要求6的通风橱排气终端，其特征在于所述电隔离和逻辑电路包括第一光隔离装置，它有连接到所述第一输入控制信号的第一发光二极管，所述第一发光二极管在工作时与第一光敏晶体管耦合，并当所述第一发光二极管发光时提供“真”输出信号；连接到所述第一光隔离装置的第一反相器；第二光隔离装置，它有连接到所述第二输入控制信号的第二发光二极管，所述第二发光二极管在工作时与第二光敏晶体管耦合，并当所述第二发光二极管发光时提供“真”输出信号；连接到所述第二光隔离装置的第二反相器；其各输入端连接到第一和第二反相器的输出端的“异”门；其一个输入端连接到“异”门的输出端和另一个输入端连接到第一反相器输出端的第一“与非”门；其一个输入端连接到“异”门的输出端和另一个输入端连接到第二反相器输出端的第二“与非”门；其一个输入端连接到所述第二“与非”门的输出端和另一个输入端连接到所述探测装置的输出线的第三“与非”门；连接到所述第一“与非”门的第三反相器；其一个输入端连接到所述第三反相器的输出端和另一个输入端连接到所述探测装置的输出端的第四“与非”门；和连接到所述第四“与非”门的第四反相器；
8.权利要求1的通风橱排气终端，其特征在于所述传动装置包括装在所述壳体部分内可转动的长螺杆，而所述活塞杆部分有适合于接纳所述长螺杆的内螺纹，根据所述长螺杆转动的方向，所述长螺杆转动使所述活塞杆部分有选择地相对于所述壳体伸出或收进，所述长螺杆可运转地连接到所述驱动电动机的输出轴。
9.权利要求1的通风橱排气终端，其特征在于所述电路装置还包括适合于连接到交流电压电网并在其输出线上提供直流电压的电源装置；起码一个电容，它连接到所述电源装置的所述输出线，所述起码一个电容连接到所述桥式电路，并适合于在所述电源装置的输入处探测到交流电压消失时向所述驱动电动机提供足够的能量，以便把所述风门移到预先确定的位置；连接到所述电源装置的探测装置，它适合于响应在该电源装置的输入端处探测到的交流电压消失而产生电源失效信号；桥式电路，它适合于对接收到的所述第一和第二电输入控制信号作出响应而有选择地把直流电压加到所述驱动电动机，向所述驱动电动机提供正向和反向电流中的一种，从而使其输出轴有选择地在顺时针和反时针方向中的一个方向上转动。
10.权利要求9的通风橱排气终端，其特征在于所述电路装置还包括一种电隔离和逻辑电路，它适合于接收所述第一和第二电输入控制信号和所述电源失效信号，并有选择地把所述第一和第二输入控制信号中的一种送到所述桥式电路，还路应当产生所述电源失效信号时接收到的所述电源失效信号，把所述第一和第二电输入控制信号中的预先确定的一种信号送到所述桥电路，而不管当时正在加上的所述输入控制信号是哪一种信号。
11.权利要求10的通风橱排气终端，其特征在于所述电隔离和逻辑电路响应所接收到的所述电源失效信号而使所述电动机把风门移到全流量的位置。
12.权利要求11的通风橱排气终端，其特征在于所述起码一个电容具有起码大约0.2法的电容量。
全文摘要
一种用于调节流过排气管的气体流量的通风橱排气终端有用于风门角向定位的电动线性传动装置。在最佳实施例中,使用的驱动电路防止在输入信号试图使电动机同时在两个方向运行的情况下使传动装置电动机短路的可能性。这电路还包括电源失效探测电路,它有存储足够能量以便把风门移到最佳位置,直到给排气终端恢复供电为止的能力。
文档编号F24F13/02GK1192948SQ9810548
公开日1998年9月16日 申请日期1998年3月10日 优先权日1997年3月10日
发明者S·D·雅各布 申请人:兰迪斯及斯特法有限公司