CN110439451A - 一种具有重力平衡机构的卷帘驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有重力平衡机构的卷帘驱动装置，包括电动机、控制电路、重力平衡机构、卷帘筒，所述重力平衡机构包括若干个扭力弹簧、中轴、外壳，所述扭力弹簧安装在中轴上，所述中轴通过扭力弹簧与外壳转动相连，所述电动机与卷帘筒的筒轴转动相连，所述卷帘筒与外壳相连，所述控制电路与电动机相连。本发明的卷帘驱动装置的重力平衡机构可将重力势能转化为弹性势能，降低对驱动电机的功率要求。

Description

一种具有重力平衡机构的卷帘驱动装置

技术领域

本发明涉及一种卷帘驱动装置，特别是涉及一种具有重力平衡机构的卷帘驱动装置。

背景技术

市场上现有的卷帘驱动装置。基本由电动机，控制电路，减速齿轮箱，卷帘筒，卷帘及重锤，两边的固定支架等主要部件构成。***工作时，利用控制电路控制电动机正反转动，并经过行星齿轮减速以后，带动卷帘筒卷动，从而实现卷帘的上下收放运动。

以驱动功率较大的上收行程来分析，电动机需要克服驱动装置的内部阻力以及卷帘重力做功，卷帘重力在卷帘完全展开时为最大，随着卷帘往上收重力慢慢变小，最终完全收起只剩下重锤的重力。卷帘重力随着行程线性变化。驱动装置内部阻力与驱动装置设计水平有关，在最优条件下，驱动装置的内部阻力也与重力的增加程线性增长。因此电动机的驱动力距与卷帘的行程之间程正比例关系。电动机的选型受最大驱动力距的限制，因此必须采用一个功率比较大的电动机配合较强的变速箱，才能在卷帘完全展开时有足够的驱动力带动卷帘收起。但是，在卷帘放下的行程中，以及卷帘基本收起的过程中，电动机的功率是严重过剩的。不但造成了功率的浪费，而且大大提高了电动机及变速箱，控制电路的成本。

1.现有的卷帘驱动机构，需要驱动电机的功率比较大，相应变速箱及的驱动电路功率也较大。

2.因此整个卷帘***的成本较高。

3.现有的卷帘驱动***，因为驱动功率较大，无法自供电，难以使用电池或者太阳能供电。

发明内容

本发明提供了一种具有重力平衡机构的卷帘驱动装置，以至少解决现有技术中卷帘驱动机构，需要驱动电机的功率比较大的问题。

本发明提供了一种具有重力平衡机构的卷帘驱动装置，包括电动机、控制电路、重力平衡机构、卷帘筒，所述重力平衡机构包括若干个扭力弹簧、中轴、外壳，所述扭力弹簧安装在中轴上，所述中轴通过扭力弹簧与外壳转动相连，所述电动机与卷帘筒的筒轴转动相连，所述卷帘筒与外壳相连，所述控制电路与电动机相连。

进一步地，所述扭力弹簧为涡卷弹簧，所述涡卷弹簧包括内圈端和外圈端，所述中轴一端可转动的插于外壳内，所述涡卷弹簧套于中轴上，所述涡卷弹簧的内圈端与中轴固定相连，所述涡卷弹簧的外圈端与外壳固定相连。

进一步地，所述卷帘驱动装置的两端还设有固定支架，且所述电动机、中轴分别固定安装在固定支架上。

更进一步地，所述中轴与固定支架相连的一端为方形轴结构，所述固定支架上设有方形孔，所述中轴的方形轴一端插于固定支架的方形孔内。

更进一步地，所述重力平衡机构包括多个涡卷弹簧，所述相邻的涡卷弹簧之间还设有棘轮，所述棘轮可转动安装在中轴上，所述棘轮与涡卷弹簧的外圈端相互啮合，所述棘轮与外壳卡接。

进一步地，所述卷帘驱动装置还包括太阳能自供电机构，所述太阳能自供电机构包括太阳能板、蓄电设备，所述蓄电设备分别与太阳能板、控制电路相连。

进一步地，所述卷帘驱动装置包括第一减速齿轮箱，所述电动机通过第一减速齿轮箱与卷帘筒的筒轴转动相连。

更进一步地，所述卷帘驱动装置还包括第二减速齿轮箱，所述重力平衡机构的外壳通过第二减速齿轮箱与卷帘筒的筒轴转动相连。

本发明还公开了一种应用上述卷帘驱动装置的卷帘***，包括卷帘驱动装置、卷帘，所述卷帘的上端与卷帘筒固定相连，所述卷帘选自卷帘、百页帘中的一种。

进一步地，所述卷帘***还包括平衡杆，所述平衡杆安装在卷帘的下端。

本发明与现有技术相比，通过采用扭力弹簧组成的重力平衡机构，使卷帘在下落过程中的重力势能转化为扭力弹簧的弹力势能（卷帘本身的重力被扭力弹簧的弹力部分抵消），降低了对电动机的功率要求，从而有效降低成本。同时，本发明由于电动机所需的功率较低，使其可使有电池或太阳能电池板进行供电，避免了与市电网的连接，降低安装成本，提高安装自由度。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图；

图2为本发明实施例重力平衡机构的结构示意图；

图3为本发明实施例重力平衡机构的***结构示意图；

图4为本发明实施例卷帘***结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本发明提供了一种具有重力平衡机构的卷帘驱动装置，如图1所示，包括电动机1、控制电路、重力平衡机构2、卷帘筒3，所述重力平衡机构2包括若干个扭力弹簧23、中轴21、外壳22，所述扭力弹簧23安装在中轴21上，所述中轴21通过扭力弹簧23与外壳22转动相连，所述电动机1与卷帘筒3的筒轴转动相连，所述卷帘筒3与外壳22相连，所述控制电路与电动机1相连。

可选的，如图2、图3所示，所述扭力弹簧23为涡卷弹簧23，所述涡卷弹簧23包括内圈端和外圈端，所述中轴21一端可转动的插于外壳22内，所述涡卷弹簧23套于中轴21上，所述涡卷弹簧23的内圈端与中轴21固定相连，所述涡卷弹簧23的外圈端与外壳22固定相连。

可选的，如图1所示，所述卷帘驱动装置的两端还设有固定支架4，且所述电动机1、中轴21分别固定安装在固定支架4上。

特别的，如图2、图3所示，所述中轴21与固定支架4相连的一端为方形轴结构211，所述固定支架4上设有方形孔，所述中轴21的方形轴211一端插于固定支架4的方形孔内。

特别的，如图2、图3所示，所述重力平衡机构2包括多个涡卷弹簧23，所述相邻的涡卷弹簧23之间还设有棘轮24，所述棘轮24可转动安装在中轴21上，所述棘轮24与涡卷弹簧23的外圈端相互啮合，所述棘轮24与外壳22卡接。

其中，如图1所示，电动机1、重力平衡机构2安装在卷帘筒3的两端内，使卷帘驱动装置为条型结构，电动机1、重力平衡机构分别通过固定支架4安装在墙体等部位，实现固定。控制电路可以控制电动机1进行正、反方向的转动。卷帘筒3与外壳22固定，卷帘筒3的转动可以带动外壳22及棘轮24与中轴21进行相对转动。

工作原理：重力平衡机构2的中轴21***卷帘固定支架3的一端，由于中轴21是方形轴，固定支架的孔也是方形孔，所以限定了重力平衡机构2中轴21轴向的旋转自由度。中轴21上套着轴套212，轴套212内孔是方形的，因此轴套212也不能绕中轴旋转。轴套212的外侧圆周方向上有棘轮24分布。涡卷弹簧23的内圈末端有一个圆形铁心，涡卷弹簧23内圈被卡箍向内紧收，从而紧密的绕在轴套212外圆上，通过涡卷弹簧23末端的铁心与轴套212上的棘轮24相互啮合。因此涡卷弹簧23的内圈与轴套212之间相对中轴21轴向旋转自由度也被限定。涡卷弹簧23的外圈末端嵌入重力平衡机构2外壳22的卡槽内。卡槽实际上向外壳22外部凸起形成花键，通过花键套进卷帘筒3内，因此重力平衡机构2外壳22可以在卷帘筒3内沿着轴向滑动，但是轴向的转动自由度被花键限定。因此，当卷帘筒3被电动机1带动转动时，通过重力平衡机构2的外壳22，将转动传递到涡卷弹簧23的外圈，在持续转动的过程中，涡卷弹簧23的内圈相对中轴21固定，因此涡卷弹簧23产生与卷帘筒3运动方向反向的弹力。这个弹力用于平衡卷帘的重量。

本发明实施例通过采用扭力弹簧组成的重力平衡机构，使卷帘在下落过程中的重力势能转化为扭力弹簧的弹力势能（卷帘本身的重力被扭力弹簧的弹力部分抵消），使卷帘的重力被平衡，驱动所需功率低（1.卷帘筒的收放的过程中，所需的驱动力矩变化范围过大，导致电动机变速箱和电路板功率浪费；2.驱动机构功率要求较大，因此电机及控制电路齿轮箱规格要求较高，导致成本过高的情况。并且需要连接市电才有足够的功率驱动），使降低了对电动机、驱动电路及变速箱的要求，从而有效降低成本。同时，本发明实施例由于电动机所需的功率较低，使其可使有电池或太阳能电池板进行供电，避免了与市电网的连接，降低安装成本，提高安装自由度。

此外，本发明实施例中重力平衡机构2与卷帘筒3之间采用卡接固定，使其装配简单，易于更换。且由于重力平衡机构2具有多个涡卷弹簧23、棘轮24结构，使安装者可以根据实际卷帘的重量，对重力平衡机构2上的涡卷弹簧23数量进行有效调整，确保重力平衡机构2所产生的弹力可以与卷帘6相匹配。

由于卷帘的规格多样，重量跨度比较大，因此本发明实施例采用模块化的重力平衡机构，安装时只要将一个或多个重力平衡机构的轴套套进中轴内，形成一个串联的多个重力平衡器组成的整体，然后再装入卷帘筒内的一侧即可。这样当卷帘往外拉伸的时候，卷帘桶往放卷帘的方向转动，带动桶内的涡卷弹簧转动，各个涡卷弹簧会共同形成反向的合力，合力的方向使卷帘往收起的方向运动，当适当的增加重力平衡装置的数量，使得两个力大小相等方向相反。而涡卷弹簧产生的平衡力的斜率，与卷帘重量增加的斜率相同时。卷帘就会处于随意稳定的状态。就可以达到平衡各种重量的卷帘的目的。

可选的，所述卷帘驱动装置还包括太阳能自供电机构，所述太阳能自供电机构包括太阳能板8、蓄电设备，所述蓄电设备分别与太阳能板8、控制电路相连。

其中，蓄电设备为锂电池，太阳能板8为太阳能电池板，可进行光电转化，使电能充入锂电池，确保卷帘***可实现自供电。

本发明实施例中卷帘驱动装置使用太阳能电池板与充电电池组供电，由于卷帘***重力被平衡，因此***所需驱动功率极低。可以运用太阳能电池板与电池组，组成供电电路。在卷帘工作时，为***供电，在卷帘***不工作时，太阳能电池板为电池组充电。

可选的，所述卷帘驱动装置包括第一减速齿轮箱5，所述电动机1通过第一减速齿轮箱5与卷帘筒3的筒轴转动相连。

特别的，所述卷帘驱动装置还包括第二减速齿轮箱，所述重力平衡机构的外壳22通过第二减速齿轮箱与卷帘筒3的筒轴转动相连。

本发明还公开了一种应用上述卷帘驱动装置的卷帘***，如图4所示，包括卷帘驱动装置、卷帘6，所述卷帘6的上端与卷帘筒3固定相连，所述卷帘6选自卷帘、百页帘中的一种。

可选的，所述卷帘***还包括平衡杆7，所述平衡杆7安装在卷帘6的下端。

其中，卷帘6为卷帘，平衡杆7为重锤。

当卷帘6完全卷绕在卷帘筒3上时，涡卷弹簧23处于常态。卷帘筒3的放出卷帘6的过程中，涡卷弹簧23逐渐扭曲，形成弹力，且弹力随着卷帘6放出的越多（重力势能降低），涡卷弹簧23的弹性势能越大（使部分的重力势能转化为弹性势能）。卷帘筒3的收回卷帘6的过程中，涡卷弹簧23及电机1一起工作，克服卷帘6的重力，使卷帘6逐渐卷绕在卷帘筒3上，此时涡卷弹簧23的弹力随着卷帘6收回而下降，涡卷弹簧23的弹性势能降低（使弹性势能转化为部分卷帘6的重力势能）

对于正常的卷帘，电路板控制直流电机正反转动，经过行星齿轮（减速齿轮箱）减速以后，带动卷帘筒3卷动，从而实现卷帘6的上下收放运动。以驱动功率较大的上收行程来分析，电动机需要克服重力平衡机构的内部阻力（涡卷弹簧23弹力）以及卷帘6放出部分的重力做功，卷帘6重力在卷帘6完全展开时为最大，随着卷帘6往上收重力慢慢变小，最终完全收起只剩下重锤7的重力。卷帘6重力随着行程线性变化。重力平衡机构内部阻力与设计水平有关，在最优条件下，重力平衡机构的内部阻力也与重力的增加程线性增长。因此电动机1的驱动力距与卷帘6的行程之间程正比例关系。

本发明实施例可以通过组合几个不同K系数的涡卷弹簧23，使得装配好的一组重力平衡机构的力输出与行程之间的斜率，与卷帘重力行程之间的斜率相等或相近，并通过设置初始预紧圈数，使得初始弹簧力与该行程卷帘重力相等，从而确保在卷帘6收放过程中，卷帘6的重力可以在任意点被平衡。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有重力平衡机构的卷帘驱动装置，其特征在于，所述卷帘驱动装置包括电动机、控制电路、重力平衡机构、卷帘筒，所述重力平衡机构包括若干个扭力弹簧、中轴、外壳，所述扭力弹簧安装在中轴上，所述中轴通过扭力弹簧与外壳转动相连，所述电动机与卷帘筒的筒轴转动相连，所述卷帘筒与外壳相连，所述控制电路与电动机相连。

2.根据权利要求1所述的卷帘驱动装置，其特征在于，所述扭力弹簧为涡卷弹簧，所述涡卷弹簧包括内圈端和外圈端，所述中轴一端可转动的插于外壳内，所述涡卷弹簧套于中轴上，所述涡卷弹簧的内圈端与中轴固定相连，所述涡卷弹簧的外圈端与外壳固定相连。

3.根据权利要求1所述的卷帘驱动装置，其特征在于，所述卷帘驱动装置的两端还设有固定支架，且所述电动机、中轴分别固定安装在固定支架上。

4.根据权利要求3所述的卷帘驱动装置，其特征在于，所述中轴与固定支架相连的一端为方形轴结构，所述固定支架上设有方形孔，所述中轴的方形轴一端插于固定支架的方形孔内。

5.根据权利要求2所述的卷帘驱动装置，其特征在于，所述重力平衡机构包括多个涡卷弹簧，所述相邻的涡卷弹簧之间还设有棘轮，所述棘轮可转动安装在中轴上，所述棘轮与涡卷弹簧的外圈端相互啮合，所述棘轮与外壳卡接。

6.根据权利要求1所述的卷帘驱动装置，其特征在于，所述卷帘驱动装置还包括太阳能自供电机构，所述太阳能自供电机构包括太阳能板、蓄电设备，所述蓄电设备分别与太阳能板、控制电路相连。

7.根据权利要求1所述的卷帘驱动装置，其特征在于，所述卷帘驱动装置包括第一减速齿轮箱，所述电动机通过第一减速齿轮箱与卷帘筒的筒轴转动相连。

8.根据权利要求7所述的卷帘驱动装置，其特征在于，所述卷帘驱动装置还包括第二减速齿轮箱，所述重力平衡机构的外壳通过第二减速齿轮箱与卷帘筒的筒轴转动相连。

9.一种应用权利要求1-8任一所述卷帘驱动装置的卷帘***，其特征在于，所述卷帘***包括卷帘驱动装置、卷帘，所述卷帘的上端与卷帘筒固定相连，所述卷帘选自卷帘、百页帘中的一种。

10.根据权利要求9所述的卷帘驱动装置，其特征在于，所述卷帘***还包括平衡杆，所述平衡杆安装在卷帘的下端。