Механизм безредукторного привода створок раздвижных дверей для гардеробной, шкафа-купе

Полезная модель относится к области электроники и может быть использовано в качестве исполнительного устройства управления створками раздвижных дверей, например шкафа-купе или гардеробной комнаты, с защитой пользователя от зажима створками дверей. Предложен способ управления створками дверей от шагового двигателя, применение которого позволило исключить редуктор для повышения крутящего момента и позволило управлять дверьми вручную при отсутствии питающего напряжения. Двигатель крепится к торцу верхнего рельса, по которому скользят створки дверей. На валу двигателя находятся два шкива, на один из которых наматывается, а с другого разматывается трос, который закреплен на перемещаемой двери через возвратный подпружиненный ролик, находящийся на противоположном конце верхнего рельса. На валу двигателя закреплен датчик направления вращения двигателя. Обмотки двигателя подключены к блоку управления через электронные ключи и датчики тока. При превышении нагрузки на двигатель или резкой остановки двери, электронный блок отключает электронные ключи, снимая усилие с двери и возможное травмирование зажатого объекта. На концах верхнего рельса закрепляются концевые датчики для остановки створок дверей в крайних положениях.

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в качестве исполнительного устройства управления створками раздвижных дверей, например шкафа-купе или гардеробной комнаты, с защитой пользователя от зажима створками дверей.

Электропривод, управляющий раздвижными дверьми для шкафа-купе, гардеробной комнаты или межкомнатных двери, должен отвечать следующим требованиям:

- очень низкий уровень шумов, издаваемый устройством при работе в любых режимах, так как территориально устройство должно располагаться в жилых помещениях и не должно нарушать покой жильцов посторонними шумами, превышающими общий шумовой фон квартиры в режиме покоя и превышающими шум, издаваемый самими дверьми при их открытии;

- обеспечивать высокую плавность открытия и закрытия дверей их любого положения (полуоткрыта, частично открыта и т.д.);

- обеспечивать мгновенную остановку дверей при обнаружении препятствия на пути движения двери;

- обеспечить возможность свободного перемещения дверей при отсутствии питающего напряжения.

Существует несколько основных видов систем аварийной остановки дверей. Одни из них предусматривает датчики в ребрах дверей, которые срабатывают при соприкосновении ребра двери с препятствием, другие останавливает двери после срабатывания таймера при недостижении двери второго концевого датчика, третьи дистанционно определяю наличие препятствия и включают реверс, четвертые останавливают двери по резко возросшей нагрузке на привод.

Известен пневмопривод дверей автотранспортных средств с электронным устройством защиты пассажира от зажима закрывающейся и открывающейся дверью (патент на изобретение RU2376157 С1) [1]. Описан пневмопривод дверей автотранспортного средства, содержащий пневмоцилиндр, управляемый пневмораспределителем, микропереключатели или датчики конечных положений, фиксирующие конечные положения двери, систему защиты от зажима с электронным блоком.

В этой системе аварийная остановка дверей осуществляется при недостижении двери второй конечной точки за заданное таймером время. Основной недостаток этой системы заключаются в небольшой задержке остановки двери после наезда на препятствие. Но этого времени будет достаточно для нанесения серьезной сдавливающей травмы человеку. Второй недостаток - это сложность открытия и закрытия двери при отсутствии давления в системе.

Известен безредукторный привод створок раздвижных дверей (патент на полезную модель RU 84361 [2]. В данном устройстве описывается безредукторный привод створок раздвижных дверей, содержащий ведущий и ведомый шкивы, связанные бесконечным гибким тяговым органом, который соединен по меньшей мере с одной створкой дверей, и соединенный с ведущим шкивом приводной асинхронный двигатель, обмотки статора которого через преобразователь частоты подключены к сети переменного тока.

Недостатком этого устройства является отсутствие каких-либо блоков защиты и то, что чтобы сдвинуть дверь с места, в начальный момент времени нагрузка на приводной электродвигатель будет очень большая и его необходимо будет проектировать со значительным запасом по мощности.

Наиболее близким устройством, которое может быть взято за прототип, является система для регулировки положения раздвижных дверей (патент на изобретение RU 2008125321) [3]. Описан механизм раздвижных дверей, содержащий несущую конструкцию, на которой установлен указанный механизм раздвижных дверей и имеющий по меньшей мере одну внутреннюю и одну внешнюю дверь, соединенную с возможностью скольжения с соответствующими направляющими рельсами. Указанная несущая конструкция является верхней частью шкафа. В патенте описывается механизм, отличающийся тем, что направляющий рельс, соединенный с наружной раздвижной дверью, выполнен с возможностью избирательного перемещения посредством механизма раздвижных дверей между первым и вторым положениями, при этом первое положение обеспечивает пользователю возможность скользящего перемещения наружной и внутренней раздвижных дверей вдоль по указанным направляющим рельсам, а в указанном втором положении поверхность указанной наружной раздвижной двери находится, по существу, в одной плоскости с поверхностью указанной внутренней раздвижной двери. Механизм раздвижных дверей содержит по меньшей мере одну штангу, имеющую резьбу, и прикрепленную с возможностью вращения к указанной несущей конструкции и кольцевидное устройство, навинченное на указанную резьбу, причем указанное кольцевидное устройство жестко соединено с указанным наружным направляющим рельсом. При этом вращение указанной штанги вызывает продольное перемещение указанного кольцевидного устройства вдоль по указанной резьбе, тем самым вызывая продольное перемещение указанной наружной двери. Направление перемещения указанного кольцевидного устройства по указанной резьбе зависит от направления вращения указанной штанги. Указанную штангу вращает приводное устройство, содержащее по меньшей мере одно устройство из следующей группы: а) ременное приводное устройство и б) зубчатое приводное устройство. Указанное ременное приводное устройство содержит по меньшей мере один ремень, обернутый вокруг указанного вращающегося приводного устройства. Указанное приводное устройство выполнено с возможностью приведения в действие по меньшей мере одним из следующих способов: а) вручную, б) электрически; в) пневматически и г) гидравлически.

Однако это решение имеет ряд недостатков применительно для раздвижного механизма дверей шкафа, хотя по фразе «Указанная несущая конструкция является верхней частью шкафа» можно сделать вывод, что описание дано именно для шкафа:

- примененное техническое решение перемещения двери не подходит для шкафа-купе или гардеробной комнаты, поскольку при отсутствии питающего напряжения дверь будет заблокирована и ее невозможно будет ни открыть, ни закрыть. Особенно это опасно в случае нахождения внутри человека;

- ременная передача требует постоянного натяжения ремня для исключения его проскальзывания относительно приводного устройства, так как нагрузка на весь механизм может меняться в зависимости от конструкции двери;

- зубчатое приводное устройство будет слишком шумным и не подойдет для внутреннего использования в жилых помещениях.

Одной из целей настоящего изобретения является создание электропривода с такими характеристиками, которые бы обеспечивали безопасное и комфортное для человека открытие и закрытие дверей шкафа-купе или гардеробной комнаты.

Для описания полезной модели обратимся к фиг.1. На ней представлена типовая конструкция раздвижной системы (вид сверху).

Типовая конструкция раздвижной системы для шкафа-купе (не подвесной) состоит из: собственно двери 1, имеющей как минимум одну нижнюю пару колес (не показано) и как минимум верхнюю пару колес 2. Дверь перемещается вправо-влево на нижних колесах, перемещающихся по продольном пазу нижнего горизонтального рельса (не показан). Строго вертикальное положение двери в состоянии покоя и при перемещении обеспечивает верхний горизонтальный рельс 3 (показан пунктиром), имеющий глубокий продольный паз, по которому перемещается верхняя пара колес 2. Эта конструкция обеспечивает простое, очень легкое перемещение дверей, которые могут иметь вес тридцать и более килограммов, и не дает дверям выпасть из пазов.

Подвесная конструкция раздвижной системы в целом отличается тем, что, как правило, отсутствует нижний рельс как таковой, а сама дверь перемещается на подвесной системе по верхнему рельсу.

Предлагается оснастить стандартную систему раздвижных дверей электроприводом с электронным блоком управления для повышения комфорта при использовании шкафа-купе или гардеробной. Электронный блок подает управляющие импульсы на двигатель через электронные силовые ключи.

Технический результат данного изобретения заключается в упрощении, а за счет этого и в повышении надежности и снижения стоимости конструкции электропривода, который можно будет устанавливать на стандартные раздвижные системы для шкафов-купе любых производителей (например RAUM+, KOMANDOR и др.) и обеспечивается за счет следующего:

- применяется шаговый электродвигатель 4, выполненный по гибридной технологии, обеспечивающий высокий момент при малых оборотах. Это позволяет обеспечить высокоточные перемещения двери (например, на доли сантиметров), очень плавно сдвинуть дверь с места и с очень интенсивным разгоном в первую половину времени перемещения и интенсивным торможением во вторую половину времени перемещения перевести дверь из первого во второе конечное положение. За несколько сантиметров до второго конечного положения инерция двери будет полностью погашена и она плавно будет доведена до второй конечной точки;

- гайко-винтовая пара исключается, равно как исключается и ременная или зубчатая передача. Линейное перемещение двери от электродвигателя осуществляется за счет гибкого стального троса 5, имеющего конечную длину и достаточно сильное натяжение. Сам электродвигатель закрепляется, например, на торце верхнего рельса, длина которого обеспечивает линейное перемещение двери из первого конечного положения во второе. Один конец троса длиной, равной длине линейного перемещения двери из одного конечного положения во второе, закрепляется и наматывается на первый из двух шкивов 6, соединенных соосно и жестко закрепленных на валу шагового двигателя, затем на некотором расстоянии закрепляется на верхней части перемещаемой двери, затем через возвратный ролик 7, находящийся на другом конце рельса и обеспечивающий натяжение троса за счет пружины, закрепляется на втором шкиве 8. При вращении вала в одну сторону трос с первого шкива разматывается и через возвратный ролик наматывается на второй шкив. Дверь, соединенная с тросом, также будет перемещаться.

- конструкция с двумя шкивами позволяет исключить проскальзывание троса. Для обеспечения постоянства натяжения троса оба шкива имеют такой диаметр и ширину, чтобы обеспечить намотку троса в один ряд. Кроме того, возвратный ролик можно выполнить подпружиненным.

Для того, чтобы блок управления знал, где необходимо остановить дверь, на верхний рельс на некотором рассчитываемом расстоянии от крайних положений двери устанавливаются датчики 9 и 10 (преимущественно бесконтактные, например, герконовые). Датчики устанавливаются на таком расстоянии, чтобы из первого крайнего или промежуточного положения дверь, разогнанная до максимальной скорости, смогла успеть затормозиться двигателем и медленно дойти до второго крайнего положения.

Одним из важнейших факторов при эксплуатации, в отличие от прототипа, является возможность работы системы раздвижных дверей в условиях отсутствия питающего напряжения. Это обеспечивается за счет применения шагового двигателя, который имеет очень высокий момент при малых оборотах и который может применяться в подобных случаях без редукторов. При отсутствии питающего напряжения при ручном открытии двери вал двигателя свободно прокручивается и незначительно затрудняет процесс открытия двери.

Безопасность человека при движении двери обеспечивается за счет следующего:

- на вал двигателя закрепляется датчик положения вала двигателя (энкодер) 11, который в каждый момент времени обеспечивает электронному блоку реальное вращение вала двигателя. Особенность шагового двигателя состоит в том, что при превышении нагрузки происходит срыв вращения вала и его реальная скорость может значительно отличаться от задаваемой блоком управления. Но в данном случае это является скорее достоинством, чем недостатком, так как позволяет подавать на обмотки двигателя такую мощность, чтобы при появлении препятствия на пути движения двери мог произойти срыв оборотов вала двигателя. Это является легко реализуемым, так как с ростом оборотов вращения вала двигателя момент двигателя уменьшается.

- дополнительно в цепь питания обмоток двигателя устанавливаются датчики тока, которые при столкновении двери с препятствием зафиксируют превышение номинального тока и электронный блок снимет питающее напряжение с двигателя.

Алгоритм работы блока управления электроприводом реализован следующим образом:

В свободном состоянии, когда дверь находится в покое, на обмотки двигателя не подается питающее напряжение. Если же сдвинуть дверь с места хотя бы на сантиметр, вал двигателя свободно прокрутится на несколько градусов и энкодер зафиксирует направление вращения вала двигателя. Электронный блок управления через электронные ключи подаст управляющие импульсы на обмотки двигателя и дверь начнет разгон в нужную сторону до максимальной скорости. Если вдруг на пути следования двери будет препятствие, дверь столкнется с препятствием, энкодер зафиксирует резкое падение оборотов вращения вала двигателя, а датчики тока - превышение тока в обмотках двигателя. По любому из вышеперечисленных событий блок управления закроет электронные ключи и дверь остановится в свободном состоянии. Ее можно будет толкнуть обратно и она начнет движение в обратную сторону. Если же на пути двери не будет препятствий, она доезжает до второго концевого датчика, тормозится двигателем и медленно доводится до второго крайнего положения. Когда дверь упрется в край шкафа, энкодер снова зафиксирует остановку двери, а датчики тока - превышение номинальной нагрузки на двигатель. Блок управления отключит питающее напряжение и дверь остановится.

Источник информации, использованные при составлении описания полезной модели:

1. Патент РФ на изобретение RU 2376157, кл. B60J 5/06. Опубл. 20.12.2009.

2. Патент РФ на полезную модель RU 84361, кл. B66B 13/06. Опубл. 10.07.2009.

3. Патент РФ на изобретение RU 2008125321, кл. F05F 15/06. Опубл. 10.12.2010. - прототип.

1. Механизм раздвижных дверей, содержащий несущую конструкцию, являющуюся верхней частью шкафа, на которой установлен указанный механизм раздвижных дверей, и имеющий, по меньшей мере, одну внутреннюю и одну внешнюю дверь, соединенную с возможностью скольжения с соответствующими направляющими рельсами, отличающийся тем, что перемещение раздвижных дверей осуществляется с помощью шагового электродвигателя, соединенного с механизмом раздвижных дверей посредством гибкого стального троса конечной длины, наматываемого на первый из двух шкивов, соединенных соосно и жестко закрепленных на валу шагового электродвигателя, затем на некотором расстоянии закрепленного на верхней части перемещаемой двери, затем через возвратный ролик, находящийся на другом конце верхнего рельса и обеспечивающий натяжение троса за счет пружины, закрепленного на втором шкиве.

2. Механизм раздвижных дверей по п.1, отличающийся тем, что указанный вариант реализации позволяет открывать и закрывать двери вручную в случае отсутствия питающего напряжения.

3. Механизм раздвижных дверей по п.1, отличающийся тем, что один конец троса наматывается на первый из двух шкивов длиной, равной длине линейного перемещения двери из одного конечного положения во второе.

4. Механизм раздвижных дверей по п.1, отличающийся тем, что на вал шагового двигателя устанавливается датчик положения вала двигателя для определения направления вращения вала шагового двигателя.

5. Механизм раздвижных дверей по п.1, отличающийся тем, что на верхний рельс устанавливаются, по меньшей мере, два концевых датчика, позволяющих определить конечные точки перемещения двери.

6. Механизм раздвижных дверей по п.1, отличающийся тем, что последовательно с обмотками шагового электродвигателя устанавливаются датчики тока, позволяющие измерить превышение номинального тока в обмотках электродвигателя.

7. Механизм раздвижных дверей по п.1, отличающийся тем, что информация от всех датчиков поступает в электронный блок управления, который обрабатывает сигналы от всех датчиков и управляет направлением и скоростью вращения электродвигателя, а также остановкой двери при столкновении последней с препятствием.

8. Механизм раздвижных дверей по п.7, отличающийся тем, что управляющие импульсы напряжения от электронного блока управления поступают на обмотки шагового электродвигателя через электронные ключи, которые при отсутствии питающего напряжения позволяют валу электродвигателя свободно вращаться, что позволяет исключить зажатие дверью человека или какого-либо предмета.