BR112018068112B1

BR112018068112B1 - Válvula piezoelétrica, método para acionar a válvula piezoelétrica e separador de partículas óptico equipado com meio ejetor de ar usando a válvula piezoelétrica

Info

Publication number: BR112018068112B1
Application number: BR112018068112-1A
Authority: BR
Inventors: Takafumi Ito; Hironori ARII; Tadashi Matsushita; Sze Keat Chee; Takeshi Yano; Toshiro Higuchi
Original assignee: Mechano Transformer Corporation; Satake Corporation
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2023-04-18
Also published as: GB2563371B; US20190093784A1; AU2017231946A1; JP6714397B2; GB2563371A8; US10738905B2; BR112018068112A2; KR20190039468A; GB201816359D0; GB2563371A; JP2017160973A; WO2017154390A1; KR102558623B1; AU2017231946B2; CN109154398B; CN109154398A

Abstract

Para fornecer uma válvula piezoelétrica que tenha capacidade de resposta superior durante a abertura da válvula e tenha capacidade de estabilizar um fornecimento de gás em um estágio inicial, a válvula piezoelétrica da presente invenção inclui uma câmara de pressão de gás, adaptada para receber gás comprimido fornecido externamente, e um percurso de escape, adaptado para descarregar o gás comprimido da câmara de pressão de gás, a válvula piezoelétrica incluindo adicionalmente: um disco de válvula colocado na câmara de pressão de gás e adaptado para abrir e fechar o percurso de escape; um elemento piezoelétrico adaptado para gerar uma força de acionamento necessária para a operação do disco de válvula, tal como um deslocamento; um mecanismo de ampliação de deslocamento adaptado para ampliar o deslocamento do elemento piezoelétrico e aplicar o deslocamento ampliado ao disco de válvula; e meio de acionamento que inclui um gerador de sinal adaptado para gerar um sinal que inclui um primeiro pré-pulso, um segundo pré- pulso e um pulso principal, aplica uma tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico utilizando o sinal gerado pelo gerador de sinal, como um sinal de entrada para um circuito de acionamento, e aciona e abre o disco de válvula (...).

Description

Campo técnico

[001] A presente invenção refere-se a uma válvula piezoelétrica adaptada para abrir e fechar uma válvula utilizando o deslocamento de expansão/contração de um elemento piezoelétrico, um método para acionar a válvula piezoelétrica e um separador de partículas óptico equipado com meios ejetores de ar que utiliza a válvula piezoelétrica.

Antecedentes da invenção

[002] Convencionalmente, é conhecido um separador de partículas óptico que classifica partículas, tais como grãos ou grânulos de resina, em não defeituosos e defeituosos ao assoprar grãos ou grânulos de resina utilizando jatos de ar ou remove matérias estranhas e semelhantes misturados em partículas utilizando jatos de ar.

[003] Este tipo de separador de partículas classifica partículas que caem ao longo de uma trajetória predeterminada a partir de uma extremidade de um trajeto de transporte ao expelir e remover defeituosos e semelhantes por jatos de ar de acordo com um sinal de detecção dos defeituosos e semelhantes.

[004] O separador de partículas descrito acima expele defeituosos e semelhantes por jatos de ar a partir de partículas que caem continuamente em grandes quantidades, e para expelir apenas os defeituosos e semelhantes, com precisão, sem envolver outras partículas, é necessário equipar um bocal ejetor de ar com uma válvula responsiva.

[005] Portanto, os presentes requerentes desenvolveram uma válvula piezoelétrica que abre e fecha uma válvula em alta velocidade usando um elemento piezoelétrico (ver Literaturas de Patentes 1 a 3).

[006] As válvulas piezoeléctricas descritas nas Literaturas de Patentes 1 a 3 incluem um mecanismo de ampliação de deslocamento adaptado para ampliar o pequeno deslocamento do elemento piezoelétrico com base no princípio da alavancagem.

[007] O separador de partículas óptico equipado com o bocal ejetor de ar que utiliza a válvula piezoelétrica expele, com precisão, os defeituosos e semelhantes com risco reduzido de envolver e expelir não defeituosos e semelhantes porque a válvula piezoelétrica é superior às válvulas solenoides convencionais em capacidade de resposta durante a abertura e o fechamento da válvula.

[008] Agora, o separador de partículas óptico tem um problema devido ao fato que a ação de classificação estável não está disponível uma vez que a válvula piezoelétrica move um disco de válvula por meio do mecanismo de ampliação de deslocamento, causando vibração do disco de válvula, o que resulta em variações no volume do jato de ar do bocal.

[009] Portanto, para resolver o problema acima, a Literatura de Patente 2 descreve uma válvula piezoelétrica que aplica tensões de acionamento de duas etapas a um elemento piezoelétrico.

[010] A válvula piezoelétrica descrita na Literatura de Patente 2 aplica uma tensão de primeira etapa ao elemento piezoelétrico, cronometrada para acionar e abrir o disco de válvula, e aplica uma tensão de segunda etapa maior que a tensão de primeira etapa ao elemento piezoelétrico, cronometrada para evitar a vibração do disco de válvula que ocorre quando a válvula abre. Isso permite limitar as variações em uma quantidade de gás ejetado após a abertura da válvula e, assim, estabilizar o fornecimento de gás em um estágio inicial.

[011] Contudo, a válvula piezoelétrica descrita na Literatura de Patente 2 tem um problema de capacidade de resposta inferior durante a abertura da válvula em comparação com quando a tensão de acionamento aplicada ao elemento piezoelétrico é uma tensão de etapa única retangular.

[012] Para resolver o problema com a válvula piezoelétrica descrita na Literatura de Patente 2, a Literatura de Patente 3 descreve uma válvula piezoelétrica que inclui um gerador de sinal adaptado para gerar um sinal constituído por um pré-pulso e um pulso principal e aplica uma tensão de acionamento de etapa única, com um valor específico de tensão, em um elemento piezoelétrico com base no sinal gerado pelo gerador de sinal.

[013] A válvula piezoelétrica descrita na Literatura de Patente 3 aplica uma tensão de acionamento, com um valor específico de tensão, ao elemento piezoelétrico com base no pré-pulso, cronometrado para abrir um disco de válvula, e aplica a tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico com no pulso principal, cronometrado para evitar a vibração do disco de válvula que ocorre quando a válvula abre. Isso torna a válvula piezoelétrica superior em capacidade de resposta, durante a abertura da válvula, à válvula piezoelétrica descrita na Literatura de Patente 2.

[014] Contudo, a válvula piezoelétrica descrita na Literatura de Patente 3 leva um tempo maior para limitar as variações na quantidade de gás ejetado após a válvula ser aberta do que a válvula piezoelétrica descrita na Literatura de Patente 2 e deixa espaço para mais melhorias para estabilizar o fornecimento de gás em um estágio inicial.

Lista de citação Literatura de Patente

[015] [Literatura de Patente 1] Patente Japonesa Aberta No. 2004-316835

[016] [Literatura de Patente 2] Patente Japonesa Aberta No. 2011-241961

[017] [Literatura de Patente 3] Publicação Internacional No. WO 2013/157548

Resumo da Invenção Problema técnico

[018] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma válvula piezoelétrica que tenha capacidade de resposta superior durante a abertura da válvula e tenha capacidade de estabilizar o fornecimento de gás num estágio inicial, bem como fornecer um método para acionar a válvula piezoelétrica.

[019] Outro objetivo da presente invenção é fornecer um separador de partículas óptico que permita uma ação de classificação de partículas mais estável ao utilizar a válvula piezoelétrica.

Solução do problema

[020] Para atingir os objetivos acima, a presente invenção fornece uma válvula piezoelétrica que inclui uma câmara de pressão de gás, adaptada para receber gás comprimido fornecido externamente, e um percurso de escape, adaptado para descarregar o gás comprimido da câmara de pressão de gás, a válvula piezoelétrica incluindo: um disco de válvula colocado na câmara de pressão de gás e adaptado para abrir e fechar o percurso de escape; um elemento piezoelétrico adaptado para gerar uma força de acionamento necessária para a operação do disco de válvula, tal como um deslocamento; um mecanismo de ampliação de deslocamento adaptado para ampliar o deslocamento do elemento piezoelétrico e aplicar o deslocamento ampliado ao disco de válvula; e meio de acionamento que inclui um gerador de sinal adaptado para gerar um sinal que inclui um primeiro pré-pulso, um segundo pré-pulso e um pulso principal, aplica uma tensão de acionamento, com um valor específico de tensão, ao elemento piezoelétrico utilizando o sinal gerado pelo gerador de sinal, como um sinal de entrada para um circuito de acionamento, e aciona e abre o disco de válvula ao expandir o elemento piezoelétrico.

[021] Na presente invenção, preferencialmente, o meio de acionamento aplica a tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico com base no primeiro pré-pulso, cronometrado para abrir o disco de válvula, aplica a tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico com base no segundo pré- pulso, cronometrado para limitar as variações numa quantidade de gás ejetado do percurso de escape logo após a válvula ser aberta, e aplica a tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico com base no pulso principal, cronometrado para limitar variações adicionais na quantidade de gás ejetado após limitar as variações na quantidade de gás ejetado.

[022] Na presente invenção, preferencialmente após limitar as variações adicionais na quantidade de gás ejetado, o meio de acionamento remove a tensão de acionamento aplicada ao elemento piezoelétrico com base no pulso principal, cronometrado para fechar o disco de válvula.

[023] Além disso, para alcançar os objetivos acima, a presente invenção fornece um separador de partículas óptico que inclui meio de transferência para transferir o meio de detecção óptica de material a ser classificado para detectar o material a ser classificado que cai de uma extremidade do meio de transferência, numa posição de detecção; e meio ejetor de ar para expelir o material a ser selecionado com jatos de ar, com base nos resultados de detecção produzidos pelo meio de detecção óptica, ao ser proporcionado mais abaixo do meio de detecção óptica, em que o meio ejetor de ar inclui qualquer uma das válvulas piezoelétricas descritas acima, e a válvula piezoelétrica gera o sinal que inclui o primeiro pré-pulso, o segundo pré- pulso e o pulso principal utilizando o gerador de sinal do meio de acionamento com base nos resultados de detecção produzidos pelo meio de detecção óptica e aciona e abre o disco de válvula ao expandir o elemento piezoelétrico.

[024] Na presente invenção, preferencialmente, o meio de acionamento inclui adicionalmente uma unidade de configuração de sinal adaptada para configurar padrões do sinal que inclui o primeiro pré-pulso, o segundo pré-pulso e o pulso principal, seleciona um sinal mais adequado a partir de uma pluralidade de padrões de sinal configurados previamente na unidade de configuração de sinal, de acordo com um tipo de material a ser classificado, e gera o sinal selecionado utilizando o gerador de sinal.

[025] Para atingir os objetivos acima, a presente invenção fornece um método para acionar uma válvula piezoelétrica, que inclui uma câmara de pressão de gás, adaptada para receber gás comprimido fornecido externamente, e um percurso de escape, adaptado para descarregar o gás comprimido da câmara de pressão de gás, a válvula piezoelétrica incluindo: um disco de válvula colocado na câmara de pressão de gás e adaptado para abrir e fechar o percurso de escape; um elemento piezoelétrico adaptado para gerar uma força de acionamento necessária para a operação do disco de válvula, tal como um deslocamento; um mecanismo de ampliação de deslocamento adaptado para ampliar o deslocamento do elemento piezoelétrico e aplicar o deslocamento ampliado ao disco de válvula; e meio de acionamento para acionar e, desse modo, abrir/fechar o disco de válvula por meio do deslocamento de expansão/contração do elemento piezoelétrico, em que o meio de acionamento inclui um gerador de sinal adaptado para gerar um sinal que inclui um primeiro pré-pulso, um segundo pré-pulso e um pulso principal, aplica uma tensão de acionamento, com um valor específico de tensão, ao elemento piezoelétrico com base no sinal gerado pelo gerador de sinal e aciona e abre o disco de válvula ao expandir o elemento piezoelétrico.

[026] Na presente invenção, preferencialmente, o meio de acionamento aplica a tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico com base no primeiro pré-pulso e, desse modo, abre o disco de válvula, aplica a tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico com base no segundo pré- pulso e, desse modo, limita as variações numa quantidade de gás ejetado do percurso de escape logo após a válvula ser aberta, e aplica a tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico com base no pulso principal e, desse modo, limita variações adicionais na quantidade de gás ejetado após limitar as variações na quantidade de gás ejetado.

[027] Na presente invenção, preferencialmente após limitar as variações adicionais na quantidade de gás ejetado, o meio de acionamento remove a tensão de acionamento aplicada ao elemento piezoelétrico com base no pulso principal e fecha o disco de válvula.

Efeitos vantajosos da invenção

[028] Uma vez que a válvula piezoelétrica da presente invenção inclui meio de acionamento que inclui um gerador de sinal adaptado para gerar um sinal que inclui um primeiro pulso, um segundo pulso e um pulso principal, aplica uma tensão de acionamento, com um valor específico de tensão, ao elemento piezoelétrico utilizando o sinal gerado pelo gerador de sinal, tal como um sinal de entrada para um circuito de acionamento, e aciona e abre o disco de válvula ao expandir o elemento piezoelétrico, a válvula piezoelétrica tem capacidade de resposta superior durante a abertura da válvula e tem capacidade de estabilizar o fornecimento de gás em um estágio inicial ao limitar as variações na quantidade de gás ejetado em um estágio inicial.

[029] Na válvula piezoelétrica da presente invenção, se o meio de acionamento remover a tensão de acionamento aplicada ao elemento piezoelétrico com base no pulso principal, cronometrado para fechar o disco de válvula depois de limitar as variações na quantidade de gás ejetado logo após a válvula ser aberta e, depois, limitar adicionalmente as variações na quantidade de gás ejetado, o gás pode ser fornecido de forma estável mesmo se o tempo de ejeção do gás for relativamente curto.

[030] Visto que o separador de partículas óptico da presente invenção inclui a válvula piezoelétrica, o fornecimento de ar é estabilizado em um estágio inicial, que, em conjunto com a alta capacidade de resposta durante a abertura da válvula, permite que as partículas sejam classificadas de forma mais estável.

[031] No separador de partículas óptico da presente invenção, uma vez que o meio de acionamento para a válvula piezoelétrica inclui adicionalmente uma unidade de configuração de sinal adaptada para configurar padrões do sinal que inclui o primeiro pré-pulso, o segundo pré-pulso e o pulso principal, seleciona um sinal mais adequado a partir de uma pluralidade de padrões de sinal configurados previamente na unidade de configuração de sinal, de acordo com um tipo de material a ser classificado, e gera o sinal selecionado utilizando o gerador de sinal, a classificação estável sempre pode ser executada independentemente do tipo de material a ser classificado.

[032] No método de acionamento de válvula piezoelétrica da presente invenção, uma vez que o meio de acionamento inclui um gerador de sinal adaptado para gerar um sinal que inclui um primeiro pré-pulso, um segundo pré-pulso e um pulso principal, aplica uma tensão de acionamento, com um valor específico de tensão, ao piezoelétrico com base no sinal gerado pelo gerador de sinal, e aciona e abre o disco de válvula ao expandir o elemento piezoelétrico, a válvula piezoelétrica é superior em capacidade de resposta durante a abertura da válvula e habilitada para estabilizar o suprimento de gás em um estágio inicial ao limitar as variações na quantidade de gás ejetado em um estágio inicial.

[033] No método de acionamento de válvula piezoelétrica da presente invenção, se o meio de acionamento remover a tensão de acionamento aplicada ao elemento piezoelétrico com base no pulso principal, e fechar o disco de válvula depois de limitar as variações na quantidade de gás ejetado logo após a válvula ser aberta e, depois, limitar variações adicionais na quantidade de gás ejetado, a válvula piezoelétrica pode ser habilitada para fornecer gás de forma estável mesmo se o tempo de ejeção do gás for relativamente curto.

Breve descrição dos desenhos

[034] A Figura 1 é um diagrama explicativo esquemático de uma válvula piezoelétrica.

[035] A Figura 2 é uma vista frontal esquemática da válvula piezoelétrica.

[036] A Figura 3 é uma primeira variação da válvula piezoelétrica.

[037] A Figura 4 é uma segunda variação da válvula piezoelétrica.

[038] A Figura 5 é um diagrama de blocos de uma configuração de circuito da unidade de acionamento na válvula piezoelétrica da presente invenção.

[039] A Figura 6 é um gráfico de temporização de sinais gerados pela unidade de acionamento da válvula piezoelétrica da presente invenção e uma tensão aplicada de um elemento piezoelétrico.

[040] A Figura 7 é um gráfico mostrando um sinal de entrada para um circuito de acionamento de carregamento em um exemplo da presente invenção.

[041] A Figura 8 é um gráfico mostrando uma tensão de acionamento aplicada ao elemento piezoelétrico com base no sinal de entrada da Figura 7.

[042] A Figura 9 é um gráfico que mostra as características da pressão de ejeção do ar ejetado de um percurso de escape da válvula piezoelétrica aberta pela tensão de acionamento da Figura 8.

[043] A Figura 10 é um diagrama de blocos de uma configuração de circuito de uma unidade de acionamento em uma válvula piezoelétrica convencional.

[044] A Figura 11 é um gráfico de temporização de sinais gerados pela unidade de acionamento da válvula piezoelétrica convencional e uma tensão aplicada de um elemento piezoelétrico.

[045] A Figura 12 é um gráfico que mostra um sinal de entrada para um circuito de acionamento de carregamento em um exemplo comparativo.

[046] A Figura 13 é um gráfico mostrando uma tensão de acionamento aplicada a um elemento piezoelétrico com base no sinal de entrada da Figura 12.

[047] A Figura 14 é um gráfico que mostra as características da pressão de ejeção do ar ejetado de um percurso de escape da válvula piezoelétrica aberta pela tensão de acionamento da Figura 13.

[048] A Figura 15 é um gráfico que compara as características da pressão de ejeção de ar entre o exemplo da presente invenção e o exemplo comparativo.

[049] A Figura 16 é uma vista lateral em corte da parte principal de um separador de partículas óptico.

[050] A Figura 17 é um diagrama de blocos de controle do separador de partículas óptico mostrado na Figura 16.

Descrição da modalidade

[051] Uma modalidade da presente invenção será descrita com referência aos desenhos.

Válvula piezoelétrica

[052] A Figura 1 é um diagrama explicativo esquemático de uma válvula piezoelétrica com uma face lateral de um corpo de válvula aberto, mostrando uma vista lateral com a válvula aberta. A Figura 2 é uma vista frontal da válvula piezoelétrica da Figura 1.

[053] A válvula piezoelétrica (10) inclui um corpo de válvula (11), um disco de válvula (12), um elemento piezoelétrico (13), um mecanismo de ampliação de deslocamento (14) e uma unidade de acionamento (15).

[054] O corpo de válvula (11) inclui uma câmara de pressão de gás (111), abastecida com gás comprimido de uma fonte externa de gás comprimido (não mostrada), e um percurso de escape (112), adaptado para ejetar gás para fora da câmara de pressão de gás (111).

[055] O disco de válvula (12), que é colocado na câmara de pressão de gás (111) do corpo de válvula (11), abre e fecha o percurso de escape (112).

[056] O elemento piezoelétrico (13) é colocado no corpo de válvula (11) com uma extremidade do mesmo fixada ao corpo de válvula (11).

[057] O mecanismo de ampliação de deslocamento (14), que é colocado na câmara de pressão de gás (111) do corpo de válvula (11), amplia o deslocamento do elemento piezoelétrico (13) e aplica o deslocamento ampliado ao disco de válvula (12).

[058] A unidade de acionamento (15) inclui um circuito de acionamento de carregamento, adaptado para expandir o elemento piezoelétrico (13) ao carregar elemento piezoelétrico (13) ao aplicar uma tensão de acionamento, e um circuito de acionamento de carregamento, adaptado para contrair o elemento piezoelétrico (13) ao dissipar cargas elétricas, e aciona e, desse modo, abre/fecha o disco de válvula (12) por meio do deslocamento de expansão/contração do elemento piezoelétrico (13).

[059] Note que é suficiente para a unidade de acionamento (15) que ambos os circuitos de acionamento estejam eletricamente conectados ao elemento piezoelétrico e não há necessidade de que os circuitos de acionamento estejam fisicamente integrados, por exemplo, com o corpo de válvula (11).

[060] Um par dos mecanismos de ampliação de deslocamento (14) é fornecido simetricamente em relação a uma linha (daqui em diante referida como uma "linha central"), conectando um eixo longitudinal do elemento piezoelétrico (13) e o percurso de escape (112).

[061] Um primeiro mecanismo de ampliação de deslocamento inclui uma primeira articulação (16a), uma segunda articulação (17a), um primeiro membro de braço (18a) e uma primeira mola plana (19a). A primeira articulação (16a) é unida, em uma extremidade, ao corpo de válvula (11). A segunda articulação (17a) é unida, em uma extremidade, a um elemento de tampa (131) anexado ao elemento piezoelétrico (13). A primeira articulação (16a) e a segunda articulação (17a) são unidas, na outra extremidade, a uma base do primeiro membro de braço (18a). A primeira mola plana (19a) é unida, em uma extremidade, a uma porção de ponta exterior do primeiro membro de braço (18a). A primeira mola plana (19a) é unida, na outra extremidade, a uma porção de extremidade lateral do disco de válvula (12) num dos lados.

[062] Por outro lado, o segundo mecanismo de ampliação de deslocamento inclui uma terceira articulação (16b), uma quarta articulação (17b), um segundo membro de braço (18b) e uma segunda mola plana (19b). A terceira articulação (16b) é unida, em uma extremidade, ao corpo de válvula (11). A quarta articulação (17b) é unida, em uma extremidade, ao elemento de tampa (131) anexado ao elemento piezoelétrico (13). A terceira articulação (16b) e a quarta articulação (17b) são unidas, na outra extremidade, a uma base do segundo membro de braço (18b). A segunda mola plana (19b) é unida, em uma extremidade, a uma porção de ponta exterior do segundo membro de braço (18b). A segunda mola plana (19b) é unida, na outra extremidade, a uma porção de extremidade lateral do disco de válvula (12) no outro lado.

[063] Na válvula piezoelétrica (10), quando uma tensão de acionamento é aplicada ao elemento piezoelétrico, (13) no estado da Figura 1, pela unidade de acionamento (15), carregando o elemento piezoelétrico (13), o elemento piezoelétrico (13) expande-se na direção superior direita da Figura 1. O deslocamento resultante da expansão do elemento piezoelétrico (13) é ampliado pelo primeiro mecanismo de ampliação de deslocamento utilizando o princípio de alavanca com a segunda articulação (17a) funcionando como um ponto de esforço, a primeira articulação (16a) como um fulcro e uma porção de ponta do primeiro membro de braço (18a) como um ponto de aplicação, e a porção de ponta exterior do primeiro membro de braço (18a) é muito deslocada. Similarmente, o deslocamento resultante da expansão do elemento piezoelétrico (13) é ampliado pelo segundo mecanismo de ampliação de deslocamento utilizando o princípio de alavanca com a quarta articulação (17b) funcionando como um ponto de esforço, a primeira articulação (16b) como um fulcro e uma porção de ponta do primeiro membro de braço (18b) como um ponto de aplicação, e a porção de ponta exterior do primeiro membro de braço (18b) é muito deslocada.

[064] Então, o deslocamento das porções de ponta exteriores do primeiro membro de braço (18a) e do segundo membro de braço (18b) torna o disco de válvula (12) espaçado de um assento da válvula (113) por meio da primeira mola plana (19a) e segunda mola plana (19b) e, desse modo, abre o percurso de escape (112).

[065] Por outro lado, na válvula piezoelétrica (10), o elemento piezoelétrico (13) contrai-se quando descarregado pela unidade de acionamento (15), e a contração é transmitida para o disco de válvula (12) pelo meio do primeiro e segundo mecanismos de ampliação de deslocamento, fazendo com que o disco de válvula (12) assente no assento de válvula (113).

[066] Aqui, embora na válvula piezoelétrica (10) da Figura 1, uma face lateral da câmara de pressão de gás (111) é ilustrada sendo exposta ao exterior como um exemplo, desnecessário dizer, a câmara de pressão de gás (111) é usada numa condição hermeticamente selada.

Primeira variação da válvula piezoelétrica

[067] A Figura 3 é uma primeira variação da válvula piezoelétrica com uma face lateral de um corpo de válvula aberto.

[068] A válvula piezoelétrica (20) difere da válvula piezoelétrica (10) mostrada na Figura 1 ao incluir um atuador (30) constituído por um disco de válvula (22), um elemento piezoelétrico (23) e um mecanismo de ampliação de deslocamento (24) integrado em conjunto, e ao ser configurada para fixar o atuador (30) a um corpo de válvula (21) em um lado, o corpo de válvula (21) tendo uma câmara de pressão de gás (211) e um percurso de escape (212).

[069] Note que a ilustração de uma unidade de acionamento adaptada para acionar e, desse modo, abrir/fechar um disco de válvula (22) é omitida aqui.

[070] Aqui, o mecanismo de ampliação de deslocamento (24) inclui uma unidade de ampliação de deslocamento (25), adaptada para ampliar o deslocamento do elemento piezoelétrico (23), e uma unidade de transmissão de deslocamento (26), adaptada para transmitir o deslocamento do elemento piezoelétrico (23) para a unidade de ampliação de deslocamento (25).

[071] A unidade de transmissão de deslocamento (26) inclui um substrato de base em forma de U (27), para o qual uma primeira extremidade do elemento piezoelétrico (23) é unida, e um elemento de tampa (28), para o qual uma segunda extremidade do elemento piezoelétrico (23) é unida.

[072] Na válvula piezoelétrica (20), o elemento piezoelétrico (23) é incorporado num espaço do substrato de base em forma de U (27) entre o fundo em forma de U e o elemento de tampa (28), com a primeira extremidade unida ao substrato de base (27) e com a segunda extremidade unida ao elemento de tampa (28).

[073] Sem necessidade de falar, a válvula piezoelétrica (20) é também utilizada com uma face lateral do corpo de válvula (21) hermeticamente selada.

Segunda variação da válvula piezoelétrica

[074] A Figura 4 é uma segunda variação da válvula piezoelétrica, mostrando um estado em uma seção do corpo de válvula. Uma válvula piezoelétrica (40), mostrada na Figura 4, difere da válvula piezoelétrica (20), mostrada na Figura 3, devido ao fato que uma face frontal de um corpo de válvula (41) que forma uma câmara de pressão de gás (411) é aberta, que um percurso de escape (421) é formado em uma cobertura (42) que fecha e abre, que uma placa (43) disposta no interior do corpo de válvula (41) é formada integralmente com a cobertura (42) e que o atuador (30) mostrado na Figura 2 é fixado à placa (43).

[075] Note que, novamente, a ilustração de uma unidade de acionamento adaptada para acionar e, desse modo, abrir/fechar um disco de válvula é omitida.

[076] A válvula piezoelétrica (40) é montada ao dispor a placa (43) com o atuador (30) fixado na mesma no corpo de válvula (41) por meio da abertura na face frontal do corpo de válvula (41) e fechando a abertura no corpo de válvula (41) com a cobertura (42) formada integralmente com a placa (43).

Exemplo (sinal de pré-pulso duplo)

[077] A Figura 5 mostra um diagrama de blocos de uma configuração de circuito da unidade de acionamento na válvula piezoelétrica da presente invenção. A Figura 6 mostra um gráfico de temporização de sinais gerados pela unidade de acionamento e uma tensão aplicada de um elemento piezoelétrico.

[078] Conforme mostrado na Figura 5, a unidade de acionamento na válvula piezoelétrica da presente invenção faz com que um gerador de sinal (150) gere um sinal de carga (A) (daqui em diante referido como um "sinal de pré-pulso duplo") constituído por um primeiro pré-pulso, um segundo pré-pulso e um pulso principal, aplica uma tensão ao elemento piezoelétrico para carregar o elemento piezoelétrico utilizando o sinal de pré- pulso duplo como um sinal de entrada para um circuito de acionamento de carregamento (151) e, desse modo, expande o elemento piezoelétrico. Além disso, ao utilizar um sinal de descarga (B) gerado pelo gerador de sinal (150), como um sinal de entrada para um circuito de acionamento de descarregamento (152), a unidade de acionamento faz com que o elemento piezoelétrico se descarregue e, desse modo, contraia.

[079] Conforme mostrado na Figura 6, ao utilizar o sinal (A) (sinal de pré-pulso duplo) gerado pelo gerador de sinal (150), como um sinal de entrada para o circuito de acionamento de carregamento (151), a válvula piezoelétrica da presente invenção aplica uma tensão de acionamento de etapa única, com um valor específico de tensão, ao elemento piezoelétrico, simplificando a configuração de circuito da unidade de acionamento.

[080] A Figura 7 mostra um sinal de entrada (sinal de pré-pulso duplo) para o circuito de acionamento de carregamento (151) na válvula piezoelétrica da presente invenção. A Figura 8 mostra uma tensão de acionamento aplicada ao elemento piezoelétrico com base no sinal de entrada da Figura 7. A Figura 9 mostra um gráfico das características da pressão de ejeção do ar ejetado de um percurso de escape aberto pela tensão de acionamento. Como gás comprimido fornecido de fora da válvula piezoelétrica, o ar comprimido é usado aqui.

[081] As condições experimentais para os gráficos mostrados nas Figuras 7 a 9 são as seguintes. 1 - Pressão de fornecimento de ar comprimido: 0,20 MPa (valor de pressão manométrica sob pressão atmosférica) 2 - Tensão de acionamento: 72 V 3 - Defina o caudal de ar comprimido: 52 L/min 4 - Sinal de entrada: primeiro tempo de pré-pulso (t1) = 0,135 ms Primeiro tempo quiescente t2 = 0,064 ms Segundo tempo de pré-pulso t3 = 0,470 ms Segundo tempo quiescente t4 = 0,050 ms Tempo de pulso principal t5 = 0,281 ms (Tempo de condução do elemento piezoelétrico: 1 ms) 5 5) Posição de detecção da pressão de ejeção de ar: 2 mm da extremidade dianteira do percurso de escape

[082] Aqui, as condições dos tempos t1 a t5 para o sinal de entrada (sinal de pré-pulso duplo) são determinadas com base na pressão de fornecimento de ar comprimido, tensão de acionamento e tempo de ejeção de ar.

[083] No presente exemplo, o primeiro tempo de pré- pulso (t1) e o primeiro tempo quiescente (t2) (segunda temporização de entrada de pré-pulso) foram configurados para fornecer uma condição de temporização ótima, de modo que a pressão de ejeção de ar subirá rapidamente durante a abertura da válvula e que variações na pressão de ejeção de ar, logo após a abertura da válvula, serão limitadas (para evitar que o disco de válvula vibre em reação à abertura da válvula).

[084] Além disso, o segundo tempo de pré-pulso (t3) e o segundo tempo quiescente (t4) (temporização de entrada do pulso principal) foram configurados para fornecer uma condição de temporização ótima para limitar variações adicionais na pressão de ejeção de ar após as variações na pressão de ejeção de ar logo após a abertura da válvula ser limitada

[085] Além disso, o tempo de pulso principal (t5) é definido com base no tempo de ejeção de ar. Aqui, o tempo de pulso principal (t5) foi definido para fornecer uma condição de temporização para fechar o disco de válvula depois das variações adicionais na pressão de ejecção de ar ser limitada.

[086] Na válvula piezoelétrica da presente invenção, a unidade de acionamento inclui uma unidade de configuração de sinal não ilustrada, e padrões de sinal de vários sinais de pré-pulso duplo foram configurados antecipadamente na unidade de configuração de sinal de acordo com combinações da pressão de fornecimento de ar comprimido e tensão de acionamento.

[087] Na válvula piezoelétrica da presente invenção, o sinal de pré-pulso duplo pode ser gerado pelo gerador de sinal (150), não apenas com base na entrada manual dos tempos (t1) a (t5) por um operador, mas também ao ser selecionado de padrões de sinal de vários sinais de pré- pulso duplo configurados antecipadamente na unidade de configuração de sinal.

Exemplo comparativo (sinal de pré-pulso)

[088] A Figura 10 mostra um diagrama de blocos de uma configuração de circuito de uma unidade de acionamento na válvula piezoelétrica convencional descrita na Literatura de Patente 3. A Figura 11 mostra um gráfico de temporização de sinais gerados pela unidade de acionamento e uma tensão aplicada de um elemento piezoelétrico.

[089] Conforme mostrado nas Figuras 10 e 11, a válvula piezoelétrica convencional é igual na configuração de circuito da unidade de acionamento à válvula piezoelétrica da presente invenção mostrada nas Figuras 5 e 6, mas difere nos sinais gerados pela unidade de acionamento e na forma de onda da tensão aplicada do elemento piezoelétrico.

[090] Conforme mostrado na Figura 10, a unidade de acionamento na válvula piezoelétrica convencional faz com que um gerador de sinal (150) gere um sinal de carga (C) (daqui em diante referido como um "sinal de pré-pulso") constituído por um pré-pulso e um pulso principal, aplica uma tensão ao elemento piezoelétrico para carregar o elemento piezoelétrico utilizando o sinal de pré-pulso como um sinal de entrada para um circuito de acionamento de carregamento (151) e, desse modo, expande o elemento piezoelétrico. Além disso, ao utilizar um sinal de descarga (D) gerado pelo gerador de sinal (150), como um sinal de entrada para um circuito de acionamento de descarregamento (152), a unidade de acionamento faz com que o elemento piezoelétrico se descarregue e, desse modo, contraia.

[091] A Figura 12 mostra um sinal de entrada (sinal de pré-pulso) para o circuito de acionamento de carregamento (151) na válvula piezoelétrica convencional. A Figura 13 mostra uma tensão de acionamento aplicada ao elemento piezoelétrico com base no sinal de entrada da Figura 7. A Figura 14 mostra um gráfico das características da pressão de ejeção do ar ejetado de um percurso de escape aberto pela tensão de acionamento. Como gás comprimido fornecido de fora da válvula piezoelétrica, o ar comprimido é usado aqui.

[092] As condições experimentais para os gráficos, mostradas nas Figuras 12 a 14, são as seguintes. 1 - Pressão de fornecimento de ar comprimido: 0,20 MPa 2 - Tensão de acionamento: 72 V 3 - Defina o caudal de ar comprimido: 52 L/min 4 - Sinal de entrada: tempo de pré-pulso (t6) = 0,135 ms tempo quiescente t7 = 0,064 ms tempo de pulso principal t8 = 0,801 ms (tempo de condução do elemento piezoelétrico: 1 ms) 5 5) Posição de detecção da pressão de ejeção de ar: 2 mm da extremidade dianteira do percurso de escape

[093] Aqui, o tempo de pré-pulso (t6) e o tempo quiescente (t7) (temporização de entrada de sinal principal) foram configurados para fornecer uma condição de temporização ótima, de modo que a pressão de ejeção de ar subirá rapidamente durante a abertura da válvula e que variações na pressão de ejeção de ar, logo após a abertura da válvula, serão limitadas (para evitar que o disco de válvula vibre em reação à abertura da válvula).

[094] Além disso, o tempo de pulso principal (t8) foi configurado com base no tempo de ejeção de ar.

[095] A Figura 15 mostra um gráfico que compara as características da pressão de ejeção de ar entre o exemplo da presente invenção e o exemplo comparativo.

[096] Na Figura 15, a linha tracejada representa o exemplo, mostrando os resultados obtidos utilizando um "sinal de pré-pulso duplo" como um sinal de entrada para o circuito de acionamento de carregamento (151). A linha cheia representa o exemplo comparativo, mostrando os resultados obtidos utilizando um "sinal de pré-pulso" como um sinal de entrada para o circuito de acionamento de carregamento (151).

[097] Primeiro, quando os gráficos do exemplo e do exemplo comparativo são comparados, devido ao fato que nenhuma diferença é encontrada nas características de resposta durante a abertura da válvula, podemos dizer que a válvula piezoelétrica da presente invenção se destaca em capacidade de resposta durante a abertura da válvula como com a válvula piezoelétrica convencional.

[098] Em seguida, quando os gráficos do exemplo e do exemplo comparativo são comparados, podemos ver que enquanto duas ondulações são observadas no exemplo comparativo, as ondulações posteriores foram quase removidas no exemplo.

[099] Portanto, podemos dizer que, em comparação com a válvula piezoelétrica convencional, a válvula piezoelétrica da presente invenção pode estabilizar o fornecimento de gás em um estágio inicial ao limitar as variações na quantidade de gás ejetado numa fase inicial.

[100] Além disso, quando os gráficos do exemplo e do exemplo comparativo são comparados, o período de tempo durante o qual a pressão de ejeção de ar pode ser mantida em, ou acima, de um valor predeterminado (p) é o tempo (b) no caso do exemplo comparativo, e é o tempo (a) em o caso do exemplo, podemos ver que o exemplo pode manter a pressão de ejeção de ar igual ou superior ao valor predeterminado (p) por um período de tempo maior do que o exemplo comparativo.

[101] Portanto, podemos dizer que a válvula piezoelétrica da presente invenção pode fornecer gás mais estável do que a válvula piezoelétrica convencional quando o tempo de ejecção de ar é relativamente curto.

Separador de partículas óptico

[102] Um separador de partículas óptico, equipado com o bocal ejetor de ar que usa a válvula piezoelétrica da presente invenção, será descrito.

[103] A Figura 16 mostra uma vista lateral em corte da parte principal de um separador de partículas óptico com uma estrutura interna do separador de partículas óptico simplificada. A Figura 17 mostra um diagrama de blocos de controle do separador de partículas óptico mostrado na Figura 16.

[104] Um separador de partículas óptico (610) tem uma unidade de fornecimento de partículas na parte superior, sendo a unidade de fornecimento de partículas constituída por um tanque (620) e um alimentador vibratório (630). Uma calha inclinada (640) tendo uma largura predeterminada é colocada abaixo da unidade de fornecimento de partículas.

[105] As partículas fornecidas pela unidade de alimentação de partículas fluem continuamente sob gravidade, espalhando-se numa direção da largura sobre a calha inclinada (640), e depois são liberadas no ar ao longo de uma trajetória de queda predeterminada de uma extremidade inferior da calha inclinada (640).

[106] Em frente e atrás da trajetória de queda predeterminada, pelo menos um par de detectores ópticos (650a) e (650b) estão dispostos voltados um para o outro, para representar visualmente partículas numa zona de detecção de partículas (O) que se prolonga linearmente em paralelo com a direção da largura da calha inclinada (640). Os detectores ópticos (650a) e (650b) incluem os respectivos meios de formação de imagem (651a) e (651b), tais como câmaras CCD contendo cada um sensor de linha CCD, respectivos meios de iluminação (652a) e (652b) feitos de lâmpadas fluorescentes ou semelhantes, e respectivos fundos (653a) e (653b) utilizados na representação visual das partículas.

[107] Além disso, um dispositivo ejetor de ar (670), adaptado para remover defeituosos e semelhantes por jatos de ar, está disposto abaixo da zona de detecção de partículas (O). O dispositivo ejetor de ar (670) inclui um bocal ejetor de ar (671) incorporando uma pluralidade de válvulas piezoelétricas do presente invenção dispostas lado a lado e um fornecedor de ar comprimido (673) adaptado para enviar ar comprimido para o bocal ejetor de ar (671), e sopra partículas descarregadas de uma extremidade inferior da rampa inclinada (640) ao ejetar ar dos vários orifícios do bocal do bocal ejetor de ar (671) com base nos resultados de detecção produzidos pelos detectores ópticos (650a) e (650b), os orifícios do bocal sendo fornecidos para cobrir as respectivas posições na trajetória de queda das partículas na direção da largura. Note que os elementos piezoelétricos das válvulas piezoelétricas são eletricamente conectados a um circuito de acionamento de uma unidade de acionamento (672).

[108] No separador de partículas óptico (610), as partículas liberadas no ar ao longo de uma trajetória de queda predeterminada da extremidade inferior da rampa inclinada (640), depois de fluírem continuamente sob gravidade espalhando-se na direção da largura na rampa inclinada (640), são representadas visualmente na zona de detecção de partículas (O) pelo meios de formação de imagem (651a) e (651b) dos respectivos detectores ópticos (650a) e (650b), e os dados da representação visual resultantes são enviados para um controlador (660). O controlador (660) identifica partículas a serem removidas, tais como defeituosos, com base nos dados da representação visual, adquire informação sobre tamanhos e afins das partículas e envia um sinal de rejeição referente aos defeituosos e semelhantes para a unidade de acionamento (672).

[109] O dispositivo ejetor de ar (670) aciona, seletivamente, as várias válvulas piezoelétricas com base no sinal de rejeição enviado para a unidade de acionamento (672), e jatos de ar dos orifícios do bocal ejetor de ar (671) para os defeituosos e semelhantes passando por uma zona de remoção de partículas (E) estendendo-se linearmente em paralelo à direção da largura da calha inclinada (640), os orifícios do bocal sendo fornecidos para cobrir posições respectivas na direção da largura.

[110] Fazendo isto, conforme mostrado na Figura 5, com base no sinal de rejeição, a unidade de acionamento (672) faz com que o gerador de sinal gere um "sinal de pré-pulso duplo" e aplica uma tensão de acionamento aos elementos piezoelétricos das válvulas piezelétricas acionadas seletivamente, usando o sinal de pré-pulso duplo como um sinal de entrada para o circuito de acionamento de carregamento.

[111] Então, os defeituosos e semelhantes expelidos por jatos de ar dos orifícios do bocal ejetor de ar (671) são descarregados para fora do aparelho através de uma saída de defeituosos (681). Por outro lado, os não- defeituosos e semelhantes movendo-se apenas ao longo da trajetória de queda predeterminada sem serem expelidos são recuperados por uma saída de não defeituosos (682).

[112] Aqui, a unidade de acionamento (672) inclui uma unidade de configuração de sinal não ilustrada, e padrões de sinal de vários sinais de pré-pulso duplo foram configurados antecipadamente na unidade de configuração de sinal de acordo com combinações de pressão de fornecimento de ar comprimido e tensão de acionamento.

[113] No separador de partículas óptico (610), o operador deve entrar e configurar o tipo de material a ser classificado antes de iniciar a operação. Ao fazê-lo, a pressão de fornecimento de ar comprimido, a tensão de acionamento e o tempo de ejeção de ar da válvula piezoelétrica são determinados com base no tamanho e peso do material a ser classificado. Em seguida, com base na combinação da pressão de fornecimento de ar comprimido e da tensão de acionamento, bem como no tempo de ejeção de ar, o separador de partículas óptico (610) seleciona um sinal mais adequado dos padrões de sinal de vários sinais de pré-pulso duplo previamente configurados na unidade de configuração de sinal da unidade de acionamento (672) e o gerador de sinal da unidade de acionamento (672) gera o sinal de pré-pulso duplo selecionado.

[114] Note que o sinal de pré-pulso duplo pode ser configurado por meio de entrada manual pelo operador, deixando o gerador de sinal da unidade de acionamento (672) gerar o sinal de configuração.

[115] O separador de partículas óptico (610) equipado com o bocal ejetor de ar que usa as válvulas piezoelétricas da presente invenção pode estabilizar o fornecimento de ar em um estágio inicial que, em conjunto com alta capacidade de resposta durante a abertura da válvula, permite que as partículas sejam classificadas de forma mais estável.

[116] No separador de partículas óptico, as partículas que devem ser separadas são tipicamente grãos de cereais e grãos de arroz, em particular, mas não estão necessariamente limitados a grãos de cereais, e podem ser qualquer objeto desde que o objeto tenha tamanho e massa adequados classificação por jatos de ar.

[117] Note que na válvula piezoelétrica da presente invenção, os mecanismos de ampliação de deslocamento podem ser colocados assimetricamente em relação a uma linha que conecta o eixo longitudinal do elemento piezoelétrico e o percurso de escape ou um mecanismo de ampliação de deslocamento único pode ser fornecido.

[118] Além disso, na válvula piezoelétrica da presente invenção, o disco de válvula pode ser unido a uma extremidade do membro de braço.

[119] Além disso, na válvula piezoelétrica da presente invenção, o eixo longitudinal do elemento piezoelétrico não tem necessariamente de coincidir com uma direção de operação do disco de válvula.

[120] Desnecessário dizer, a presente invenção não está limitada à modalidade descrita acima e a configuração da presente invenção pode ser alterada conforme apropriado sem se afastar do escopo da invenção.

Aplicabilidade Industrial

[121] A válvula piezoelétrica da presente invenção tem capacidade de resposta superior durante a abertura da válvula, tem capacidade de resposta para estabilizar o fornecimento de gás num estágio inicial e pode ser utilizada eficazmente em vários campos.

[122] Lista de Sinais de Referência 10 válvula piezoelétrica 11 corpo de válvula 111 câmara de pressão de gás 112 percurso de escape 12 disco de válvula 13 elemento piezoelétrico 14 mecanismo de ampliação de deslocamento 15 unidade de acionamento 150 gerador de sinal 151 circuito de acionamento de carregamento 152 circuito de acionamento de descarregamento 18a, 18b membro de braço 19a, 19b mola plana 20 válvula piezoelétrica 21 corpo de válvula 211 câmara de pressão de gás 212 percurso de escape 22 disco de válvula 23 elemento piezoelétrico 24 mecanismo de ampliação de deslocamento 30 atuador 40 válvula piezoelétrica 41 corpo de válvula 411 câmara de pressão de gás 42 cobertura 421 percurso de escape 43 placa 610 separador de partículas óptico 640 calha inclinada 650a, 650b detector óptico 651a, 651b câmera CCD (meios de formação de imagem) 660 controlador 670 dispositivo ejetor de ar 671 bocal ejetor de ar 672 unidade de acionamento 673 dispositivo de fornecimento de ar comprimido

Claims

1. Separador de partículas óptico (610) que inclui uma calha (640) para transferir material a ser selecionado, unidade de detecção óptica (650 a, b) para detectar o material a ser classificado caindo de uma extremidade de calha (640), em uma posição de detecção; e unidade ejetora de ar (670) para assoprar o material a ser selecionado por jatos de ar com base nos resultados de detecção produzidos pela unidade de detecção óptica (650 a, b) ao ser proporcionado mais abaixo do meio de detecção óptica (650 a, b), caracterizado pelo fato de que a unidade ejetora de ar (670) inclui a válvula piezoelétrica (10), que inclui uma câmara de pressão de gás adaptada para receber gás comprimido fornecido externamente e um caminho de exaustão adaptado para descarregar o gás comprimido da câmara de pressão de gás, em que a válvula piezoelétrica (10) compreende: um disco de válvula (12) colocado na câmara de pressão de gás e adaptado para abrir e fechar o caminho de exaustão; um elemento piezoelétrico (13) adaptado para gerar uma força motriz necessária para a operação do disco de válvula (12), como deslocamento; um mecanismo de ampliação de deslocamento (14) adaptado para ampliar o deslocamento do elemento piezoelétrico (13) e aplicar o deslocamento ampliado ao disco de válvula (12); e uma unidade de acionamento (15) compreendendo: um gerador de sinal (150) adaptado para gerar um sinal com base nos resultados de detecção produzidos pela unidade de detecção óptica (650a,b) e aciona e abre o disco de válvula (12) expandindo o elemento piezoelétrico (13), o sinal incluindo no primeiro pré-pulso, no segundo pré- pulso e no pulso principal, o gerador de sinal (150) adaptado ainda para aplicar uma tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico (13) usando o sinal gerado pelo gerador de sinal (150), como um sinal de entrada para um circuito de acionamento (151, 152), e para acionar e abrir o disco de válvula (12) expandindo o elemento piezoelétrico (13); e uma unidade de configuração de sinal adaptada para definir padrões do sinal, incluindo o primeiro pré-pulso, o segundo pré-pulso e o pulso principal, seleciona um sinal mais adequado de uma pluralidade de padrões de sinal definidos previamente na unidade de configuração de sinal, de acordo com um tipo de a -ser classificado, e gera o sinal selecionado usando o gerador de sinal (150).

2. Método para operar o separador óptico de partículas (610) conforme definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de acionamento (15) aplica a tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico (13) com base no primeiro pré-pulso e, desse modo, abre o disco de válvula (12), aplica a tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico (13) com base no segundo pré-pulso e, desse modo, limita as variações em uma quantidade de gás ejetado do percurso de escape logo após a válvula ser aberta, e aplica a tensão de acionamento ao elemento piezoelétrico (13) com base no pulso principal e, desse modo, limita variações adicionais na quantidade de gás ejetado após limitar as variações na quantidade de gás ejetado.

3. Método para acionar uma válvula piezoelétrica (10) conforme definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que após limitar as variações adicionais na quantidade de gás ejetado, a unidade de acionamento (15) remove a tensão de acionamento aplicada ao elemento piezoelétrico (13) com base no pulso principal e fecha o disco de válvula (12).