CN103574129A - 电控阀门组件 - Google Patents

Abstract

电控阀门组件包括电控直线促动器，其具有壳体组件和设置在壳体组件中且可控地相对于壳体响应于接收到的电动机控制命令可旋转的转子。转子包括驱动轴和环形绕线筒，所述环形绕线筒绕驱动轴周向地设置。绕线筒至少部分地限定了在绕线筒和驱动轴之间的接收空腔，且第一多个螺纹设置在驱动轴的端部部分处。促动器进一步包括杆，所述杆相对于壳体组件旋转静止，且其包括配置为与第一多个协作的第二多个螺纹，以响应于转子的旋转而将杆平移到接收空腔中。

Description

电控阀门组件

技术领域

本发明通常涉及电控阀门组件,其具有配置为调整流体流动的直线促动器。

背景技术

阀通常用在流体流动系统以提供流体流动的方向控制。许多阀可以选择性地在打开(即流动)状态和关闭(即不流动)状态之间转变。替换地，一些阀可以逐渐计量（meter）打开和关闭状态之间的流动。阀可以包括控制流体相对于阀门入口和出口流动的双向阀，或可以是控制流体相对于阀门的一对入口和单个出口或阀门的一对出口和单个入口的流动的三向阀。

发明内容

一种电控直线促动器包括壳体组件、转子和杆。转子可以设置在壳体组件中且沿纵向轴线取向。转子可控地响应于接收到的电动机控制命令相对于壳体组件可旋转且可以包括驱动轴和环形绕线筒。驱动轴可以具有第一端部、第二端部且可以沿纵向轴线设置。环形绕线筒可以周向地绕驱动轴设置且在第一端部与驱动轴联接。绕线筒可以至少部分地限定绕线筒和驱动轴之间的接收空腔。第一多个螺纹可以设置在驱动轴的第二端部上。

杆可以沿纵向轴线设置且可以相对于壳体组件静止。杆可以限定圆柱形凹部且可以包括绕圆柱形凹部的第二多个螺纹。在运行期间，第一多个螺纹和第二多个螺纹可以协作，以响应于转子旋转而让杆部平移进入接收空腔。

在一种构造中，转子可以进一步包括绕绕线筒设置的多个电动机绕组;和壳体组件可以包括从多个电动机绕组径向地向外设置的永磁体。在另一构造中，转子可以包括绕绕线筒设置的永磁体，且壳体组件可以包括从永磁体径向地向外设置的多个电动机绕组。

滚针轴承组件可以设置在转子和壳体组件之间，以减少摩擦。同样，止推轴承和PTFE垫圈中的至少一个可以设置在转子和壳体组件之间。

直线促动器可以与电控阀门组件关联使用，所述电控阀门组件进一步包括阀体、阀头、和阀杆。阀体可以限定第一阀座和第二阀座，其中第一阀座和第二阀座沿纵向轴线设置且分开一距离。阀头可以设置在阀体中且被选择性地沿纵向轴线在第一阀座和第二阀座的整个所述距离上平移。阀杆可以具有第一端部、第二端部且可以沿纵向轴线设置。阀杆可以在第一端部联接于阀头。

电控直线促动器可以与阀体联接且配置为选择性地让阀头和阀杆响应于接收到的电动机控制命令而平移。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是包括密封的电控直线促动器的流体阀门的示意性侧视图。

图2是图1的流体阀门实施例的示意性截面图。

图3是图2的直线促动器的放大示意性截面图。

图4是图1的流体阀门实施例的示意性截面图。

图5是图4的直线促动器的放大示意性截面图。

具体实施方式

参见附图，其中在各种附图中相同的附图标记用于表示相同的部件，图1示意性地示出了电控阀门10，其通常可以包括阀体12和电控直线促动器14(即电促动器14)。阀门10可以例如是三向阀门(如所示的)，其特征可以在于三个不同流体端口16、18、20。替换地，在其他构造中，阀门10可以是双向阀门(即仅具有两个端口)或可以是四向或多向阀门(即具有四个或更多端口)。阀门10的进一步细节可从图2和3提供的横截面图看到。

如通常在图2所示的，电促动器14可以配置为通过让阀头22在阀体12中的两个就位位置24、26之间平移而连续调整任何两个相应端口之间的流体流动。该阀头22的运动(沿方向28)例如可以选择性地调整/转移两个出口端口18、20(即分别是排出流动32、34)之间的进入流体流动30。应理解图1-2所示的具体流体流动是出于展示的目提供的且不应该被认为是限制性的。实际上，任何具体端口可以用作入口或出口(只要在各种端口中有至少一个入口和至少一个出口)。

阀门10可以进一步包括或通信至电动机控制器40，所述控制器可以选择性地控制和/或监测电促动器14的促动。在一种构造中电动机控制器40可以接收来自管理系统（未示出)的促动控制信号42和电源供应44，且可以选择性地提供电动机控制信号46到促动器14。在一种构造中，电动机控制器40可以类似于步进电机控制器。在另一构造中，电动机控制器40可以包括控制逻辑，且可以实施为一个或多个数字计算机或数据处理装置，其具有一个或多个微处理器或中央处理单元(CPU)、只读存储器（ROM）、随机访问存储器（RAM）、电可编程只读存储器(EEPROM)、高速时钟、模拟-数字（A/D）和数字-模拟（D/A）电路和任何所需的输入/输出（I/O）电路和/或信号调制和缓冲电路。

仍然参加图2，在一个构造中，可动阀头22可以刚性联接到阀杆50，所述阀杆50通常可以沿纵向轴线52设置。阀杆50可以与电促动器14机械连通，从而促动器14可以让阀杆50和阀头22沿纵向轴线52平移。

电促动器14（在图3中更清楚地示出）可以包括基本上固定的壳体组件60和从动部件62(还称为“转子62”)。转子62可以设置在壳体组件60中且沿纵向轴线52取向。转子62可以可控地相对于壳体组件60旋转，以让阀杆50和阀头22响应于接收到的电动机控制命令/信号46平移。在一种构造中，转子62可以包括绕线筒70、驱动轴72和绕绕线筒70设置的多个电动机绕组74。绕线筒70可以具有基本上环形的形状，且可以周向地绕驱动轴72设置且沿纵向轴线52与驱动轴72同轴对准。驱动轴72可以在第一端76被固定到绕线筒70且在第二端80可以包括多个通道、沟槽或螺纹78。

壳体组件60可以至少部分地围绕转子62，其可以包括从多个电动机绕组74径向地向外设置的一个或多个永磁体82。以这种方式，通过将电流供应通过多个电动机绕组74，转子62可以相对于壳体60旋转(即响应于接收到的电动机控制信号46)。为了减少绕线筒70和壳体60之间的静态和/或动态摩擦，一个或多个轴承或垫圈可以被采用。例如，如图3所示，在一个构造中，滚针轴承组件84可以靠近驱动轴72的第一端76设置，且在绕线筒70和壳体组件60之间。滚针轴承84可以促进转子62的平滑旋转运动，同时基本将转子62中心定位在壳体60中。另外，一个或多个推力轴承和或聚四氟乙烯(PTFE)垫圈86可以沿纵向轴线52设置，以类似地减少绕线筒70和壳体60之间的接触摩擦。

在一种构造中，阀杆50可以限定沿纵向轴线52设置的圆柱形凹部90。阀杆50可以进一步限定绕圆柱形凹部90的多个通道、沟槽或螺纹92(即内部螺纹92)。阀杆50的内部螺纹92可以与驱动轴72的相应螺纹78协作，以让阀杆50响应于转子62的旋转而沿纵向轴线52平移。

为了确保阀杆50平移，而不是仅仅与转子62一起旋转，阀杆可以被限制相对于促动器壳体60和阀体12的旋转。再次参见图2，在一个构造中，旋转限制可以通过在提供平坦表面100或相似键合特征来实现，这种平坦表面或键合特征与阀体12或引导构件102中的匹配轮廓接合。例如，阀杆50可以具有D形横截面轮廓，而引导构件102可以包括配置为接收阀杆50的相似的“D”形开口。

再次参见图3，转子62可以限定出在绕线筒70/电动机绕组74和驱动轴72之间的接收空腔94。接收空腔94可以配置为在阀杆50可控地进入促动器组件14中时接收阀杆50。

如从各种附图中可见的，电促动器14可以是不利用中间传动装置的直接驱动促动器，以增加电动机的机械优势。而且，机械优势可以主要地是驱动轴72和阀杆50的螺纹(即螺纹78、92)的节距的效果。为了减少螺纹接口的接触摩擦，代替螺杆类型的设计，另一构造可以采用驱动轴72和阀杆50之间的滚珠轴承，类似于滚珠丝杠。

图4-5显示了电促动器14的另一构造。如所示的，促动器14可以类似于无刷电动机，其中多个永磁体110设置在转子62上，而多个电动机绕组112沿从永磁体110径向地向外的方向设置在电动机壳体60上。以这种方式，由于消除了旋转的转子62供应电流的需要，促动器14的复杂性可以减小。

再次参见图2，电促动器14可以通过一个或多个弹性材料密封件而与阀体12和外部环境流体隔离。例如，在一个构造中，第一弹性材料密封件120可以设置在阀体12的壁122和可平移阀杆50之间的阀体12的一部分中。以这种方式，弹性材料密封件120可以保持挤压状态，且可以防止流体从阀体12流动进入促动器壳体60。同样，第二弹性材料的密封件124可以设置在促动器壳体60和阀体12的壁122之间。该第二密封件124可以防止流体从周围环境进入促动器壳体60。

本阀门组件10可以允许第一排出端口18和第二排出端口20之间连续可变的流动转移。通过可控地旋转转子62相应的驱动轴72，电动机控制器40可以将阀头22定位在沿第一就位位置24和第二就位位置26之间的距离28的任何点处。如可以理解的，如果阀头22在第一就位位置24接触阀体12的壁122，则整个入口流动30可以经过第二排出端口20。相反地，如果阀头22在第二就位位置26接触阀体12的壁122，则整个入口流动30可以经过第一排出端口18。最后，如果阀头22在第一就位位置24和第二就位位置26之间，则通过相应第一和第二出口端口18、20的出口流动32、34可以由阀头22的位置以及与相应出口端口18、20联接的系统的相对压力一起决定。以这种方式，通过连续地在第一和第二就位位置24、26之间调节阀体12中阀头22的位置，阀门控制器40可以选择性地通过相应出口端口18、20每一个提供更多或更少的流体流动。

在一种构造中，电促动器14可以包括绝对编码器，所述绝对编码器可以为电动机控制器40提供阀头22在相应第一和第二就位位置24、26之间绝对位置的指示。该位置例如可以通过监视阀杆50相对于促动器14的位置而决定。替换地，在另一构造中，阀门控制器40可以包括相对编码器，所述相对编码器可以响应于命令位置(即经由电动机控制信号46而命令的位置)提供转子62的相对旋转的指示。如果相对编码器(或没有编码器)用于决定响应于命令运动的实际运动，则初始化程序可以首先通过控制器40执行，以建立所有相对运动可以基于的零位置。在一种构造中，初始化程序可以包括让阀头沿第一直线方向平移直到其停在第一或第二就位位置24、26中的一个处。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。目的是上述和在附图中所示的所有内容应被理解为仅是示例性的而不是限制性的。

Claims (10)

1.一种电控阀门组件，包括:

阀体，限定了第一阀座和第二阀座，第一阀座和第二阀座沿纵向轴线设置且分开一距离;

阀头，设置在阀体中且选择性地沿纵向轴线在第一阀座和第二阀座之间的整个所述距离上平移;

阀杆，具有第一端部和第二端部且沿纵向轴线设置，阀杆在第一端部处与阀头联接;

电控直线促动器，与阀体联接且配置为选择性地让阀头和阀杆响应于接收到的电动机控制命令而平移，该电促动器包括:

壳体组件;

转子，沿纵向轴线设置在壳体组件中，转子配置为响应于接收到的电动机控制命令而相对于壳体组件旋转;和

其中转子配置为与阀杆的第二端部协作，以让阀杆和阀头响应于转子的旋转而沿纵向轴线平移。

2.如权利要求1所述的阀门组件,其中转子包括:

驱动轴，具有第一端部和第二端部且沿纵向轴线设置;

环形绕线筒，周向地绕驱动轴设置且在第一端部处与驱动轴联接，绕线筒部分地限定出在绕线筒和驱动轴之间的接收空腔;和

其中驱动轴的第二端部配置为与阀杆的第二端部协作，以让阀杆和阀头响应于转子的旋转而沿纵向轴线平移。

3.如权利要求2所述的阀门组件,其中驱动轴包括绕其第二端部设置的第一多个螺纹;

其中阀杆的第二端部包括具有绕凹部设置的第二多个螺纹的圆柱形凹部;和

其中第一多个螺纹和第二多个螺纹协作以响应于转子旋转而让阀杆平移进入接收空腔。

4.如权利要求2所述的阀门组件,其中转子进一步包括绕绕线筒设置的多个电动机绕组;和

其中壳体组件包括从多个电动机绕组径向地向外设置的永磁体。

5.如权利要求2所述的阀门组件,其中转子进一步包括绕绕线筒设置的永磁体;和

其中壳体组件包括从永磁体径向地向外设置的多个电动机绕组。

6.如权利要求1所述的阀门组件,还包括滚针轴承，所述滚针轴承设置在转子和壳体组件之间;和

止推轴承和PTFE垫圈中的至少一个，其设置在转子和壳体组件之间。

7.如权利要求1所述的阀门组件,还包括第一弹性材料密封件和第二弹性材料密封件，所述第一弹性材料密封件设置在阀体和阀杆之间，且所述第二弹性材料密封件设置在直线促动器的壳体组件和阀体之间。

8.如权利要求1所述的阀门组件,其中阀体进一步限定了第一流体端口、第二流体端口和第三流体端口;

其中第一、第二、和第三流体端口每一个与其他相应流体端口选择性流体连通;

其中阀头朝向第一阀座的运动限制第一流体端口和第二流体端口之间的流体连通;和

其中阀头朝向第二阀座的运动限制第一流体端口和第三流体端口之间的流体连通。

9.一种电控阀门组件，包括:

阀体，限定了第一阀座和第二阀座，第一阀座和第二阀座沿纵向轴线设置且分开一距离;

阀头，设置在阀体中且选择性地沿纵向轴线在第一阀座和第二阀座之间的整个所述距离上平移;

阀杆，具有第一端部和第二端部且沿纵向轴线设置，阀杆在第一端部处与阀头联接;

电控直线促动器，与阀体联接且配置为选择性地让阀头和阀杆响应于接收到的电动机控制命令而平移，电促动器包括:

壳体组件;

转子，沿纵向轴线设置在壳体组件中，转子配置为响应于接收到的电动机控制命令而相对于壳体组件旋转,转子包括:

驱动轴，具有第一端部和第二端部且沿纵向轴线设置;

环形绕线筒，周向地绕驱动轴设置且在第一端部处与驱动轴联接，

绕线筒部分地限定出在绕线筒和驱动轴之间的接收空腔;和

其中驱动轴的第二端部配置为与阀杆的第二端部协作，以让阀杆和阀头响应于转子的旋转而沿纵向轴线平移。

10.如权利要求9所述的阀门组件,其中驱动轴包括绕其第二端部设置的第一多个螺纹;

其中阀杆的第二端部包括具有绕凹部设置的第二多个螺纹的圆柱形凹部;和

其中第一多个螺纹和第二多个螺纹协作以响应于转子旋转而让阀杆平移进入接收空腔。

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