CN105090593B - 一种微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀，是由电驱动组件、阀功能组件、信号采集与控制模块通过集成装配组成；电驱动组件中，微型步进电机与方形进给螺母构成微电机机械系统，通过电机轴与方形进给螺母之间的螺纹配合形成力放大作用，可将电机的输出扭矩转化为增大了的线性机械力强制方形螺母和阀芯运动，可以最大限度减小阀在使用过程中液动力、卡紧力、摩擦力、零部件变形和油液污染对阀芯运动的影响，使阀的比列控制性能更为稳定可靠。本发明阀芯位移的精度与微型步进电机的步距角有关，减小步距角可提高阀芯位移精度，本发明整体集装的形式便于安装、使用和维修。

Description

一种微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀

技术领域

本发明属于流体控制执行元件，具体涉及一种采用微型步进电机驱动、将用于流体比例型控制的功能组件与电子控制单元组装为一体的电控滑阀系统。

背景技术

现代工程系统中广泛应用自动控制系统，机、电与流体一体化控制是实现自动控制的主要方式。在机、电与流体一体化控制系统中，流体液体或气体既是控制对象、亦是控制信号或传递能量的载体。按照对流体的控制效果，自动控制可分为断续控制和连续控制。断续控制即开/关控制，连续控制则可实现对流体压力、流量的无级调节控制。在传统的机、电与流体一体化控制中，主要使用动作频率较低的开关式ON-OFF阀来控制流体通道的通断，利用减压阀来调节流体通道的压力，采用节流阀来调节流体通道的流量；这种传统控制系统应用于需要多个输入与输出的场合时，就需要多个开/关阀、减压阀及节流阀，使得系统结构复杂、需要的元件多、制造成本高、安装调试难度大。现代机、电与流体一体化控制系统中，以可实现对流体连续控制的电-流体比例阀替代传统系统中的减压阀和节流阀，使控制系统结构相对简单、性能更为可靠、控制更为方便。

利用电-流体比例阀实现对流体的连续控制，其输出量流体的压力、流量随输入量电流值或电压值的变化而变化，输出量与输入量之间存在一定的比例关系，并可根据需要实现对流体的开环控制或闭环控制，具备闭环控制能力的电-流体比例阀具有信号的反馈系统。不同结构的电-流体比例阀中，电磁驱动的电-流体比例滑阀(电磁比例滑阀)应用最为广泛。电磁比例滑阀主要由比例电磁铁与控制流体通道的滑阀组成；比例电磁铁根据输入信号电流或电压大小产生相应的电磁力，驱动滑阀阀芯产生一定的位移进而改变阀口尺寸，使通过阀口输出流体的压力或流量与输入信号成比列变化；当滑阀阀芯的位移能够以机械、液压或电形式进行反馈时，可使电磁比例滑阀具有闭环控制功能。电磁比例滑阀具有控制精度高、使用灵活、安装方便以及易于计算机控制等诸多优点，应用领域日益得到拓宽。但是，由于采用电磁力驱动，电磁比例滑阀在实际工程应用中，由于受到工作温度、流体液动力、阀芯运动时的卡紧力和摩擦力以及零部件加工制造精度、油液污染和零部件变形等影响，常会出现输入与输出比列关系发生改变、阀芯卡滞导致控制失效等现象。

发明内容

本发明提供一种微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀，以期充分发挥电磁比例滑阀的优势，同时最大限度避免工作温度、流体液动力、阀芯运动时的卡紧力和摩擦力、零部件加工制造精度、油液污染和零部件变形等对阀性能的影响，使阀的比例控制性能更加可靠。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀的结构特点是：所述滑阀由电驱动组件、阀功能组件、信号采集与控制模块通过集成装配组成；

所述电驱动组件包括阀座、微型步进电机和方形进给螺母；

所述阀座是一端通敞、另一端封闭且在封闭端固联有圆形凸台的壳体，阀座的内腔利用隔板分隔为一个圆柱形空腔和一个矩形空腔；所述设于阀座封闭端上的圆形凸台上设有与阀座的圆柱形空腔同轴且连通的方形通孔，所述方形通孔靠近矩形空腔一侧的内侧壁上设有一条截面为矩形的轴向贯通的导槽，所述圆形凸台的外圆周上设有外螺纹；所述矩形空腔位于阀座封闭的一端靠近圆柱形空腔一侧的内侧壁上设有一个与矩形空腔连通的传感器容置腔；所述阀座在通敞的一端以封板封闭，在所述封板上设有用于引出电子控制单元接线引脚的过孔；

所述微型步进电机是低压直流电机，置于阀座的圆柱形空腔内并与圆柱形空腔形成间隙配合，微型步进电机的电机轴上设有外螺纹；

所述方形进给螺母由一段截面为方形的柱体与一段圆柱体同轴固结而成，圆柱体截面的圆周内切于方形柱体截面的四条边；方形进给螺母具有轴向贯通的内螺纹孔，利用所述内螺纹孔使所述方形进给螺母与微型步进电机的电机轴进行螺纹配合，构成微型丝杠/进给螺母机构，在电机轴旋转同时使方形进给螺母的转动受限时，电机轴的旋转运动转化为方形进给螺母的轴向移动；

所述阀功能组件包括阀芯、复位弹簧和阀套；

所述阀芯为台阶圆柱体，所述台阶圆柱体的两端为直径相同的大径圆柱段，中间为一段小径圆柱段，阀芯的轴线处设有轴向贯通的阀芯孔，阀芯的一端大径圆柱段上设有弹簧座孔，所述阀芯孔与所述弹簧座孔连通；

所述复位弹簧为螺旋圆柱弹簧，其外径小于阀芯上弹簧座孔的直径；

所述阀套是由一段大径圆柱与一段小径圆柱固结而成的台阶形圆柱体，所述阀套的大径圆柱上设有大径沉头孔，所述大径沉头孔为内螺纹结构且以其内螺纹与设于阀座的圆形凸台外圆周面上的外螺纹形成螺纹配合，大径圆柱的外圆周面上设有外螺纹；所述阀套的小径圆柱段的轴心沿轴向设有小径沉头孔，所述小径沉头孔与设于阀套的大径圆柱上的大径沉头孔的底部相通且二者同轴，小径沉头孔带有封底板并在封底板上设有轴向通孔，小径沉头孔与阀芯两端的大径圆柱段形成间隙配合，配合间隙的大小在阀内充液时应能确保形成液环密封；阀套的小径圆柱的外圆周面上设有四道环形密封圈槽，在密封圈槽中设置密封圈；相邻的两道环形密封圈槽之间设置为流体均流槽，位于各流体均流槽的底部沿周向均布设2～8个径向 通孔，所述各径向通孔与阀套中的小径沉头孔相连通；所述阀套中自上而下的各流体均流槽依次分别与流体泄压通道T、流体控制通道A以及流体供应通道P相连通；阀套底部的轴向通孔通过阀芯均压通道与流体泄压通道T相连通；

所述信号采集与控制模块包括磁片、位置传感器和电子控制单元；

所述磁片是矩形铁氧体永磁磁片并以胶粘方式粘贴在方形进给螺母方形柱体的一侧平面上；所述位置传感器固定设置在传感器容置腔中，用于获得磁片的位置检测信号；

所述电子控制单元利用微处理器接收由位置传感器输出的位置检测信号，以及由控制信号引脚引入的外部控制信号，经数据处理后向电机功率驱动模块输出控制指令，并由所述电机功率驱动模块根据所述控制指令控制微型步进电机的正转、反转或停机；

集成装配状态下，阀座中的圆柱形空腔与阀套中的大径沉头孔及小径沉头孔同轴且相连通；阀芯具有弹簧座孔的一端大径圆柱段插入在阀套的小径沉头孔中，复位弹簧置于阀芯的弹簧座孔中，并利用所述阀套的小径沉头孔的孔底部形成复位弹簧的预压量；方形进给螺母通过螺纹配合在微型步进电机的电机轴上，所述方形进给螺母置于阀座的方形孔内获得转动限位、微型步进电机置于阀座的圆柱形空腔内，磁片位于所述截面为矩形的轴向贯通的导槽中形成间隙配合，并能够在轴向贯通的导槽中直线移动；利用复位弹簧的弹性力使阀芯与方形进给螺母保持为端面相抵触；电子控制单元整体封装于阀座的矩形空腔内。

本发明微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀的结构特点也在于：所述阀座在其通敞一端靠近沿口的内侧壁上设有一道与沿口平行、截面为三角形的环形凹槽；沿所述封板的周边设置有飞边，所述封板是利用所述飞边与阀座上环形凹槽形成凸凹配合实现限位。

本发明微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀的结构特点也在于：所述微型步进电机是工作电压为4V～36V的永磁式直流步进电机，或是工作电压为4V～36V的磁阻式直流步进机，或是工作电压为4V～36V的混合式直流步进电机。

本发明微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀的结构特点也在于：设置在对微型步进电机正向供电时，其正向旋转并驱动方形进给螺母向阀芯一侧移动；在对微型步进电机反向供电时，其反向旋转并驱动方形进给螺母向微型步进电机一侧移动；在对微型步进电机停止供电时，利用电机轴与方形进给螺母构成的丝杠/螺母机构所具有的自锁功能，使方形进给螺母保持实时位置不变。

本发明微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀的结构特点也在于：所述微型步进电机与电子控制单元之间的电连接采用引脚插焊方式，或是采用引脚插接方式，或是采用贴片焊接方式，或是采用弹性贴接方式。

本发明微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀的结构特点也在于：所述位置传感器 是输出直流电压信号的线性霍尔传感器。

本发明微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀的结构特点也在于：所述位置传感器与电子控制单元之间的电连接采用引脚插焊方式，或是采用引脚插接方式，或是采用贴片焊接方式，或是采用弹性贴接方式。

本发明微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀的结构特点也在于：所述电子控制单元的控制信号引脚接收的外部控制信号是以电源负极引脚的电压为基准的0～+5V直流电压信号。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明中由微型步进电机与方形进给螺母构成微电机机械系统，能够通过电机轴与方形进给螺母之间的螺纹配合形成力放大作用，可将电机的输出扭矩转化为增大了的线性机械力强制方形螺母和阀芯运动，可以最大限度减小阀在使用过程中液动力、卡紧力、摩擦力、零部件变形和油液污染对阀芯运动的影响，使阀的比列控制性能更为稳定可靠。

2.本发明中由于阀芯位移的精度与微型步进电机的步距角有关，因此在电机轴、方形进给螺母螺纹配合的螺距确定的情况下，可以根据控制精度要求选择合适步距角的电机，比如：螺距T为0.2mm，当步距角AM为15度/步时，计算可得方形进给螺母的步进移动距离为0.00833毫米，当AM减小为3度/步时则可达到0.00167毫米，阀芯位移精度大为提高。

3、当所需调节的流体通道开口变化范围BS不大于1mm时，现有常规电磁比例型滑阀的最小动作响应时间TS一般为0.025～0.06秒，流体通道开口调节范围＞1mm时,则动作响应时间TS会大幅度增加；本发明中，按目前常规微型步进电机的额定工作频率FM为2000～12000步/秒，若是螺距T为0.20mm，流体通道开口调节范围BS为1毫米，选定微型步进电机步距角为15度，则通过计算可得阀芯最大响应时间为：FM为2000步/秒时TS为0.06秒，FM为12000步/秒时TS为0.01秒，显然，本发明中阀芯运动的最大响应时间与现有常规电磁比列型滑阀的最小响应时间相当，如选用较高工作频率的微型步进电机，则本发明的阀芯运动的响应时间可大大优于现有现有常规电磁比列型滑阀。

4、本发明整体集装的形式便于安装、使用与维修。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明结构分解示意图；

图3为本发明中电控单元组成原理图；

图4为本发明中在阀安装基座上的安装示意图；

图中标号：1阀座；2封板；3微型步进电机；4电机引脚端子；5方形进给螺母；6阀芯；7复位弹簧；8阀套；9磁片；10位置传感器；11电子控制单元；12电源正极引脚；13电源负极引脚；14控制信号引脚；15第一O型密封圈；16第二O型密封圈；17第三O型密封圈；18第四O型密封圈；101微处理器；102电机功率驱动模块；103内部信号传输通道；104步进电机电连接点；105位置信号采集端；201阀安装基座；202阀芯均压通道；P流体供应通道；A流体控制通道；T流体泄压通道。

具体实施方式

参见图1、图2、图3和图4，微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀由电驱动组件、阀功能组件、信号采集与控制模块通过集成装配组成；

电驱动组件包括阀座1、微型步进电机3和方形进给螺母5；

阀座1是一端通敞、另一端封闭且在封闭一端固设有圆形凸台的壳体，阀座1的内腔利用隔板分隔为一个圆柱形空腔和一个矩形空腔，隔板的顶边设置一缺口；设于阀座1封闭端上的圆形凸台上设有与阀座1的圆柱形空腔同轴且连通的方形通孔，所述方形通孔靠近矩形空腔一侧的内侧壁上设有一条截面为矩形的轴向贯通的导槽，所述圆形凸台的外圆周面上设有外螺纹；所述矩形空腔位于阀座1封闭的一端靠近圆柱形空腔一侧的内侧壁上设有一个与矩形空腔连通的传感器容置腔；所述阀座1在通敞的一端以封板2封闭，在所述封板2上设有用于引出电子控制单元接线引脚的三个过孔。

微型步进电机3是低压直流电机，置于阀座1的圆柱形空腔内并与圆柱形空腔形成间隙配合，微型步进电机3的电机轴上设有外螺纹、壳体上设有电机引脚端子4，电机引脚端子4处在隔板顶边的缺口位置上。

方形进给螺母5由一段截面为方形的柱体与一段圆柱体同轴固结而成，圆柱体截面的圆周内切于方形柱体截面的四条边；方形进给螺母5具有轴向贯通的内螺纹孔，利用所述内螺纹孔使所述方形进给螺母5与微型步进电机3的电机轴进行螺纹配合，构成微型丝杠/进给螺母机构，在电机轴旋转同时使方形进给螺母5的转动受限时，电机轴的旋转运动转化为方形进给螺母5的轴向移动。

阀功能组件包括阀芯6、复位弹簧7和阀套8；

阀芯6为台阶圆柱体，所述台阶圆柱体的两端为直径相同的大径圆柱段，中间为一段小径圆柱段，阀芯6的轴线处设有轴向贯通的阀芯孔，阀芯6的一端大径圆柱段上设有弹簧座孔，所述阀芯孔与所述弹簧座孔连通。

复位弹簧7为螺旋圆柱弹簧，其外径小于阀芯6上弹簧座孔的直径；

阀套8是由一段大径圆柱与一段小径圆柱固结而成的台阶形圆柱体，所述阀套8的大径圆柱上设有大径沉头孔，所述大径沉头孔为内螺纹结构且以其内螺纹与设于阀座1的圆形凸 台外圆周面上的外螺纹形成螺纹配合，大径圆柱的外圆周面上设有外螺纹；所述阀套8的小径圆柱段的轴心沿轴向设有小径沉头孔，所述小径沉头孔与设于阀套8的大径圆柱上的大径沉头孔的底部相通且二者同轴，小径沉头孔带有封底板并在封底板上设有轴向通孔，小径沉头孔与阀芯6两端的大径圆柱段形成间隙配合，配合间隙的大小在阀内充液时应能确保形成液环密封；阀套8的小径圆柱的外圆周面上设有四道环形密封圈槽，在密封圈槽中设置密封圈，自上而下的各道环形密封圈槽中的密封圈依次是第一O型密封圈15、第二O型密封圈16、第三O型密封圈17和第四O型密封圈18；相邻的两道环形密封圈槽之间设置为流体均流槽，位于各流体均流槽的底部沿周向均布设2～8个径向通孔，所述各径向通孔与阀套8中的小径沉头孔相连通；所述阀套8中自上而下的各流体均流槽依次分别与流体泄压通道T、流体控制通道A以及流体供应通道P相连通；阀套8底部的轴向通孔通过阀芯均压通道202与流体泄压通道T相连通。

信号采集与控制模块包括磁片9、位置传感器10和电子控制单元11；

磁片9是矩形铁氧体永磁磁片并以胶粘方式粘贴在方形进给螺母5方形柱体的一侧平面上；所述位置传感器10固定设置在传感器容置腔中，用于获得磁片9的位置检测信号；

如图3和图4所示，电子控制单元11利用微处理器101接收由位置传感器10输出的位置检测信号，以及由控制信号引脚14引入的外部控制信号，经数据处理后通过内部信号传输通道103向电机功率驱动模块102输出控制指令，并由所述电机功率驱动模块102根据所述控制指令控制微型步进电机3的正转、反转或停机；

电子控制单元11将微处理器101、电机功率驱动模块102、内部信号传输通道103及相关连接线路、以及微型步进电机电连接点104和位置信号采集端105通过整体封装形成的控制系统，电子控制单元11具有三个对外接线引脚，分别为电源正极引脚12、电源负极引脚13和控制信号引脚14；电机功率驱动模块102用于接收微处理器101发出的指令，并根据指令对微型步进电机3进行正向供电、反向供电和停止供电；电源正极引脚12和电源负极引脚13用于连接对电子控制单元11供电的外部电源，并同时为微处理器101和功率驱动模块102供电，控制信号引脚14用于连接对电子控制单元11实行控制的外部控制信号通道，控制信号引脚14与微处理器101连接；步进电机电连接点104用于在电子控制单元11与设于微型步进电机3壳体上的电机引脚端子4之间建立电连接，步进电机电连接点104与功率驱动模块102连接形成对微型步进电机3的供电通道；位置信号采集端105用于采集位置传感器10的信号，位置信号采集端105与微处理器101连接。

集成装配状态下，阀座1中的圆柱形空腔与阀套8中的大径沉头孔及小径沉头孔同轴且相连通；阀芯6具有弹簧座孔的一端大径圆柱段插入在阀套8的小径沉头孔中，复位弹簧7 置于阀芯6的弹簧座孔，并利用所述阀套8的小径沉头孔的孔底部形成复位弹簧7的预压量；方形进给螺母5通过螺纹配合在微型步进电机3的电机轴上，所述方形进给螺母5置于阀座1的方形孔内获得转动限位、微型步进电机3置于阀座1的圆柱形空腔内，磁片9位于所述截面为矩形的轴向贯通的导槽中形成间隙配合，并能够在轴向贯通的导槽中直线移动；利用复位弹簧7的弹性力使阀芯6与方形进给螺母5保持为端面相抵触；电子控制单元11整体封装于阀座1的矩形空腔内。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

阀座1在其通敞一端靠近沿口的内侧壁上设有一道与沿口平行、截面为三角形的环形凹槽；沿所述封板2的周边设置有飞边，所述封板2是利用所述飞边与阀座1上环形凹槽形成凸凹配合实现限位。

微型步进电机3是工作电压为4V～36V的永磁式直流步进电机，或是工作电压为4V～36V的磁阻式直流步进机，或是工作电压为4V～36V的混合式直流步进电机。

设置在对微型步进电机3正向供电时使其正向旋转并驱动方形进给螺母5向阀芯6一侧移动；在对微型步进电机3反向供电时使其反向旋转并驱动方形进给螺母5向微型步进电机3一侧移动；在对微型步进电机3停止供电时，利用电机轴与方形进给螺母5构成的丝杠/螺母机构所具有的自锁功能，可使方形进给螺母5保持实时位置不变。

微型步进电机3与电子控制单元11之间的电连接采用引脚插焊方式，或是采用引脚插接方式，或是采用贴片焊接方式，或是采用弹性贴接方式；位置传感器10与电子控制单元11之间的电连接采用引脚插焊方式，或是采用引脚插接方式，或是采用贴片焊接方式，或是采用弹性贴接方式；位置传感器10是输出直流电压信号的线性霍尔传感器。

电子控制单元11的控制信号引脚14接收的外部控制信号是以电源负极引脚13的电压为基准的0～+5V直流电压信号。

如图4所示，在流体控制系统中应用本实施例中滑阀时，将本发明利用阀套8上大径圆柱的外圆周面上设的外螺纹通过螺纹配合安装在基座201上，使套设于阀套8上的四个环形密封圈受到台阶形阀插装孔内圆表面的挤压变形进而将设于阀套8上的三道流体均流槽进行分隔，并使阀安装基座201上预设的流体供应通道P、流体控制通道A和流体泄压通道T对应连通设于阀套8上的3道流体均流槽、同时使阀套小径圆柱端部通过阀芯均压通道202与连通流体泄压通道T的流体均流槽连通。

图4所示为本实施例中滑阀的初始位置，阀芯6在复位弹簧7的作用下处于最上端，此时，阀芯6下端大径圆柱将流体供应通道P完全遮盖、流体不能进入阀套8从而使流体供应通道P截止，流体控制通道A则通过阀芯6与阀套8之间的环形腔连通流体泄压通道T，具 有这一初始状态的阀是为常闭阀；在实际应用比例控制型滑阀进行比例控制时，流体控制通道A中的压力或流量主要受控于阀芯6上端大径圆柱对流体泄压通道T形成的遮盖程度，而遮盖程度大小与流体控制通道A中的压力或流量之间的对应关系皆事先通过对阀总成的标定加以确定；在装配状态下，方形进给螺母5的转动受到约束，微型步进电机3的电机轴的旋转运动传递给方形进给螺母5时只能使其产生轴向运动；方形进给螺母5的轴向位置发生变化时，粘贴于其上的磁片9的位置及磁片9与位置传感器10之间的距离也随之改变，进而引起位置传感器10输出电压的变化。

阀启动工作时，外部电源通过电源正极引脚12和电源负极引脚13对电子控制单元11供电，微处理器101通过位置信号采集端105采集位置传感器10的电压信号，如该电压信号与阀的初始状态对应的电压不符，微处理器101对电机功率驱动模块102发出指令使其对微型步进电机3供电、改变方形进给螺母5的轴向位置直至位置传感器10的电压信号与初始位置相符为止。

当外部通过控制信号引脚14对电子控制单元11施加对应于目标压力或流量控制的直流电压信号后，微处理器101将通过位置信号采集端105采集的位置传感器10的电压信号与外部控制信号进行比对，二者之间存在电压差值时，微处理器101即对电机功率驱动模块102发出指令使其对微型步进电机3供电、进而驱动方形进给螺母5及阀芯6改变轴向位置直至外部控制信号与位置传感器10输出的电压信号之间的差值为0时，微处理器101控制电机功率驱动模块102停止供电；在此过程中，阀芯6的轴向位移改变了其上端大径圆柱对体泄压通道T的遮盖程度并将流体控制通道A的压力或流量控制在对应于外部控制信号的目标数值上。在这一基础上，当需要调节流体控制通道A的压力或流量时，外部给定对应于新的控制目标的电压信号，微处理器101通过对位置传感器10的电压信号与新的外部控制信号的比对、对电机功率驱动模块102发出指令使其对微型步进电机3供电、使驱动方形进给螺母5及阀芯6改变轴向位置直至新的外部控制信号与位置传感器10输出的电压信号之间的差值为0，由此，阀芯6轴向位移到新的位置，将流体控制通道A的压力或流量控制在对应于新的控制目标数值上；在这一调节过程中，由于外部控制信号的大小与流体控制通道A的压力或流量对应成比例，控制信号的变化引起流体控制通道A的压力或流量的对应变化，实现比例调节功能。

阀工作时，如图4所示，阀芯6向上移动时对其下端产生抽吸作用形成的真空由流体泄压通道T通过阀芯均压通道202加以补偿，而阀芯6向下移动的过程中压缩其下部的空间形成的压力则通过阀芯均压通道202释放到流体泄压通道T。

本实施例给出的是本发明应用于常闭阀时的一种典型实施方式，即阀芯6处于初始位置 时，其下端大径圆柱遮盖流体供应通道P、流体控制通道A则连通流体泄压通道T；实际应用中，本发明亦可应用于常开阀，即阀的初始状态下，阀芯6处于最下端，其上端大径圆柱完全遮盖流体泄压通道T使其截止、流体供应通道P连通流体控制通道A，具体应用时只需在微处理器101中设定使阀芯6的初始位置位于最下端即可。

使用过程中，对于流体控制通道A的压力或流量进行比例调节通过外部控制信号加以控制；在调节程中，当对控制流道A的流体压力或流量在达到新目标值之前的变化过程有特殊要求时，例如，在比例调节过程中要求流量或压力是时间的函数时，既可以通过外部控制信号的变化加以实现，也可以通过预设并储存在微处理器101中程序以内部闭环控制方式加以实现。

由于微型电机3的电机轴与方形进给螺母5之间螺纹配合具有确定的螺距，方形进给螺母5的轴向移动速度只与微型步进电机3的步距角及步频有关，方形进给螺母5轴向移动的距离只与微型步进电机3的步距角及步进工作次数有关；方形进给螺母5的轴向移动距离和轴向移动速度分别以下述式(1)和式(2)计算获得：

SS＝T×AM×NM÷360度(毫米) (1)

VS＝T×AM×FM÷360度(毫米/秒) (2)

式中：VS为方形进给螺母5的轴向移动速度；SS为方形进给螺母5的轴向移动距离；T为微型步进电机3的电机轴与方形进给螺母5螺纹配合的螺距，单位为毫米/转；AM为微型步进电机3的步距角，单位为度/步；FM为微型步进电机3的工作频率，单位为步/秒；NM为微型步进电机3步进工作步数，单位为步。

当所需调节的流体通道开口变化范围确定时，阀芯最大响应时间以式(3)计算获得：

TS＝BS÷VS(秒) (3)

式中：TS为阀芯最大响应时间；BS为阀芯调节范围，毫米。

本实施例中，微型步进电机3每步进工作一步，方形进给螺母5移动的距离为T×AM×1÷360度，毫米；因此在微型步进电机3的驱动下，方形进给螺母5实际形成的也是步进式移动；微型步进电机的步距角一般为0.36度/步、0.72度/步、0.9度/步、1.5度/步、1.8度/步、3度/步，精度较低的也可以达到7.5度/步、15度/步或18度/步，由于微型步进电机3的步距角较小，例如，当AM为15度/步、T为0.2毫米时，方形进给螺母5的步进移动距离仅为0.00833毫米，其持续移动时可视同为连续运动过程。

本实施例中，在对微型步进电机3进行正向供电时，方形进给螺母5在其驱动下向阀芯6一侧移动、同时推动阀芯6作同向移动并使复位弹簧7进一步受到压缩；在对微型步进电机3反向供电时，方形进给螺母5在其驱动下向微型步进电机3一侧移动、同时阀芯6在复位弹簧7的作用下随同方形进给螺母5作同向移动；在对微型步进电机3停止供电时，在电机轴与方形进给螺母5形成的自锁功能及复位弹簧7的共同作用下，方形进给螺母5和阀芯6同时维持实时位置不变；阀芯6移动的距离改变了其对各个流体通道的遮盖程度，即阀口的节流效果，由此即可实现滑阀对控制流道A的流体压力或流量的调节控制功能。

当通过外部控制对控制流道A的流体压力或流量进行设定、同时需要对该压力或流量在达到设定值之前的变化过程进行控制时，可以在微处理器101内部预先设定对微型步进电机3进行控制的程序；阀在工作时，粘贴在方形进给螺母5上的磁片9相对于位置传感器10的位置决定了位置传感器10输出的直流电压信号的具体数值，由于阀芯6的运动与方形进给螺母5同步，因而位置传感器10输出的直流电压信号的具体数值对应于阀芯6的具体位置，且该直流电压信号随磁片9与位置传感器10之间距离的加大而成比例的减小；本实施例中滑阀的工作状态由外部直流电压信号进行控制，电子控制单元11的微处理器101将由控制信号引脚14接收到的外部直流电压信号与由位置信号采集端105采集到的位置传感器10的直流电压信号进行比对，当二者之间差值不为0时，微处理器101输出信号控制功率驱动模块102对微型步进电机3供电使其驱动方形进给螺母5作轴向移动、直至二者之间差值为0时停止供电，在此过程中，当控制流道A的流体压力或流量在达到设定值之前的变化过程有特殊要求时，即可以通过预设于微处理器101内部控制程序对微型步进电机3进行控制，以内部闭环控制方式，对控制流道A的流体压力或流量的变化过程进行精准的调节。

Claims (8)

1.一种微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀，其特征是：所述滑阀由电驱动组件、阀功能组件、信号采集与控制模块通过集成装配组成；

所述电驱动组件包括阀座(1)、微型步进电机(3)和方形进给螺母(5)；

所述阀座(1)是一端通敞、另一端封闭且在封闭端固联有圆形凸台的壳体，阀座(1)的内腔利用隔板分隔为一个圆柱形空腔和一个矩形空腔；所述设于阀座(1)封闭端上的圆形凸台上设有与阀座(1)的圆柱形空腔同轴且连通的方形通孔，所述方形通孔靠近矩形空腔一侧的内侧壁上设有一条截面为矩形的轴向贯通的导槽，所述圆形凸台的外圆周上设有外螺纹；所述矩形空腔位于阀座(1)封闭的一端靠近圆柱形空腔一侧的内侧壁上设有一个与矩形空腔连通的传感器容置腔；所述阀座(1)在通敞的一端以封板(2)封闭，在所述封板(2)上设有用于引出电子控制单元接线引脚的过孔；

所述微型步进电机(3)是低压直流电机，置于阀座(1)的圆柱形空腔内并与圆柱形空腔形成间隙配合，微型步进电机(3)的电机轴上设有外螺纹；

所述方形进给螺母(5)由一段截面为方形的柱体与一段圆柱体同轴固结而成，圆柱体截面的圆周内切于方形柱体截面的四条边；方形进给螺母(5)具有轴向贯通的内螺纹孔，利用所述内螺纹孔使所述方形进给螺母(5)与微型步进电机(3)的电机轴进行螺纹配合，构成微型丝杠/进给螺母机构，在电机轴旋转的同时，方形进给螺母(5)的转动受限，进而将电机轴的旋转运动转化为方形进给螺母(5)的轴向移动；

所述阀功能组件包括阀芯(6)、复位弹簧(7)和阀套(8)；

所述阀芯(6)为台阶圆柱体，所述台阶圆柱体的两端为直径相同的大径圆柱段，中间为一段小径圆柱段，阀芯(6)的轴线处设有轴向贯通的阀芯孔，阀芯(6)的一端大径圆柱段上设有弹簧座孔，所述阀芯孔与所述弹簧座孔连通；

所述复位弹簧(7)为螺旋圆柱弹簧，其外径小于阀芯(6)上弹簧座孔的直径；

所述阀套(8)是由一段大径圆柱与一段小径圆柱固结而成的台阶形圆柱体，所述阀套(8)的大径圆柱上设有大径沉头孔，所述大径沉头孔为内螺纹结构且以其内螺纹与设于阀座(1)的圆形凸台外圆周面上的外螺纹形成螺纹配合，大径圆柱的外圆周面上设有外螺纹；所述阀套(8)的小径圆柱段的轴心沿轴向设有小径沉头孔，所述小径沉头孔与设于阀套(8)的大径圆柱上的大径沉头孔的底部相通且二者同轴，小径沉头孔带有封底板并在封底板上设有轴向通孔，小径沉头孔与阀芯(6)两端的大径圆柱段形成间隙配合，配合间隙的大小在阀内充液时应能确保形成液环密封；阀套(8)的小径圆柱的外圆周面上设有四道环形密封圈槽，在密封圈槽中设置密封圈；相邻的两道环形密封圈槽之间设置为流体均流槽，位于各流体均流槽的底部沿周向均布设2～8个径向通孔，所述各径向通孔与阀套(8)中的小径沉头孔相连通；所述阀套(8)中自上而下的各流体均流槽依次分别与流体泄压通道T、流体控制通道A以及流体供应通道P相连通；阀套(8)底部的轴向通孔通过阀芯均压通道(202)与流体泄压通道T相连通；

所述信号采集与控制模块包括磁片(9)、位置传感器(10)和电子控制单元(11)；

所述磁片(9)是矩形铁氧体永磁磁片并以胶粘方式粘贴在方形进给螺母(5)方形柱体的一侧平面上；所述位置传感器(10)固定设置在传感器容置腔中，用于获得磁片(9)的位置检测信号；

所述电子控制单元(11)利用微处理器(101)接收由位置传感器(10)输出的位置检测信号，以及由控制信号引脚(14)引入的外部控制信号，经数据处理后向电机功率驱动模块(102)输出控制指令，并由所述电机功率驱动模块(102)根据所述控制指令控制微型步进电机(3)的正转、反转或停机；

集成装配状态下，阀座(1)中的圆柱形空腔与阀套(8)中的大径沉头孔及小径沉头孔同轴且相连通；阀芯(6)具有弹簧座孔的一端大径圆柱段插入在阀套(8)的小径沉头孔中，复位弹簧(7)置于阀芯(6)的弹簧座孔中，并利用所述阀套(8)的小径沉头孔的孔底部形成复位弹簧(7)的预压量；方形进给螺母(5)通过螺纹配合在微型步进电机(3)的电机轴上，所述方形进给螺母(5)置于阀座(1)的方形孔内获得转动限位、微型步进电机(3)置于阀座(1)的圆柱形空腔内，磁片(9)位于所述截面为矩形的轴向贯通的导槽中形成间隙配合，并能够在轴向贯通的导槽中直线移动；利用复位弹簧(7)的弹性力使阀芯(6)与方形进给螺母(5)保持为端面相抵触；电子控制单元(11)整体封装于阀座(1)的矩形空腔内。

2.根据权利要求1所述的微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀，其特征是：所述阀座(1)在其通敞一端靠近沿口的内侧壁上设有一道与沿口平行、截面为三角形的环形凹槽；沿所述封板(2)的周边设置有飞边，所述封板(2)是利用所述飞边与阀座(1)上环形凹槽形成凸凹配合实现限位。

3.根据权利要求1所述的微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀，其特征是：所述微型步进电机(3)是工作电压为4V～36V的永磁式直流步进电机，或是工作电压为4V～36V的磁阻式直流步进机，或是工作电压为4V～36V的混合式直流步进电机。

4.根据权利要求1所述的微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀，其特征是：设置在对微型步进电机(3)正向供电时，其正向旋转并驱动方形进给螺母(5)向阀芯(6)一侧移动；在对微型步进电机(3)反向供电时，其反向旋转并驱动方形进给螺母(5)向微型步进电机(3)一侧移动；在对微型步进电机(3)停止供电时，利用电机轴与方形进给螺母(5)构成的丝杠/螺母机构所具有的自锁功能，使方形进给螺母(5)保持实时位置不变。

5.根据权利要求1所述的微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀，其特征是：所述微型步进电机(3)与电子控制单元(11)之间的电连接采用引脚插焊方式，或是采用引脚插接方式，或是采用贴片焊接方式，或是采用弹性贴接方式。

6.根据权利要求1所述的微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀，其特征是：所述位置传感器(10)是输出直流电压信号的线性霍尔传感器。

7.根据权利要求1所述的微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀，其特征是：所述位置传感器(10)与电子控制单元(11)之间的电连接采用引脚插焊方式，或是采用引脚插接方式，或是采用贴片焊接方式，或是采用弹性贴接方式。

8.根据权利要求1所述的微型步进电机驱动的集成式比例控制型滑阀，其特征是：所述电子控制单元(11)的控制信号引脚(14)接收的外部控制信号是以电源负极引脚(13)的电压为基准的0～+5V直流电压信号。