CN105090595B - 切换阀及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切换阀，包括：电磁驱动装置；防倒转的棘轮装置，用于在电磁驱动装置的轴向驱动作用下，输出沿电磁驱动装置周向的旋转运动并转动第一预定角度；复位装置，与棘轮装置的输出端耦合，用于将棘轮装置沿电磁驱动装置的周向回复到初始状态；阀口切换装置，在旋转运动的驱动下实现阀口的切换。本发明避免了现有技术中采用步进电机时的失步问题，具有精度高、成本低的特点。

Description

切换阀及其控制方法

技术领域

本发明涉及阀门领域，特别是涉及一种切换阀及其控制方法。

背景技术

现有技术中的切换阀通常采用步进电机式结构对其状态进行切换。由于采用了步进电机进行状态切换，因此，在使用过程中会存在失步的现象，因此，具有精度要求高、生产成本及材料要求较高的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种可避免失步问题、精度高、成本低的切换阀及其控制方法。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种切换阀，包括：电磁驱动装置；防倒转的棘轮装置，用于在电磁驱动装置的轴向驱动作用下，输出沿电磁驱动装置周向的旋转运动并转动第一预定角度；复位装置，与棘轮装置的输出端耦合，用于将棘轮装置沿电磁驱动装置的周向回复到初始状态；阀口切换装置，在旋转运动的驱动下实现阀口的切换。

进一步地，电磁驱动装置包括：铁芯，固定地设置；直流线圈，与铁芯耦合；吸引子，活动地设置在铁芯的一端；第一弹性复位元件，使吸引子沿铁芯的轴向复位。

进一步地，棘轮装置包括：棘轮，活动地设置在铁芯的另一端，吸引子驱动棘轮向远离铁芯的方向运动；转子，活动地设置在棘轮的远离铁芯的一侧，且棘轮通过沿铁芯轴向的运动驱动转子旋转第一预定角度。

进一步地，复位装置包括：永磁铁，驱动转子与棘轮分离；第二弹性复位元件，使转子沿铁芯的周向复位。

进一步地，阀口切换装置包括：阀座，固定地设置；滑块，与转子连接，且设置在转子与阀座之间，转子驱动滑块转动以实现阀座上的各阀口之间的切换。

进一步地，铁芯包括通孔，棘轮包括贯穿通孔的柱体，柱体的自由端突出于铁芯。

进一步地，电磁驱动装置还包括限位销，限位销的一端与铁芯的另一端连接，且限位销沿铁芯的轴向设置在棘轮周向侧面的限位槽内。

作为本发明的另一个方面，提供了一种切换阀的控制方法，提供上述的切换阀，获取切换阀的阀口的当前状态及目标切换状态；根据当前状态与目标切换状态确定切换阀的通电次数；根据通电次数向切换阀的线圈通电，以使切换阀进入目标切换状态。

进一步地，通电次数是根据以下两种方式中的任一种确定的：当前状态与目标切换状态之间的旋转角度差、以及第一预定角度确定的；或根据预先设定的、用于确定切换阀在各状态之间切换所对应的通电次数的通电次数查询表确定。

本发明采用棘轮传动的原理，将棘轮的轴向往复运动转变为转子和滑块的周向转动，这样，就实现了在阀座的多个阀口之间的位置切换。由于采用棘轮的荆齿与转子的棘轮的机械定位，因而，避免了现有技术中采用步进电机时的失步问题，具有精度高、成本低的特点。

附图说明

图1示意性示出了本发明的整体结构示意图；

图2示意性示出了本发明的内部结构示意图；

图3示意性示出了棘轮、转子、滑块与阀座之间的立体安装结构示意图；

图4示意性示出了导管与阀座之间的安装结构示意图；

图5示意性示出了铁芯与限位销之间的安装示意图；

图6示意性示出了棘轮、转子、滑块与阀座之间的安装关系分解图；

图7示意性示出了永磁铁、棘轮、转子、芯轴、滑块与阀座之间的安装关系分解图；

图8示意性示出了本发明中的控制方法的流程图。

图中附图标记：1、铁芯；2、吸引子；3、棘轮；4、转子；5、永磁铁；6、第一弹性复位元件；7、第二弹性复位元件；8、阀座；9、滑块；10、限位销；11、芯轴；12、台阶；13、D形柱；14、D形孔；15、导管；16、直流线圈；17、限位槽；18、通孔；19、台阶部；20、安装孔；21、第一弹簧引脚；22、第二弹簧引脚；23、第一弹簧定位孔；24、第二弹簧定位孔；25、进口；26、A出口；27、B出口；28、C出口；29、中心轴孔。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本发明的第一方面，请参考图1至图7，提供了一种切换阀，特别地，可以是一种四通阀导阀，包括：电磁驱动装置；防倒转的棘轮装置，用于在电磁驱动装置的轴向驱动作用下，输出沿电磁驱动装置周向的旋转运动并转动第一预定角度；复位装置，与棘轮装置的输出端耦合，用于将棘轮装置沿电磁驱动装置的周向回复到初始状态；阀口切换装置，在旋转运动的驱动下实现阀口的切换。

使用时，本发明采用棘轮传动的原理，利用电磁驱动装置向棘轮装置提供一个沿棘轮装置和/或电磁驱动装置的轴向的驱动力，接着，棘轮装置输出一个沿棘轮装置和/或电磁驱动装置的周向旋转的旋转运动。在棘轮装置的作用下，这个旋转运动沿一个预定的方向转动一个预定的角度，而不会发生反转复位的情况。进一步地，阀口切换装置的各阀口之间也在棘轮装置的作用下转动该预定的角度，从而实现阀口的切换。当需要对切换阀复位时(例如发生故障、断电等)，可利用该复位装置将棘轮装置在周向上的运动回复到初始的状态，以便进行后续的操作控制。

由于采用棘轮装置实现了在周向的机械定位，因而，避免了现有技术中采用步进电机时的失步问题，具有精度高、成本低的特点。

优选地，电磁驱动装置包括：铁芯1，固定地设置；直流线圈16，与铁芯1耦合；吸引子2，活动地设置在铁芯1的一端；第一弹性复位元件6，使吸引子2沿铁芯1的轴向复位。其中，当向直流线圈16中通入不同方向的直流电时，可以产生不同方向的磁场，从而控制吸引子2或下述的永磁铁5的运动，以实现阀口切换和复位。

优选地，棘轮装置包括：棘轮3，活动地设置在铁芯1的另一端，吸引子2驱动棘轮3向远离铁芯1的方向运动；转子4，活动地设置在棘轮3的远离铁芯1的一侧，且棘轮3通过沿铁芯1轴向的运动驱动转子4旋转第一预定角度。显然，本发明中的棘轮装置并不限于图示的结构，也可以采用本领域其他的棘轮结构，只要能够实现将轴向直线运动转变为周向的旋转运动即可。

优选地，复位装置包括：永磁铁5，驱动转子4与棘轮3分离，优选地，永磁铁5可以安装在转子4的一侧，当反向通电时，永磁铁5与芯铁因同性相斥原理，与芯铁脱离，向下运动，进一步推动转子，使转子与棘轮装置分离；第一弹性复位元件6，使吸引子2沿铁芯1的轴向复位；第二弹性复位元件7，使转子4沿铁芯1的周向复位。永磁铁5可以是永磁铁，其用于对阀口切换装置的复位。第二弹性复位元件7用于在复位时，向转子4提供复位时的回复力。

优选地，阀口切换装置包括：阀座8，固定地设置；滑块9，与转子4连接，且设置在转子4与阀座8之间，转子4驱动滑块9转动以实现阀座8上的各阀口之间的切换。工作时，第二弹性复位元件7处于压缩状态，可使滑块9与阀座8之间的紧密贴合，实现密封。例如，棘轮3呈倒置T型台阶状。优选地，棘轮3的下端面及转子4的侧面均设有6个均布的荆齿。显然，阀口切换装置也可以使用现有技术中的任一种阀口切换装置。

例如，第二弹性复位元件7可以是异形弹簧。例如可以是一组合式弹簧，上端为压缩弹簧，下端为扭转弹簧，上端被压缩后，使得滑块与阀座贴合紧密，并在正向通电时，使得设置在第二弹性复位元件7上端的转子能与棘轮保持贴合。

优选地，请参考图6，第二弹性复位元件7为异形弹簧，其的一端与转子4固定连接，另一端与阀座8固定连接。例如，请参考图6和图7，在转子4上设置有第一弹簧定位孔23，在阀座8上设置有第二弹簧定位孔24。第二弹性复位元件7具有第一弹簧引脚21和第二弹簧引脚22。安装时，可将第一弹簧引脚21插入第一弹簧定位孔23，并将第二弹簧引脚22插入第二弹簧定位孔24中。

可见，本发明中，通过直流线圈16的得电与失电，可以控制棘轮3的上下运动，从而使其沿图6中的箭头A所示的方向来回运动。

当需要进行切换时，设置在铁芯1的外部的直流线圈16得电，于是，吸引子2与铁芯1吸合，即吸引子2向铁芯1的端部运动，从而将第一弹性复位元件6压缩。在此过程中，吸引子2将棘轮3向下推动。于是，棘轮3的荆齿的斜面从斜向推动设在转子荆齿上端的斜面，从而使转子4旋转第一预定角度(例如，60度)。在转子4的旋转过程中，滑块9也随之一起同步地转动。这样，就可以利用滑块9的旋转位置，实现阀座8的各工作口的状态切换。

当直流线圈16失电后，吸引子2在第一弹性复位元件6的作用下，回复到图1所示的初始状态。

当直流线圈16反向通电后，铁芯1的磁极反转，设置在铁芯1的下端的永磁铁5(例如，可以是永磁铁等)受到同性相斥的电磁推力，沿轴向向下运动，从而带动转子4向下运动，并与棘轮3分离。

由于转子4转动后，使第二弹性复位元件7发生扭转，于是，转子4脱离了棘轮3的限制，回复到自由状态时，第二弹性复位元件7驱动转子4反向转动，从而回复到初始位置。因此，可利用反向通电，使本发明中的切换阀复位，例如回复到全关的状态。

可见，本发明采用棘轮传动的原理，将棘轮3的轴向往复运动转变为转子4和滑块9的周向转动，这样，就实现了在阀座8的多个阀口之间的位置切换。由于采用棘轮3的荆齿与转子4的棘轮的机械定位，因而，避免了现有技术中采用步进电机时的失步问题，具有精度高、成本低的特点。

请参考图6，阀座8上设置有多个阀口，例如，包括进口25和多个出口。例如，在图6所示的实施例中，出口包括A出口26、B出口27和C出口28。滑块9旋转到不同的位置时，实现阀座8的各阀口之间的切换。例如，当转子4转动60度后，滑块9也转动60度，此时，在滑块9的作用下，进口25与A出口26连通。如此类推，便可实现各阀口之间的切换。

请参考图1，优选地，切换阀还包括导管15，铁芯1、吸引子2、棘轮3、转子4、永磁铁5、第一弹性复位元件6、第二弹性复位元件7和滑块9均设置在导管15内。其中，铁芯1与导管15固定连接。吸引子2、棘轮3、转子4可在导管15的导向作用下，在导管15内运动。请参考图4，优选地，阀座8焊接在导管15的端部。

优选地，请参考图5，铁芯1包括通孔18，棘轮3包括贯穿通孔18的柱体，柱体的自由端突出于铁芯1。

优选地，请参考图5，通孔18内设置有台阶部19，第一弹性复位元件6安装在台阶部19内，且第一弹性复位元件6的一端与台阶部19的端面接触，另一端与吸引子2相对设置。

优选地，请参考图1、图2、图5和图6，电磁驱动装置还包括限位销10，限位销10的一端与铁芯1的另一端连接，且限位销10沿铁芯1的轴向设置在棘轮3周向侧面的限位槽17内。通过限位销10可以使棘轮3仅沿轴向运动，而不发生旋转。请参考图5，在铁芯1的底部设置有安装孔20，限位销10的所述一端安装在安装孔20内。设置在转子4的荆齿上的限位面与限位销10触碰后，停止转动。

优选地，请参考图7，切换阀还包括芯轴11，棘轮3、转子4和阀座8的轴心均设置有中心轴孔29，芯轴11设在棘轮3、转子4和阀座8的中心轴孔29内。通过芯轴11，可以保障转子4的径向转动。优选地，芯轴11上设置有用于限制棘轮3运动的台阶12。当转子4被永磁铁5推动沿轴向向下运动后，棘轮3的底部贴合在芯轴11的台阶12上，从而保证与转子4的完全脱离。

优选地，请参考图6，转子4包括D形柱13，D形柱插入滑块9上的D形孔14内。D形柱13插入D形孔14内，使滑块9与转子4能同步转动。在图6中，转子4按箭头B所示的方向转动。

作为本发明的第二方面，请参考图8，提供了一种切换阀的控制方法，提供上述的切换阀，其特征在于，获取切换阀的阀口的当前状态及目标切换状态；根据当前状态与目标切换状态确定切换阀的通电次数；根据通电次数向切换阀的直流线圈通电，以使切换阀进入目标切换状态。

可见，本发明中的控制方法，可以根据状态变化确定通电次数，然后向切换阀的直流线圈通过相应的次数的电流，从而控制切换阀的状态，具有切换精度高、控制简单方便的特点。

优选地，通电次数是根据以下两种方式中的任一种确定的：当前状态与目标切换状态之间的旋转角度差、以及第一预定角度确定的；或根据预先设定的、用于确定切换阀在各状态之间切换所对应的通电次数的通电次数查询表确定。

优选地，目标切换状态是根据需要控制并稳定的温度信号确定的。

请参考图8，本发明中的控制方法可采用控制器，例如单片机、PLC等来实现。控制器运行时，会自动记录本次运行的当前状态，以备下次切换时进行状态判断。如果突然遇到停电，那么控制器记录的状态数据会丢失，此时，状态判断的结果为未知。

请参考图8，以图6所示的实施例为例，本发明中的切换阀供具有五个切换状态，即O、A、AB、B和C。其中，O是指全关，状态A是指A进口连通，以此类推。

图8中的信号O、信号A、信号AB、信号B和信号C是通过传感器转换得到的。以冰箱为例，在冰箱内有多个温度区，如当其冷冻区温度变化、需要控制并稳定温度时，控制器自动发出一个信号，如信号A。控制器便可根据该信号A对切换阀进行切换。

下面，以一个循环为例，对图8所示的工作过程进行示例性说明。

当进行通电准备后，进行状态判断。如果当前状态是已知的，那么分别进入不同的判断分支。例如，在当前状态为状态O时，还需要进一步根据接收到的信号来判断通电的次数。例如，在当前状态为状态O，且接收到的信号为O时，通电次数为0，即维持原状；在当前状态为状态A，且接收下到信号A时，则通电次数为1次，于是，向切换阀的直流线圈通电1次，从而使切换阀切换至状态A，并记录下此时的当前状态。以此类推，可实现本发明中的切换阀由一个状态切换至另一个状态。

在状态判断的结果为未知时，向切换阀的直流线圈反向通电，从而使切换阀回复到初始状态，即状态O。然后，再根据上述的工作原理，对切换阀进行切换控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种切换阀的控制方法，其中，该切换阀包括：

电磁驱动装置；

防倒转的棘轮装置，用于在所述电磁驱动装置的轴向驱动作用下，输出沿所述电磁驱动装置周向的旋转运动并转动第一预定角度；

复位装置，与所述棘轮装置的输出端耦合，用于将所述棘轮装置沿所述电磁驱动装置的周向回复到初始状态；

阀口切换装置，在所述旋转运动的驱动下实现阀口的切换，

其特征在于，所述控制方法包括：

获取所述切换阀的阀口的当前状态及目标切换状态；

根据所述当前状态与目标切换状态确定所述切换阀的通电次数；

根据所述通电次数向所述切换阀的线圈通电，以使所述切换阀进入所述目标切换状态。

2.根据权利要求1所述的切换阀控制方法，其特征在于，所述电磁驱动装置包括：

铁芯(1)，固定地设置；

直流线圈(16)，与所述铁芯(1)耦合；

吸引子(2)，活动地设置在所述铁芯(1)的一端；

第一弹性复位元件(6)，使所述吸引子(2)沿所述铁芯(1)的轴向复位。

3.根据权利要求2所述的切换阀控制方法，其特征在于，所述棘轮装置包括：

棘轮(3)，活动地设置在所述铁芯(1)的另一端，所述吸引子(2)驱动所述棘轮(3)向远离所述铁芯(1)的方向运动；

转子(4)，活动地设置在所述棘轮(3)的远离所述铁芯(1)的一侧，且所述棘轮(3)通过沿所述铁芯(1)轴向的运动驱动所述转子(4)旋转第一预定角度。

4.根据权利要求3所述的切换阀控制方法，其特征在于，所述复位装置包括：

永磁铁(5)，驱动所述转子(4)与所述棘轮(3)分离；

第二弹性复位元件(7)，使所述转子(4)沿所述铁芯(1)的周向复位。

5.根据权利要求4所述的切换阀控制方法，其特征在于，所述阀口切换装置包括：

阀座(8)，固定地设置；

滑块(9)，与所述转子(4)连接，且设置在所述转子(4)与所述阀座(8)之间，所述转子(4)驱动所述滑块(9)转动以实现所述阀座(8)上的各阀口之间的切换。

6.根据权利要求3所述的切换阀控制方法，其特征在于，所述铁芯(1)包括通孔，所述棘轮(3)包括贯穿所述通孔的柱体，所述柱体的自由端突出于所述铁芯(1)。

7.根据权利要求3所述的切换阀控制方法，其特征在于，所述电磁驱动装置还包括限位销(10)，所述限位销(10)的一端与所述铁芯(1)的另一端连接，且所述限位销(10)沿所述铁芯(1)的轴向设置在所述棘轮(3)周向侧面的限位槽内。

8.根据权利要求1-7任一项所述的切换阀控制方法，其特征在于，所述通电次数是根据以下两种方式中的任一种确定的：

所述当前状态与目标切换状态之间的旋转角度差以及所述第一预定角度确定的；或

根据预先设定的用于确定所述切换阀在各状态之间切换所对应的通电次数的通电次数查询表确定。