CN108758065A - 数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：包括直动溢流阀本体、高响应旋转伺服电机、丝杆装置及数字式伺服控制器；所述直动溢流阀本体包括括阀体、锥阀座、锥阀芯，所述锥阀芯安装在锥阀座内，然后一起套装于阀体中，所述阀体一端与电机安装块紧密连接，另一端安装有压力传感器，所述阀体与电机安装块之间还具有阀体密封圈；所述转子组件的旋转轴尾端侧边安装有角位移传感器；所述滚珠丝杆与锥阀芯的锥尾通过推力弹簧连接；所述电机安装块与旋转轴之间设置有密封衬套。本发明的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，结构简单、反应灵敏、抗污染能力强，流量大，响应速度快，可靠性强，维护成本低。
Description
技术领域
本发明涉及伺服阀技术领域，尤其涉及一种数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀。
背景技术
现有的直动溢流阀一类采用单个高性能比例电磁铁作为驱动元件，电磁铁直接驱动锥阀芯或者通过推力弹簧作用在锥阀芯上，该结构受制于电磁铁的推力不能过大，导致在高压力等级时需要改变压力口面积，影响了阀的通流量。
现有的直动溢流阀另一类采用伺服电机为驱动元件，通过转换机构将作用在锥阀芯上，效率低，加工难度较高，稳定性差。
发明内容
本发明的目的是解决直动式溢流阀存在的电磁铁作为驱动元件时推力不能过大影响了阀的通流量的技术难题，本发明提供了数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，本发明的溢流阀具有高通流量、高性能、高响应、可靠性强、维护简单的特点。
本发明采用的技术方案是：一种数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：包括直动溢流阀本体、高响应旋转伺服电机、丝杆装置及数字式伺服控制器；所述直动溢流阀本体包括括阀体、锥阀座、锥阀芯，所述锥阀芯安装在所述锥阀座内，然后一起套装于阀体中，所述阀体一端与电机安装块紧密连接，另一端安装有压力传感器，所述阀体与电机安装块之间还具有阀体密封圈；所述高响应旋转伺服电机包括定子线圈、组件、刚件、转子组件、电机外壳，所述电机外壳与所述电机安装块紧密连接在一起，所述转子组件位于电机外壳的中心，所述转子组件的旋转轴前端与止推轴承8内孔紧配，所述刚件套装于所述转子组件外部，所述定子组件及线圈位于所述刚件的外部、电机外壳内部；所述转子组件的旋转轴尾端侧边安装有角位移传感器；所述丝杆装置包括止推轴承、旋转支座、滚珠丝杆，所述止推轴承内孔连接在所述转子组件的旋转轴的头部，所述止推轴承与旋转支座连接，所述滚珠丝杆安装在所述旋转支座内；所述滚珠丝杆与锥阀芯的锥尾通过推力弹簧12连接；所述电机安装块与所述旋转轴之间设置有密封衬套。
进一步地，所述锥阀芯有多节，尾端通过推力弹簧12连接滚珠丝杆10，所述滚珠丝杆10外部套装有推力弹簧12，所述推力弹簧12的一端与所述滚珠丝杆10上的弹簧座相连，一端与所述锥阀芯13尾部相连，所述锥阀芯的锥尖部位还套有复位弹簧；所述锥阀座与所述阀体之间还具有锥阀座密封圈，所述阀体与所述电机安装块之间具有阀体密封圈。
进一步地，所述滚珠丝杆的前端具有直径大于阀芯直径的圆台，所述圆台前端通过推力弹簧12连接锥阀芯13，后端通过旋转支座9底部限位；所述滚珠丝杆上具有滚珠槽和位于槽内的滚珠，所述滚珠槽螺旋连接在所述旋转支座内；所述锥阀芯的锥尖朝向压力传感器；所述锥阀芯底部直径为所述圆台直径的70-80％。
进一步地，所述阀体内部具有多级相互连通的且直径不同的圆形腔，从前端到后端，腔体直径依次增大，与压力传感器相连的为直径最小的第一孔腔，用来传递液体介质的压力；紧接着连通第一孔腔的是用来嵌套锥阀座的第二孔腔，所述第二孔腔的侧壁上还具有用于嵌套锥阀座密封圈的台阶；最后端是用于套装所述锥阀芯和所述滚珠丝杆的直径最大的第三孔腔；所述锥阀芯的锥尖嵌套入锥阀座内，所述复位弹簧的一端与所述锥阀座相抵，另一端与所述滚珠丝杆前端的圆台相抵。
进一步地，所述滚珠丝杆位于锥阀芯的外侧一端，电机驱动滚珠丝杆将所述转子组件的旋转角度转化为锥阀芯在水平方向的直线位移，并进一步传递给压力传感器，所述压力传感器精确测量锥阀芯的直线位移并根据测量结果实时反馈调节所述转子组件的旋转角度。
进一步地，所述数字式伺服控制器与上位机连接，所述上位机输入信号经过数字式伺服控制器的PID控制程序转换为对应的电流输入到旋转电机的线圈中；当输入信号为零时，所述转子组件处在最底侧，推力弹簧没有被压缩，溢流阀无压力；当输入信号上升时，旋转电机转子组件逆时针旋转，带动止推轴承和旋转支座旋转，进而推动带弹簧座的滚珠丝杆前进，压缩推力弹簧产生压力，作用在锥阀芯上，与锥阀座口端作用在锥阀芯上的压力平衡；当输入信号下降时，旋转电机转子组件顺时针旋转，带动止推轴承和旋转支座旋转，进而带动带弹簧座的滚珠丝杆后退，推力弹簧压缩量减小，推力作用在锥阀芯上，与锥阀座口端作用在锥阀芯上的压力平衡。
进一步地，旋转伺服电机扭矩不变的情况下，调整丝杆结构改变推力大小，同时溢流阀通流量不变。
进一步地，所述压力传感器连接在溢流阀高压腔，检测压力变化，并实现动态纠正电机信号；角位移传感器连接在旋转电子转子尾部，检测电机转子转角，进而控制丝杆行进长度，压缩推力弹簧，产生压力变化。
进一步地，所述角度传感器和压力传感器双闭环控制。
进一步地，所述数字式伺服控制器安装在控制罩壳上并通过电缆与角位移传感器和电机相连；所述压力传感器外部还具有压力传感器壳罩。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，转子组件的旋转角度转化为锥阀芯在水平方向的直线位移，并进一步传递给压力传感器，压力传感器精确测量阀芯的直线位移并根据测量结果实时反馈调节转子组件的旋转角度，这种设计方式结构简单、反应灵敏、抗污染能力强，流量大，响应速度快，可靠性强，维护成本低。
(2)本发明的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，结构动态特性优于传统溢流阀，数字式伺服控制器可调整不同系统参数，针对性强，适用场合广，可作为先导级驱动其他主级。
(3)本发明的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，相比于比例电磁铁驱动的传统溢流阀，结构简单，无安全位，抗污染能力强，维护成本低，控制算法简单。
附图说明
图1为本发明的滚珠丝杠式直动溢流阀的结构示意图；
图2为实施例1的带有推力弹簧的滚珠丝杆和锥阀芯的结构示意图；
图3为实施例2的不带推力弹簧的滚珠丝杆和锥阀芯的结构示意图；
附图标记如下：角位移传感器1、线圈2、组件3、刚件4、转子组件5、电机外壳6、密封衬套7、止推轴承8、旋转支座9、滚珠丝杆10、电机安装块11、推力弹簧12、锥阀芯13、复位弹簧14、锥阀座15、阀体16、压力传感器17、压力传感器壳罩18、锥阀座密封圈19、阀体密封圈20、数字式伺服控制器21、控制罩壳22上、滚珠23。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，一种数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，包括直动溢流阀本体、高响应旋转伺服电机、丝杆装置及数字式伺服控制器21；其中，直动溢流阀本体包括括阀体16、锥阀座15、锥阀芯13，锥阀芯13安装在锥阀座15内，然后一起套装于阀体16中，阀体16一端与电机安装块11紧密连接，另一端安装有压力传感器17，阀体16与电机安装块11之间还具有阀体密封圈20；高响应旋转伺服电机包括定子线圈2、组件3、刚件4、转子组件5、电机外壳6，电机外壳6与电机安装块11紧密连接在一起，转子组件5位于电机外壳6的中心，转子组件5的旋转轴前端与止推轴承8内孔紧配，刚件4套装于转子组件5外部，定子组件3及线圈2位于刚件4的外部、电机外壳6内部；转子组件5的旋转轴尾端侧边安装有角位移传感器1；丝杆装置包括止推轴承8、旋转支座9、滚珠丝杆10，止推轴承8内孔连接在转子组件5的旋转轴的头部，止推轴承8与旋转支座9连接，滚珠丝杆10安装在旋转支座9内；滚珠丝杆10与锥阀芯13的锥尾通过推力弹簧12连接。电机安装块11与所述旋转轴之间设置有密封衬套7。
如图2所示，锥阀芯13有多节，尾端通过推力弹簧12连接滚珠丝杆10，所述滚珠丝杆10外部套装有推力弹簧12，滚珠丝杆10与锥阀芯13不直接相连，而是通过推力弹簧12连接，推力弹簧12的一端与所述滚珠丝杆10上的弹簧座相连，另一端与所述锥阀芯13尾部相连，锥阀芯13的锥尖部位还套有复位弹簧14；锥阀座15与阀体16之间还具有锥阀座密封圈19，阀体16与电机安装块11之间具有阀体密封圈20。
滚珠丝杆10的前端具有直径大于阀芯直径的圆台，圆台前端通过推力弹簧12连接锥阀芯13，后端通过旋转支座9底部限位；滚珠丝杆10上具有滚珠槽和位于槽内的滚珠23，滚珠槽螺旋连接在旋转支座9内；锥阀芯13的锥尖朝向压力传感器17；锥阀芯底部直径为圆台直径的70-80％。
阀体16内部具有多级相互连通的且直径不同的圆形腔，从前端到后端，腔体直径依次增大，与压力传感器17相连的为直径最小的第一孔腔，用来传递液体介质的压力；紧接着连通第一孔腔的是用来嵌套锥阀座15的第二孔腔，第二孔腔的侧壁上还具有用于嵌套锥阀座密封圈19的台阶；最后端是用于套装锥阀芯13和滚珠丝杆10的直径最大的第三孔腔；锥阀芯13的锥尖嵌套入锥阀座15内，复位弹簧14的一端与锥阀座15相抵，另一端与滚珠丝杆10前端的圆台相抵。
滚珠丝杆10位于锥阀芯13的外侧一端，电机驱动滚珠丝杆10将转子组件5的旋转角度转化为锥阀芯13在水平方向的直线位移，并进一步传递给压力传感器17，压力传感器17精确测量阀芯13的直线位移并根据测量结果实时反馈调节转子组件5的旋转角度。
数字式伺服控制器21与上位机连接，上位机输入信号经过数字式伺服控制器21的PID控制程序转换为对应的电流输入到旋转电机的线圈2中；当输入信号为零时，转子组件5处在最底侧，推力弹簧12没有被压缩，溢流阀无压力；当输入信号上升时，旋转电机转子组件5逆时针旋转，带动止推轴承8和旋转支座9旋转，进而推动带弹簧座的滚珠丝杆10前进，压缩推力弹簧12产生压力，作用在锥阀芯13上，与锥阀座15口端作用在锥阀芯13上的压力平衡；当输入信号下降时，旋转电机转子组件5顺时针旋转，带动止推轴承8和旋转支座9旋转，进而带动带弹簧座的滚珠丝杆10后退，推力弹簧12压缩量减小，推力作用在锥阀芯13上，与锥阀座15口端作用在锥阀芯13上的压力平衡。
旋转伺服电机扭矩不变的情况下，调整丝杆结构改变推力大小，同时溢流阀通流量不变。压力传感器17连接在溢流阀高压腔，检测压力变化，并实现动态纠正电机信号；角位移传感器1连接在旋转电子转子尾部，检测电机转子转角，进而控制丝杆行进长度，压缩推力弹簧，产生压力变化。角度传感器1和压力传感器17双闭环控制。数字式伺服控制器21安装在控制罩壳22上并通过电缆与角位移传感器1和电机相连；压力传感器17外部还具有压力传感器壳罩18。
实施例2
如图1所示，一种数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，包括直动溢流阀本体、高响应旋转伺服电机、丝杆装置及数字式伺服控制器21；其中，直动溢流阀本体包括括阀体16、锥阀座15、锥阀芯13，锥阀芯13安装在锥阀座15内，然后一起套装于阀体16中，阀体16一端与电机安装块11紧密连接，另一端安装有压力传感器17，阀体16与电机安装块11之间还具有阀体密封圈20；高响应旋转伺服电机包括定子线圈2、组件3、刚件4、转子组件5、电机外壳6，电机外壳6与电机安装块11紧密连接在一起，转子组件5位于电机外壳6的中心，转子组件5的旋转轴前端与止推轴承8内孔紧配，刚件4套装于转子组件5外部，定子组件3及线圈2位于刚件4的外部、电机外壳6内部；转子组件5的旋转轴尾端侧边安装有角位移传感器1；丝杆装置包括止推轴承8、旋转支座9、滚珠丝杆10，止推轴承8内孔连接在转子组件5的旋转轴的头部，止推轴承8与旋转支座9连接，滚珠丝杆10安装在旋转支座9内；滚珠丝杆10与锥阀芯13的锥尾通过推力弹簧12连接。
如图3所示，锥阀芯13有多节，尾端通过推力弹簧12连接滚珠丝杆10，所述滚珠丝杆10外部套装有推力弹簧12，与实施例1的不同之处是，滚珠丝杆10与锥阀芯13直接相连，没有推力弹簧，锥阀芯13的锥尖部位还套有复位弹簧14；锥阀座15与阀体16之间还具有锥阀座密封圈19，阀体16与电机安装块11之间具有阀体密封圈20。
滚珠丝杆10的前端具有直径大于阀芯直径的圆台，圆台前端连接锥阀芯13，后端通过旋转支座9底部限位；滚珠丝杆10上具有滚珠槽和位于槽内的滚珠23，滚珠槽螺旋连接在旋转支座9内；锥阀芯13的锥尖朝向压力传感器17；锥阀芯底部直径为圆台直径的70-80％。其他部件的结构和功能同实施例1。
本发明的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，结构简单、反应灵敏、抗污染能力强，流量大，响应速度快，可靠性强，维护成本低。数字式伺服控制器可调整不同系统参数，针对性强，适用场合广，可作为先导级驱动其他主级。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：包括直动溢流阀本体、高响应旋转伺服电机、丝杆装置及数字式伺服控制器(21)；所述直动溢流阀本体包括括阀体(16)、锥阀座(15)、锥阀芯(13)，所述锥阀芯(13)安装在所述锥阀座(15)内，然后一起套装于阀体(16)中，所述阀体(16)一端与电机安装块(11)紧密连接，另一端安装有压力传感器(17)，所述阀体(16)与电机安装块(11)之间还具有阀体密封圈(20)；所述高响应旋转伺服电机包括定子线圈(2)、组件(3)、刚件(4)、转子组件(5)、电机外壳(6)，所述电机外壳(6)与所述电机安装块(11)紧密连接在一起，所述转子组件(5)位于电机外壳(6)的中心，所述转子组件(5)的旋转轴前端与止推轴承(8)内孔紧配，所述刚件(4)套装于所述转子组件(5)外部，所述定子组件(3)及线圈(2)位于所述刚件(4)的外部、电机外壳(6)内部；所述转子组件(5)的旋转轴尾端侧边安装有角位移传感器(1)；所述丝杆装置包括止推轴承(8)、旋转支座(9)、滚珠丝杆(10)，所述止推轴承(8)内孔连接在所述转子组件(5)的旋转轴的头部，所述止推轴承(8)与旋转支座(9)连接，所述滚珠丝杆(10)安装在所述旋转支座(9)内；所述滚珠丝杆(10)与锥阀芯(13)的锥尾通过推力弹簧(12)连接。
2.根据权利要求1所述的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：所述锥阀芯(13)有多节，尾端通过推力弹簧(12)连接滚珠丝杆(10)，所述滚珠丝杆(10)外部套装有推力弹簧(12)，所述推力弹簧(12)的一端与所述滚珠丝杆(10)上的弹簧座相连，一端与所述锥阀芯(13)尾部相连，所述锥阀芯(13)的锥尖部位还套有复位弹簧(14)；所述锥阀座(15)与所述阀体(16)之间还具有锥阀座密封圈(19)，所述阀体(16)与所述电机安装块(11)之间具有阀体密封圈(20)。
3.根据权利要求2所述的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：所述滚珠丝杆(10)的前端具有直径大于阀芯直径的圆台，所述圆台前端通过推力弹簧(12)连接锥阀芯(13)，后端通过旋转支座(9)底部限位；所述滚珠丝杆(10)上具有滚珠槽和位于槽内的滚珠，所述滚珠槽螺旋连接在所述旋转支座(9)内；所述锥阀芯(13)的锥尖朝向压力传感器(17)。
4.根据权利要求3所述的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：所述阀体(16)内部具有多级相互连通的且直径不同的圆形腔，从前端到后端，腔体直径依次增大，与压力传感器(17)相连的为直径最小的第一孔腔，用来传递液体介质的压力；紧接着连通第一孔腔的是用来嵌套锥阀座(15)的第二孔腔，所述第二孔腔的侧壁上还具有用于嵌套锥阀座密封圈(19)的台阶；最后端是用于套装所述锥阀芯(13)和所述滚珠丝杆(10)的第三孔腔；所述锥阀芯(13)的锥尖嵌套入锥阀座(15)内，所述复位弹簧(14)的一端与所述锥阀座(15)相抵，另一端与所述滚珠丝杆(10)前端的圆台相抵。
5.根据权利要求2所述的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：所述滚珠丝杆(10)位于锥阀芯(13)的外侧一端，电机驱动滚珠丝杆(10)将所述转子组件(5)的旋转角度转化为锥阀芯(13)在水平方向的直线位移，并进一步传递给压力传感器(17)，所述压力传感器(17)精确测量阀芯(13)的直线位移并根据测量结果实时反馈调节所述转子组件(5)的旋转角度。
6.根据权利要求1所述的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：所述数字式伺服控制器(21)与上位机连接，所述上位机输入信号经过数字式伺服控制器(21)的PID控制程序转换为对应的电流输入到旋转电机的线圈(2)中；当输入信号为零时，所述转子组件(5)处在最底侧，推力弹簧(12)没有被压缩，溢流阀无压力；当输入信号上升时，旋转电机转子组件(5)逆时针旋转，带动止推轴承(8)和旋转支座(9)旋转，进而推动带弹簧座的滚珠丝杆(10)前进，压缩推力弹簧(12)产生压力，作用在锥阀芯(13)上，与锥阀座(15)口端作用在锥阀芯(13)上的压力平衡；当输入信号下降时，旋转电机转子组件(5)顺时针旋转，带动止推轴承(8)和旋转支座(9)旋转，进而带动带弹簧座的滚珠丝杆(10)后退，推力弹簧(12)压缩量减小，推力作用在锥阀芯(13)上，与锥阀座(15)口端作用在锥阀芯(13)上的压力平衡。
7.根据权利要求1所述的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：旋转伺服电机扭矩不变的情况下，调整丝杆结构改变推力大小，同时溢流阀通流量不变。
8.根据权利要求1所述的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：所述压力传感器(17)连接在溢流阀高压腔，检测压力变化，并实现动态纠正电机信号；角位移传感器(1)连接在旋转电子转子尾部，检测电机转子转角，进而控制丝杆行进长度，压缩推力弹簧，产生压力变化。
9.根据权利要求1所述的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：所述角度传感器(1)和压力传感器(17)双闭环控制。
10.根据权利要求1所述的数字式大流量旋转电机驱动滚珠丝杠式直动溢流阀，其特征在于：所述数字式伺服控制器(21)安装在控制罩壳(22)上并通过电缆与角位移传感器(1)和电机相连；所述压力传感器(17)外部还具有压力传感器壳罩(18)。
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