CN111102371B - 调节阀 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种调节阀，包括壳体、阀体、转子和定子。其中，壳体包括上容腔和下容腔，下容腔的壁上具有数个连通口；阀体可旋转地安装在下容腔内，阀体上具有数个开口，在阀体旋转时选择性地使数个连通口中的至少两个连通；转子安装在上容腔内并固定在阀体的上部，转子转动时带动阀体旋转；定子在壳体的外侧围绕上容腔设置，通过电磁作用驱动转子旋转；壳体位于上容腔的部分液体隔离定子和转子。本申请提供的调节阀，通过定子和转子之间的电磁作用驱动阀体旋转，无需机械传动，可以使用密封的壳体来容纳转子和阀体，不需要动密封，从而能够有效地提高密封的可靠性，防止泄漏。

Description

调节阀

技术领域

本申请涉及一种车用节温器或冷却液调节阀，尤其涉及磁力调速调节阀。

背景技术

调节阀应用于汽车中，可以通过控制冷却液的流动路径以调节发动机的工作温度，或者可以控制冷却液的通断和流量。调节阀通常包括壳体和阀体，壳体上具有若干个开口，分别用于连接冷却液流动路径内的若干个管路，阀体内具有流体通道，能够流体连通壳体上的若干个开口。阀体能够在壳体内旋转，通过阀体的旋转，阀体内流体通道与壳体上开口的相对位置可以产生变化，从而可以实现流体通道与开口的连通、阻断，也可以切换冷却液的流动路径。

调节阀的中空阀体的旋转通常是通过齿轮等机械传动机构来驱动的，而为了防止冷却液泄漏至机械传动机构，就需要进行相应的密封，尤其是在转动轴处需要设置轴封的动密封。

发明内容

本申请提供的调节阀，通过定子和转子之间的电磁作用驱动阀体旋转，无需机械传动，可以使用密封的壳体来容纳转子和阀体，不需要动密封，从而能够有效地提高密封的可靠性，防止泄漏。

本申请提供一种调节阀，包括：壳体，壳体包括容腔，容腔包括上容腔和下容腔，下容腔的壁上具有数个连通口；阀体，阀体可旋转地安装在下容腔内，阀体上具有数个开口，数个开口之间在阀体内形成通路，使得能够通过通路，在阀体旋转时选择性地使数个连通口中的至少两个连通；转子，转子安装在上容腔内，转子固定在阀体的上部，转子转动时带动阀体旋转；以及定子，定子在壳体的外侧围绕上容腔设置，壳体是绝缘体，定子通过电磁作用驱动转子旋转；其中，壳体位于上容腔的部分液体隔离定子和转子。

根据上述的调节阀，壳体包括上壳体和下壳体，上壳体密封地盖在下壳体上，使得上壳体与下壳体内部形成容腔；其中，上壳体液体隔离定子和转子。

根据上述的调节阀，上壳体包括内层壳体和设置在内层壳体外侧的外层壳体，内层壳体与下壳体内部形成容腔；定子设置在内层壳体和外层壳体之间。

根据上述的调节阀，内层壳体和下壳体内分别形成圆柱形的上容腔和下容腔，其中，上容腔的直径小于下容腔的直径。

根据上述的调节阀，还包括：旋转轴，旋转轴分别与阀体和转子固定，使得转子通过带动旋转轴转动来旋转阀体。

根据上述的调节阀，旋转轴与阀体一体注塑成型。

根据上述的调节阀，还包括：旋转轴的两端分别抵靠壳体的顶部和底部。

根据上述的调节阀，转子是永磁体，定子包括多对磁极，每个磁极上设有绕组。

根据上述的调节阀，还包括：复位装置，复位装置被配置为能够使转子复位。

根据上述的调节阀，复位装置包括扭转弹簧，扭转弹簧设置在壳体和转子之间或者设置在壳体和阀体之间。

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

附图说明

当结合附图阅读以下详细说明时，本申请将变得更易于理解，在整个附图中，相同的附图标记代表相同的零件。

图1A是本申请的调节阀的一个实施例的立体结构示意图；

图1B是图1A中的调节阀的一侧视图；

图2A是沿图1B中B-B线的剖视图；

图2B是图1A和1B所示的调节阀的分解示意图；

图3是图2A和2B所示的定子和转子的简化的示意图；

图4是本申请中的控制器的简化示意图。

具体实施方式

下面将参考构成本说明书一部分的附图对本申请的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是，虽然在本申请中使用表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”等描述本申请的各种示例结构部分和元件，但是在此使用这些术语只是为了方便说明的目的，这些术语是基于附图中显示的示例方位而确定的。由于本申请所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。

图1A是本申请的调节阀的一个实施例的立体结构示意图；图1B是图1A中的调节阀的前侧视图。如图1A和1B所示，调节阀100包括壳体101，壳体101上盖有上盖106。壳体101上设有三个连通口114.1，114.2和114.3，用于与不同的冷却液通路或管道连通。尽管在图1的实施例中，壳体101上设有三个连通口114.1，114.2和114.3，但是在其他的实施例中，也可以根据需要设置两个连通口或更多的连通口。壳体101可以由塑料等绝缘且防水的材料制成。

图2A是沿图1B中的B-B线的剖视图；图2B是图1A和1B所示的调节阀的分解示意图。如图2A和2B所示，壳体101包括上壳体202和下壳体203，上壳体202通过密封圈222密封地连接在下壳体203上，使得上壳体202与下壳体203的内部形成贯通的容腔。壳体101内的容腔包括上容腔212和下容腔213。下壳体203大体上为顶部开口、底部封闭的圆筒形，其包括底部241和侧壁242。下壳体203内形成下容腔213。连通口114.1，114.2和114.3设置在下壳体203的侧壁242上，并与下容腔213流体连通。其中两个连通口114.1，114.2径向相对地设置在下壳体203上。在下壳体203内侧围绕这两个径向相对的连通口114.1，114.2分别设置有密封装置(未示出)。上壳体202包括内层壳体232和外层壳体234。内层壳体232大体为顶部封闭、底部开口的圆筒形，其包括顶部236和侧壁235。内层壳体232内形成上容腔212。上容腔212和下容腔213均为圆柱形，上容腔212的直径小于下容腔213的直径。外层壳体234围绕内层壳体232的侧壁设置，从而外层壳体234也呈圆筒形。外层壳体234的顶部开口地设置，底部237连接到内层壳体232的侧壁235的下端。外层壳体234的侧壁239与内层壳体232的侧壁235之间形成环形的容纳空间238。

调节阀100还包括阀体220，阀体220通过旋转轴250可旋转地安装在下容腔213内。阀体220为中空的圆柱体，其包括顶壁223和圆筒形的侧壁227。阀体220的底部是开口的。旋转轴250与顶壁223一体地形成，并大体上沿侧壁227的旋转中心延伸。旋转轴250包括位于顶壁223上方的上段252和位于顶壁223下方的下段254。旋转轴250的上段252的顶部抵靠上壳体202的内层壳体232的顶部236，而旋转轴250的下段254的底部抵靠下壳体203的底部241。在上壳体202的内层壳体232的顶部236的内侧设置有限位部265，限位部265为圆筒形，使得旋转轴250的上段252的顶部容纳在圆筒形的限位部265内。类似的，在下壳体203的底部241的内侧设置有圆筒形的限位部267，使得旋转轴250的下段254的底部容纳在圆筒形的限位部267内。由此，通过旋转轴250能够将阀体220可旋转地安装在下容腔213内。

阀体220的侧壁227上设有两个开口221.1，221.2，两个开口221.1，221.2之间在阀体220内形成通路。两个开口221.1，221.2径向相对地设置在阀体220上。其中，阀体220上的两个开口221.1，221.2能够与下壳体203上的两个径向相对的连通口114.1，114.2对齐，从而能够使这两个连通口连通。并且，阀体220上的两个开口221.1，221.2可以与下壳体203上的两个径向相对的连通口114.1，114.2的大小设置为不同，从而通过旋转阀体220能够使得其中一个开口221.1或221.2与下壳体203上的其中一个连通口114.1或114.2连通，而另一个开口221.2或221.1与下壳体203上的另一个连通口114.2或114.1断开。壳体203上的另一个连通口114.3不与阀体220上的两个开口221.1，221.2对齐，但是该连通口114.3能够通过壳体203与阀体220之间的缝隙以及阀体220的底部与连通口114.1和/或114.2连通。从而，通过将阀体220旋转至不同的位置，使得能够通过阀体220中的通路选择性地使壳体203上的至少两个连通口相互连通。

需要说明的是，以上阀体上的开口以及壳体上的连通口的设置仅仅是一个实施例。根据本申请的其他实施例，可以根据阀的用途(例如开关阀或切换阀)以及控制逻辑来任意确定阀体上的开口以及壳体上的连通口的数量和位置。

调节阀100还包括转子260和定子270。转子260和定子270相互配合工作，形成能够驱动阀体220相对于壳体101旋转的内转子电机。转子260设置在上容腔212内并套设在旋转轴250的上段252上，从而由阀体220承载。转子260还连接至旋转轴250，转子260转动时可以带动阀体220旋转，例如转子260可以与旋转轴250通过开槽或过盈连接形成一体，从而一起转动。

定子270容纳在上壳体202的外层壳体234的侧壁239与内层壳体232的侧壁235之间所形成的环形的容纳空间238中，从而定子270围绕上容腔212内的转子260设置。上盖106可以盖在上壳体202上，从而将定子270封闭在容纳空间238中。定子270能够通过电源线272与电源(未示出)连接。定子270通电后能够驱动转子260旋转。上壳体202还设有供定子270的电源线272穿出的通道231，例如可以通过在通道231中嵌入pin针并连接到内部PCB板或绕线的方式连接电源线272。定子270能够与控制器380(参见图3)连接，从而通过控制器380控制定子270与转子260的工作。在一些实施例中，定子270的顶部可以设置绕线组支架，以便连线从支架上通过，也可以用来与中心定位。

调节阀100还包括复位装置，用于在断电时使转子260回到初始位置或设定位置，以使得每次启动时均可从固定位置启动转子260。在图2A和图2B所示的实施例中，复位装置包括扭转弹簧280，扭转弹簧280设置在下壳体203和阀体220之间。扭转弹簧280的一端连接至下壳体203的底部241，另一端连接至阀体220的下端。当阀体220随着转子260旋转时，扭转弹簧280产生扭矩或旋转力，从而当定子270断电而使得阀体220失去驱动力时，扭转弹簧280可以将阀体220转回到初始位置，同时带动转子260也转回初始位置。

根据本申请，在其他的实施例中，扭转弹簧280也可以设置在上壳体202和转子260之间，或者设置在壳体202和阀体220之间。在其他的实施例中，复位装置不包括扭转弹簧，而是包括分别安装在定子270和转子260上的一对异性磁极。当定子270断电而使得转子260失去驱动力时，这对异性磁极之间产生的磁场力可以将转子260转回到初始位置。

需要说明的是，尽管在图示的实施例中，壳体101的上壳体202与下壳体203为两个可以分开的部件，在其他的实施例中，上壳体202与下壳体203也可以为一体制成的部件。尽管在图示的实施例中，旋转轴250与阀体220一体地制成，在其他的实施例中，旋转轴250与阀体220也可以为两个单独的部件，旋转轴250插入阀体220的顶壁223中并固定在其中。此外，尽管在图示的实施例中，上壳体202除了内层壳体232以外，还设有外层壳体234，在其他的实施例中，上壳体202也可以不包括外层壳体234，而是通过一个套筒来罩住转子260。

在图2A和图2B所示的实施例中，上壳体202由绝缘且防水的材料，例如塑料，制成。从而，上壳体202可液体隔离转子260和定子270，并且，上壳体202的内层壳体232位于转子260和定子270之间不会影响转子260和定子270的配合工作。

图3是图2A和2B所示的转子260和定子270的简化的示意图，用于示出转子260和定子270是如何配合工作的。如图3所示，定子270围绕转子260设置。转子260是永磁体。定子270包括多对磁极310，每个磁极上设有绕组320，绕组320能够通过电源线272与电源连接。从而定子270可以根据磁极数和从控制器380所接收到的控制信号的频率调节转子260的转速，也可以根据相数控制转子260的旋转档位角度，从而实现无级调速。

具体而言，定子270的磁极310的对数可以根据需要设置。每两个相对的设有绕组的磁极为一相，组成一相控制绕组。电流流过绕组时产生矢量磁场，从而带动转子260旋转一个角度，以使得转子260的磁场方向与定子270的磁场方向一致。电流流过定子270上不同相的绕组，可以产生不同方向的矢量磁场，通过改变电流流过不同的绕组，来控制定子270的磁场方向产生变化，即，旋转不同的角度，使得转子260也随之进行旋转。控制信号可以是电脉冲，每输入一个电脉冲，转子260就转动一个角度，即前进一步。其中，角位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，每一步转动的角度(即步距角)与相数成反比，以及改变绕组通电的顺序可以改变转子的旋转方向。因此，可以根据脉冲数量、频率以及绕组的通电顺序来控制转子260的转动，并根据不同步距要求设置最小角度间隔或步距角。

图4是控制器380的一个实施例的简化示意图。控制器380包括总线401、处理器402、输入接口403、输出接口405以及具有控制程序408的存储器407。处理器402、输入接口403、输出接口405和存储器407，通过总线401通信连接，使得处理器402能够控制输入接口403、输出接口405和存储器407的运行。存储器407用于存储程序、指令和数据，处理器402从存储器407读取程序、指令和数据，并且能够向存储器407写入数据。

输入接口403通过连接404接收信号和数据，例如人工输入的各种参数等。输出接口405通过连接406发送信号和数据，例如向定子270发送脉冲信号(即电流信号)。存储器407中存储有控制程序、以及预先设定的各类数值或参数等数据。可以在生产制造的工程中预先设定各类参数，也可以在使用时通过人工输入或数据导入的方式来设定各类参数。处理器402从输入接口403和存储器407获取各种信号、数据、程序和指令，进行相应的处理，并通过输出接口405进行输出。

本申请的发明人经过长期的观察发现，在传统的采用机械传动的调节阀中，动密封的可靠性会因为密封件长期使用后材料的老化或磨损而变差，从而导致冷却液泄漏至机械传动机构，造成机械传动机构的性能下降甚至损坏。同时本申请的发明人还发现，在机械传动机构中，齿轮磨擦或干涉会带来机械负载增加甚至卡滞，从而导致驱动齿轮的电机效率下降、持续发热、使用寿命减少以及故障率增大等各种问题。并且机械传动机构通常只能设置有限的几个档位进行调速，不能无级调速，且结构相对比较复杂，不利于小型化和大批量自动化装配，实际实施成本较高。

本申请提供的调节阀，采用电磁驱动结构代替机械驱动结构，在转子260和定子270之间通过电磁作用传递驱动力，没有机械传动结构，可以使用完整的壳体进行密封，从而显著地提升了密封的可靠性，有效避免泄漏。并且，壳体101、阀体220等均可注塑成型，充分利用注塑优点减少装配，有利于整体设备的小型化和大批量自动化实施，降低实际实施成本。同时，电磁驱动结构的操作和控制也比较简便灵活，并且可以进行无级调速。

本说明书使用示例来公开本申请，其中的一个或多个示例被图示于附图中。每个示例都是为了解释本申请而提供，而不是为了限制本申请。事实上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，不脱离本申请的范围或精神的情况下可以对本申请进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分的图示的或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以得到更进一步的实施例。因此，其意图是本申请涵盖在所附权利要求书及其等同物的范围内进行的修改和变型。

Claims (10)

1.一种调节阀，其特征在于包括：

壳体，所述壳体包括容腔，所述容腔包括上容腔和下容腔，所述下容腔的壁上具有数个连通口；

阀体，所述阀体可旋转地安装在所述下容腔内，所述阀体上具有数个开口，所述数个开口之间在所述阀体内形成通路，使得能够通过所述通路，在所述阀体旋转时选择性地使所述数个连通口中的至少两个连通；

转子，所述转子安装在所述上容腔内，所述转子固定在所述阀体的上部，所述转子旋转时带动所述阀体旋转；以及

定子，所述定子在所述壳体的外侧围绕所述上容腔设置，所述壳体是绝缘体，所述定子通过电磁作用驱动所述转子旋转；

其中，所述壳体位于所述上容腔的部分液体隔离所述定子和所述转子。

2.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于：

所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体密封地盖在所述下壳体上，使得所述上壳体与所述下壳体内部形成所述容腔；

其中，所述上壳体液体隔离所述定子和所述转子。

3.根据权利要求2所述的调节阀，其特征在于：

所述上壳体包括内层壳体和设置在所述内层壳体外侧的外层壳体，所述内层壳体与所述下壳体内部形成所述容腔；

所述定子设置在所述内层壳体和所述外层壳体之间。

4.根据权利要求3所述的调节阀，其特征在于：

所述内层壳体和所述下壳体内分别形成圆柱形的所述上容腔和所述下容腔，其中，所述上容腔的直径小于所述下容腔的直径。

5.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于还包括：

旋转轴，所述旋转轴分别与所述阀体和所述转子固定，使得所述转子通过带动所述旋转轴转动来旋转所述阀体。

6.根据权利要求5所述的调节阀，其特征在于：

所述旋转轴与所述阀体一体注塑成型。

7.根据权利要求5所述的调节阀，其特征在于还包括：

所述旋转轴的两端分别抵靠所述壳体的顶部和底部。

8.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于：

所述转子是永磁体，所述定子包括多对磁极，每个磁极上设有绕组。

9.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于还包括：

复位装置，所述复位装置被配置为能够使所述转子复位。

10.根据权利要求9所述的调节阀，其特征在于：

所述复位装置包括扭转弹簧，所述扭转弹簧设置在所述壳体和所述转子之间或者设置在所述壳体和所述阀体之间。