CN111237528A - 一种直动式微小流量比例阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直动式微小流量比例阀，包括阀体，阀体上设置有进口和出口，进口和出口之间设置有阀口，阀体上固定有电磁线圈组件，电磁线圈组件包括有线圈架、绕置于线圈架上的线圈、静铁芯以及动铁芯，静铁芯固定于线圈架的中孔的上部，动铁芯能够轴向移动地装配于线圈架的中孔的下部，动铁芯的下端设置有与阀口配合的密封橡胶垫，密封橡胶垫的中部嵌配有一片式弹簧，片式弹簧的弹性力曲线与各电磁力曲线相交，交点处弹性力曲线的切线与对应的电磁力曲线的切线所成夹角相等，夹角≤90°。其优点在于：结构简单、合理，使直动式微小流量比例阀的输入电信号(电压、电流)与输出流量之间能够获得近似的线性关系，从而实现在气体领域的应用。

Description

一种直动式微小流量比例阀

技术领域

本发明涉及气体流量控制技术领域，尤其指一种直动式微小流量比例阀。

背景技术

流体(气体和液体)的流量，在外部条件(压力和温度等)不变时。一般与流体流过的空间的横截面的大小相关。对于具体的流量控制阀来说，就是控制阀口的开度来实现所需大小的流量值的输出。

所谓的流量比例控制阀是指，一个控制阀的流量输出量与其所加的输入信号值(电流或电压)成线性关系。直动式比例流量阀一般由控制电路，电机械转换器，控制阀口组成。其控制机理是，输入电信号(电压/电流)输入到控制电路，信号放大后，输入到电机械转换器输出机械位移，这个位移对应于控制阀的阀口开度，于是控制阀输出的流量值与输入电信号建立相应的线性关系。

这种控制的方式，在液体流量控制领域，已经得到广泛应用，而且效果良好。其实现的机理是，输入信号通过控制电路放大后，输入到专门设计的被称为比例电磁铁的电机械转换器中，电机械转换器的动铁芯(衔铁)输出一个与输入信号成比例关系的位移，推动控制阀的阀芯输出一个对应的阀口开度，在一定的流量范围内，液体的流量与阀口的开度成近似的比例关系，这样控制阀的流量与输入信号也成比例关系了。

但是，由于气体的物理特性和液体有很大的不同，一般液体被认为是不可压缩流体，而气体，显然是可压缩流体。气体流过阀口的流量与阀口的开度是非线性关系。这样，气体的流量就不可能与输入信号成比例关系了。

现有电磁阀可以分为阀体组件和电磁线圈二部分组成。电磁线圈由线圈架、螺旋管线圈、静铁芯、动铁芯和弹簧组成。电磁阀实现电机械转换器的功能，即把电信号(电压/电流)通过电磁场转换成机械位移。阀体组件由阀体和相关密封圈组成，起到控制气体流动的作用；电磁力与输入电流的大小和动铁芯的位移相关，但是，现有电磁阀采用用的是螺旋弹簧，弹簧力与位移是线性关系(见图7)。当电磁力和弹簧力平衡时，动铁芯就会稳定在某个位置，因而产生一个稳定的位移；显然，这个位移，与线圈的输入电信号(电压/电流)很难产生线性关系。这样再考虑到气体在阀口流动的非线性特征，流量阀流量与输入电信号(电压/电流)之间是两级非线性关系的叠加。

因此，在气体流量控制领域，到目前为止，还没有好的产品提供市场应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供结构简单、合理，适用于气体流量控制的一种直动式微小流量比例阀。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种直动式微小流量比例阀，包括有阀体，阀体上设置有进口和出口，进口和出口之间设置有阀口，阀体上固定有电磁线圈组件，电磁线圈组件包括有线圈架、绕置于线圈架上的线圈、静铁芯以及动铁芯，静铁芯固定于线圈架的中孔的上部，动铁芯能够轴向移动地装配于线圈架的中孔的下部，动铁芯的下端设置有与阀口配合的密封橡胶垫，密封橡胶垫的中部嵌配有一片式弹簧，片式弹簧的弹性力曲线与各电磁力曲线相交，交点处弹性力曲线的切线与对应的电磁力曲线的切线所成夹角相等，夹角≤90°。

优化的技术措施还包括：

上述的片式弹簧的中心设置中心孔，中心孔的外周设置有冲孔形成的图案单元构成的图案组合，图案单元的数量为4N个，N为大于或者等于2的自然数；图案单元呈轴对称结构，图案单元在圆周上均匀分布。

上述的N为2、3、4。

上述的片式弹簧的厚度为0.25mm至0.35mm。

上述的片式弹簧的外径≥10mm，中心孔的直径≤5mm。

上述的动铁芯的下部外周设置有导磁环。

上述的片式弹簧的外周与所述导磁环之间设置有压环，片式弹簧设置于压环与阀体之间。

上述的静铁芯与线圈架的内壁之间设置有密封圈。

上述的线圈架以及线圈外包裹有外壳套。

本发明的一种直动式微小流量比例阀，结构简单、合理，采用现有电磁阀的基本结构，用片式弹簧替代螺旋弹簧，设计片式弹簧的弹性曲线与电磁力曲线的稳定相关方式，用非线性弹簧力和非线性电磁力之间的匹配来实现输入电信号(电压/电流)与输出位移之间的特定函数关系，使直动式微小流量比例阀的输入电信号(电压、电流)与输出流量之间能够获得近似的线性关系，从而实现在气体领域的应用。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是图1中片式弹簧的结构示意图；

图3是本发明实施例一片式弹簧的弹簧力曲线与电磁力曲线关系图；

图4是本发明实施例二的片式弹簧的结构示意图；

图5是本发明实施例三的片式弹簧的结构示意图；

图6是本发明实施例四的片式弹簧的结构示意图；

图7是螺旋弹簧的弹簧力与电磁力曲线关系图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图6所示为本发明的结构示意图，

其中的附图标记为：阀体1、进口A、出口P、阀口1a、线圈架21、线圈22、静铁芯23、密封圈23a、动铁芯24、密封橡胶垫24a、外壳套25、片式弹簧3、中心孔3a、图案组合3b、导磁环4、压环5。

实施例一，如图1至图3所示，

一种直动式微小流量比例阀，包括有阀体1，阀体1上设置有进口A和出口P，进口A和出口P之间设置有阀口1a，阀体1上固定有电磁线圈组件，电磁线圈组件包括有线圈架21、绕置于线圈架21上的线圈22、静铁芯23以及动铁芯24，静铁芯23固定于线圈架21的中孔的上部，动铁芯24能够轴向移动地装配于线圈架21的中孔的下部，动铁芯24的下端设置有与阀口1a配合的密封橡胶垫24a，密封橡胶垫24a的中部嵌配有一片式弹簧3，片式弹簧3的弹性力曲线与各电磁力曲线相交，交点处弹性力曲线的切线与对应的电磁力曲线的切线所成夹角相等，夹角≤90°。微小流量比例阀的流量范围：标准状态下的流量小于100l/min。

实施例中，片式弹簧3的中心设置中心孔3a，中心孔3a的外周设置有冲孔形成的图案单元构成的图案组合3b，图案单元的数量为4N个，N为大于或者等于2的自然数；图案单元呈轴对称结构，图案单元在圆周上均匀分布。

限于制造原因，N一般为2、3、4，即图案单元的数量一般为8个、12个或者16个。

片式弹簧3的厚度为0.25mm至0.35mm。而片式弹簧3的外径≥10mm，中心孔3a的直径≤5mm。片式弹簧3较好地满足弹性力学中薄板变形的假设条件，这样，便可以用有限元法来计算片式弹簧的应力应变关系，从而设计得到片式弹簧3。如图2所示，本实施例中的片式弹簧3，其图案单元为酒瓶形状的通孔；图案单元的数量为12个。

如图3所示，本实施例中的片式弹簧3的弹簧力曲线与电磁力曲线(I1、I2、I3)分别相交，交点处两切线的夹角(取两个夹角中≤90°的一个)分别为∠A、∠B和∠C,满足∠A=∠B=∠C。图3中，横坐标的变量X为片式弹簧3的压缩量(片式弹簧3的压缩量=动铁芯24的位移)。

实施例中，动铁芯24的下部外周设置有导磁环4。

实施例中，片式弹簧3的外周与所述导磁环4之间设置有压环5，片式弹簧3设置于压环5与阀体1之间。

实施例中，静铁芯23与线圈架21的内壁之间设置有密封圈23a。

实施例中，线圈架21以及线圈22外包裹有外壳套25。

实施例二，如图4所示，本实施例中的片式弹簧3，其图案单元为蝴蝶形状的通孔；图案单元的数量为8个。

实施例三，如图5所示，本实施例中的片式弹簧3，其图案单元由两部分组成，包括一个腰型孔和一个水滴形状的通孔；图案单元的数量为16个。

实施例四，如图6所示，本实施例中的片式弹簧3，其图案单元由三部分组成，包括一个蝴蝶形状的通孔、一个蝴蝶形状的通孔右侧的圆形通孔和一个蝴蝶形状的通孔上侧的圆形通孔；图案单元的数量为8个。

上述4种片式弹簧3均满足片式弹簧3的弹性力曲线与各电磁力曲线相交，交点处弹性力曲线的切线与对应的电磁力曲线的切线所成夹角相等的条件；。通过这类片式弹簧3的设置，设计片式弹簧的弹性曲线与电磁力曲线的稳定相关方式，用非线性弹簧力和非线性电磁力之间的匹配来实现输入电信号(电压/电流)与输出位移之间的特定函数关系，使直动式微小流量比例阀的输入电信号(电压、电流)与输出流量之间能够获得近似的线性关系，从而实现在气体领域的应用。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (9)

1.一种直动式微小流量比例阀，包括有阀体(1)，所述的阀体(1)上设置有进口(A)和出口(P)，所述的进口(A)和出口(P)之间设置有阀口(1a)，其特征是：所述的阀体(1)上固定有电磁线圈组件，所述的电磁线圈组件包括有线圈架(21)、绕置于线圈架(21)上的线圈(22)、静铁芯(23)以及动铁芯(24)，所述的静铁芯(23)固定于线圈架(21)的中孔的上部，所述的动铁芯(24)能够轴向移动地装配于线圈架(21)的中孔的下部，所述的动铁芯(24)的下端设置有与阀口(1a)配合的密封橡胶垫(24a)，所述的密封橡胶垫(24a)的中部嵌配有一片式弹簧(3)，所述的片式弹簧(3)的弹性力曲线与各电磁力曲线相交，交点处弹性力曲线的切线与对应的电磁力曲线的切线所成夹角相等，所述的夹角≤90°。

2.根据权利要求1所述的一种直动式微小流量比例阀，其特征是：所述的片式弹簧(3)的中心设置中心孔(3a)，所述的中心孔(3a)的外周设置有冲孔形成的图案单元构成的图案组合(3b)，所述的图案单元的数量为4N个，N为大于或者等于2的自然数；所述的图案单元呈轴对称结构，所述的图案单元在圆周上均匀分布。

3.根据权利要求2所述的一种直动式微小流量比例阀，其特征是：所述的N为2、3、4。

4.根据权利要求3所述的一种直动式微小流量比例阀，其特征是：所述的片式弹簧(3)的厚度为0.25mm至0.35mm。

5.根据权利要求4所述的一种直动式微小流量比例阀，其特征是：所述的片式弹簧(3)的外径≥10mm，所述的中心孔(3a)的直径≤5mm。

6.根据权利要求5所述的一种直动式微小流量比例阀，其特征是：所述的动铁芯(24)的下部外周设置有导磁环(4)。

7.根据权利要求6所述的一种直动式微小流量比例阀，其特征是：所述的片式弹簧(3)的外周与所述导磁环(4)之间设置有压环(5)，所述的片式弹簧(3)设置于压环(5)与阀体(1)之间。

8.根据权利要求7所述的一种直动式微小流量比例阀，其特征是：所述的静铁芯(23)与线圈架(21)的内壁之间设置有密封圈(23a)。

9.根据权利要求8所述的一种直动式微小流量比例阀，其特征是：所述的线圈架(21)以及线圈(22)外包裹有外壳套(25)。

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