CN111963695B - 一种低磨损结构的车用电子膨胀阀和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低磨损结构的车用电子膨胀阀和车辆，其包括阀体总成和线圈总成，阀体总成包括阀座和阀芯部件，壳体内设置有同轴布置的阀芯和转子，阀芯和转子之间设置有丝杠组件，丝杠组件的固定部与阀座固接，转子与丝杠组件的固定部固接，丝杠组件的活动部与阀芯连接，丝杠组件的固定部上设置有全闭下挡块，丝杠组件的活动部上设置有全闭上挡块，阀全闭时，全闭上挡块与全闭下挡块抵接交叉长度小于螺纹的螺距。本发明性能稳定、精度高、寿命长，其不仅可以保持输出的力矩始终保持稳定状态，而且可以在阀全闭时防止传动螺纹受到运动部件惯性动作的撞击和挤压，降低了螺纹的磨损，进而降低了阀运动部件卡死的风险。

Description

一种低磨损结构的车用电子膨胀阀和车辆

技术领域

本发明涉及一种电子膨胀阀，属于膨胀阀技术领域，尤其涉及一种低磨损结构的车用电子膨胀阀和使用了该电子膨胀阀的车辆。

背景技术

在制冷系统中，电子膨胀阀安装在贮液器和蒸发器之间，它把来自贮液器的高压液态制冷剂节流减压，调节和控制进入蒸发器中的制冷剂流量。随着对流量控制精度的要求的提高，电子膨胀阀逐渐应用于汽车空调系统、热泵空调系统以及电池冷却系统中。电子膨胀阀的驱动方式是由控制器通过对传感器采集得到的参数进行计算，向驱动板发出调节指令，由驱动板向电子膨胀阀输出电信号，然后通过步进电机的带动阀芯轴向上下动作，调节电子膨胀阀阀口的节流面积，从而实现对制冷量的控制。

电子膨胀阀已在家用、商用和车用空调中均有应用，现有技术中电子膨胀阀一般采用步进电机的转子与阀芯连接，通过螺纹传动，将径向旋转化为轴向运动，转子旋转的同时带动并跟随阀芯一起轴向运动的结构，这种结构因为包含转子在内的运动部件重量大而导致长期闭阀运行后传动螺纹磨损严重，容易造成阀卡死失效；并且这种结构中的电机转子在开闭阀的过程中转子并非完全处于定子的中心磁场区域内，所以输出的力矩不能始终保持稳定，恶劣工况下有运动部件卡死的风险。另外，现有技术也有电子膨胀阀采用轴承来固定转子，使得转子只进行径向旋转，通过螺纹传动，促使螺杆带动阀芯轴向运动，降低运动部件的重量来减少螺纹摩擦，然而这种结构在阀全闭时阀口和阀芯抵接，而后传动螺纹旋紧完成闭阀动作，传动螺纹旋紧时受到运动部件惯性动作的撞击和挤压，长期运行后螺纹磨损和变形严重，容易造成阀卡死失效；同时阀口和阀芯抵接处易磨损影响产品性能。

在申请号为201010119145.5的中国发明专利申请中公开了一种电子膨胀阀，一种电动阀，具有：阀轴，其随着电动机转子的旋转二旋转，并与固定在阀本体上的阀轴保持架旋合；以及阀芯，其通过阀轴旋转而与阀本体内的阀座接触、分离，该电动机还具有：全闭上挡块部、全开下挡块部，他们随着电动机转子的旋转而旋转；全开上挡块部，其设在阀轴保持架上，在电动阀全开时与全开下挡块部抵接而对阀轴在开阀方向的旋转进行限制；以及全闭下挡块部，其设在阀轴保持架上，在电动阀全闭时与全闭上挡块部抵接而对阀轴在闭阀方向的旋转进行限位。该发明零件个数少，装配容易，即使小型化也可维持较大的阀口径。

该发明中电子膨胀阀采用步进电机的转子与阀芯连接，通过螺纹传动，将径向旋转化为轴向运动，转子旋转的同时带动并跟随阀芯一起轴向运动的结构，这种结构因为包含转子在内的运动部件重量大而导致长期闭阀运行后传动螺纹磨损严重，容易造成阀卡死失效；并且这种结构中的电机转子在开闭阀的过程中转子并非完全处于定子的中心磁场区域内，所以输出的力矩不能始终保持稳定，恶劣工况下有运动部件卡死的风险。

在申请号为2017202833254的中国实用新型专利申请中公开了一种电子膨胀阀，本实用新型公开了一种大口径电子膨胀阀，包括具有流体入口和流体出口的阀体，所述流体入口和流体出口通过连接开口连接，所述连接开口由流量控制装置控制开口的大小，所述流量控制装置包括阀芯、与阀芯连接的螺杆、与螺杆螺纹配合的螺母、带动螺母转动从而使螺杆带动阀芯上下运动实现开口大小控制的磁转子，所述磁转子设于套管内，所述套管外设有驱动磁转子转动的线圈，所述螺母固定在轴承上且轴承在螺母轴向上与螺母螺纹部位错开。该实用新型采用螺母外置轴承结构来减小螺母与螺杆的螺纹副摩擦力，由于轴承与螺母螺纹部位错开，可以防止轴承的内环与螺母螺纹部位过盈配合时带来的影响，以此有效的减小螺母与螺杆的螺纹副摩擦力及干涉。

该实用新型专利中的电子膨胀阀采用轴承来固定转子，使得转子只进行径向旋转，通过螺纹传动，促使螺杆带动阀芯轴向运动，降低运动部件的重量来减少螺纹摩擦，然而这种结构在阀全闭时阀口和阀芯抵接，而后传动螺纹旋紧完成闭阀动作，传动螺纹旋紧时受到运动部件惯性动作的撞击和挤压，长期运行后螺纹磨损和变形严重，容易造成阀卡死失效；同时阀口和阀芯抵接处易磨损影响产品性能。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种电机输出力矩稳定，且带有限位结构、低磨损的电子膨胀阀结构方案。

为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种低磨损结构的车用电子膨胀阀，其包括阀体总成以及安装于阀体总成上的线圈总成，所述阀体总成包括阀座和可拆卸地安装于所述阀座上的阀芯部件，所述阀芯部件包括壳体和盖板，所述壳体内设置有同轴布置的阀芯和转子，所述阀芯和所述转子之间设置有丝杠组件，所述丝杠组件的固定部与所述阀座固接，所述转子与所述丝杠组件的固定部固接，所述丝杠组件的活动部与所述阀芯连接，所述丝杠组件的固定部上设置有全闭下挡块，所述丝杠组件的活动部上设置有全闭上挡块，阀全闭时，所述全闭上挡块与全闭下挡块抵接交叉长度小于螺纹的螺距。

在本发明的一种优选实施方案中，所述丝杠组件的固定部为螺母，所述螺母通过轴承安装于阀芯座组件上，所述阀芯座组件与所述阀座螺纹连接，所述全闭下挡块的位置设置于所述螺母上。

在本发明的一种优选实施方案中，所述阀芯座组件包括开有阀口的阀芯座、连接套、阀芯座密封圈和阀座密封圈，所述连接套与所述阀座固接，所述阀芯座和所述螺母与所述连接套固接，所述阀座密封圈位于所述连接套与所述阀座之间，所述阀芯座密封圈位于所述阀芯座和所述阀座之间。

在本发明的一种优选实施方案中，所述丝杠组件的活动部为螺杆，所述螺杆的内径与所述阀芯外径相对应。

在本发明的一种优选实施方案中，所述螺杆内设置有预紧弹簧和垫片。

在本发明的一种优选实施方案中，所述螺杆与所述盖板之间设置有复位弹簧。

在本发明的一种优选实施方案中，所述螺杆上安装有限位件，所述限位件上设置有全闭上挡块。

在本发明的一种优选实施方案中，所述壳体内设置有用于径向限位所述丝杠组件的活动部的限位部件。

在本发明的一种优选实施方案中，所述限位部件包括设置于所述盖板上的限位槽和设置于所述丝杠组件的活动部上与所述限位槽配合限位凸台，所述限位槽的横截面形状至少包括两条平行线段。

本发明还公开了一种车辆，其使用了如前述的低磨损结构的车用电子膨胀阀。

本发明的有益效果是：本发明结构简单、性能稳定、精度高、寿命长，其通过将丝杠组件及转子固定在阀芯座组件上，由转子旋转带动阀芯部件的轴向运动，完成开闭阀的动作，转子没有轴向方向的运动，始终保持在线圈定子中心，输出的力矩始终保持稳定状态；同时，本发明结构中设置了限位结构，即通过限位件的全闭上挡块部与螺母的全闭下挡块部在运动中抵接，在阀全闭时可以防止传动螺纹受到运动部件惯性动作的撞击和挤压，降低了螺纹的磨损，进而降低了阀运动部件卡死的风险；进一步的本发明还可以降低阀芯与阀口的接触面的磨损，进一步降低产品泄漏的风险，可靠性更好。

附图说明

图1是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的主视图；

图2是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的轴视图；

图3是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的剖视图；

图4是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的剖视图(阀全闭时阀芯与阀口接触态)；

图5是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的剖视图；(阀全开时阀芯与阀口分离态)

图6是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的限位件视图；

图7是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的下限位挡块示意图；

图8是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的阀全开时上下挡块位置示意图；

图9是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的阀全开时上下挡块局部放大示意图；

图10是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的阀全闭时上下挡块抵接示意图；

图11是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的阀全闭时上下挡块抵接局部放大示意图；

图12是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀螺杆示意图；

图13是本发明实施例一种低磨损结构的车用电子膨胀阀的盖板示意图；

图14是专利2010101191455结构的螺纹寿命试验前后效果图；

图15是专利2017202833254结构的螺纹寿命试验前后效果图

图16是本发明结构的螺纹寿命试验前后效果图；

图中：1-线圈，2-盖板，3-壳体，4-转子，5-第一挡圈，6-螺杆，7-螺母，8-第二挡圈，9-连接套，10-阀芯座，11-复位弹簧，12-阀芯套，13-限位件，14-垫片，15-预紧弹簧，16-阀芯，17-轴承，18-阀座密封圈，19-阀座，20-阀芯座密封圈，21-全闭上挡块，22-全闭下挡块，23-限位槽，24-限位端面，A-线圈总成，B-阀体总成。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。

电子膨胀阀已在家用、商用空调中得到广泛应用，汽车空调上也逐步开始使用，常规的电子膨胀阀在开闭阀动作时多采用转子连接阀芯部件进行径向和轴向同步动作，导致转子部分偏离线圈定子中间部位时，电机输出力矩达不到最大值；也存在一种结构，其采用轴承将螺母与转子固定在阀芯座组件上，转子只进行径向旋转运动，电机能保证稳定且最大地输出力矩，但是结构中缺少限位结构，使得闭阀时阀芯与阀座的阀口强硬碰撞完成闭阀动作，对阀芯和阀口接触面的磨损较多，时间长了影响产品泄漏性能，同时容易因摩擦阻力大造成电机堵转，最终导致开阀失败。在此，我们通过组合两种结构的优点，形成了一种具备力矩输出稳定、低磨损的电子膨胀阀结构。

由说明书附图所示的一种低磨损结构的车用电子膨胀阀可知，其主要由以下三大部分组成：

1、阀座：包括进口通道、出口通道、以及连接进、出口通道的中间通道，阀芯部件安装固定于中间通道内；

2、阀芯部件(通过螺纹连接可拆卸地安装于阀座上)：

1)阀芯座组件：包括开有阀口的阀芯座(与阀芯配合调节流量，与连接套连接)、连接套(与壳体连接密封)、阀芯座密封圈和阀座密封圈；

2)转子组件(通过轴承铆压在阀芯座组件上)：包括轴承、螺母(带内螺纹，有全闭下挡块)转子(通过槽齿配合安装在螺母上，与线圈总成配合形成径向旋转运动)、挡圈1(固定螺母和轴承的连接)、挡圈2(固定螺母和转子的连接)；

3)阀芯部件：包括阀芯(与阀口配合调节流量)、螺杆(带外螺纹、与螺母旋合)、预紧弹簧、垫片、阀芯套(固定阀芯)、限位件(有全闭上挡块)、复位弹簧(安装于螺杆上部，阀全开时为螺杆施加向下的力)

4)壳体(安装于转子外周与连接套连接密封)，盖板(安装于壳体上部，与壳体连接密封)；

3、线圈总成：安装于阀芯部件外(为转子提供磁场形成径向旋转运动)。

本发明的车用电子膨胀阀包括阀体总成B以及安装于阀体总成B上的线圈总成A，阀体总成B包括阀座19和可拆卸地安装于阀座19上的阀芯部件，阀芯部件包括壳体3和盖板2，壳体3内设置有同轴布置的阀芯16和转子4，阀芯16和转子4之间设置有的丝杠组件，丝杠组件的固定部与阀座19组件固接，转子4与丝杠组件的固定部固接，丝杠组件的固定部上设置有全闭下挡块22，丝杠组件的活动部上设置有全闭上挡块21，阀全闭时，全闭上挡块21与全闭下挡块22抵接交叉长度小于螺纹的螺距，当执行开、闭阀动作时，安装于轴承上的转子4只发生径向的旋转运动，通过螺纹传动促使阀芯16在轴向方向上的运动，全闭上挡块21位于限位件13下方，全闭下挡块22位于螺母7上方，当进行闭阀动作时，螺母7旋转运动，而限位件13跟随螺杆6轴向向下运动，螺母7旋转若干圈数到达阀全闭位置后，全闭上挡块21与全闭下挡块22在圆周方向上抵接，从而对螺母7在闭阀方向的旋转进行限制，进而限制了阀芯16继续轴向向下运动，此时，丝杠组件的内外螺纹之间不会发生严重挤压和磨损。

优选地，丝杠组件的固定部为螺母7，螺母7通过轴承17安装于阀芯座组件上，阀芯座组件与阀座19螺纹连接。

优选地，阀芯座组件包括开有阀口的阀芯座10、连接套9、阀芯座密封圈18和阀座密封圈20，连接套9与阀座19固接，阀芯座10和螺母7与连接套9固接，阀座密封圈18位于连接套9与阀座19之间，阀芯座密封圈20位于阀芯座10和阀座19之间。

优选地，丝杠组件的活动部为螺杆6，螺杆6的内径与阀芯16外径相对应。

优选地，螺杆6内设置有预紧弹簧15和垫片14。

优选地，壳体3内设置有用于径向限位丝杠组件的活动部的限位结构。

优选地，螺杆6与盖板2之间设置有复位弹簧11。

优选地，复位弹簧11在阀芯16组件轴向向上运动将阀打开的一定距离时，处于盖板2与阀芯16组件之间的复位弹簧11压缩，并向转子4部件施加轴向向下的力。

优选地，螺杆上安装有限位件，限位件上设置有全闭上挡块。

优选地，壳体内设置有用于径向限位丝杠组件的活动部的限位部件，限位部件包括设置于盖板上的限位槽和设置于丝杠组件的活动部上与限位槽配合限位凸台，限位槽的横截面形状至少包括两条平行线段。

本发明还公开了一种车辆，其使用了低磨损结构的车用电子膨胀阀。

该发明工作原理：线圈(定子)与转子4形成的步进电机，线圈接受外部控制信号，产生磁场使转子4径向旋转，并通过螺母与螺杆的螺纹传动，使得阀芯部件在轴向方向运动(阀芯部件的螺杆与盖板2的内孔槽形成阀芯部件的圆周方向限位)，也带动阀芯16上下轴向运动，最终使阀芯16与阀芯座10的阀口形成开启、闭合的动作，即为开阀、闭阀动作。

同时，闭阀时，螺母径向旋转，限位件轴向向下运动，当达到阀全闭位置时，螺母的全闭下挡块部与限位件的全闭上挡块部在圆周方向抵接，阻止转子4的旋转，从而阻止阀芯16轴向向下运动。

本发明通过阀开闭动作寿命试验验证了本发明的有益效果，试验结果参见说明书附图的图14-16，现结合上述试验结果对本发明的有益效果做出进一步解释：

本发明在同等工况条件下分别对2010101191455的结构、2017202833254的结构和本发明的结构做了实体样件，并对其进行5万次阀开闭动作寿命试验，下文分别以结构1、结构2、结构3来命名。

阀开闭动作寿命的测试方法：试验完成前后对其中的内螺纹件的螺纹进行检测，检测螺纹为6圈，螺纹设计角度为60°，分别对第一、三圈螺纹进行检测，其中，阀全闭位置处于第一圈螺纹位置。

对比结构2和结构3的试验数据可知，第一圈螺纹中(阀全闭位置)，结构2的螺纹角度试验前后的偏差大于结构3，故本发明的挡块限位结构可以有效地减小阀全闭位置螺纹的磨损；

对比结构1和结构3的试验数据可知，第三圈螺纹中，结构1螺纹角度试验前后的偏差大于结构3，故本发明将转子脱离运动组件降低自重可以有效减小螺纹的磨损；

综上，结构3的螺纹磨损量均小于结构1、结构2，采用2010101191455结构和2017202833254结构的螺纹在阀全闭位置磨损较重，而采用本发明的全闭上挡块与全闭下挡块抵接交叉长度小于螺纹的螺距结构，阀全闭位置磨损较小，故本发明在阀全闭时可以有效地防止传动螺纹受到运动部件惯性动作的撞击和挤压，降低了螺纹的磨损，进而降低了阀运动部件卡死的风险。

应当理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低磨损结构的车用电子膨胀阀，其包括阀体总成以及安装于阀体总成上的线圈总成，所述阀体总成包括阀座和可拆卸地安装于所述阀座上的阀芯部件，所述阀芯部件包括壳体和盖板，所述壳体与连接套连接，所述连接套与所述阀座固接，所述盖板与壳体连接，所述壳体内设置有同轴布置的阀芯和转子，其特征在于：所述阀芯和所述转子之间设置有丝杠组件，所述丝杠组件的固定部为螺母，所述螺母通过轴承安装于连接套上，所述转子与所述螺母固接，所述丝杠组件的活动部与所述阀芯连接，所述螺母上设置有全闭下挡块，所述丝杠组件的活动部上设置有全闭上挡块，阀全闭时，所述全闭上挡块与全闭下挡块抵接交叉长度小于螺纹的螺距。

2.根据权利要求1所述的低磨损结构的车用电子膨胀阀，其特征在于：所述阀芯座组件包括开有阀口的阀芯座、连接套、阀芯座密封圈和阀座密封圈，所述连接套与所述阀座固接，所述阀芯座和所述螺母与所述连接套固接，所述阀座密封圈位于所述连接套与所述阀座之间，所述阀芯座密封圈位于所述阀芯座和所述阀座之间。

3.根据权利要求1所述的低磨损结构的车用电子膨胀阀，其特征在于：所述丝杠组件的活动部为螺杆。

4.根据权利要求3所述的低磨损结构的车用电子膨胀阀，其特征在于：所述螺杆内设置有预紧弹簧和垫片。

5.根据权利要求3所述的低磨损结构的车用电子膨胀阀，其特征在于：所述螺杆与所述盖板之间设置有复位弹簧。

6.根据权利要求3所述的低磨损结构的车用电子膨胀阀，其特征在于：所述螺杆上安装有限位件，所述限位件上设置有全闭上挡块。

7.根据权利要求1所述的低磨损结构的车用电子膨胀阀，其特征在于：所述壳体内设置有用于径向限位所述丝杠组件的活动部的限位部件。

8.根据权利要求7所述的低磨损结构的车用电子膨胀阀，其特征在于：所述限位部件包括设置于所述盖板上的限位槽和设置于所述丝杠组件的活动部上与所述限位槽配合限位凸台，所述限位槽的横截面形状至少包括两条平行线段。

9.一种车辆，其特征在于：使用了如权利要求1-8任意一项权利要求所述的低磨损结构的车用电子膨胀阀。

Images