CN112303325A - 一种电控加热执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电控加热执行器，包括：电加热机构、热膨胀机构、回复弹簧和活动顶杆，所述电加热机构和所述活动顶杆的一侧分别设置于所述热膨胀机构内部，所述活动顶杆的另一侧连接于驱动阀芯的一侧，所述回复弹簧连接于所述驱动阀芯的另一侧，用于实现所述活动顶杆回复原位。本发明的有益效果是电热丝设置于密封腔内，直接与热膨胀材料接触，整体一体紧凑式设计，提高了热转换效率，有利于提高执行器的响应速度；利用热膨胀材料产生压力，驱动活动顶杆动作，具有动作平稳、驱动力大的特点；外壳具有散热功能，在电热丝不通电状态，可使得热膨胀材料降温，减小密封腔内压力；回复弹簧被压缩后回复效果好，不会造成复位延迟。
Description
技术领域
本发明属于自动化控制领域，尤其是涉及一种电控加热执行器。
背景技术
在现有的技术中，在石油、化工、自动控制等领域，利用电能转换为机械能，从而实现自动化控制。电控执行器是实现能量转换和动作执行的重要部件。常用的执行器主要有电磁阀、电动机等。电磁阀和电动机都能够将电信号转变为机械动作，但也存在力矩小、驱动能力不强等局限性，往往需要通过机械结构(如杠杆、减速器)实现力或力矩的放大；或者额外增加驱动源，如液压系统的泵站等才能实现驱动动作。在小型或者微型的控制阀领域，在要求大行程(10mm级别)、大负载(100N)的同时，还要求小的空间体积。传统的电磁阀或电动机将不能满足需求。
液态的感温热膨胀材料具有热胀冷缩特性和不可压缩特性。利用其制作的感温膨胀器可应用于自动化控制阀门、调节器等领域。专利CN1696550A就是利用感温膨胀器制作的感温自动控制阀，通过安装在工艺介质中的感温膨胀器驱动阀芯柱塞动作，从而实现开关动作。专利CN104111125B一种温度传感器及温度调节器同样利用了感温热膨胀材料实现推杆的动作。以上所述专利发明均通过工艺介质的温度变化实现动作控制，不能实现电信号驱动控制，且其感温膨胀阀体积较大。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种电控加热执行器，实现了电能-热能-机械能的转化。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电控加热执行器，包括：电加热机构、热膨胀机构、回复弹簧和活动顶杆，
所述电加热机构和所述活动顶杆的一侧分别设置于所述热膨胀机构内部，所述活动顶杆的另一侧连接于驱动阀芯的一侧，所述回复弹簧连接于所述驱动阀芯的另一侧，用于实现所述活动顶杆回复原位。
进一步的，所述热膨胀机构包括：外壳、端盖、橡胶套和热膨胀材料，
所述端盖连接于所述外壳的上端，所述端盖上设置有供所述活动顶杆穿过的孔；所述热膨胀材料设置于所述外壳与所述端盖构成密封腔内；所述橡胶套设置于所述热膨胀材料的内部，用于驱动所述活动顶杆。
进一步的，电加热机构包括：加热丝、防护套管和引出端子，所述防护套管包覆于所述加热丝的外部，用于阻隔所述加热丝不与所述外壳、所述橡胶套直接接触，防止所述加热丝短路；
所述加热丝的两端分别各连接有所述引出端子。
进一步的，所述加热丝设置于所述热膨胀机构背部，用于加热所述热膨胀材料。
进一步的，所述加热丝设置于所述外壳的外部凹槽中，所述外壳的外部设置有套管。
进一步的，所述加热丝设置于所述外壳的底部凹槽中，所述外壳的底部设置有套管。
进一步的，所述引出端子被玻璃封装。
进一步的，所述加热丝为镍铬合金材料；所述加热丝被绕制成螺旋形，用于增加散热面积。
进一步的，所述活动顶杆的一侧设置于所述橡胶套的内部，所述橡胶套的内径不大于所述活动顶杆的外径；所述活动顶杆与所述橡胶套之间涂覆有润滑脂，用于润滑与防护。
进一步的，所述橡胶套为中心设置有盲孔的囊，所述囊周围设置有膜片，所述膜片与所述外壳的凹槽配合，用于在不受力状态下紧固密封所述端盖与所述外壳；优选的，所述膜片为翼状膜片。由于采用上述技术方案，具有以下优点：
1.电热丝设置于密封腔内，直接与热膨胀材料接触，整体一体紧凑式设计，提高了热转换效率，有利于提高执行器的响应速度；
2.利用热膨胀材料产生压力，驱动活动顶杆动作，具有动作平稳、驱动力大的特点；
3.外壳具有散热功能，在电热丝不通电状态，可使得热膨胀材料降温，减小密封腔内压力；
4.回复弹簧被压缩后回复效果好，复位力大，不会因为复位延迟带来的动作响应慢的问题。
附图说明
图1是本发明第一种实施例的电控加热执行器的剖视图；
图2是本发明第二种实施例的电控加热执行器的剖视图；
图3是本发明第三种实施例的电控加热执行器的剖视图；
图中：
1、外壳 2、端盖 3、活动顶杆
4、橡胶套 5、热膨胀材料 6、引出端子
7、加热丝 8、防护套管 9、回复弹簧
10、驱动阀芯
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：
一种电控加热执行器，包括：电加热机构、热膨胀机构、回复弹簧9和活动顶杆3，电加热机构和活动顶杆3的一侧分别设置于热膨胀机构内部，活动顶杆的另一侧连接于驱动阀芯10的一侧，回复弹簧9连接于驱动阀芯10的另一侧，用于实现活动顶杆3回复原位。
本电控加热执行器的整体尺寸为Φ20mm×40mm，外部供电电路采用12V脉冲电源，串联0.1Ω/20W电阻，本发明执行器动作2mm的响应时间：5s，最大行程为8mm，实现了电能-热能-机械能的转化，直接实现驱动动作，具有驱动力大、行程长、响应快的优点。在不通电状态，还具有自动感受环境温度实现自动控制动作的功能。同时，感受环境温度也在一定程度上降低了对电热丝功率的需求。
回复弹簧9采用劲度系数为5.7N/mm，初始回复力为86.4N的弹簧，被压缩后回复效果好，复位力大，不会因为复位延迟带来的动作响应慢的问题。
在本发明的第一种实施例中，如图1所示，热膨胀机构包括：外壳1、端盖2、橡胶套4和热膨胀材料5，端盖2通过螺纹连接于圆柱形外壳1的上端，端盖2中心设置有可供活动顶杆3穿过的孔；外壳1与端盖2形成一个密封腔，热膨胀材料5设置于外壳1与端盖2构成密封腔内；热膨胀材料5可选用石蜡或石蜡与铜屑的混合物，其在常温下可以是液态，也可以是固态，固态的热膨胀材料5在加热为液态后注入到外壳1与端盖2构成的密封腔中，在本实施例中热膨胀材料5采用8g的石蜡，具有良好的膨胀、收缩效果。
橡胶套4为中心带有深的盲孔的囊，囊形周边为具有一定厚度的圆柱形翼状膜片，翼状膜片嵌入外壳1的凹槽中，在端盖2与外壳1螺纹紧固力作用下被压紧密封，达到良好的密封效果，防止高温状态下热膨胀材料向螺纹渗透。
活动顶杆3的一侧设置于橡胶套4的内部，在不受力状态下，橡胶套4中心盲孔的内径不大于活动顶杆3的外径。橡胶套4设置于热膨胀材料5的内部，用于驱动活动顶杆3。
活动顶杆3为端部锥形的杆，带有锥形端部的活动顶杆3插入橡胶套4内。活动顶杆3与橡胶套4之间涂覆有适量的润滑脂，用于润滑与防护。
图1所示的电加热机构包括：加热丝7、防护套管8和引出端子6，加热丝7设置于热膨胀材料5的背部，用于加热热膨胀材料5，从而压缩橡胶套4，达到驱动活动顶杆3的作用；防护套管8包覆于加热丝7的外部，使得加热丝7不与外壳1、橡胶套4产生直接接触。同时防止螺旋形加热丝7发生短路。
加热丝7为带有绝缘层的镍铬合金材料，本实施例中，采用Cr20Ni80，尺寸为Φ0.25mm×50mm，电阻为1.11Ω，该加热丝7被绕制成螺旋形，用于增加散热面积；加热丝7规格型参数需要根据执行器的设计要求来确定，主要与驱动力、行程、工作环境温度、散热条件相关。加热丝7的两端分别焊接有玻璃封装的引出端子6，绝缘效果好。在本实施例中，接线端子6的伸出端位于外壳1底部。
加热丝7设置于热膨胀材料5的背部，橡胶套4设置于热膨胀材料5的内部，活动顶杆3的一侧插入橡胶套4的内部，整个执行器一体紧凑式设计，提高了热转换效率，提高了执行器的响应速度，具有响应快的优点。
在本发明的第二种实施例中，如图2所示中，加热丝7环向设置于圆柱形外壳1的外部螺旋凹槽中，并通过密封胶实现绝缘和固定。外壳1的外部还加装有圆柱形的套管。起到一个良好的绝缘作用，在保护加热丝的同时还降低了执行器散热，便于向内部热膨胀材料传导热量，提高了执行器的响应速度。其他结构均与第一种实施例相同，加热丝7通电产生热能。热能通过外壳1传递给内部的热膨胀材料5，从而实现活动顶杆3的伸出动作。
与第一种实施例相比，本方案中加热丝7外置，避免了第一种实施例中引出端子6需要解决密封承压的问题。
在本发明的第三种实施例中，如图3所示中，加热丝7设置于圆柱形外壳1的底部凹槽中，并通过密封胶实现绝缘和固定。外壳1的底部还加装有圆柱形的套管，起到一个良好的绝缘作用，在保护加热丝的同时还降低了执行器散热，便于向内部热膨胀材料传导热量，提高了执行器的响应速度。其他结构均与第一种实施例相同，加热丝7通电产生热能。热能通过外壳1传递给内部的热膨胀材料55，从而实现活动顶杆3的伸出动作。
本发明第一种实施例的工作过程：
1.将一定量的热膨胀材料5加入到外壳1与端盖2形成的密封腔中，液态的热膨胀材料5直接注入到密封腔中，固态的热膨胀材料5在加热为液态后注入到外壳1的内腔中；
2.将橡胶套4塞入装有热膨胀材料5的外壳1中，再装入带有外螺纹的端盖2，将端盖2与外壳1紧固到位；
3.将带有锥形端部的活动顶杆3从端盖2插入到橡胶套4内；
4.接通电源后，加热丝7通电产生热能，热能传导到热膨胀材料5，从而压缩橡胶套4，驱动活动顶杆3做伸出动作，从而带动驱动阀芯10动作，实现了电能-热能-机械能的转换；
5.回复弹簧9由压缩状态回复带正常状态，从而实现活动顶杆3复位。
本发明其他实施例的工作过程与第一种实施例的工作过程相同。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种电控加热执行器，其特征在于，包括：电加热机构、热膨胀机构、回复弹簧和活动顶杆，
所述电加热机构和所述活动顶杆的一侧分别设置于所述热膨胀机构内部，所述活动顶杆的另一侧连接于驱动阀芯的一侧，所述回复弹簧连接于所述驱动阀芯的另一侧，用于实现所述活动顶杆回复原位。
2.根据权利要求1所述的一种电控加热执行器，其特征在于，所述热膨胀机构包括：外壳、端盖、橡胶套和热膨胀材料，
所述端盖连接于所述外壳的上端，所述端盖上设置有供所述活动顶杆穿过的孔；所述热膨胀材料设置于所述外壳与所述端盖构成密封腔内；所述橡胶套设置于所述热膨胀材料的内部，用于驱动所述活动顶杆。
3.根据权利要求2所述的一种电控加热执行器，其特征在于，电加热机构包括：加热丝、防护套管和引出端子，所述防护套管包覆于所述加热丝的外部，用于阻隔所述加热丝不与所述外壳、所述橡胶套直接接触，防止所述加热丝短路；
所述加热丝的两端分别各连接有所述引出端子。
4.根据权利要求3所述的一种电控加热执行器，其特征在于，所述加热丝设置于所述热膨胀机构背部，用于加热所述热膨胀材料。
5.根据权利要求3所述的一种电控加热执行器，其特征在于，所述加热丝设置于所述外壳的外部凹槽中，所述外壳的外部设置有套管。
6.根据权利要求3所述的一种电控加热执行器，其特征在于，所述加热丝设置于所述外壳的底部凹槽中，所述外壳的底部设置有套管。
7.根据权利要求4-6任一所述的一种电控加热执行器，其特征在于：所述引出端子被玻璃封装。
8.根据权利要求4-6任一所述的一种电控加热执行器，其特征在于，所述加热丝为镍铬合金材料；所述加热丝被绕制成螺旋形，用于增加散热面积。
9.根据权利要求2所述的一种电控加热执行器，其特征在于，所述活动顶杆的一侧设置于所述橡胶套的内部，所述橡胶套的内径不大于所述活动顶杆的外径；所述活动顶杆与所述橡胶套之间涂覆有润滑脂，用于润滑与防护。
10.根据权利要求2或9所述的一种电控加热执行器，其特征在于：所述橡胶套为中心设置有盲孔的囊，所述囊周围设置有膜片，所述膜片与所述外壳的凹槽配合，用于在不受力状态下紧固密封所述端盖与所述外壳；优选的，所述膜片为翼状膜片。
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