CN113513511B - 一种压电堆叠驱动电液比例阀 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压电堆叠驱动电液比例阀。该压电堆叠驱动电液比例阀包括：阀主体；压电堆叠驱动器，设置在阀主体上；驱动杆，其一端与压电堆叠驱动器连接，其另一端与阀主体连接，驱动杆在压电堆叠驱动器的驱动下运动，驱动杆带动阀主体，以使阀主体工作。通过这种方式，能够实现高压大流量及简化电液比例阀的结构，缩小体积，节约成本。

Description

一种压电堆叠驱动电液比例阀

技术领域

本申请涉及流体传动及控制技术领域，特别是涉及一种压电堆叠驱动电液比例阀。

背景技术

现有的直动式电液比例阀因电磁铁推力限制，无法实现高压大流量；而现有的导控型电液比例阀由导阀虽然能够实现高压大流量，但结构复杂，成本高。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种压电堆叠驱动电液比例阀，以实现高压大流量及简化电液比例阀的结构，缩小体积，节约成本。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种压电堆叠驱动电液比例阀。该压电堆叠驱动电液比例阀包括：阀主体；压电堆叠驱动器，设置在阀主体上；驱动杆，其一端与压电堆叠驱动器连接，其另一端与阀主体连接，驱动杆在压电堆叠驱动器的驱动下运动，驱动杆带动阀主体，以使阀主体工作。

本申请的有益效果是：本申请压电堆叠驱动电液比例阀采用压电堆叠驱动器作为驱动机构，具有较大的驱动力，可以把其产生的驱动力顶出，能够加大驱动杆的运动力矩，能够增加驱动杆对阀主体的驱动力，能够实现高压大流量；且相对于现有的导控型电液比例阀等，其结构简单易实现，因此能够简化电液比例阀的结构，缩小体积，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请压电堆叠驱动电液比例阀一实施例的立体结构示意图；

图2是图1实施例压电堆叠驱动电液比例阀部分结构的爆炸结构示意图；

图3是图1实施例压电堆叠驱动电液比例阀中部分结构沿驱动杆轴向及阀芯径向的剖面结构示意图；

图4是本申请压电堆叠驱动电液比例阀一实施例部分结构沿驱动杆轴向及阀芯轴向的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请提出一种电液比例阀，如图1至图3所示，图1是本申请压电堆叠驱动电液比例阀一实施例的立体结构示意图；图2是图1实施例压电堆叠驱动电液比例阀部分结构的爆炸结构示意图；图3是图1实施例压电堆叠驱动电液比例阀中部分结构沿驱动杆轴向及阀芯径向的剖面结构示意图。本实施例压电堆叠驱动电液比例阀10包括：阀主体11、压电堆叠驱动器12及驱动杆13；其中，压电堆叠驱动器12设置在阀主体11上；驱动杆13的一端与压电堆叠驱动器12连接，驱动杆13的另一端与阀主体11连接，驱动杆13在压电堆叠驱动器12的驱动下运动，驱动杆13带动阀主体11，以使阀主体11工作，使阀主体11内部的流路改变，实现流路的关闭或者换向。

其中，本实施例的驱动杆13与阀主体11呈T型布局，能够缩小压电堆叠驱动电液比例阀10沿垂直于驱动杆13方向的尺寸过大，且T型布局便于实现压电堆叠驱动器12对阀主体11的垂直驱动，能够减速增扭。

区别于现有技术，本实施例压电堆叠驱动电液比例阀10采用压电堆叠驱动器12作为驱动机构，具有较大的驱动力，可以把其产生的驱动力顶出，能够加大驱动杆13的运动力矩，能够增加驱动杆13对阀主体11的驱动力，能够实现高压大流量；且相对于现有的导控型电液比例阀等，其结构简单易实现，因此能够简化电液比例阀的结构，缩小体积，节约成本。

可选地，本实施例的驱动杆13包括沿第一方向延伸的第一杆部131及沿第二方向延伸的第二杆部132，第一杆部131与第二杆部132固定连接，第二杆部132背离第一杆部131的一端与阀主体11连接，第一方向与第二方向垂直设置；压电堆叠驱动器12位于第一杆部131与阀主体11之间，压电堆叠驱动器12的固定端设置在阀主体11上，电压堆叠驱动器12的输出端与第一杆部131抵接，压电堆叠驱动器12驱动第一杆部131沿第二方向运动，以带动第二杆部132沿第一方向摆动。

其中，第一方向为垂直于第二杆部132及阀芯21的方向，即图3中的左右方向；第二方向为平行于第二杆部132的方向，即图3中的上下方向。

可选地，本实施例的压电堆叠驱动器12包括：多个压电陶瓷121及第一抵接件122；其中，多个压电陶瓷121依次层叠设置在阀主体11上；第一抵接件122设置在第一杆部131与压电陶瓷121之间。

进一步地，压电堆叠驱动器12设有与压电陶瓷121连接的输出轴(图未示)，第一抵接件122与输出轴连接；压电堆叠驱动器12通电时，输出轴伸出，以将其驱动力通过第一抵接件122传递给第一杆部131；压电堆叠驱动器12断电时，输出轴(自动或在外力作用下)收缩，以消除对第一杆部131的驱动力。

本实施例的第一抵接件122为球头。在其它实施例中，第一抵接件还可以是波珠螺丝，其包括外壳、钢珠及设置在外壳内的压缩弹簧，其外壳固定设置在最上层压电陶瓷上，压缩弹簧一端与外壳连接，另一端与钢珠固定连接；钢珠在压缩弹簧的预紧力作用下与第一杆部保持抵接。

本实施例的多个压电陶瓷121使用物理串联、电学并联或者串联连接形成压电叠堆驱动器12，其效率比单个压电陶瓷121高。

其中，本实施例的压电陶瓷可以为钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO₃(A表示二价金属离子，B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价)型化合物或者偏铌酸盐系压电陶瓷等。

在其它实施例中，还可以采用压电晶体或者压电半导体及有机高分子压电材料等代替压电陶瓷。

可选地，本实施例压电堆叠驱动电液比例阀10进一步包括：复位机构14，复位机构14设置在第一杆部131及阀主体11之间，且第二杆部132位于电压堆叠驱动器12和复位机构14之间，复位机构14用于对沿第二方向运动的第一杆部131进行复位，以对沿第一方向摆动的第二杆部132进行复位。

压电堆叠驱动器12及复位机构14均设置在阀主体11与第一杆部131之间，且第二杆部132位于电压堆叠驱动器12和复位机构14之间，第二杆部132与第一杆部131中部固定连接，压电堆叠驱动器12及复位机构14分别靠近第一杆部131的两端设置。

可选地，本实施例的复位机构14包括：弹簧141及第二抵接件142；其中，弹簧141的一端与阀主体11抵接；第二抵接件142的一端与弹簧141的另一端抵接，第二抵接件142的另一端与第一杆部131抵接。

在一应用场景中，如图3所示，压电堆叠驱动器12通电时驱动第一杆部131的左端沿第二方向向上运动，第一杆部131在纸平面顺时针运动，第一杆部131的右端沿第二方向向下运动，弹簧141收缩，弹簧141存储伸张力；压电堆叠驱动器12断电时，对第一杆部131的驱动力消失，弹簧141利用该伸张力推动第一杆部131的右端沿第二方向向上运动，第一杆部131在纸平面逆时针运动，第一杆部131的左端沿第二方向向下运动，以使第二杆部132复位。

可选地，本实施例压电堆叠驱动电液比例阀10进一步包括底板15，底板15设置在阀主体11与压电堆叠驱动器12及复位机构14之间；底板15设有第一通孔(图未标)，第二杆部132穿设在第一通孔内。

底板15设置在阀主体11上，用于承载压电堆叠驱动器12及复位机构14，最后一层压电陶瓷121固定设置在底板12上，弹簧141与底板15固定连接，能够增加压电堆叠驱动器12与复位机构14之间的稳定性；第二杆部132背离第一杆部131的一端穿过第一通孔，与阀主体11连接。当然，在另一实施例中，可以省去底板，直接将压电堆叠驱动器及复位机构设置在阀主体上。

可选地，本实施例的驱动杆13设有沿第三方向延伸的安装孔(图未标)，第三方向与驱动杆13运动所在平面垂直，压电堆叠驱动电液比例阀10进一步包括：定位轴16，定位轴16的中部嵌设在安装孔内，定位轴16的两端分别于阀主体11连接，以使驱动杆13以定位轴16为中心转动，以驱动阀主体11工作。

第三方向与第一方向及第二方向垂直，即垂直于图3所示的纸面。

第一杆部131与第二杆部132可以一体设置，以增加稳定性；第一杆部131与第二杆部132可以为弹簧杆。

可选地，驱动杆13靠近阀主体11的一端设有球头(图未标)，球头与阀主体11抵接；球头可以是波珠螺丝(其结构可以参阅上述描述)，其钢珠在压缩弹簧的预紧力作用下与阀主体11保持抵接。

在另一实施例中，如图4所示，本实施例压电堆叠驱动电液比例阀与上述压电堆叠驱动电液比例阀10的区别在于：本实施例压电堆叠驱动电液比例阀进一步包括壳体41，壳体41设置在阀主体11(阀体23)上，且盖设在压电堆叠驱动器12、复位机构14及驱动杆13外，用于保护设置在阀主体11上的结构；壳体41与阀主体11(阀体23)固定且密封连接。壳体41可以通过螺钉等固定件与阀主体11(阀体23)固定连接。

定位轴16的两端分别与壳体41固定连接。

本实施例压电堆叠驱动电液比例阀的其它结构与上述压电堆叠驱动电液比例阀10类似，这里不赘述。

下面一并参阅图1至图4，本申请实施例的阀主体11包括：阀芯21、阀套22及阀体23；其中，阀芯21的中部设有开孔211；阀套22套设在阀芯21外，阀芯21与阀套22以可旋转及可滑动方式连接，阀套22的中部设有第二通孔(图未标)；阀体23套设在阀套22外，并与阀套22固定连接，阀体23的中部设有第三通孔(图未标)；驱动杆13背离压电堆叠驱动器12的一端通过第二通孔、第三通孔嵌设在开孔211内，并与开孔211的内壁抵接。

具体地，驱动杆13的第二杆部132背离第一杆部131的一端嵌设在开孔211内，并与开孔211的内壁抵接。

可选地，本实施例的阀主体11进一步包括：第一盖体24及第二盖体25；其中，第一盖体24盖设在阀体23的一端上，以密封阀体23的一端，并与阀体23之间形成第一液压腔；第二盖体25盖设在阀体25的另一端上，以密封阀体23的一端，并与阀体23之间形成第二液压腔。

在一应用场景中，阀芯21在驱动杆13的作用下相对于与阀套22转动，以使第一液压腔和第二液压腔之间产生液压差，阀芯21在液压差的作用下相对于阀套22沿阀芯21的轴向运动，以使阀芯21达到新的平衡点，实现阀口的打开或者关闭。

本实施例能够实现压电叠堆驱动型二位三通电液比例开关阀；本实施例的阀主体11为半桥封闭式阀主体。在其它实施例中，还可以采用全桥式阀主体，能够实现压电叠堆驱动型电液比例换向阀。

压电堆叠驱动器12未通电时，驱动杆13处于中间状态，阀芯21处于中位。此时，阀芯21的各台肩密封阀套22的各槽口，滑阀未打开；当压电堆叠驱动器12通电时，驱动杆13在驱动力作用下，其第二杆部132绕着定位轴16发生偏转，设定第二杆部132逆时针旋转为正向，阀芯21由左向右看逆时针转动为阀芯21的转动正方向。第二杆部132负向转动一定角度，第二杆部132下端压紧阀芯21的开孔211，以拨动阀芯21负向转动；此时，通过阀套22的各槽口与阀芯21的各槽口的重叠面积的改变，第一液压腔的压力增加，第二液压腔的压力减小，阀芯21在轴向压差作用下沿轴向向右滑动；随着阀芯21向右滑动，阀套22的各槽口与阀芯21的各槽口的重叠面积会改变，使得第一液压腔的压力与第二液压腔的压力再次相等，阀芯21处于轴向平衡位置。

压电堆叠驱动器12所能产生的力更大，能让阀芯21产生一个较大的旋转。

压电堆叠驱动器12未工作时通过复位机构14进行复位，阀主体的11的工作原理与上面类似。

区别于现有技术，区别于现有技术，本申请压电堆叠驱动电液比例阀包括：阀主体；压电堆叠驱动器，设置在阀主体上；驱动杆，其一端与压电堆叠驱动器连接，其另一端与阀主体连接，驱动杆在压电堆叠驱动器的驱动下运动，驱动杆带动阀主体，以使阀主体工作。本申请压电堆叠驱动电液比例阀采用压电堆叠驱动器作为驱动机构，具有较大的驱动力，可以把其产生的驱动力顶出，能够加打驱动杆的运动力矩，能够增加驱动杆对阀主体的驱动力，能够实现高压大流量；且相对于现有的导控型电液比例阀等，其结构简单易实现，因此能够简化电液比例阀的结构，缩小体积，节约成本。

进一步地，本申请压电堆叠驱动电液比例阀较已有的二维电液比例阀，双侧液压腔的压差产生对阀芯液压驱动力为单侧液压腔产生液压驱动力的两倍，提高响应速度。

进一步地，本申请压电堆叠驱动电液比例阀的双侧液压腔的压力状态一致，阀芯转动产生的压差随系统槽口背压等因素发生改变，但是阀芯运动位移不发生改变，阀芯零位也不改变。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种压电堆叠驱动电液比例阀，其特征在于，包括：

阀主体；

压电堆叠驱动器，设置在所述阀主体上；

驱动杆，其一端与所述压电堆叠驱动器连接，其另一端与所述阀主体连接，所述驱动杆在所述压电堆叠驱动器的驱动下运动，所述驱动杆带动所述阀主体，以使所述阀主体工作；

所述阀主体包括：

阀芯，其中部设有开孔；

阀套，套设在所述阀芯外，所述阀芯与所述阀套以可旋转及可滑动方式连接，所述阀套的中部设有第二通孔；

阀体，套设在所述阀套外，并与所述阀套固定连接，所述阀体的中部设有第三通孔；

所述驱动杆的一端通过所述第二通孔、所述第三通孔嵌设在所述开孔内，并与所述开孔的内壁抵接；

所述阀主体进一步包括：

第一盖体，盖设在所述阀体的一端上，以密封所述阀体的一端，并与阀体之间形成第一液压腔；

第二盖体，盖设在所述阀体的另一端上，以密封所述阀体的另一端，并与阀体之间形成第二液压腔；

阀芯在驱动杆的作用下相对于与阀套转动，以使第一液压腔和第二液压腔之间产生液压差，阀芯在液压差的作用下相对于阀套沿阀芯的轴向运动，以使阀芯达到新的平衡点，实现阀口的打开或者关闭。

2.根据权利要求1所述的压电堆叠驱动电液比例阀，其特征在于，所述驱动杆包括沿第一方向延伸的第一杆部及沿第二方向延伸的第二杆部，所述第一杆部与所述第二杆部固定连接，所述第二杆部背离所述第一杆部的一端与所述阀主体连接，所述第一方向与所述第二方向垂直设置；

所述压电堆叠驱动器位于所述第一杆部与所述阀主体之间，其固定端设置在所述阀主体上，其输出端与所述第一杆部抵接，所述压电堆叠驱动器驱动所述第一杆部沿所述第二方向运动，以带动所述第二杆部沿所述第一方向摆动。

3.根据权利要求2所述的压电堆叠驱动电液比例阀，其特征在于，所述压电堆叠驱动器包括：

多个压电陶瓷，依次层叠设置在所述阀主体上；

第一抵接件，设置在所述第一杆部与所述压电陶瓷之间。

4.根据权利要求2所述的压电堆叠驱动电液比例阀，其特征在于，进一步包括：复位机构，设置在所述第一杆部及所述阀主体之间，且所述第二杆部位于所述压电堆叠驱动器和所述复位机构之间，所述复位机构用于对沿所述第二方向运动的第一杆部进行复位，以对沿所述第一方向摆动的所述第二杆部进行复位。

5.根据权利要求4所述的压电堆叠驱动电液比例阀，其特征在于，所述复位机构包括：

弹簧，其一端与所述阀主体抵接；

第二抵接件，其一端与所述弹簧的另一端抵接，其另一端与所述第一杆部抵接。

6.根据权利要求4所述的压电堆叠驱动电液比例阀，其特征在于，进一步包括：底板，设置在所述阀主体与所述压电堆叠驱动器及所述复位机构之间；

所述底板设有第一通孔，所述第二杆部穿设在所述第一通孔内。

7.根据权利要求1所述的压电堆叠驱动电液比例阀，其特征在于，所述驱动杆设有沿第三方向延伸的安装孔，所述第三方向与所述驱动杆运动所在平面垂直，所述压电堆叠驱动电液比例阀进一步包括：

壳体，设置在所述阀主体上，且盖设在压电堆叠驱动器及所述驱动杆外；

定位轴，其中部嵌设在所述安装孔内，其两端分别与所述壳体固定连接。

8.根据权利要求1所述的压电堆叠驱动电液比例阀，其特征在于，所述驱动杆靠近所述阀主体的一端设有球头，所述球头与所述阀主体抵接。