CN113738900A - 一种基于超声电机控制的旋转式流量阀及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超声电机控制的旋转式流量阀。本发明采用了一种环形的行波型超声电机，其定子和转子为环状结构，管道可以从电机中间通过，然后通过预压力使定子和转子紧密贴合起来，产生足够的摩擦力，定子根据压电材料的逆压电效应产生机械振动，通过摩擦力带动转子转动，转子通过控制旋转闭合式阀门的阀片，实现阀门的开度，从而在一定范围内控制流体介质的流量。

Description

一种基于超声电机控制的旋转式流量阀及控制方法
技术领域
本发明涉及流量阀技术领域，特别是涉及到一种基于超声电机控制的旋转式流量阀及控制方法。
背景技术
目前的流量阀通常采用手动或电磁电机进行控制，手动控制只能用于精度要求不高、能够人为控制的场合，局限性非常大，电磁电机控制虽然弥补了手动控制的缺陷，但依然有体积较大、不满足高精度调节和会对流体产生电磁影响的缺点。
发明内容
为了解决上述存在问题。本发明提供一种基于超声电机控制的旋转式流量阀及控制方法，可实现流量阀的小型化的要求，具有相应速度快，低速扭矩大，精度高，结构简单，不受磁场影响等优点，同样可以在对磁场敏感的特殊场合下运用，对流体的流量进行高精度控制。
本发明提供一种基于超声电机控制的旋转式流量阀，包括控制系统接头、上阀体、超声电机、流量阀组件和下阀体：
所述超声电机和流量阀组件设置在上阀体和下阀体内，所述下阀体一侧有控制系统接头，所述超声电机为环形的行波型超声电机驱动阀片实现阀门开度的控制，包括超声电机转子和超声电机定子，所述流量阀组件包括阀片、固定滑轮、圆柱结构和滚轮；
所述超声电机转子和超声电机定子安装在下阀体内，所述超声电机转子的外表面开有与阀片相配合的转子直线凹槽，所述超声电机转子外圆曲面上等距装有固定滑轮，所述超声电机定子外形为环状，所述超声电机定子内部中空并通过压电陶瓷的逆压电效应产生机械振动；
所述阀片为三角形和矩形的组合体，三角形为等边三角形，通过改变阀片上的三角形结构的配合实现阀门的开度，所述阀片内表面上设有用于固定两个固定滚轮的方块结构，所述固定滚轮与超声电机转子的转子直线凹槽接触，所述阀片外表面设有圆柱结构和上阀体上的斜线凹槽配合，所述阀片受到上阀体上斜线凹槽的约束和各阀片之间的接触约束并随着超声电机转子转动的角度变化成正比例变化。
作为本发明进一步改进，所述阀片有6个，一般采用六个阀片。
作为本发明进一步改进，所述上阀体和下阀体圆形表面中心设有螺纹接口与外部管道相接，以上设计为了方便安装。
作为本发明进一步改进，所述上阀体和下阀体通过螺丝相连，所述超声电机定子通过螺丝固定并施加预压力，以上设计方便安装和设置预压力。
本发明提供一种基于超声电机控制的旋转式流量阀的控制方法，具体步骤如下：
第一步：
控制器发出指令后，改变超声电机驱动器的输出脉冲信号的频率、占空比等参数，激励压电陶瓷产生相应的行波或驻波，在定子上产生机械振动，通过定子和转子之间的摩擦力，会使超声电机立刻启动并迅速达到稳定转速，响应时间大大降低；
第二步：
超声电机按照指令转动后，转子通过直线凹槽和阀片的约束，会带动阀片转动，但由于阀片受到上阀体上斜线凹槽的约束和六个阀片之间的接触约束，导致阀片之间形成一种特殊的相对运动方式，从紧密闭合运动成六边形孔，并随着转子转动的角度变化成正比例变化；
第三步：
完成流体流量的调节后，控制器发送停止指令，超声电机驱动器停止输出脉冲信号，超声电机定子的机械振动会立刻停止，转子由于和定子之间的巨大摩擦力会立即制动，转子凭借定子之间的摩擦力实现止动，阀片受到转子直线凹槽的约束无法转动，从而维持变化后流体流量的稳定。
本申请一种基于超声电机控制的旋转式流量阀，主体为旋转式流量阀，通过环形的行波型超声电机，驱动阀门的阀片实现阀门开度的控制，可实现流量阀的小型化的要求，并且由于超声电机转子外形为环状，中间设计成管道供流体通过，因此具有相应速度快，低速扭矩大，精度高，结构简单，不受磁场影响等优点，同样可以在对磁场敏感的特殊场合下运用，对流体的流量进行高精度控制。
附图说明
图1为旋转式流量阀半剖图；
图2为旋转式流量阀全剖图；
图3为超声电机的控制系统和结构图；
图4为超声电机转子的表面视图；
图5为阀片的结构图；
标记说明：
1、控制系统接头；2、上阀体；3、超声电机转子；4、阀片；5、固定滑轮；
6、下阀体；7、超声电机定子；8、圆柱结构；9、滚轮；10、转子直线凹槽。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种基于超声电机控制的旋转式流量阀及控制方法，可实现流量阀的小型化的要求，具有相应速度快，低速扭矩大，精度高，结构简单，不受磁场影响等优点，同样可以在对磁场敏感的特殊场合下运用，对流体的流量进行高精度控制。
图1和图2所示的为超声电机控制的旋转式流量阀的结构，包含了控制系统接头1、上阀体2、超声电机转子3、阀片4、固定滑轮5、下阀体6和超声电机定子7。控制系统的输出信号通过控制系统接头1传递给超声电机定子，使超声电机定子上产生机械振动，通过超声电机定子和超声电机转子3之间的摩擦力，带动超声转子3转动，但由于阀片4受到上阀体2上斜线凹槽的约束和六个阀片4之间的接触约束，导致阀片4之间形成一种特殊的相对运动方式，从紧密闭合运动成六边形孔，并随着转子3转动的角度变化成正比例变化，便于流量的调节，而且不需要额外的固定装置，转子7可以凭借定子3之间的摩擦力实现止动，阀片4受到转子直线凹槽的约束无法转动，从而维持变化后流体流量的稳定。
图3所示的为超声电机的控制系统和结构，控制系统包含了控制器、驱动电源和超声电机驱动器；控制器发出调节流量的指令，使超声电机驱动器输出脉冲信号，在超声电机定子7上激励出行波或驻波，产生椭圆形的机械振动，驱动超声电机转子3迅速响应并实现纳米级精度的转动；在超声电机驱动器停止输出脉冲信号后，由于定子7和转子3之间的摩擦力，转子3能以比启动更短的时间停止转动。
图4所示的为超声电机转子的表面视图，外表面开有呈六角形分布的直线凹槽，分别于阀门的六个阀片配合，其外形为环状，中间设计成管道供流体通过。
图5所示的为阀片的结构，阀片4大体上为三角形和矩形的组合体，三角形为等边三角形，阀片4内表面上设有方块结构，用于固定两个固定滚轮9，使滚轮9和超声电机转子的直线凹槽接触，减少阀片4和超声电机转子3的摩擦力，外表面设有圆柱结构8和上阀体上的斜线凹槽配合。
本发明的旋转式流量阀工作原理如下：
第一步：
控制器发出指令后，改变超声电机驱动器的输出脉冲信号的频率、占空比等参数，激励压电陶瓷产生相应的行波或驻波，在定子上产生机械振动，通过定子和转子之间的摩擦力，会使超声电机立刻启动并迅速达到稳定转速，响应时间大大降低，而电磁电机的启动速度较慢，响应时间较长。
第二步：
超声电机按照指令转动后，转子通过直线凹槽和阀片的约束，会带动阀片转动，但由于阀片受到上阀体上斜线凹槽的约束和六个阀片之间的接触约束，导致阀片之间形成一种特殊的相对运动方式，从紧密闭合运动成六边形孔，并随着转子转动的角度变化成正比例变化，便于流量的调节。
第三步：
完成流体流量的调节后，控制器发送停止指令，超声电机驱动器停止输出脉冲信号，超声电机定子的机械振动会立刻停止，转子由于和定子之间的巨大摩擦力会立即制动，这个机理正是比普通电磁电机的优越所在，缩短了停止时间，提高了控制精度，而且不需要额外的固定装置，转子可以凭借定子之间的摩擦力实现止动，阀片受到转子直线凹槽的约束无法转动，从而维持变化后流体流量的稳定。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于超声电机控制的旋转式流量阀，包括控制系统接头(1)、上阀体(2)、超声电机、流量阀组件和下阀体(6)，其特征在于：
所述超声电机和流量阀组件设置在上阀体(2)和下阀体(6)内，所述下阀体(6)一侧有控制系统接头(1)，所述超声电机为环形的行波型超声电机驱动阀片(4)实现阀门开度的控制，包括超声电机转子(3)和超声电机定子(7)，所述流量阀组件包括阀片(4)、固定滑轮(5)、圆柱结构(8)和滚轮(9)；
所述超声电机转子(3)和超声电机定子(7)安装在下阀体(6)内，所述超声电机转子(3)的外表面开有与阀片(4)相配合的转子直线凹槽(10)，所述超声电机转子(3)外圆曲面上等距装有固定滑轮(5)，所述超声电机定子(7)外形为环状，所述超声电机定子(7)内部中空并通过压电陶瓷的逆压电效应产生机械振动；
所述阀片(4)为三角形和矩形的组合体，三角形为等边三角形，通过改变阀片(4)上的三角形结构的配合实现阀门的开度，所述阀片(4)内表面上设有用于固定两个固定滚轮(9)的方块结构，所述固定滚轮(9)与超声电机转子(3)的转子直线凹槽(10)接触，所述阀片(4)外表面设有圆柱结构(8)和上阀体(2)上的斜线凹槽配合，所述阀片(4)受到上阀体(2)上斜线凹槽的约束和各阀片(4)之间的接触约束并随着超声电机转子(3)转动的角度变化成正比例变化。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声电机控制的旋转式流量阀，其特征在于：所述阀片(4)有6个。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声电机控制的旋转式流量阀，其特征在于：所述上阀体(2)和下阀体(6)圆形表面中心设有螺纹接口与外部管道相接。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声电机控制的旋转式流量阀，其特征在于：所述上阀体(2)和下阀体(6)通过螺丝相连，所述超声电机定子(7)通过螺丝固定并施加预压力。
5.一种基于超声电机控制的旋转式流量阀的控制方法，具体步骤如下，其特征在于：
第一步：
控制器发出指令后，改变超声电机驱动器的输出脉冲信号的频率、占空比等参数，激励压电陶瓷产生相应的行波或驻波，在定子上产生机械振动，通过定子和转子之间的摩擦力，会使超声电机立刻启动并迅速达到稳定转速，响应时间大大降低；
第二步：
超声电机按照指令转动后，转子通过直线凹槽和阀片的约束，会带动阀片转动，但由于阀片受到上阀体上斜线凹槽的约束和六个阀片之间的接触约束，导致阀片之间形成一种特殊的相对运动方式，从紧密闭合运动成六边形孔，并随着转子转动的角度变化成正比例变化；
第三步：
完成流体流量的调节后，控制器发送停止指令，超声电机驱动器停止输出脉冲信号，超声电机定子的机械振动会立刻停止，转子由于和定子之间的巨大摩擦力会立即制动，，转子凭借定子之间的摩擦力实现止动，阀片受到转子直线凹槽的约束无法转动，从而维持变化后流体流量的稳定。
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