CN114396406A - 一种液压1d数字转阀的转子阀芯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体传动与控制数字化技术领域，尤其涉及一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，包括芯轴、电机定子和角位移传感器；芯轴的一部分为电机转子轴，另一部分设置有阀孔，阀孔处芯轴表面设有若干个沟槽，电机转子轴与电机定子同轴匹配，阀孔与阀套相配套；阀孔与阀套配套后，组成二位二通阀芯、二位三通阀芯、二位四通阀芯或三位四通阀芯中的任一种逻辑控制阀路；芯轴与电机定子可构成伺服电机、伺服步进电机或旋转电磁铁中的任一种结构，在控制系统作用下实现数字化控制。与现有技术相比，本发明的优点是：驱动电机转子与转子阀芯为一体结构，结构紧凑，减小体积和重量，简化装配工艺，提高控制精度和响应速度。

Description

一种液压1D数字转阀的转子阀芯

技术领域

本发明涉及流体传动与控制数字化技术领域，尤其涉及一种液压1D数字转阀的转子阀芯。

背景技术

液压阀类产品广泛应用于各技术领域的流体控制，目前可见的液压转阀阀芯有一维的和二维的。申请号为201310079796.X的中国发明专利公开了一种直馈式数字液压阀，包括指令电机、花键副、阀体、阀芯、反馈螺纹副、反馈电机，指令电机通过花键副与阀芯连接；的反馈电机通过反馈螺纹副与阀芯连接，阀芯可在阀体内通过反馈螺纹副转换为轴向滑动以控制阀口开度。申请号为201610563269.X的中国发明专利公开了一种单电机驱动的单阀芯旋转式液压阀，包括角位移传感器、电机、阀体、阀芯、压力传感器、弹簧挡圈、压盖和控制器；电机转动带动阀芯转动，阀芯转动使第一贯穿孔与回油T贯穿孔连通，或者使“U”型槽与工作B贯穿孔和压力P贯穿孔连通，或者使第二贯穿孔与工作A贯穿孔连通，控制器通过角位移传感器获取角度信息或者通过压力传感器获取压力信息，从而可以实现换向阀功能和压力阀功能。上述两种一维的阀芯一般都是电机输出轴要通过接手与转阀阀芯连接，这样增加了装配难度和影响装配精度，会降低阀的控制精度和响应速度。

二维（两个自由度）的液压转阀驱动模式，均运用电机+机械转换器来实现，机械转换器有齿轮传动、涡轮蜗杆、丝杆螺母、滚珠丝杠、凸轮、曲柄曲轴等结构，由于机械转换存在转换误差，同时这些结构随着使用时间的延长，传动件持续磨损，间隙增加，进一步增加转换误差，导致控制精度降低。

专利申请号为201110028064.9的中国发明专利公开了一种高频液压转阀，转阀由阀体、阀芯、阀套以及传动轴等零件组成。阀芯上有五段完整圆柱面，其与阀孔形成间隙密封将阀分隔成四个密封区段。第一密封区段功能上相当于一只常规两位四通换向阀，第二至第四密封区段组成一只左位为直通右位为M型滑阀机能的两位四通换向阀。阀芯采用力平衡设计，由控制电机驱动高速旋转，实现油路高频切换。其缺点是五段式连接的传动累计误差非常大，而且该阀功能主要是换向作用，不能进行流量调节。

可见，现有技术中，不论一维还是二维数字转阀的阀芯都是与电机分体的结构，其缺点都是增加了装配难度，影响装配精度，还会降低转阀的控制精度和响应速度，无法满足数字转阀对切换精度和响应速度的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压1D数字转阀的转子阀芯，克服现有技术的不足，采用单电机直驱单阀芯结构，可以根据使用场合的需要，通过改变控制软件做到任意切换转阀的工作状态，比如开关阀或调节阀，结构简单、控制灵活，适用于多种技术领域的流体控制，尤其适合于流体的数字化控制系统。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，包括芯轴、电机定子和角位移传感器；芯轴的一部分为电机转子轴，另一部分设置有阀孔，阀孔处芯轴表面设有若干个用于装密封圈的沟槽，电机转子轴与电机定子同轴匹配，阀孔与阀套相配套；所述芯轴的一端与角位移传感器相连接；所述芯轴为沿径向或轴向开槽的实心圆柱或空心圆柱，或为不开槽空心圆柱中的任一种，开槽位于电机侧，开槽内绕有铜导线或铝导线；所述阀孔与阀套配套后，组成二位二通阀芯、二位三通阀芯、二位四通阀芯或三位四通阀芯中的任一种逻辑控制阀路；所述芯轴与电机定子可构成伺服电机、伺服步进电机或旋转电磁铁中的任一种结构，在控制系统作用下实现数字化控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）解决了现有技术中液压转阀驱动中的无隙连接及功效问题，驱动电机转子与转子阀芯为一体结构，结构紧凑，减小体积和重量，简化装配工艺这解决了电机与阀芯的无隙连接，实现了无传递功率损耗，提高装配精度，降低了负载扭矩，简化了装配工艺,可提高控制精度和响应速度；

2）该阀芯适用于多个技术领域的流体控制，尤其适合流体数字化控制，采用这种阀芯的转阀使用不同的控制软件即可实现不同的控制方式，如比例伺服控制、智能伺服控制等；即可以调节流量，又可以调节压力；

3）采用这种阀芯的转阀可以在高频响开关阀、高频响换向阀、逻辑阀单元、完全独立负载口控制阀、独立负载口控制阀、容腔万能控制阀、溢流阀、减压阀、顺序阀、节流阀、调速阀中使用；

4）采用这种转子阀芯的转阀具有实现模块化功能、可用各种不同材质制作；

5）采用这种阀芯的转阀可以广泛使用在航天航空领域、航海、海洋水下机械、井下采掘机械、井下支撑机械、液压机械人、液压机械手、注塑机、振动机械等等各领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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是本发明实施例结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3-1至图3-3是本发明用于构成三位三通阀逻辑控制阀路实施例结构示意图，图3-2是阀孔处横截面示意图，图3-3是阀孔处纵向截面示意图；

图4-1至图4-4是本发明用于构成二位四通阀逻辑控制阀路实施例结构示意图，图4-2是阀孔处横截面示意图，图4-3是阀孔处纵向截面一示意图，图4-4是阀孔处纵向截面二示意图；

图5-1至图5-2是本发明用于构成油路换向逻辑控制阀路实施例结构示意图，图5-2是阀孔处纵向截面示意图；

图6-1至图6-3是本发明用于构成同步阀逻辑控制阀路实施例结构示意图，图6-2是阀孔处纵向截面一示意图，图6-3是阀孔处纵向截面二示意图；

图7-1至图7-4是本发明用于构成两位三通阀逻辑控制阀路实施例结构示意图，图7-2是阀孔处横截面示意图，图7-3是阀孔处纵向截面一示意图，图7-4是阀孔处纵向截面二示意图；

图8-1至图8-3是本发明用于构成具有流量调节功能的液压逻辑控制阀路实施例结构示意图，图8-2是阀孔处纵向截面一示意图，图8-3是阀孔处纵向截面二示意图；

图9-1至图9-3是本发明用于构成逻辑开关逻辑控制阀路实施例结构示意图，图9-2是阀孔处横截面示意图，图9-3是阀孔处纵向截面示意图；

图10-1至图10-3是本发明用于构成具有流量调节功能的液压逻辑控制阀路实施例结构示意图，图10-2是阀孔处纵向截面一示意图，图10-3是阀孔处纵向截面二示意图。

图中：101-芯轴，1011-电机转子轴，1012-连接过渡段，1013-丝堵，1014-轴向阀孔；1015-径向阀孔一，1016-径向阀孔二，1017-沟槽，102-铜导线或铝导线；103-角位移传感器；104-电机定子。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

见图1-2，是本发明一种液压1D数字转阀的转子阀芯实施例结构示意图，包括芯轴101、电机定子104和角位移传感器103；芯轴的一部分为电机转子轴1011，另一部分设置有多个阀孔（1014、1015、1016），电机转子轴与液压阀转轴之间为连接过渡段1012，阀孔的外端设有丝堵1013，阀孔处芯轴表面设有若干个用于装密封圈的沟槽1017，电机转子轴与电机定子同轴匹配，阀孔与阀套相配套；芯轴101的一端与角位移传感器103相连接；芯轴为沿轴向设有开槽的实心圆柱，开槽位于电机侧，开槽内绕有铜导线或铝导线102；阀孔与阀套配套后，组成二位二通阀芯、二位三通阀芯、二位四通阀芯或三位四通阀芯中的任一种逻辑控制阀路；芯轴101与电机定子104可构成伺服电机、伺服步进电机或旋转电磁铁中的任一种结构，在控制系统作用下实现数字化控制。芯轴101与电机定子102组成电机，可以完成伺服电机、伺服步进电机或旋转电磁铁的功能。

见图3，阀孔与阀套配套连接后构成三位三通阀逻辑控制阀路，对应芯轴连接处设有成夹角60°的铣平面K1和铣平面K2，阀套上设有A口油路和C口油路，B口油路和D口油路，当芯轴在当前位置一时，A口与C口油路连通，B口与D口油路连通；当芯轴逆时针转60°至位置二时，B口与D口油路断路；而A口与C口油路连通；当芯轴顺时针转120°至位置三时，B口与D口油路连通，而A口与C口组成油路断路。

见图4，阀孔与阀套配套连接后构成二位四通阀逻辑控制阀路，对应芯轴连接处设有互相平行的铣平面K1和铣平面K2，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路、E口和F口油路、G口和H口油路，当芯轴在当前位置一时，A口与B口油路连通、C口与D口油路连通、E口与F口油路断路、G口与H口油路断路；当芯轴逆时针转90°至位置二时，A口与B口油路断路、C口与D口油路断路、E口与F口油路连通、G口与H口油路连通；当芯轴顺时针转90°至位置三时，B口与A口油路断路、而D口与C口油路断路、E口与F口油路连通、G口与H口油路连通。

见图5，阀孔与阀套配套连接后构成油路换向逻辑控制阀路，对应芯轴与阀套配合的位置，铣有三个平面，分别是G平面和F平面、H平面，其中G平面和F平面成60°角，它们与H平面分别成60°角，阀套上设有A口和B口构成的油路， E口和F口构成的油路、C口和D口构成的油路，当芯轴在当前位置一时，A口与B口油路断路，C口与D口油路连通，E口与F口油路连通；；芯轴顺时针旋转120°至位置二时，A口与B口油路连通，C口与D口油路连通，E口与F口油路断路芯轴逆时针旋转120°至位置三时，A口与B口油路连通，C口与D口油路断路，E口与F口油路断路。

见图6，阀孔与阀套配套连接后实现同步阀逻辑控制阀路，对应芯轴连接处设有径向通孔M1、M2、M3和径向通孔T1, 径向通孔M1、M2、M3的开孔方向均相同，径向通孔M1、M2由芯轴内通孔相连通，径向通孔M3和径向通孔T1垂直且由芯轴内通孔相连通，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路、E口和F口油路、G口和H口油路，当芯轴在当前位置一时，A口、B口、C口和D口油路连通，E口、F口、G口和H口油路连通；当芯轴旋转90°至位置二时，则A口、B口、C口与D口油路全断开，E口、F口、G口与H口油路全断开，从而实现多口同时同步进行流量调节，保证执行元件同步动作。

见图7，阀孔与阀套配套连接后实现两位三通阀逻辑控制阀路，对应芯轴连接处设有成夹角60°的铣平面K1和铣平面K2，对应芯轴连接处设有径向通孔M1，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路和E口和F口油路，当芯轴在当前位置一时，A口与B口油路连通， C口与D口油路断路，E口与F口油路连通；当阀芯旋转90°至位置二时，则A口与B口油路断路，C口与D口油路连通，E口与F口油路断路，同步实现两路通变为一路通。

见图8，阀孔与阀套配套连接后实现可以实现油路选择连通及流量调节功能，对应芯轴连接处设有铣平面K1，对应芯轴连接处设有相垂直且连通的径向通孔M1和M2，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路；当芯轴在当前位置一时，A口与B口油路连通，C口与D口油路连通，且A口、B口、C口与D口油路通过芯轴内部油路相连通，当芯轴顺时针转过60°至位置二时，A口与B口油路断路，C口与D口油路连通；当芯轴顺时针转过180°至位置三时，A口与B口油路连通，C口与D口油路断路，完成油路变换功能。

见图9，阀孔与阀套配套连接后实现逻辑开关逻辑控制阀路，对应芯轴连接处设有成夹角60°的铣平面K1和铣平面K2，铣平面K1和铣平面K2分别位于芯轴的轴向两侧，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路和E口和F口油路；当芯轴在当前位置一时，A口与B口油路连通， C口与D口油路连通，E口与F口油路连通；当芯轴顺时针转过60°至位置二时，E口与F口油路断路，A口与B口油路断路，C口与D口油路连通；当芯轴顺时针转过180°至位置三时，所有口油路均断开。

见图10，阀孔与阀套配套连接后实现同样压力下的流量同步调节功能和不同压力下的比例同步调节功能，对应芯轴连接处设有径向通孔M1、M2、M3, 径向通孔M1、M2、M3的开孔方向均相同，径向通孔M1、M2由芯轴内通孔相连通，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路和E口和F口油路；当芯轴在当前位置一时，A口与B口油路连通， C口与D口油路连通，E口与F口油路连通，并且A口、B口、C口和D口是连通的；当阀芯转动时，各个油口流量均变化，实现同步控制，当芯轴旋转达到60°以上时，所有油口均关闭。

以上所述，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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，包括芯轴、电机定子和角位移传感器；芯轴的一部分为电机转子轴，另一部分设置有阀孔，阀孔处芯轴表面设有若干个用于装密封圈的沟槽，电机转子轴与电机定子同轴匹配，阀孔与阀套相配套；所述芯轴的一端与角位移传感器相连接；所述芯轴为沿径向或轴向开槽的实心圆柱或空心圆柱，或为不开槽空心圆柱中的任一种，开槽位于电机侧，开槽内绕有铜导线或铝导线；所述阀孔与阀套配套后，组成二位二通阀芯、二位三通阀芯、二位四通阀芯或三位四通阀芯中的任一种逻辑控制阀路；所述芯轴与电机定子可构成伺服电机、伺服步进电机或旋转电磁铁中的任一种结构，在控制系统作用下实现数字化控制。

2.根据权利要求1所述的一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，所述阀孔与阀套配套连接后构成三位三通阀逻辑控制阀路，对应芯轴连接处设有成夹角60°的铣平面K1和铣平面K2，阀套上设有A口油路和C口油路，B口油路和D口油路，当芯轴在位置一时，A口与C口油路连通，B口与D口油路连通；当芯轴逆时针转60°至位置二时，B口与D口油路断路；而A口与C口油路连通；当芯轴顺时针转120°至位置三时，B口与D口油路连通，而A口与C口组成油路断路。

3.根据权利要求1所述的一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，所述阀孔与阀套配套连接后构成二位四通阀逻辑控制阀路，对应芯轴连接处设有互相平行的铣平面K1和铣平面K2，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路、E口和F口油路、G口和H口油路，当芯轴在位置一时，A口与B口油路连通、C口与D口油路连通、E口与F口油路断路、G口与H口油路断路；当芯轴逆时针转90°至位置二时，A口与B口油路断路、C口与D口油路断路、E口与F口油路连通、G口与H口油路连通；当芯轴顺时针转90°至位置三时，B口与A口油路断路、而D口与C口油路断路、E口与F口油路连通、G口与H口油路连通。

4.根据权利要求1所述的一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，所述阀孔与阀套配套连接后构成油路换向逻辑控制阀路，对应芯轴与阀套配合的位置，铣有三个平面，分别是G平面和F平面、H平面，其中G平面和F平面成60°角，它们与H平面分别成60°角，阀套上设有A口和B口构成的油路， E口和F口构成的油路、C口和D口构成的油路，当芯轴在当前位置一时，A口与B口油路断路，C口与D口油路连通，E口与F口油路连通；；芯轴顺时针旋转120°至位置二时，A口与B口油路连通，C口与D口油路连通，E口与F口油路断路芯轴逆时针旋转120°至位置三时，A口与B口油路连通，C口与D口油路断路，E口与F口油路断路。

5.根据权利要求1所述的一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，所述阀孔与阀套配套连接后实现同步阀逻辑控制阀路，对应芯轴连接处设有径向通孔M1、M2、M3和径向通孔T1, 径向通孔M1、M2、M3的开孔方向均相同，径向通孔M1、M2由芯轴内通孔相连通，径向通孔M3和径向通孔T1垂直且由芯轴内通孔相连通，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路、E口和F口油路、G口和H口油路，当芯轴在位置一时，A口、B口、C口和D口油路连通，E口、F口、G口和H口油路连通；当芯轴旋转90°至位置二时，则A口、B口、C口与D口油路全断开，E口、F口、G口与H口油路全断开，从而实现多口同时同步进行流量调节，保证执行元件同步动作。

6.根据权利要求1所述的一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，所述阀孔与阀套配套连接后实现两位三通阀逻辑控制阀路，对应芯轴连接处设有成夹角60°的铣平面K1和铣平面K2，对应芯轴连接处设有径向通孔M1，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路和E口和F口油路，当芯轴在位置一时，A口与B口油路连通， C口与D口油路断路，E口与F口油路连通；当阀芯旋转90°至位置二时，则A口与B口油路断路，C口与D口油路连通，E口与F口油路断路，同步实现两路通变为一路通。

7.根据权利要求1所述的一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，所述阀孔与阀套配套连接后实现逻辑功能和调节功能，对应芯轴连接处设有铣平面K1，对应芯轴连接处设有相垂直且连通的径向通孔M1和M2，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路；当芯轴在位置一时，A口与B口油路连通， C口与D口油路连通，且A口、B口、C口与D口油路通过芯轴内部油路相连通，当芯轴顺时针转过60°至位置二时，A口与B口油路断路，C口与D口油路连通；当芯轴顺时针转过180°至位置三时，A口与B口油路连通，C口与D口油路断路，完成油路变换功能。

8.根据权利要求1所述的一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，所述阀孔与阀套配套连接后实现逻辑开关逻辑控制阀路，对应芯轴连接处设有成夹角60°的铣平面K1和铣平面K2，铣平面K1和铣平面K2分别位于芯轴的轴向两侧，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路和E口和F口油路；当芯轴在位置一时，A口与B口油路连通， C口与D口油路连通，E口与F口油路连通；当芯轴顺时针转过60°至位置二时，E口与F口油路断路，A口与B口油路断路，C口与D口油路连通；当芯轴顺时针转过180°至位置三时，所有口油路均断开。

9.根据权利要求1所述的一种液压1D数字转阀的转子阀芯，其特征在于，所述阀孔与阀套配套连接后实现同样压力下的流量同步调节功能和不同压力下的比例同步调节功能，对应芯轴连接处设有径向通孔M1、M2、M3, 径向通孔M1、M2、M3的开孔方向均相同，径向通孔M1、M2由芯轴内通孔相连通，阀套上设有A口油路和C口油路、B口油路和D口油路和E口和F口油路；当芯轴在位置一时，A口与B口油路连通， C口与D口油路连通，E口与F口油路连通，并且A口、B口、C口和D口是连通的；当阀芯转动时，各个油口流量均变化，实现同步控制，当芯轴旋转达到60°以上时，所有油口均关闭。

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