CN1268862C - 阀驱动设备 - Google Patents

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Abstract

一阀驱动设备包括一可同时驱动多个阀体的电气多通阀。一个用来控制三通阀(12)的、与电机的转子一体的小齿轮(17)是驱动齿轮。与驱动齿轮啮合的从动齿轮(20A，20B)相对于驱动齿轮的轴基本对称地设置。设置在从动齿轮(20A，20B)的下表面上的阀体(24A，24B)在设置在阀座板(13)的阀座上滑动。连通孔(阀开口)(25A，25B)用于冷却剂流出管，它们焊接在阀座板(13)上，连通孔被打开或关闭以阻断或打开来自流入孔(27)的流道。两个连通孔(25A，25B)可选择下列四个相对流入孔(27)的模式：(a)A和B均打开，(b)A打开和B关闭，(c)A和B均关闭，以及(d)A关闭和B打开。

Description

阀驱动设备
技术领域
本发明涉及用来控制流体流道开/闭操作的阀驱动设备，例如，热泵型制冷循环的制冷剂流量的控制，更具体来说，涉及电气控制的多通阀(电气膨胀阀)的结构。
背景技术
已有人研制了各种使用步进电机的微处理器控制的电气膨胀阀。图9是电机型制冷剂三通阀(转换阀)的一实例的示意性局部截面图。图10是沿图9线X-X截取的阀开/闭状态的平面图。三通阀100直接设置在标号为200的一步进电机的下方，与步进电机200同轴，一转子202由一定子201的控制电流来驱动。转子202与转动轴101一体设置，且一与转动轴101一体转动的树脂阀体102是可滑动的，并同轴地连接在转动轴101的下端。一肋103从阀体102的下表面突出，在压缩弹簧104的压力下，肋103与阀座105接触。
与两个管106a和106b连通的连通孔107a和107b形成在阀座105上，从而在阀腔室109敞开，连通孔107a和107b通过阀腔室109内的阀体102有选择地与流入孔110连通。如图10所示，肋103的形状包围半圆形凹进111，而一阀体102根据转动轴101的转动角，以四个模式转换连通孔107a和107b的隔间。这就是说，如果设置在紧靠的两个位置的连通孔107a和107b中一个或两个被半圆形凹进111包围，则连通孔和流入孔110之间的流动被切断(关闭)，图10所示的在两个位置的连通孔107a和107b的开/闭状态四个模式，可由转动轴101的转动角来选择。
图10(a)示出连通孔107a关闭和连通孔107b打开。图10(b)示出两个连通孔107a和107b都关闭。图10(c)示出连通孔107a打开和连通孔107b关闭。图10(d)示出两个连通孔107a和107b都打开。这样，阀体102设置成与电机转动轴101同轴，阀体102允许在压力下以与转动轴101相同的速度转动，且两个连通孔107a和107b的四个模式得到转换。
在该结构中，为了在360°的转动范围内包括两个连通孔107a和107b的四个模式，必须将在开/闭模式的两个连通孔107a和107b容纳在能够互相阻断连通孔的最小角度内。因此，两个管106a和106b必须设置成互相紧密接触。
管106a和106b的设置限制在绕转子101的一窄的范围内，在不弯曲管子的情况下，管子106a和106b的铜焊变得困难，连通孔107a和107b的直径必须小，因此，连通孔可能被铜焊材料堵塞，所以难于如上所述地增加流量。此外，为了用一个阀体102将两个管106a和106b分成四个模式，以在短距离内转换各模式，则要求有高精度的零件，这就增加了成本。
已知这样的事实，即，如果连续控制冷却剂的流量，通过一膨胀阀使流量逐渐地减小或增加，则减少开/关转换操作的次数，延长产品的寿命，并实现小范围变化的温度控制。然而，在所示的结构中，尽管对两个管106a和106b的流道适当选择完全打开状态和完全关闭状态之一，可以实现数字控制，但以模拟的方式，不可能通过转动轴101的转动角度，逐步地打开或关闭连通孔107a和107b来连续地控制流量。
此外，除了由用来防止介质泄漏的弹簧104引起的波形载荷之外，使一个阀体102转动以抵抗从两个连通孔107a和107b流出的流体载荷。因此，存在这样的问题，即，阀体的肋103磨损。此外，在所示的结构中，当要求控制两个或多个腔室的温度时，由于转动角不能由一个阀体102作进一步细分，所以，不可能产生多于三通阀(转换阀)的多通阀。
另外，在两个连通孔107a和107b由一个阀体102控制的结构中，不可能独立地控制管106a和106b的流量，这样，流量互相不能阻断。在窄的阀腔室109内，限制设定阀体机械转动的起始(起始点)的转子的转动是十分麻烦的事。由于在与两个连通孔107a和107b同一平面上难于提供流入孔110，所以，用切割方法在侧表面上形成流入孔110。因此，为了减少上述结构的成本，采用压力加工方法来生产诸如阀腔室和阀壳的零件，但存在这样的问题，必须加工侧表面以不破坏气密性。
因此，本发明的一个目的是提供一解决上述诸问题的电气多通阀，设置在转子周围的多个阀体同时被驱动，对应于各阀体的阀开口被一一控制。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供一阀驱动设备，它包括一流体流入的流入管和一流体流出的流出管，流入管和流出管构成流体流道的一部分，本体提供一与流入管或流出管连通的阀开口，本体还提供一打开或关闭阀开口的阀体，以阻断或允许流体的流动；以及一驱动阀体的驱动装置，其中，阀驱动设备还包括至少一个以上的阀开口和至少一个以上的阀体，阀开口一对一地分别与阀体相关，并且，阀驱动设备还包括多个分别驱动多个阀体的从动齿轮和一驱动齿轮，所有的从动齿轮设置在驱动齿轮的周围而使所有的从动齿轮总是共同地与驱动齿轮啮合，驱动装置驱动驱动轮来驱动所有的从动轮。根据本发明，由于可有效地利用阀体的约360°的一个全转动，在流出管和阀体之间无阻断的情况下，对流出管进行高自由度的控制，所以，有可能以适当的方式独立地精确控制所有的管子。此外，由于可确保宽的阀体压力接受面积，所以，磨损减少，从而阀体的使用时间增加。此外，由于阀开口之间的距离可以增加，管之间的距离也可增加，所以，实施铜焊操作可无需弯曲管子，因而生产率得到提高。由于阀开口的尺寸可以增加，所以，在焊接的时候，不会造成铜焊材料的堵塞，从而易于提高流体的流量。
从动轮可以是相对驱动轮减速的一齿轮组。由于开口设置在与中心隔开的一位置上，所以，可以打开和关闭一大的流量。
此外，至少驱动轮和诸从动轮中的两个齿轮装备有限制转动的互相阻断的阻断部分，这样，阀体的机械转动的起始点可以可靠地被设定。较佳地，阀开口和从动轮的所有转动轴以与驱动轮的转动轴等距离地展开和设置。阀体邻接在阀开口的周缘上而抵靠的阀座最好设置有一台阶，并形成一凹入面，该凹入面形成为一光滑的平表面。此外，阀体对应于从动轮依据心形凸轮的轮廓而引起的转角，可逐步地分别打开或关闭阀开口。
附图的简要说明
图1是显示采用本发明的阀驱动设备的三通阀的一完整实施例的侧截面图。
图2是显示本发明的阀驱动设备的侧截面图。
图3是显示一从动轮的第一实施例的平面图，以及沿图2的III-III线截取的阀体的图形。
图4是在本发明的阀驱动设备中的阀体开/闭模式的说明性视图。
图5是在本发明的阀驱动设备中的阀体开/闭的曲线图。
图6是说明在本发明的阀驱动设备中的两个阀体的相对位置设置夹具的设定操作的平面图。
图7是说明应用本发明的阀驱动设备的四通阀(第二实施例)的设置的平面图。
图8是说明应用本发明的阀驱动设备的二通阀(第三实施例)的阀体图形的平面图。
图9是显示一传统的电气膨胀阀的实例的示意性局部截面图。
图10是说明图9所示的电气膨胀阀的开/闭模式的视图。
具体实施方式
根据附图将对根据本发明的阀驱动设备的实施例进行描述。图1是显示完整的电气膨胀阀10的说明性的垂直侧截面图。图2是应用于一三通阀的本发明的阀驱动设备的实例的放大的垂直侧截面图。阀驱动设备11构造在一压制成形的金属阀座板上，并用一气密密封箱14气密地密封。一转子15设置在气密密封箱14内，并由与气密密封箱14的外侧紧密接触、从而包围箱14的定子16来转动。一驱动信号从计算机(未示出)输入到与定子16的固定线圈16a连接的电气导体16b，由此，控制转子15的转动/停止在预定的角度。
转子15在其外周缘一体地设置有磁体15a。一小齿轮17形成在紧靠阀座板13的转子15的一端。转子15被一固定的转子支承轴18可转动地支承。减小气密密封箱14的直径，以使转子15的磁体15a的外周表面和定子线圈16a的内周表面互相接近。气密密封箱14在其关闭端设置有一凹进14a。转子15的支承轴18的一端装配入凹进14a，以稳定地支承支承轴18。气密密封箱14在敞开端14b一侧的直径增大，以形成一定子16在其上就位的台阶14c。直径增大的敞开端14b的内表面紧配在阀座板13的台阶形外周缘的直径减小的周缘部分13a。如果气密密封箱14的敞开端14b配合在阀座板13的直径减小的周缘部分13a，则阀座板13的中心孔13b和气密密封箱14的固定轴支承凹进14a互相同轴地对齐。
与作为公共轮的小齿轮17相啮合的两个从动齿轮20A和20B(见图3)的支承轴21A和21B的固定孔13c，形成在与中心孔13b相对侧的阀座板13的两个位置上。从动齿轮20A和20B可转动地支承在支承轴21A和21B上。标号B表示轴承套。台阶13d压制成型在阀座板13的一圆形边界上，该边界略大于围绕从动齿轮支承轴固定孔13c的从动齿轮20A和20B的外直径，且一光滑平面13e凹进在圆周内而形成一阀座23(见图2)。采用这种结构，可以设置阀座23的表面相对平整度，阀座邻接压靠在滑动表面24a上，滑动表面具有预定图形，且在有限范围内突出在与从动齿轮20A和20B的下表面连接的阀体24上。
连通孔25A和25B在形成两个阀座23的圆形的必要位置上形成，由此，形成阀开口。与流入管26连通的另一连通孔27(见图4)形成在一半径线上的适当位置，该半径线与连接这些连通孔(阀开口)25A和25B的直线垂直相交。这些连通孔25A和25B与底孔29连通，底孔通过浅度地凹进管安装表面13f而形成，该管安装表面位于第一和第二流出管28A和28B在其上配装的阀座23的相对侧。
一管支承板30固定在管安装表面13f，该管安装表面在阀座板13的阀座23的相对侧设置有底孔29。压制成型的管支承板30是一薄的金属板。管支承板30的三个部分包括流入管26和与管配装底孔29对应的第一及第二流出管28A、28B，该三部分弯曲而形成台阶30a，由此形成与阀座板13的管安装表面13f脱离的表面13f。通孔30c与流入管26和第一及第二流出管28A、28B的外直径紧密接触，并具有支承管子的突起，这些通孔30c设置在与管配装底孔29对齐的位置。支承轴18、21A和21B宽松地配装在诸通孔30d中，这些通孔30d形成在与中心孔13b和支承轴固定孔13c对应的阀座板13的若干位置上。
全部三个轴，即转子支承轴18(公共齿轮支承轴)和两个从动齿轮支承轴21A和21B，从与阀座23相对的阀座板13的表面侧，压配入中心孔13b和支承轴固定孔13c。此外，三个管，即流入管26和第一及第二流出管28A、28B，向上装配入管支承板30的通孔30c。管的端表面允许座落在由阀座板13的管安装表面13f凹入而形成的底孔29上。从外面安装的全部六个部件的六个部位，从与阀座23相对的表面13f进行焊接或铜焊，以确保气密性。各管间的长间距可达到，因此所有的流入管26和流出管28A及28B可设置在同一的管安装表面13f。因此，便于从同一方向组装和铜焊操作，因操作性提高，所以质量得到稳定。
图3是表示与从动齿轮20(A，B)一体形成的阀体24(A，B)的平面图，它是沿图2的III-III线截取的阀座的视图。一台阶设置在与轴垂直的一齿轮表面和一滑动表面24a(-A，-B)之间，滑动表面24a(-A，-B)示为交叉影印线，其为阀体24(A，B)。滑动表面24a(-A，-B)与光滑的阀座表面13e紧密接触，阀座表面13e通过凹入阀座板13而形成，且滑动表面24a(-A，-B)在其上滑动。因此，连通孔25A，25B完全被滑动表面24a(-A，-B)覆盖，且在阀腔室22和流出管28A和28B之间的流体的流道被关闭，并与流入管26隔绝。切去从动齿轮20(A，B)的一部分齿，并设置一不与驱动齿轮的转子小齿轮17啮合的突起32。采用这种结构，可限制从动齿轮20(A，B)的转动，以及设定启动的起始点。
从动齿轮20(A，B)的齿数大于驱动齿轮(转子小齿轮)17的齿数，转子15的转动得到减速，且转动从动齿轮20(A，B)。驱动齿轮17的齿数设定为这样一个值，即，驱动齿轮其后的组装，不需移动设定在一预定位置上的从动齿轮。由于通过从动齿轮20(A，B)而转动半径增加，且从动齿轮20(A，B)只控制一个连通孔，所以，减小驱动扭矩和磨损，设置具有大直径的连通孔25A、25B，并可控制大的流量。一个连通孔25A(25B)与一个阀体24(A，B)相连，连通孔25A(25B)设置在阀体24(A，B)的移动半径内，以控制打开和关闭操作。因此，一个连通孔25A(25B)，利用一个阀体24(A，B)的360°的全圆周，可得到完全控制，由此，获得诸多优点。
图4示出第一连通孔25A和第二连通孔25B的开/闭模式，两个连通孔由第一阀体(A)24A和第二阀体(B)24B控制，通过阀座板13而实现开/闭。图4(a)示出第一连通孔25A和第二连通孔25B均打开。图4(b)示出第一连通孔25A打开和第二连通孔25B关闭。图4(c)示出第一连通孔25A和第二连通孔25B均关闭。图4(d)示出第一连通孔25A关闭和第二连通孔25B打开。由相对于从动齿轮20A和20B的台阶形成的阀体24(A，B)外形的轮廓图形具有方向特性。因此，在关于第一连通孔25A和第二连通孔25B的四种模式中，必须设定两个阀体24A和24B转角的相对位置关系。
因此，如图6所示的齿轮相对位置设定夹具33被采用。该夹具33是环形并具有形成其内直径的表面33a，且沿由第一阀体24A和第二阀体24B的从动齿轮20A和20B的外直径所划圆周形成。突起33b形成在夹具33的、与形成表面33a的内直径对应的位置上。利用两个设定从动齿轮启动起始点的突起32，配装突起33b以定位凹进32a。利用该夹具33，从动齿轮20A和20B的定位凹进32a与齿相对位置设定夹具33的突起33b对齐，由此，设定从动齿轮20A和20B的相对角关系位置。更具体来说，齿轮相对位置设定夹具33被设定到阀座板，从动齿轮20A和20B的阀体滑动表面24a-A，24a-B，并朝向阀座23，固定到阀座板13的支承轴21A和21B被插入从动齿轮20A和20B。由于通过凹陷如图2所示的从动齿轮20A和20B的各个下端形成一间隙，所以，转动不会受阻。
为了将分别一体形成在从动齿轮20A和20B上的阀体滑动表面24a-A，24a-B，与阀座23紧密接触，片簧件35支臂35a的安装，应使诸臂与从动齿轮20A和20B的上表面弹性接触(见图1和2)。与转子小齿轮17一体形成的转子15，通过固定的支承轴18，插入阀座板13的中心部分。作为驱动齿轮的转子小齿轮17，其允许可靠地与从动齿轮20A和20B啮合，转子15是组装的，且齿轮相对位置设置夹具33被移去。
包括转子15的阀座板13的全部阀座23，由气密密封箱14覆盖，阀座板13的直径减小的周缘部分13a配装入气密密封箱14的敞开端14b的内表面，它们用TIG焊接而一体形成并加以密封，由此，形成气密的阀腔室22。先前安装的一片簧件35的诸径向延伸支臂35a的自由端，被气密密封箱14的敞开台阶14c的内表面压迫，多个从动齿轮20A和20B从它们的上表面被弹性地偏压，阀体滑动表面24a-A和24a-B与阀座23紧密接触。在气密密封箱14中，设置在凹进14a的外周缘上的垫圈36推动转子15的上端，并通过插入转子小齿轮17的下表面的轴套37而压迫弹簧垫圈38，凹进14a在封闭端一侧支承转子支承轴18的一端。因此，转子15的轴向间隙被弹簧垫圈38的弹性变形吸收，这就有可能确保转子15的平顺转动，而不会咔哒作响。
然后，一定子定位框架40，它也用作电气膨胀阀10的安装座40a，框架固定在管支承板30的外表面上一预定的位置，而管支承板固定在阀座板13，一定位接合工具40b与设定在定子16上的凹进16c接合。在从动齿轮20A的定子的最外齿(未示出)与由转动限位突起32限定的机械启动起始点之间的位置关系中，在一计算机输入信号的起始点被调整后，定子16对于转子15的位置关系不允许移动。标号40c表示栓孔，电气膨胀阀10通过栓孔安装到另外的装置。
接下来，将描述根据本发明的阀驱动设备11的三通阀12的操作，描述中将参照基于驱动齿轮的转子小齿轮17顺时针转动情况的图4和5。在图4(a)中第一从动齿轮(A)20A位于启动起始点，即，如图5所示的0步，且第一连通孔25A是敞开的。从这里起，第一从动齿轮(A)20A逆时针转动，但由于阀体滑动表面24a-A的轮廓图形沿一弧s围绕支承轴21A而形成，直到图5中的72步，在图5中表示60步的附近情况的图4(b)中的第一从动齿轮(A)20A保持第一连通孔25A的打开状态。
第一从动齿轮(A)20A从图4(b)所示的位置逆时针转动到图5所示的72步，然后，第一从动齿轮(A)20A开始沿一心形凸轮曲线t(阿基米德螺旋线)直到108步关闭，同时基本按转角的比例逐渐减小其打开的面积。在108步之后，第一从动齿轮(A)20A通过图4(c)所示的大致的120步，并在计算机控制的转动限制之内，移到第二从动齿轮(B)20B的转动被图4(d)所示的突起32限定的位置，从而第一连通孔25A的完全关闭状态得到保持。
另一方面，在第二从动齿轮(B)20B的阀体24B的情形中，当第一从动齿轮(A)20A位于图4(a)中的启动起始点的0步时，第二连通孔25B打开。然后，第二从动齿轮(B)20B沿逆时针转动，且从图5中的12步起，第二连通孔25B开始关闭，这样，基本按转角的比例逐渐减小其打开面积。在图4(b)所示的图5中的60步的附近，第二连通孔25B完全关闭。在这种状态下，第二连通孔25B的这种关闭状态一直保持到132步。图4(c)示出图5的120步附近的情况。图4(c)示出第二连通孔25B关闭。
通过进一步转动，第二连通孔25B的打开面积，又沿心形凸轮曲线t，基本按转角的比例逐渐打开，直到168步，在图4(d)所示的限制位置处，打开面积完全被打开。通过选择阀体24的形状和转角，同时，以这样的方式将它们与第一从动齿轮20A和第二从动齿轮20B之间的转动相位相结合，就可能对第一和第二连通孔25A和25B构成各种打开/关闭模式。
图7是第二实施例的阀体24A、24B、24C和连通孔25A、25B、25C的平面布置图，在该实施例中，本发明的阀驱动设备11应用于一四通阀42。图7示出如图4相同的方向观察的布置图。第一、第二和第三从动齿轮20A、20B、20C围绕转子小齿轮17的支承轴18，以互相等距离的方式径向设置。第一、第二和第三连通孔25A、25B、25C在径向直线上布置。与应用于三通阀12的实施例中的零件相同的诸零件用相同的标号表示，并略去对其的描述。取代用于第一和第二连通孔的后缀字母A和B，字母C添加到与添加的连通孔25C相关的零件的标号中去。可以容易地预料到，根据本实施例中所示的径向布置，通过改变从动齿轮的直径和轴向啮合的位置，可以提高多通阀操纵更多控制回路的能力。
图8示出第三实施例，其中，本发明的阀驱动设备应用于二通阀52。与三通阀12或四通阀42相比，连通孔55的打开调整角范围较大。因此，阀体54随阀座滑动图形54a而形成的目的不仅在于，单纯的开/关控制，而且在于基本按转角的比例打开或关闭开度面积。如果该结构用于电气膨胀阀，则可以小变化的方式精确地细调温度。由于阀体54的阀座滑动图形54a，槽56的相对边缘56a和56b，由两个心形凸轮曲线t1和t2形成，其从相对侧逐渐地关闭连通孔55，或逐渐地打开连通孔55，因此，槽56的敞开端设置有一与阀腔室连通的开口56d。
作为根据本发明的阀驱动设备的诸实施例，三通阀12是作为主题来描述，而二通阀52是作为其应用实例来描述，但本发明不限于上述的实施例。根据本发明的结构，其中，阀体24围绕转子小齿轮17沿径向布置，且诸连通孔分别一对一地与诸阀体相连，如有需要的话，四通阀42可形成为一多通阀，可以预料，在涉及不脱离本发明的基本构成要求的范围内的具体部分，其形状和结构可不同地变化，诸零件可不同地改造。
工业应用
从上述介绍可清楚地看到，本发明的阀驱动设备包括：一具有流体流入的流入管和一流体流出的流出管的本体，流入管和流出管形成流体流道的一部分，本体提供一与流入管或流出管连通的阀开口，本体还提供用来打开或关闭阀开口的阀体，以阻断或允许流体的流动；驱动阀体的驱动装置，其中，阀驱动设备至少还包括一个阀开口和一个阀体，诸阀开口分别与阀体一对一地连通。由于所有绕阀体的约360°的一个转动，可有效地用来高自由度地对一流出管进行控制，而不阻断流出管和阀体之间的流动，因此，可能以合适的精确控制的方式独立地控制所有的管子。此外，由于可以确保阀体的宽广的压力接受面积，所以可减少磨损，因而提高阀体的使用寿命。此外，由于阀诸开口之间的距离可以增加，各管子之间的距离也得到增加，因此，可在不需弯曲管子的情况下进行铜焊操作，从而提高生产率。由于阀开口的尺寸可以增加，在焊接的时候，不会造成铜焊材料的堵塞，因此，容易提高流体的流量。

Claims (6)

1.一阀驱动设备，包括：一具有流体流入的流入管和流体流出的流出管的本体，流入管和流出管形成流体流道的一部分，本体提供一与流入管或流出管连通的阀开口，本体中还提供用来打开或关闭阀开口的阀体，以阻断或允许流体的流动；以及用来驱动阀体的驱动装置，其中，阀驱动设备还包括至少一个阀开口和至少一个阀体，诸阀开口分别与诸阀体一对一地连通，并且，阀驱动设备还包括分别驱动多个阀体的多个从动齿轮以及一个驱动齿轮，其中所有的从动齿轮围绕驱动齿轮设置而使所有的从动齿轮总是共同地与驱动齿轮啮合，驱动装置驱动该驱动齿轮，从而驱动所有从动齿轮。
2.如权利要求1所述的阀驱动设备，其特征在于，从动齿轮是相对驱动齿轮减速的齿轮组。
3.如权利要求1所述的阀驱动设备，其特征在于，至少驱动齿轮和诸从动齿轮的两个齿轮设置有阻断部分，它们互相阻断以限制转动。
4.如权利要求1所述的阀驱动设备，其特征在于，阀开口和从动齿轮的所有转动轴与驱动齿轮的转动轴等距离地展开和布置。
5.如权利要求1所述的阀驱动设备，其特征在于，阀体在阀开口的周缘上邻接抵靠的阀座设置有一台阶，并形成为一凹陷的表面，该凹陷的表面形成为一光滑的平坦面。
6.如权利要求1所述的阀驱动设备，其特征在于，阀体对应于从动齿轮的转动角，分别逐渐地打开或关闭阀开口，从动齿轮的外形线为心形凸轮。
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