CN1464952A - 阀驱动装置 - Google Patents

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Abstract

在一种阀驱动装置中，可同时驱动多个阀体，并且构造成了一个电动多向阀，该该多向阀中从动齿轮相对于阀体独立。与控制三向阀(12)的电动机的转子一体形成的小齿轮17作为一个公共齿轮与若干从动齿轮(20A、20B)啮合，这些从动齿轮关于公共齿轮的轴线对称设置。与从动齿轮(20A、20B)独立的橡胶阀体(24A、24B)设置在从动齿轮(20A、20B)的下表面上。阀体(24A、24B)与一阀座滑动对齐，该阀座是通过平滑地凹进一阀座板(13)而形成的。从动齿轮(20A、20B)在片簧构件(35)的压力下与阀座(23)接触，使连通孔(阀开口)(25A、25B)打开或闭合，由此中断或打开来自流入孔(27)的流动路径。

Description

阀驱动装置
技术领域
本发明涉及用于控制流体流动路径的打开/关断操作的阀驱动装置，例如用于控制热泵式致冷循环的致冷剂流速或切换通道的多向阀(电膨胀阀)的结构。
背景技术
目前，已开发出了多种使用步进电机的微处理器控制的电膨胀阀。图11为电动机式致冷剂三向阀(三通阀)的一实例的局部剖视图。图12为沿图11中的线XII-XII剖取的阀的打开/关断状态的平面图。三向阀100直接设置在标号为200的步进电动机的下方，并与步进电动机同心，而一转子202通过定子201的控制电流来驱动。转子202一体地设有一转轴101，与转轴101一体旋转的一树脂阀体102滑动且同心地连接在转轴101的下端。一肋部103从阀体102的下表面突出，并且肋部103在一压缩弹簧104的压力下与阀座105相连。
与两管子106a和106b连通的连通孔107a和107b形成在阀座105中，并开口于阀腔109中，连通孔107a和106b可有选择地通过阀腔109内的阀体102与流入孔110连通。如图12所示，肋部103具有一种围绕半圆形凹部111的形状，并且一个阀体102根据转轴101的旋转角度在四种模式中转换连通孔107a和107b的分隔。也就是说，如果设置在靠近的两个位置中的连通孔107a和107b的一个或两个被半圆形凹部111围绕，则该连通孔与流入孔110之间的流动被切断(闭合)，在图12所示中的连通孔107a和107b的打开/闭合状态和四种模式可以通过转轴101的旋转角度来进行选择。
图12(a)示出了连通孔107a闭合而连通孔107b打开。图12(b)示出了连通孔107a和107b均闭合。图12(a)示出了连通孔107a打开而连通孔107b闭合。图12(d)示出了连通孔107a和107b均打开。在此种方式中，阀体102与电动机转轴101同心设置，阀座105被允许在压力下以与转轴101相同的速度旋转，两个连通孔107a和107b的四种模式可以转换。
阀体102与转轴101同心地旋转。阀体102抵抗由防止媒质泄漏的一弹簧104引起的压接负载强制旋转。为此，阀体102的材料限于那些具有良好耐磨性的材料，阀体102的厚度必须较厚以确保强度。也就是说，阀体102不能在指定粘附力相对于阀座最优的情况下设计。因此，不能充分地选择易于粘附的材料。此外，当阀体102由树脂之类材料制成时，由模制引起的缩痕会变大，并且不能确保相对于粘附表面的精度。
对于上述问题，本发明的一个目的在于提供这样一种阀驱动装置，在该阀驱动装置中，在指定相对于阀座的粘附力最优的情况下，可以设计通过与一开口周边边缘紧密接触而中断或允许流体流动以及打开和闭合一开口的阀体的阀座，并且阀体可以与阀座紧密接触，而不会增加阀的压接负载。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供了一种阀驱动装置，该装置包括：一开口，该开口具有一流体流入其中的流入管以及一流体从中流出的流出管，流入管和流出管形成了流动路径的一部分并且与开口的内部相连；一阀体，该阀体与开口的周边边缘紧密接触，并且其旋转可打开或闭合开口，由此中断或允许流体流动；以及用于驱动阀体的驱动装置，其中一前后齿轮组的一后齿轮传送驱动装置的输出，阀体独立于后齿轮形成，并且它被保持在后齿轮的轴端表面上，阀体旋转后齿轮从而打开或闭合流体流动路径。根据本发明，由于阀体是独立于从动齿轮形成的，因此，可以在指定相对于阀座的粘附力最优的情况下设计阀体。当选择可以轻易粘附的材料或阀体由树脂或橡胶形成时，可以在考虑模制可能引起的缩痕的同时选定其形状，接触部分可以形成均匀的形状和厚度。因此，可以确保粘附表面的精度。
阀体可由橡胶或等效的合成树脂制成。具体地说，根据本发明，由于阀体的体积可以减小，因此，可以用能够抵抗致冷剂类型变化或使用压力的NBR(丁腈橡胶)或氢化NBR作为阀体。另外，由于开口是由肋部闭合的，因此，肋部的凸部表面和阀体之间的滑动面积可减小从而使压力增加，并且粘附力可以加强。此外，阀驱动装置还包括多个开口，每个开口具有均具有一齿轮的阀体，一公共齿轮总是与所有的齿轮啮合，这些齿轮相对于公共齿轮的转轴对称设置，并且阀驱动装置还包括一个共同地偏压齿轮的弹性构件。均匀地偏压齿轮变得更为容易，公共齿轮的偏离负载可避免，这样齿轮可以平滑地旋转。此外，阀体具有一个中间空间部分，其直径比支承轴的外径更大。因此，当支承轴挤压配合时，可以保持滑动表面的附着力，而不会受到支承轴压配时板膨胀以及钎焊渗出物的影响。
附图说明
图1为根据本发明的阀驱动装置的一实施例的侧剖视图。
图2为示出了本发明的阀驱动装置的从动齿轮和阀体之间关系的平面图。
图3为本发明的阀驱动装置的从动齿轮的详细视图，其中，图3(a)为平面图，图3(b)为沿图3(a)中的线b-b剖取的剖视图；而图3(c)为沿图3(b)中的线c-c的后视图。
图4为本发明的阀驱动装置的阀体的详细视图，其中，图4(a)为平面图，图4(b)为沿图4(a)中的线b-b剖取的剖视图；而图4(c)为沿图4(b)中的线c-c的后视图。
图5为本发明的阀驱动装置的阀体打开/关断模式的示意图。
图6为本发明的阀驱动装置中的片簧构件的详细视图，其中，图6(a)为平面图，图6(b)为侧视图。
图7为本发明的阀驱动装置中的片簧构件和一从动齿轮的局部装配的平面图。
图8示出了本发明的阀驱动装置中的另一片簧构件，其中，图8(a)为平面图，图8(b)为沿图8(a)中的线b-b剖视的剖视图。
图9为本发明的阀驱动装置中的装配着图8所示的片簧构件的剖视图。
图10示出了本发明的阀驱动装置中应用到一四向阀的片簧构件，其中图10(a)为平面图，而图10(b)为沿图10(a)中的线b-b剖取的剖视图。
图11为示出了一传统电膨胀阀的实例的局部剖视图。
图12为图9中示出的电膨胀阀的一种打开/关断模式的说明示图。
具体实施方式
以下，将根据附图说明根据本发明的阀驱动装置的一实施例。图1为应用于三向阀12的本发明的阀驱动装置11的一实例的放大垂直侧剖视图。阀驱动装置11构造在一个挤压成形的金属阀座板13上，并且由一密封壳体14封闭。一转子15设置在密封壳体14中。一定子16(以虚线示意性地示出)与密封壳体16的外侧紧密接触，从而围绕着壳体14。从计算机(未图示)向定子16输出一个驱动信号，从而控制转子15以预定的角度旋转/停止。
转子15的外周边与磁铁15a一体设置。一小齿轮17形成在靠近阀座板13的转子15的一端上。转子15由固定转子支承轴18旋转支承。密封壳体14的直径减小为，转子15的磁铁15a的外周边表面与定子16的内周边表面相互相邻。密封壳体14的闭合端设有一凹部14a。转子15的支承轴18的一端配合到凹部14a中，从而牢靠地支承支承轴15。密封壳体14敞开端14b一侧上的直径增加为可形成一个台阶部14c，定子16可设置在该台阶部14c上。直径增加的敞开端14b的内表面紧密地配合在阀座板13的台阶状外周边的直径减小的周边边缘部分13a上。当壳体14的敞开端14b配合到阀座板13的直径减小的周边边缘部分13a上时，则阀座板13的中心孔13b和密封壳体14的固定轴支承凹部14a相互间可同心地对齐。
两个从动齿轮20A和20B(参见图5)与作为公共齿轮的转子小齿轮17啮合，这两个从动齿轮20A和20B的支承轴21A和21B的固定孔13c形成在中心孔13b的相对侧上的阀座板13的两个位置中。从动齿轮20A和20B由支承轴21A和21B转动支承。一台阶部13d以这样一个圆形边缘围绕着从动齿轮支承轴固定孔13c挤压成形在阀座板13上，其中的圆形边缘比从动齿轮20A和20B的外径稍大，而一光滑平坦的表面13e呈圆形凹进以形成一个阀座23(参见图1)，以这种结构，可以将与滑动表面24a邻接的阀座23的表面相对粗糙度设定在一有限范围中，其中滑动表面24a具有一预定图形并且突出在与从动齿轮20A和20B的下表面相连的阀体24上。
连通孔25A和25B形成在确定了两个阀座23的圆形中的必需位置中，由此形成阀开口。与流出管26连通的另一连通孔27(参见图5)形成在与连接这些连通孔(阀开口)25A和25B的一条线直角相交的一半径线上的适当位置中。这些连通孔25A和25B进而与底孔29连通，这些底孔29由凹进较浅的管安装表面13f形成，该管安装表面13f处于相对阀座23的相对侧上，在该表面中配合着第一和第二流出管28A和28B。
管安装表面13f在相对阀座板13的阀座23的相对侧上设有底孔29，而一管支承板30固定在该管安装表面13f上。挤压成形的管支承板30为一薄型的金属板。管支承板30的三个部分包括流入管26以及与管配合底孔29相应的第一和第二流出管28A和28B，这三个部分凹进从而形成了若干台阶部30a，由此形成了一个表面30b，该表面30b与阀座板13的管安装表面13f隔开。通孔30c与流入管26以及第一和第二流出管28A和28B的外径紧密接触，并且它们具有支承管子的凸部，这些通孔30c设置在与管配合底孔29对齐的位置中。其中宽松地配合有支承轴18、21A和21B的通孔30d形成在阀座板13上与中心轴13b和支承轴固定孔13c相应的位置中。
总共三个轴，即转子支承轴(公共支承轴)18以及两个从动齿轮支承轴21A和21B，从阀座板13的管安装表面13f的一侧挤压配合到中心孔13b和支承轴固定孔13c中。另外，三根管子，即流入管26以及第一和第二流出管28A和28B，笔直地通过管支承板30的通孔30c。管子的端面被允许位于由在阀座板13的管安装表面13f中凹进形成的底孔29上。从外侧安装总共六个构件的六个部分从管安装表面13f焊接或钎焊到与阀座23相对的一侧上，从而确保气密性。可以获得管子之间较长的距离，所有的流入管26以及流出管28A和28B可设置在相同的管安装表面13f上。由此，可以便于从同一个方向进行装配和钎焊操作，可提高可操作性，从而使质量稳定。
图2(a)为从阀座观察的沿图1中线II-II剖取的组合的阀体24(A、B)和从动齿轮20(A、B)的平面图。图2(b)为沿图2(a)中的线b-b剖取的剖视图。图3(a)为从动齿轮20(A、B)的平面图，而图3(b)为沿图3(a)中的线b-b剖取的剖视图。图3(c)为沿图3(b)中的线c-c的后视图。从动齿轮20(A、B)的一部分齿被切开，并且设置了不能与公共齿轮的转子小齿轮17啮合的一凸部32。以这种结构，可以限制从动齿轮20(A、B)的转动，并且可设置致动的初始点。
从动齿轮20(A、B)形成有一个通孔20a，支承轴21(A、B)宽松地配合在其中。可与支承轴21(A、B)旋转滑动接触的轴瓦B压配入相对的开口中。从动齿轮20包括：一个配合凸部边缘20b，该边缘可配合到阀体24(A、B)的环形凹槽24d中以对径向方向进行限制并且在其邻接表面上施压；以及一配合孔20c，该配合孔20以可接纳从阀体24(A、B)中突出的驱动销24b。从动齿轮20(A、B)使阀体24(A、B)在压力下与阀座23接触，并且可与阀体24(A、B)一体地围绕支承轴21(A、B)转动。
图4(a)为阀体24(A、B)的平面图，而图4(b)为沿图4(a)中的线b-b剖取的剖视图。图4(c)为沿图4(b)中的线c-c的后视图。以截面线示出的阀体24(A、B)的一轴直角表面与滑动表面24a(A、B)设有若干台阶部。滑动表面24a(A、B)与在阀座板13中凹进的光滑的阀座表面13e紧密接触并可相对其滑动。因此，在完全以滑动表面24a(-A、-B)覆盖的连通孔25A和25B中，从阀腔22与流出管28A和28B连通的流动路径闭合，并且完全与流入管26隔绝。在滑动表面24a(-A、-B)的台阶图形中以标号s表示的一个区域为弧形，它与支承轴21(A、B)同心，而连通孔25A和25B保持在其完全打开的状态中。区域s的相对侧是由心形凸轮曲线(阿基米德螺旋线)形成的区域，而在该区域中，连通孔25A和25B与从动齿轮20(A、B)的旋转角度成正比地逐渐敞开及闭合。
阀体24(A、B)的中心部分的直径增加得比支承轴21(A、B)的外径更大，从而形成一个空间部分G。为此，如果阀体24(A、B)接收来自从动齿轮20(A、B)的压力时，滑动表面24a(-A、-B)可跟随从动齿轮20A和20B并转动，同时，保持与阀座板13对齐而不中断紧密接触状态。空间部分G减少了滑动表面24a(-A、-B)，并增加了相接表面压力，但一肋部24c(图中以虚线示出)沿着空间部分G的外周边的轮廓设置，并且一不与阀座23滑动接触的表面向内凹进。因此，肋部24c的凸出表面和阀座23之间的接触面积减小，压力增加，且可以加强粘附力。空间部分G可以保持滑动表面24a(-A、-B)中的必要部分的粘附力，不会受到当支承轴21(A、B)压配时产生的平整度不适合的影响，也不会受到钎焊在支承轴21(A、B)的根部渗出物的影响。
如果阀体24(A、B)以这种方式与从动齿轮20(A、B)分离，可以使滑动部分形成均匀的形状和厚度，并且在滑动表面24a(-A、-B)中可确保必要的平整度和表面相对粗糙度。从动齿轮20(A、B)可以至少在配合凸出边缘20b的点P1处或位于点P1的外侧的齿根边缘中的点P2处有效地挤压阀体24(A、B)。另外，可以通过能够容易地形成一平滑表面的模具来形成阀体24(A、B)，阀体24的材料可以自由选择，并且阀体24可以适合的硬度和弹性来模制。因此，阀体24可以由具有良好粘附力且本身具有弹性的以橡胶为基础的NBR或H-NBR形成。
图5通过阀座板13示出了由第一阀体(A)24A和第二阀体(B)24B控制的第一连通孔25A和第二连通孔25B的打开/闭合模式。图5(a)示出了第一连通孔25A和第二连通孔25B均打开。图5(b)示出了第二连通孔25A打开而第二连通孔25B闭合。图5(c)示出了第一连通孔25A和第二连通孔25B均闭合。图5(d)示出了第一连通孔25A闭合而第二连通孔25B打开。通过相对于从动齿轮20A和20B的台阶形成阀体24(A、B)外形的轮廓图形具有方向特性。因此，必须将两阀体24A和24B的旋转角度的相对位置关系设定在关于第一连通孔25A和第二连通孔25B的四种模式中。
为了使一体地形成在从动齿轮20A和20B上的阀体滑动表面24a-A、24a-B与阀座23紧密接触，将一片簧构件35安装在从动齿轮20A和20B的每一个的上表面上，这样，片簧构件35可与该上表面弹性接触。如图6(a)所示，片簧构件35具有一种圆盘状形状，一基部本体35a的中间部分设有一个穿孔35b，转子小齿轮17可以轻易地插入该穿孔中。从片簧构件35的外周边部分径向延伸出的带状部分从它们的根部开始弯曲，如图6(b)所示，而一个用于保持基部本体35a的腿部35c形成在与阀座板13分离的一个位置上。具有独立的弹性的两个分支臂35e通过沿关于穿孔35b的中心对称的圆周形成的槽口35d从基部本体35a延伸出。
如图7所示，支承轴21A和21B的尖端插过形成在分支臂35e的自由端中的通孔35f。接着，一体形成在转子小齿轮17上的转子15插入支承轴18中，而该支承轴18固定在阀座板13的中部上，作为公共齿轮的转子小齿轮17可靠地与从动齿轮20A和20B啮合，由此组成了转子15。而后，密封壳体14整个地覆盖位于阀座23一侧上的阀座板13的一部分并包括转子15，阀座板13直径减小的周边边缘部分13a配合到密封壳体14的敞开端14b的内表面中，它们使用TIG(钨极电弧惰性气体保护焊)焊接一体地密封，由此形成一个气密的阀腔22。
由于片簧构件35的基部本体35a的外边缘被密封壳体14的较宽台阶部14c的内表面挤压并向下移动，因此，分支臂35e的自由端可使从动齿轮20A和20B弹性地从它们的上表面偏压，由此，阀体滑动表面24a-A、24a-B可以通过一个片簧构件35同时与阀座23紧密接触。在密封壳体14中，设置在凹部14a的外周边上的一个垫片38对转子15的上端施压，该凹部14a在密封壳体14的闭合端侧上支承了转子支承轴18的一端，并且通过配合入转子小齿轮17的下表面下的衬套37壳体14推压弹簧垫片38。也就是说，由于转子15的轴向间隙由弹簧垫片38的弹性变形吸收，可以确保转子15无嘎吱声地平滑旋转。
图8示出了另一个片簧构件45的形状。图8(a)为平面图，而图8(b)为沿图8(a)中的线b-b剖取的剖视图。片簧构件45包括若干分支臂45c，这些分支臂从环状基部本体45a的外周边径向延伸出，而环形基部本体45a的中部形成有一个穿孔45b。分支臂45c的自由端中形成若干通孔45d，用于插入相应的支承轴21(A、B)。环状基部本体45a的中间穿孔45b的内径比转子小齿轮17的大，这样，转子小齿轮17可以轻易地插入其中，但该内径又比设置在转子小齿轮17的上部上的直径较大的部分17a小，这样，直径较大部分17a便不能通过其插入。在使用片簧构件45的本实施例中，片簧构件45是以与片簧构件35相同的方式安装的，并且相应的支承轴21(A、B)相应地通过通孔45d插入。
这样，一体地形成在转子小齿轮17上的转子15插入固定到阀座板13的中部支承轴18内，而作为公共齿轮的转子小齿轮17可靠地与从动齿轮20A和20B啮合，由此组装起转子15。这样，转子小齿轮17的上部的直径较大的台阶部17a与片簧构件基部本体45a的中间穿孔45b配合，并且向下推动片簧构件基部本体45a。因此，分支臂45c的自由端可以弹性地偏压从动齿轮20A和20B离开它们的上表面，从而，通过一个片簧构件45可以使阀体滑动表面24a-A和24a-B同时与阀座34紧密接触(参见图9)。密封壳体14覆盖着以这种方式构成的驱动构件，阀座板13的直径减小的周边边缘部分13a配合到敞开端14b的内表面中，并且它们使用TIG焊接一体地密封，由此形成如同上述实施例的气密的阀腔22。
从片簧构件45的形状，可以很容易地构想出如图10所示的用于四向阀(未图示)的片簧构件55。图10(a)是平面图，图10(b)是沿图10(a)中的线b-b剖取的剖视图。也就是说，如同片簧构件45，片簧构件55包括一环形基部本体55a，其中间部分设有一穿孔55b，转子小齿轮17可通过该穿孔，但小齿轮上部的直径较大的台阶部17a不能通过。三个分支臂55c与从动齿轮支承轴的位置相应地从环形基部本体55a的外周边径向突出。每个从动齿轮支承轴的上端插入形成在每个分支臂55c的自由端中的通孔55d。通过相互等距地径向设置与四向阀的流出管连通的连通孔，可以以一个片簧构件55通过从动齿轮对执行打开/关断控制的多个阀本体均等施压。如上述实施例，通过密封壳体14可以形成气密的阀腔22，因此，对其的描述省略。
以上，描述了根据本发明的阀驱动装置的三向阀的实施例，但，本发明不局限于所示出的实施例。可以预料的是，在不脱离本发明必要组成要素的前提下，其形状和结构可以作出各种改变，部件可以参照具体的部分进行各种形式地重新构造。
工业应用
从上述说明可显而易见的是，根据本发明的阀驱动装置，阀体独立于从动齿轮形成，而阀体由从动齿轮保持。由此阀体是独立于从动齿轮形成的，因此，可以在指定相对于阀座的粘附力最优化的同时设计阀体。当选择可轻易粘附的材料或阀体由树脂或橡胶制成时，可以在考虑模制可能引起的缩痕的同时选定其形状，接触部分可以形成均匀的形状和厚度。因此，可以确保粘附表面的精度。此外，由此阀体体积可以减小，因此，可以使用可抵抗多种致冷剂变化或经受压力的昂贵的树脂。

Claims (6)

1.一种阀驱动装置，该装置包括：一开口，所述开口具有一流体流入其中的流入管以及一流体从中流出的流出管，流入管和流出管形成了流动路径的一部分并且与开口的内部相连；一阀体，所述阀体与开口的周边边缘紧密接触，并且其旋转可打开或闭合开口，由此中断或允许流体流动；以及用于驱动阀体的驱动装置，其中一前后齿轮组的一后齿轮传送驱动装置的输出，阀体独立于后齿轮形成，并且它被保持在后齿轮的轴端表面上，阀体旋转后齿轮以打开或闭合流体流动路径。
2.如权利要求1所述的阀驱动装置，其特征在于，开口由一肋部闭合。
3.如权利要求1所述的阀驱动装置，其特征在于，该装置还包括多个开口，其中，每个开口具有均具有一齿轮的阀体，一公共齿轮总是与所有的齿轮啮合，这些齿轮相对于公共齿轮的转轴对称设置，阀驱动装置还包括一个共同地偏压齿轮的弹性构件。
4.如权利要求1所述的阀驱动装置，其特征在于，阀本体由橡胶或等效的合成树脂制成。
5.如权利要求1所述的阀驱动装置，其特征在于，阀体由NBR或氢化NBR制成。
6.如权利要求1所述的阀驱动装置，其特征在于，阀体具有一个中间空间，其直径比支承轴的直径大。
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