CN203926895U - 一种多用途压电阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气动阀门领域，尤其涉及一种多用途压电阀。壳体内部包含一个位于壳体下方的复用气孔，两个气口分别是进气孔和出气孔，进气孔和出气孔在执行器上上下分布；还包含水平分布的三叠层结构，三叠层结构包含两片压电元件，两片压电元件之间夹一层中间基片，压电材料为压电陶瓷或者压电晶体；三叠层结构施加电压后一端能够趋向于进气孔或出气孔运动，三叠层结构能够趋向于进气孔或出气孔的一端为自由端，自由端套有橡胶套，非自由端的一端连接的驱动正极和驱动负极，非自由端固定安装。具有形式多样、低能耗、高频率及可变工作频率、执行机构惯量低、响应速度快、寿命长的特点，故其能在各种对流量控制要求较高的场合有广泛的应用。

Description

一种多用途压电阀

技术领域

本实用新型涉及气动阀门领域，尤其涉及一种多用途压电阀。

背景技术

电磁阀是依靠供电线圈产生的电磁力驱动活动铁芯使阀瓣启闭的阀门。通电前，阀门处于常闭(或常开)状态，通电后电磁力驱动活动铁芯，使阀门立即开启(或关闭)。电磁阀的特点是动作迅速、结构简单、操作简便。它主要用于自动截断、接通或切换流体流向。电磁阀是依靠供电线圈产生的电磁力驱动活动铁芯使阀瓣启闭的阀门，是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。普通的电磁阀因其工作频率低、响应速度慢、功耗大等弱点，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数上有某些方面局限性。

实用新型内容

实用新型的目的：为了提供功能强大的多用途压电阀，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

为了达到如上目的，本实用新型采取如下技术方案：

方案一：

一种多用途压电阀，其特征在于，包含壳体，所述壳体内部包含一个位于壳体下方的复用气孔，还包含两个气口，分别是进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔在执行器上上下分布；还包含水平分布的三叠层结构，所述三叠层结构包含两片压电元件，两片压电元件之间夹一层中间基片，形成三叠层结构，所述压电材料为压电陶瓷或者压电晶体；所述三叠层结构施加电压后一端能够趋向于进气孔或出气孔运动，所述三叠层结构能够趋向于进气孔或出气孔的一端为自由端，自由端套有橡胶套，还包含三叠层结构非自由端的一端连接的驱动正极和驱动负极，非自由端固定安装。

本实用新型进一步技术方案在于，所述进气孔和出气孔在壳体的内壁上包含围绕开口的一圈突起。

本实用新型进一步技术方案在于，所述橡胶套包含凹槽，所述凹槽能够和突起契合。

本实用新型进一步技术方案在于，所述橡胶套表面是平整。

本实用新型进一步技术方案在于，所述三叠层结构非自由端包含固定基座，固定基座夹持三叠层结构，所述固定基座为圆柱形或者圆锥形，固定基座和壳体紧密契合形成气密结构，即所述固定基座和壳体之间包含填充物，三叠层结构被封装成圆柱形或者是圆锥形，其横向布置于阀体内。

本实用新型进一步技术方案在于，所述复用气孔、进气孔、出气孔均为可拆卸的喷嘴，可拆卸安装于壳体的开口上，喷嘴和开口之间有密封圈。

本实用新型进一步技术方案在于，所述复用气孔可封闭，封闭结构为下方可拆卸的塞子。

本实用新型进一步技术方案在于，所述橡胶套可以套在三叠层结构作为的执行器的端部，也可以整个套住整个执行器，一直延伸到固定端内部。

方案二：

一种多用途压电阀，其特征在于，包含壳体，所述壳体包含两个气口，分别是进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔在执行器上上下分布；还包含水平分布的三叠层结构，所述三叠层结构包含两片压电元件，两片压电元件之间夹一层中间基片，形成三叠层结构，所述压电材料为压电陶瓷或者压电晶体；所述三叠层结构施加电压后一端能够趋向于进气孔或出气孔运动，所述三叠层结构能够趋向于进气孔或出气孔的一端为自由端，自由端套有橡胶套，还包含三叠层结构非自由端的一端连接的驱动正极和驱动负极，非自由端固定安装。

采用如上技术方案的本实用新型，相对于现有技术有如下有益效果：本实用新型能够取代传统的电磁阀，采用压电双晶片执行器取代了电磁线圈动作作为气路开关，并对其结构进行了全新设计，进一步增强了可靠性。在保证结构小巧、安装灵活的基础上，通过压电双晶片的低能耗、低噪音、高频率、响应快、寿命长等优势，大大提高了阀体的工作效率和精度。

与现有电磁阀相比，本实用新型压电阀，具有形式多样、低能耗、高频率及可变工作频率、执行机构惯量低、响应速度快、寿命长的特 点，故其能在各种对流量控制要求较高的场合有广泛的应用。

附图说明

为了进一步说明本实用新型，下面结合附图进一步进行说明：

图1为本实用新型透视结构示意图；

图2为本实用新型第一工作状态结构示意图；

图3为本实用新型第二工作状态结构示意图；

图4为三叠层结构的结构示意图；

图5为本实用新型作为比例阀的工作结构示意图；

图6为本实用新型外部形状结构示意图；

其中：1.进气孔；2.复用气孔；3.出气孔；4三叠层结构；5.橡胶套。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行说明，实施例不构成对本实用新型的限制：

一种多用途压电阀，其特征在于，包含壳体，所述壳体内部包含一个位于壳体下方的复用气孔2，还包含两个气口，分别是进气孔1和出气孔3，所述进气孔1和出气孔3在执行器上上下分布；还包含水平分布的三叠层结构4，所述三叠层结构4包含两片压电元件，两片压电元件之间夹一层中间基片，形成三叠层结构，所述压电材料为压电陶瓷或者压电晶体；所述三叠层结构4施加电压后一端能够趋向于进气孔1或出气孔3运动，所述三叠层结构4能够趋向于进气孔1或出气孔3的一端为自由端，自由端套有橡胶套5，还包含三叠层结 构4非自由端的一端连接的驱动正极和驱动负极，非自由端固定安装。本处的技术方案所起到的实质的技术效果是：三叠层结构4即压电双晶片执行器是由两层压电元件分别粘帖在中间一层弹性基片两侧所组成(结合图4)。应用压电效应，双晶片执行器自由端部位产生摆动位移。利用双晶片执行器自由端的位移控制贴紧、离开喷嘴，从而实现对气路的各种控制。具体来说，采用施加电压的方式，使得三叠层结构4出现摆动，从而封闭住进气孔1或出气孔3，橡胶结构的密封效果更好。

所述进气孔1和出气孔3在壳体的内壁上包含围绕开口的一圈突起。本处的技术方案所起到的实质的技术效果是，更容易进行封闭，因为有突起，更容易接触，不会要求三叠层结构4进行大范围折弯，延长使用寿命，增大动作精准度。

所述橡胶套5包含凹槽，所述凹槽能够和突起契合。本处的技术方案所起到的实质的技术效果是，契合后突起顶部插入橡胶套5包含的凹槽中，气密性更好。

作为另一种的实施方式，所述橡胶套5表面是平整。本处的技术方案所起到的实质的技术效果在于，平整的优点是在弯曲的力度合适的时候，突起和平整面接触能够形成密封性良好的密封。

所述三叠层结构4非自由端包含固定基座，固定基座夹持三叠层结构，所述固定基座为圆柱形或者圆锥形，固定基座和壳体紧密契合形成气密结构，即所述固定基座和壳体之间包含填充物，三叠层结构4被封装成圆柱形或者是圆锥形，其横向布置于阀体内。本处的技术 方案所起到的实质的技术效果是，气密性好，不会漏气，装配简单，根据固定基座和壳体的契合情况即可完成自动定位，大大节省人力。

作为拓展，固定基座带上三叠层结构4能够统一拿出来，本处的技术方案所起到的实质的技术效果是，方便替换，方便维修。

以上方案作为进一步优化，不考虑维修成本的问题的话，可以灌封环氧树脂，本处的技术方案所起到的实质的技术效果是，达到绝对气密。

所述复用气孔2、进气孔1、出气孔3均为可拆卸的喷嘴，可拆卸安装于壳体的开口上，喷嘴和开口之间有密封圈。本处的技术方案所起到的实质的技术效果是，喷嘴要是坏掉可以更换，如果应用于不同的场合，喷嘴可以选择不同的型号和种类，适用面更广。

所述复用气孔2可封闭，封闭结构为下方可拆卸的塞子。本处的技术方案所起到的实质的技术效果是，复用气孔封闭就可以当作比例阀应用，打开复用气孔可以当作两位三通换向阀应用，且可以双路和多路连接使用。

所述橡胶套5可以套在三叠层结构4作为的执行器的端部，也可以整个套住整个执行器，一直延伸到固定端内部。本处的技术方案所起到的实质的技术效果是，如果一直延伸到固定端内部，还可以起到防护的作用，比如一些腐蚀性的气体或者是气体中含水较多的时候，也不影响工作。

方案二：

一种多用途压电阀，其特征在于，包含壳体，所述壳体包含两个 气口，分别是进气孔1和出气孔3，所述进气孔1和出气孔3在执行器上上下分布；还包含水平分布的三叠层结构4，所述三叠层结构4包含两片压电元件，两片压电元件之间夹一层中间基片，形成三叠层结构，所述压电材料为压电陶瓷或者压电晶体；所述三叠层结构4施加电压后一端能够趋向于进气孔1或出气孔3运动，所述三叠层结构4能够趋向于进气孔1或出气孔3的一端为自由端，自由端套有橡胶套5，还包含三叠层结构4非自由端的一端连接的驱动正极和驱动负极，非自由端固定安装。本处的技术方案所起到的实质的技术效果是，直接作为比例阀用，方案一的多种拓展方案也可应用于本方案。

压电双晶片执行器固定端焊接导线后灌封在灌封座上，并通过灌封座与阀体的定位装配连接形成悬臂，压电双晶片执行器自由端安装橡胶套，与进出气喷嘴形成一定间隙，双晶片执行器利用压电元件的横向压电效应，当在双晶片的两极之间施加电压控制时，可以使双晶片自由端产生弯曲，从而实现悬臂梁的弯曲，从而接触离开喷嘴形成气路开关控制。

改变电压的方向和施加的时间，即可改变双晶片执行器自由端橡胶套打开关闭进气喷嘴时间，从而实现流量或压力按比例变化。占空比在0与100％两个状态之间变化时，压电阀即可实现趋于关闭与趋于打开功能。驱动正极和驱动负极为电源的正极和负极连接线。

本专利可形成两位三通换向阀，具体参考图2和图3，同时压电阀可用在先导控制场合，配合气控单向阀可实现小流量开启大流量小压力开启大压力的效果。还可以将两个或两个以上的压电阀组合应用 起来，形成双联阀与多联阀，可以应用在更多场合。

三叠层结构也就是压电双晶片执行器的两片压电元件经过极化后，由于压电元件的逆压电效应，压电双晶片执行器施加电压自由端就会摆动。在双晶片执行器上上，套有一个橡胶套，橡胶套在执行器端部摆动下，盖住或打开进气喷嘴，还可以通过调整打开与关闭的占空比，实现流量大小按比例改变。

本专利能够取代传统电磁阀，大大提高了流量控制范围、响应频率、控制精度，极大降低了能耗和噪声，并适应一些新的场合，诸如防暴要求的场合等。本专利的尺寸可以更换不同规格，对应不同流量范围。

以下为能控制相同流量级别的本专利和电磁阀的特点对比：

特点描述	压电陶瓷阀	电磁阀
			耗损电流	＜1mA	150mA
耗散功率	＜0.1W	1.8W
			PWM控制频率	1HZ-100HZ	10HZ
占空比控制范围	0％-100％	0％-100％
			执行机构质量	0.65g(惯量小)	＞1.85g(惯量大)
响应速度	快(微秒级)	慢(毫秒级)
			耐久性	＞105h	103h
价格	一般	一般

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的技术人员应该了解本实用新型不受上述实施例的 限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种多用途压电阀，其特征在于，包含壳体，所述壳体内部包含一个位于壳体下方的复用气孔(2)，还包含两个气口，分别是进气孔(1)和出气孔(3)，所述进气孔(1)和出气孔(3)在执行器上上下分布；还包含水平分布的三叠层结构(4)，所述三叠层结构(4)包含两片压电元件，两片压电元件之间夹一层中间基片，形成三叠层结构，所述压电材料为压电陶瓷或者压电晶体；所述三叠层结构(4)施加电压后一端能够趋向于进气孔(1)或出气孔(3)运动，所述三叠层结构(4)能够趋向于进气孔(1)或出气孔(3)的一端为自由端，自由端套有橡胶套(5)，还包含三叠层结构(4)非自由端的一端连接的驱动正极和驱动负极，非自由端固定安装。

2.如权利要求1所述的一种多用途压电阀，其特征在于，所述进气孔(1)和出气孔(3)在壳体的内壁上包含围绕开口的一圈突起。

3.如权利要求2所述的一种多用途压电阀，其特征在于，所述橡胶套(5)包含凹槽，所述凹槽能够和突起契合。

4.如权利要求2所述的一种多用途压电阀，其特征在于，所述橡胶套(5)表面是平整。

5.如权利要求1所述的一种多用途压电阀，其特征在于，所述三叠层结构(4)非自由端包含固定基座，固定基座夹持三叠层结构，所述固定基座为圆柱形或者圆锥形，固定基座和壳体紧密契合形成气密结构，即所述固定基座和壳体之间包含填充物，三叠层结构(4)被封装成圆柱形或者是圆锥形，其横向布置于阀体内。

6.如权利要求1所述的一种多用途压电阀，其特征在于，所述复 用气孔(2)、进气孔(1)、出气孔(3)均为可拆卸的喷嘴，可拆卸安装于壳体的开口上，喷嘴和开口之间有密封圈。

7.如权利要求1所述的一种多用途压电阀，其特征在于，所述复用气孔(2)可封闭，封闭结构为下方可拆卸的塞子。

8.如权利要求1所述的一种多用途压电阀，其特征在于，所述橡胶套(5)可以套在三叠层结构(4)作为的执行器的端部，也可以整个套住整个执行器，一直延伸到固定端内部。

9.一种多用途压电阀，其特征在于，包含壳体，所述壳体包含两个气口，分别是进气孔(1)和出气孔(3)，所述进气孔(1)和出气孔(3)在执行器上上下分布；还包含水平分布的三叠层结构(4)，所述三叠层结构(4)包含两片压电元件，两片压电元件之间夹一层中间基片，形成三叠层结构，所述压电材料为压电陶瓷或者压电晶体；所述三叠层结构(4)施加电压后一端能够趋向于进气孔(1)或出气孔(3)运动，所述三叠层结构(4)能够趋向于进气孔(1)或出气孔(3)的一端为自由端，自由端套有橡胶套(5)，还包含三叠层结构(4)非自由端的一端连接的驱动正极和驱动负极，非自由端固定安装。