CN208442316U - 一种电动阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电动阀，其包括密封隔开的电动执行器腔体和供介质流过的阀门腔体，阀门腔体上设置有介质进口和介质出口，介质进口与介质出口之间设置有阀芯，阀芯包括定阀芯和动阀芯，动阀芯可转动安装于电动执行器的驱动轴上，定阀芯上设置有连通介质进口和介质出口的定阀口，动阀芯上设置有与定阀口相配合实现介质流量控制的动阀口。电动执行器的驱动轴上设置有角度反馈装置，角度反馈装置与控制器电连接，并实时进行PID(比例‑积分‑微分)闭环控制。解决了现有电动阀的流量控制方式少、效果差以及可靠性不够的问题。

Description

一种电动阀

技术领域

本实用新型涉及电动阀技术领域，特别涉及一种可调节介质流量大小的电动阀。

背景技术

电动执行机构和阀门连接起来经过安装调试后成为电动阀。电动阀使用电能作为动力来接通电动执行机构驱动阀门，实现阀门的开关、调节动作。从而达到对管道介质实行开关或是调节的目的。主要应用于汽车热管理和空调系统中。

现有技术中的电动阀，其阀芯大多为球阀或蜗轮蜗杆驱动的柱塞式结构，其结构使得其流量控制方面的效果差强人意，并且由于现有的电动阀一般不带有流量反馈功能，使得现有电动阀的应用范围窄、可靠性差。

实用新型内容

针对现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种电动阀，解决了现有电动阀的流量控制方式少、效果差以及可靠性不够的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型提供了一种电动阀，其包括密封隔开的电动执行器腔体和供介质流过的阀门腔体，阀门腔体上设置有介质进口和介质出口，介质进口与介质出口之间设置有阀芯，阀芯包括定阀芯和动阀芯，动阀芯安装于电动执行器的驱动轴上，定阀芯上设置有连通介质进口和介质出口的定阀口，动阀芯上设置有与定阀口相配合实现介质流量调节的动阀口。电动执行器的驱动轴上设置有角度反馈装置，角度反馈装置与控制器电连接。

进一步地，介质出口至少包括一对相互隔开的第一介质出口和第二介质出口，定阀口至少包括一对沿圆周呈140°～145°分布的第一定阀口和第二定阀口，动阀口至少包括一对沿圆周呈140°～145°分布的第一动阀口和第二动阀口。要实现两个介质出口的介质流量的反比例调节和和其中任一介质出口的介质流量单独调节都必须保证140°～145°的圆周间隔。

进一步地，定阀口和动阀口的形状为90°的扇形。对于同样大小的阀芯，将阀口加工成90°的扇形结构可以获得最大的通径，从而获得最大的流量。定阀口与动阀口形状相同，在通过动阀芯转动角度控制通过的介质流量大小上更易于计算，从而减少加工难度，更易于保证成品率。

进一步地，电动执行器腔体内设置有电路板，控制器固定于电路板上，控制器上电连接有电机，电机驱动动阀芯转动。控制器能够自动控制电机的转速，即自动控制动阀芯的转动位置，从而达到自动控制本电动阀的流量的目的。

进一步地，电机上连接有减速器，减速器的输出轴同轴连接有传动轴，传动轴与动阀芯同轴连接。减速器能够将标准件电机的转速调整为需要的转速，传动轴传递扭矩，从而达到电机带动动阀芯按照需要的转速转动的目的。

进一步地，传动轴与动阀芯的连接端为U型结构。使得传动轴的扭矩传递会更加稳定，传动角度误差会更小。

进一步地，减速器、传动轴和动阀芯之间均通过槽口连接，使其传动可靠性高，且可以正向反向旋转，不存在转动死区，从而避免了转动卡死的情况，增加了本电动阀的性能稳定性。

进一步地，减速器的输出轴包含两个端部，其一端连接传动轴，另一端连接角度反馈装置。角度反馈装置检测到的旋转角度直接就是传动轴和动阀芯的旋转角度，使其反馈的信息更加精准，不会受到减速器性能的影响，从而使本电动阀的控制更加的精准。

进一步地，电动执行器腔体和阀门腔体之间设置有干湿腔隔离板，阀门腔体外表面一体成型有若干个安装孔。干湿腔隔离板保证了电动执行器腔体和阀门腔体之间的密封隔开，保证了电动执行器的稳定运行，避免了电子元器件的损毁，延长了本电动阀的使用寿命，从而节省了成本。安装孔与阀门腔体一体成型，使本电动阀的安装更加地稳固、可靠。

进一步地，介质进口与介质出口呈180°分布。，即介质出口和介质进口分列于阀体的两侧，使介质通道更顺畅，可减少介质在介质通道中的流动阻力。

本实用新型的有益效果为：本方案中的电动阀能够实现对通过的介质流量自动精准地控制，并且通过增加阀芯上阀口的数量这样简单的结构便可成倍地增加本电动阀的逻辑控制方式，从而增加本电动阀的使用范围和增强了本电动阀的使用效果。

通过本方案中的阀芯可以使电动阀实现所有介质出口均关闭，所有介质出口均打开，多个介质出口的介质流量大小反比例调节，多个介质出口的介质流量大小等比例调节，甚至可以单独对其中任一介质出口的介质流量大小单独控制调节的功能。比如将本电动阀应用于汽车的热管理系统中，通过多种逻辑控制方式的合理利用，可以更加精确的对目标位置进行更精确的控温，可以让目标无限接近于理论最适宜的环境温度(降温或者升温)，以达到性能最优化、安全化、节能化的目的。

附图说明

图1为本电动阀的爆炸图。

图2为本电动阀的俯视图。

图3为图2中沿A-A方向的剖视图。

图4为阀芯的工作状态示意图。

其中，1、电动执行器腔体；11、电路板；12、控制器；13、电机；14、减速器；15、角度反馈装置；16、插头；2、阀门腔体；21、介质进口；22、介质出口；221、第一介质出口；222、第二介质出口；23、安装孔；24、介质腔；3、阀芯；31、定阀芯；311、第一定阀口；312、第二定阀口；32、动阀芯；321、第一动阀口；322、第二动阀口；4、传动轴；5、干湿腔隔离板。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1～图4所示，该电动阀包括密封隔开的电动执行器腔体1和供介质流过的阀门腔体2。阀门腔体2外表面一体成型有三个安装孔23，用于将整个电动阀稳定安装于使用环境中，采用安装孔23与阀门腔体2一体成型的安装方式，相较于传统的金属焊接支架式安装更稳固可靠。阀门腔体2顶部与电动执行器腔体1优选螺纹连接件连接。

阀门腔体2上设置有介质进口21和介质出口22，介质进口21和介质出口22的数量根据该电动阀的实际实用情况选取任意组合，本实施例中选取一个介质进口21和两个介质出口22的情况进行说明，介质从介质进口21流入介质腔24中，在介质腔24的底部分出两路流出，该两个介质出口22在下文中分别称为第一介质出口221和第二介质出口222。第一介质出口221和第二介质出口222呈上下并排设置，介质进口21与第一介质出口221呈180°分布。

阀芯3设置于介质腔24的底部，用于决定两个介质出口和介质进口之间的通断状态。阀芯3包括定阀芯31和动阀芯32。由于介质出口22有两个，对应的定阀芯31上开有一对连通介质进口21和介质出口22的定阀口，分别为第一定阀口311和第二定阀口312，两个定阀口均为呈90°的扇形口，且第一定阀口311和第二定阀口312绕圆周呈144°分布。

动阀芯32上开有贯穿其的且与定阀芯31上形状和相对位置相同的第一动阀口321和第二动阀口322。动阀芯32通过电动执行器驱动轴的驱动相对定阀芯31转动使得第一动阀口321和第二动阀口322与第一定阀口311和第二定阀口312相配合来控制通过本电动阀的介质的流量。

将定阀口和动阀口均设置为呈90°的扇形口，主要目的获得最大的通径，从而获得最大的流量。定阀口与动阀口形状相同，在通过动阀芯转动角度控制通过的介质流量大小上更易于计算，从而减少加工难度，更易于保证成品率。

在图4中列举了动阀芯32相对于定阀芯31顺时针转动中6种有代表性的工作状态：

B1是第一动阀口321与第一定阀口311完全重叠和第二动阀口322与第二定阀口312完全重叠的状态，即两个介质出口均打开的状态；

B2是第一动阀口321与第一定阀口311部分重叠和第二动阀口322与第二定阀口312部分重叠的状态，即第一介质出口221和第二介质出口222的介质流量大小等比例调节的状态；

B3是第一动阀口321与第一定阀口311不重叠和第二动阀口322与第二定阀口312不重叠的状态，即第一介质出口221和第二介质出口222均关闭的状态；

B4是第二动阀口322与第一定阀口311部分重叠和第一动阀口321与第二定阀口312不重叠的状态，即单独对第一介质出口221的介质流量大小控制调节的状态；

B5是第二动阀口322与第一定阀口311部分重叠和第一动阀口321与第二定阀口312部分重叠的状态，即第一介质出口221和第二介质出口222的介质流量大小反比例调节的状态；

B6是第二动阀口322与第一定阀口311不重叠和第一动阀口321与第二定阀口312部分重叠的状态，即单独对第二介质出口222的介质流量大小控制调节的状态。

相较于现有电动阀中常用的柱塞式或球阀式的阀芯，本方案中的动、定阀芯式的阀芯的流量控制更精准、逻辑控制方式更多。

电动执行器腔体1中安装有电路板11，电路板11为印刷电路板(PCB电路板)，其上焊接有控制器12，控制器12采用STM32F103RCT6芯片。电动执行器腔体1中还安装有电机13，该电机13为直流电机，优选型号为Y30C。电机13与电机驱动芯片电连接，电机驱动芯片与控制器12电连接，电机驱动芯片优选型号为L9110S。

电机13输出轴通过螺钉与减速器14上的输入齿轮同轴固定连接，减速器14的输出轴包含两个端部，其中朝上的输出轴连接角度反馈装置15里的磁铁，朝下的输出轴连接传动轴4。传动轴4的另一端为U型结构，该U型结构端与动阀芯32连接。减速器14、传动轴4和动阀芯32之间均通过槽口连接。减速器14为齿轮减速器，通过多组齿轮组将标准件电机的转速减小到需要的转速并增大扭矩。

电路板11上还焊接有角度反馈装置15里的另一组成部分，即旋转角度位置传感器芯片，其型号优选为MLX90316，用于采集角度信号，该芯片通过感应位于其正下方即减速器输出轴端磁铁的磁场变化产生一个正比于角度的输出信号，将该信号输入到控制器12中，控制器12经过解码，输出两路PWM信号给电机驱动芯片L9110S，通过改变PWM信号所在线路来改变电机的电流方向，从而实现改变电机转动方向的目的。通过改变输入PWM信号的占空比来改变电机的转动速度，从而改变动阀芯32的转动角度。0～100％的占空比分别对应0～360°的旋转。

电动执行器腔体1和阀门腔体2之间设置有干湿腔隔离板5。传动轴4穿过该干湿腔隔离板5，并在传动轴4上设置有密封圈来增强电动执行器腔体1内的密封性，防止介质进入电动执行器腔体1内，对电子元件造成损毁。

电动执行器腔体1上一体成型有插头16，插头16用于连接电源和连接电动阀使用环境中总控制器的PWM信号的输入输出接口。

本实施例的电动阀运行过程为：

通过插头16连接电源和输入电动阀使用环境总控制器的输入信号(该信号对应需要阀芯3通过的介质流量)后，控制器12通过角度反馈装置反馈的动阀芯当前位置计算出需要旋转的角度，经过解码，输出决定电机转动方向和转动角度的PWM信号控制电机旋转到目标位置。角度反馈装置的反馈和控制器控制电机旋转的这个过程一直在循环进行，直到角度反馈装置检测到动阀芯的方向到达目标位置后，控制器控制电机停止运转。

例如，图4中的B1状态对应零点位置，那么要从B1状态转变为B2状态，那么就需要控制器12通过控制电机13的旋转来使动阀芯32顺时针转动6°～67°；要从B1状态转变为B3状态，那么动阀芯32需顺时针转动67°～77°；要从B1状态转变为B4状态，需动阀芯32顺时针转动77°～144°；要从B1状态转变为B5状态，需动阀芯32顺时针转动149°～211°；要从B1状态转变为B6状态，需动阀芯32顺时针转动211°～283°。

Claims (10)

1.一种电动阀，其特征在于，包括密封隔开的电动执行器腔体(1)和供介质流过的阀门腔体(2)，所述阀门腔体上设置有介质进口(21)和介质出口(22)，所述介质进口(21)与介质出口(22)之间设置有阀芯(3)，所述阀芯(3)包括定阀芯(31)和动阀芯(32)，所述动阀芯(32)安装于电动执行器的驱动轴上，所述定阀芯(31)上设置有连通所述介质进口(21)和介质出口(22)的定阀口，所述动阀芯(32)上设置有与所述定阀口相配合实现介质流量调节的动阀口；电动执行器的驱动轴上设置有角度反馈装置(15)，所述角度反馈装置(15)与控制器(12)电连接。

2.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，所述介质出口(22)至少包括一对相互隔开的第一介质出口(221)和第二介质出口(222)，所述定阀口至少包括一对沿圆周呈140°～145°分布的第一定阀口(311)和第二定阀口(312)，所述动阀口至少包括一对沿圆周呈140°～145°分布的第一动阀口(321)和第二动阀口(322)。

3.根据权利要求2所述的电动阀，其特征在于，所述定阀口和动阀口的形状为90°的扇形。

4.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，所述电动执行器腔体(1)内设置有电路板(11)，所述控制器(12)固定于电路板(11)上，所述控制器(12)上电连接有电机(13)，所述电机(13)驱动动阀芯(32)转动。

5.根据权利要求4所述的电动阀，其特征在于，所述电机(13)上连接有减速器(14)，所述减速器(14)的输出轴同轴连接有传动轴(4)，所述传动轴(4)与动阀芯(32)同轴连接。

6.根据权利要求5所述的电动阀，其特征在于，所述传动轴(4)与动阀芯(32)的连接端为U型结构。

7.根据权利要求6所述的电动阀，其特征在于，所述减速器(14)、传动轴(4)和动阀芯(32)之间均通过槽口连接。

8.根据权利要求5～7任一所述的电动阀，其特征在于，所述减速器(14)的输出轴包含两个端部，其一端连接传动轴(4)，另一端连接角度反馈装置(15)。

9.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，所述电动执行器腔体(1)和阀门腔体(2)之间设置有干湿腔隔离板(5)，所述阀门腔体(2)外表面一体成型有若干个安装孔(23)。

10.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，所述介质进口(21)与介质出口(22)呈180°分布。