CN216045556U - 一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀 - Google Patents

Abstract

一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀。超声电机是利用压电材料的逆压电效应，驱动电机定子机械振动，通过定子和转子之间的摩擦力，将电能转化为机械能输出，驱动转子的定向转动，转子的定向转动驱动流量阀的阀芯转动(调节流体介质的流通面积)，完成要求的流量调节任务。该流量阀由阀体、阀芯和超声电机构成，为液体介质提供一个一定范围内的高精度的流量调节阀体结构。

Description

一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀

技术领域

本实用新型涉及流量调节领域，特别是涉及到一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀。

背景技术

目前的流量调节阀大部分是基于电磁电机驱动控制液体介质流量的。虽然电磁电机可以控制阀门的开度，但具有较大的局限性。由于电磁电机启动时间和停止时间较长，无法断电自锁，所以不适用于高精度流量控制。电磁电机的体积和重量也无法满足流量控制阀轻量化和小型化的需求，而且在对电磁敏感的环境下无法使用。在对于微小管路的微小流量，电磁电机由于响应速度慢，无法实现高精度地控制。

实用新型内容

为了解决上述存在问题。本实用新型提供一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀，可以满足轻量化，小型化和微流量的基于超声电机控制阀门开度的流量控制阀。这种超声电机流量控制阀具有结构简单，不受磁场影响，不产生磁场，响应速度快，低速扭矩大，能量转换率高，精度高，分辨率高等优点。超声电机的控制转动可以到达微米级，在对微小管路的微小流量的高精度调节控制，比电磁电机更加游刃有余。

本实用新型提供一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀，包括超声电机、流量调节阀体、流量调节阀芯和外壳：

所述超声电机通过驱动阀芯转动实现阀门开口开度的调节控制，包括外壳、超声电机转子和超声电机定子，所述外壳设置在流量调节阀体上方，所述超声电机转子和超声电机定子设置在外壳内，所述超声电机定子通过压电陶瓷的逆压电效应产生机械振动，所述超声电机转子在定子的机械振动和摩擦力的作用下作实现转动；

所述流量调节阀芯在流量调节阀体内，所述流量调节阀芯的流量通道为方形，流量通道的轴线垂直，所述流量调节阀体的流量通道为变截面，内部接口为方形，外部接口为圆形，所述流量调节阀芯的方形流量通道的界面和流量调节阀体的流量通道的方形截面相同，所述流量调节阀芯与超声电机转子相连且同轴，所述流量调节阀芯的旋转方向和超声电机旋转方向相同。

作为本实用新型进一步改进，所述流量调节阀芯与超声电机转子之间通过螺纹和销连接固定，通过螺纹和销连接固定，方便超声电机的拆装。

作为本实用新型进一步改进，所述流量调节阀还包括驱动电源、控制器和压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器的输出电压频率为20~90KHz。

作为本实用新型进一步改进，所述流量调节阀芯上部和流量调节阀体的配合间有密封圈，加入密封圈，阻止液体介质的外漏。

本实用新型提供一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀的控制方法，具体步骤如下：

第一步：

流量调节阀阀芯通过一对扭矩相反的弹簧在断电情况下保持常闭状态，控制器在接收到调节指令时，通过控制压电陶瓷驱动器产生不同频率，占空比和相序的电压脉冲信号，使超声电机上的压电陶瓷定子产生行波，通过定子和转子之间的紧密摩擦配合，行波和驻波组合成一个使转子定向转动的机械振动；

第二步：

超声电机转子的定向转动，驱动流量控制阀阀芯的定向转动，从而控制阀门的开度，达到控制液体介质流量的效果；

第三步：

到所需的调节流量时，停止压电陶瓷驱动器的信号输出，超声电机的定子不再产生机械振动，和转子之间的摩擦力会使转子迅速停下并保持在该位置，定子和转子的摩擦力足够使阀门的开度不受液体流量压力的影响而发生变化，从而控制流量的大小保持稳定。

目前市场上的大部分流量调节阀都是通过电磁电机控制的，存在着体积大，响应速度慢，精度不高和转换效率低的缺点。通过采用超声电机控制流量调节阀，可以进一步缩小阀的体积，提高响应速度和精度。超声电机具有低速大扭矩，不产生磁场和不搜磁场影响的优点，使得本专利的流量调节阀可满足于一些特殊工作场合的需要。在微流量的应用领域，电磁电机的磁场会对微小流量产生巨大的影响，而且由于控制微小流量的阀门开度范围很小，电磁电机响应速度较慢，控制精度完全达不到，而本专利设计的超声电机流量控制阀可以很好驾驭。

附图说明

图1为流量调节阀结构图；

图2为流量调节阀局部示意图；

图3为阀芯结构示意图；

图4为阀体结构示意图。

附件说明：

1、超声电机转子；2、超声电机定子；3、流量调节阀体；4、流量调节阀芯；5、螺纹；6、外壳；7、密封圈；8、销。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

本实用新型提供一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀及控制方法，可以满足轻量化，小型化和微流量的基于超声电机控制阀门开度的流量控制阀。这种超声电机流量控制阀具有结构简单，不受磁场影响，不产生磁场，响应速度快，低速扭矩大，能量转换率高，精度高，分辨率高等优点。超声电机的控制转动可以到达微米级，在对微小管路的微小流量的高精度调节控制，比电磁电机更加游刃有余。

如图1和图2所示，一种带超声电机的流量控制阀的结构，通过超声电机驱动阀芯4控制阀门开度从而调节流量的形式，包括超声电机定子2、超声电机转子1、外壳6、流量调节阀体3，流量调节阀芯4、密封圈7和超声电机控制系统（驱动电源、控制器和压电陶瓷驱动器）；超声电机的控制系统放置在流量调节阀体3外，通过线路将输出信号传递给超声电机，超声电机定子2产生机械振动，通过摩擦带动超声电机转子1定向转动；阀芯4和超声电机转轴通过螺纹5和销8连接固定，方便超声电机的拆装；控制器发出指令，通过压电陶瓷驱动器控制输出脉冲信号，可超声电机实现微米级转动控制，从而高精度控制液体介质微克级流量的大小；压电超声驱动器停止输出信号的产生后，超声电机定子2和超声电机转子1之间的摩擦力会使阀芯的转动迅速停下，实现对阀门开度的精准控制，并保持位置不动，维持调节后的液体介质流量的稳定。

关于超声电机的结构，如图1所示：

超声电机主要由定子、转子、外壳6和电源信号接口组成。控制器发出控制指令，传递给压电陶瓷驱动器，产生行波的激励，使超声电机的定子产生机械振动，通过摩擦力带动转子定向转动，带动阀芯4定向转动，实现阀门开度的精确控制。

关于阀体和阀芯的结构，如图3和图4所示：

流量调节阀体3内部的液体流量调节通道8设置为变截面，与外部管道连接的接口为圆形，便于管道中的液体平稳的流入；与阀芯4相接的接口为方形，便于与流量调节阀芯4的流量口形成的阀门开口，在改变流量时始终为矩形，这种矩形阀门比圆形接口形成的月牙形阀门更有利，会使流量随着阀门的开度等比例变化，便于控制。

流量调节阀芯4的流量口为方形，与流量调节阀体3的内部流量接口形成矩形阀门，便于液体介质流量的控制；流量调节阀芯4上部和阀体的配合间，加入密封圈，阻止液体介质的外漏；流量调节阀芯4和超声电机的转轴通过螺纹和销连接固定，方便超声电机的拆装。

本实用新型的流量调节阀工作原理如下：

第一步：

流量调节阀阀芯通过一对扭矩相反的弹簧在断电情况下可以保持常闭状态，控制器在接收到调节指令时，通过控制压电陶瓷驱动器产生不同频率，占空比和相序的电压脉冲信号，使超声电机上的压电陶瓷定子产生行波。通过定子和转子之间的紧密摩擦配合，行波和驻波组合成一个使转子定向转动的机械振动。

第二步：

超声电机转子的定向转动，驱动流量控制阀阀芯的定向转动，从而控制阀门的开度，达到控制液体介质流量的效果

第三步：

到所需的调节流量时，停止压电陶瓷驱动器的信号输出，超声电机的定子不再产生机械振动，和转子之间的摩擦力会使转子迅速停下并保持在该位置。定子和转子的摩擦力足够使阀门的开度不受液体流量压力的影响而发生变化，从而控制流量的大小保持稳定。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作任何其他形式的限制，而依据本实用新型的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀，包括超声电机、流量调节阀体（3）、流量调节阀芯（4）和外壳（6），其特征在于：

所述超声电机通过驱动阀芯转动实现阀门开口开度的调节控制，包括外壳（6）、超声电机转子（1）和超声电机定子（2），所述外壳（6）设置在流量调节阀体（3）上方，所述超声电机转子（1）和超声电机定子（2）设置在外壳（6）内，所述超声电机定子（2）通过压电陶瓷的逆压电效应产生机械振动，所述超声电机转子（1）在定子的机械振动和摩擦力的作用下作实现转动；

所述流量调节阀芯（4）在流量调节阀体（3）内，所述流量调节阀芯（4）的流量通道为方形，流量通道的轴线垂直，所述流量调节阀体（3）的流量通道为变截面，内部接口为方形，外部接口为圆形，所述流量调节阀芯（4）的方形流量通道的界面和流量调节阀体（3）的流量通道的方形截面相同，所述流量调节阀芯（4）与超声电机转子（1）相连且同轴，所述流量调节阀芯（4）的旋转方向和超声电机旋转方向相同。

2.根据权利要求1所述的一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀，其特征在于：所述流量调节阀芯（4）与超声电机转子（1）之间通过螺纹（5）和销（8）连接固定。

3.根据权利要求1所述的一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀，其特征在于：所述流量调节阀还包括驱动电源、控制器和压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器的输出电压频率为20~90KHz。

4.根据权利要求1所述的一种带超声电机对液体介质流量调节的调节阀，其特征在于：所述流量调节阀芯（4）上部和流量调节阀体（3）的配合间有密封圈（7）。

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