CN219755498U - 一种旋转驱动式密封阀体 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种旋转驱动式密封阀体，包括：外壳和转子组件；所述外壳为中部设置有第一空腔的中空结构，所述外壳沿其轴向方向分为阀体和阀座；所述阀座设置有将所述第一空腔与外界导通的流体入口和流体出口；所述转子组件设置于所述第一空腔内，其与所述外壳间隙配合；所述转子组件与所述流体出口导向配合，所述转子组件在外部磁场驱动下绕所述外壳的轴向方向转动以打开或关闭所述流体出口。该密封阀体的阀体与阀座构成完整的密封腔体，转子组件置于独立的密封腔体结构中，与外部的磁场驱动部件实现了分离，解决了电磁阀、自锁阀难以实现零件模块化的问题。

Description

一种旋转驱动式密封阀体

技术领域

本实用新型涉及阀门领域，具体涉及一种旋转驱动式密封阀体。

背景技术

应用于航天器高精度姿轨控机动及轨道转移等领域的电推进系统，有着比冲高、寿命长和工作模式精确可调等特点。航天器在轨期间，对推进剂流量有着高精度、宽范围的调控需求。目前，电磁阀、自锁阀、比例阀为电推进的主要流量控制阀门。通常电磁阀、自锁阀结构通用性差、结构差异性大，难以实现电磁阀、自锁阀零件的模块化。

为实现电磁阀、自锁阀的模块化，设计一种旋转驱动式密封阀体显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种旋转驱动式密封阀体。

本实用新型提供一种旋转驱动式密封阀体，包括：外壳和转子组件；所述外壳为中部设置有第一空腔的中空结构，所述外壳沿其轴向方向分为阀体和阀座；所述阀座设置有将所述第一空腔与外界导通的流体入口和流体出口；所述转子组件设置于所述第一空腔内，其与所述外壳间隙配合；所述转子组件与所述流体出口导向配合，所述转子组件在外部磁场驱动下绕所述外壳的轴向方向转动以打开或关闭所述流体出口。

根据本实用新型的一个实施例，所述转子组件包括转子座、永磁体和阀芯，所述转子座与所述阀芯固定连接形成第二空腔；所述永磁体固定于所述第二空腔中，用以带动所述转子座和所述阀芯转动；所述转子座与所述阀芯对所述永磁体形成密封。

根据本实用新型的一个实施例，所述阀芯沿所述外壳的轴向方向设置有向所述阀座延伸的凸轮；所述阀座设置有相应的凸轮槽，以容纳所述凸轮；所述流体出口设置于所述凸轮槽的侧面；所述凸轮用于与所述流体出口导向配合。

根据本实用新型的一个实施例，所述凸轮包括两个半径不同的扇形圆柱体；所述凸轮槽为与两个扇形圆柱体匹配的形状，以容纳所述凸轮并提供所述凸轮在所述凸轮槽内的转动空间；所述流体出口设置于所述凸轮槽的切面；所述凸轮向所述流体出口方向转动以关闭所述流体出口，反向转动以打开所述流体出口。

根据本实用新型的一个实施例，所述流体入口设置于所述阀座的侧面。

根据本实用新型的一个实施例，所述流体入口设置于所述阀座的端面。

根据本实用新型的一个实施例，所述阀体沿其轴向方向设置有向所述第一空腔延伸的第一凸起，所述转子组件设置有相应地的第一内孔，所述第一凸起与所述第一内孔对接以对所述转子组件进行径向及轴向方向的限位。

根据本实用新型的一个实施例，所述阀座沿其轴向方向设置有向所述第一空腔延伸的第二凸起，所述转子组件设置有相应的第二内孔，所述第二凸起与所述第二内孔对接以对所述转子组件进行径向及轴向方向的限位。

根据本实用新型的一个实施例，所述外壳为不导磁材料。

根据本实用新型的一个实施例，所述阀体侧面设置有沟槽，所述沟槽用于固定外部磁场驱动部件。

根据本实用新型的旋转驱动式密封阀体，阀体与阀座构成完整的密封腔体，转子组件置于独立的密封腔体结构中，与外部的磁场驱动部件实现了分离，解决了电磁阀、自锁阀难以实现零件模块化的问题。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明实用新型的原理。

图1是本实用新型一个实施例的旋转驱动式密封阀体的立体图；

图2是本实用新型一个实施例的旋转驱动式密封阀体各组件的爆炸图；

图3是图1B-B方向的剖视图；

图4是图3C-C方向的流体出口关闭状态的剖视图；

图5是图3C-C方向的流体出口打开状态的剖视图；

图6是本实用新型另一个实施例的图3C-C方向的流体出口关闭状态的剖视图。

附图标记说明：

1-阀体，2-转子组件，21-转子座，22-永磁体，23-阀芯，3-阀座，4-流体入口，5-流体出口，6-凸轮，7-凸轮槽，8-第一凸起，9-第二凸起，10-沟槽。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，用于示例性的说明本实用新型的原理，并不被配置为限定本实用新型。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本实用新型实施例的理解。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型实施例的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并非特别指称次序或顺位的意思，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。

对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。

图1是本实用新型一个实施例的旋转驱动式密封阀体的立体图；图2是本实用新型一个实施例的旋转驱动式密封阀体各组件的爆炸图；图3是图1B-B方向的剖视图；图4是图3C-C方向的流体出口关闭状态的剖视图；图5是图3C-C方向的流体出口打开状态的剖视图；图6是本实用新型另一个实施例的图3C-C方向的流体出口关闭状态的剖视图。

如图1、2和3所示，本实用新型提供一种旋转驱动式密封阀体，包括：外壳和转子组件2。外壳为中部设置有第一空腔的中空结构，外壳沿其轴向方向分为阀体1和阀座3。阀座3设置有将第一空腔与外界导通的流体入口4和流体出口5。转子组件2设置于第一空腔内，其与外壳间隙配合。转子组件2与流体出口5导向配合，转子组件2在外部磁场驱动下绕外壳的轴向方向转动以打开或关闭流体出口5。

具体地，在一个实施例中，电磁阀、比例阀在初始状态时，通过压缩弹簧实现阀芯与阀座的密封。通电后，衔铁组件带动阀芯直线运动，阀芯与阀座分开，实现流体的流通。自锁阀通常利用压缩弹簧或永磁体产生的力实现阀芯与阀座的密封。当开线圈通电时，自锁阀打开。当关线圈通电时，自锁阀关闭。专利号CN103256422B、CN106015591B公开的电磁阀、自锁阀运动所产生力必须大于自身的阻力。例如，弹簧的预紧力、介质力、摩擦力。自锁阀还需要克服永磁体产生的分量磁力，驱动与所需克服的力比值为1:1。要满足该条件，衔铁的截面积需要满足一定的条件。而且气隙中的磁感应强度需要达到特定的数值，即线圈必须产生磁势。因此，电磁阀要么牺牲体积换功率，要么牺牲功率换体积。

在本实施例中，阀体与阀座构成完整的密封腔体，转子组件置于独立的密封腔体结构中，与外部的磁场驱动部件实现了分离，解决了电磁阀、自锁阀难以实现零件模块化的问题，提高了其通用化程度。

本实施例不对流体入口和流体出口的形状做具体限制，其可以为线性等形状。

根据本实用新型的一个实施例，阀体和阀座材料为不导磁材料。

进一步地，阀体材料和阀座材料为奥氏体不锈钢(如：1Cr18Ni9Ti,06Cr19Ni10N等)或钛合金。

根据本实用新型的一个实施例，阀体与阀座通过电子束焊或O型圈紧固的方式固定连接，形成密封的第一空腔。

在本实施例中，若阀体与阀座采用焊接方式固定连接，则密封结构需要对应选择焊接相容性材料。

如图2和图3所示，根据本实用新型的一个实施例，转子组件2包括转子座21、永磁体22和阀芯23，转子座21与阀芯23固定连接形成第二空腔。永磁体22固定于第二空腔中，用以带动转子座21和阀芯23转动。转子座21与阀芯23对永磁体22形成密封。

在本实施例中，将永磁体设置于转子座与阀芯固定形成的第二空腔中，使永磁体置于独立的密封腔体结构中，实现了对永磁体的密封，以及与外部磁场驱动部件的分离。永磁体的充磁方向与图3中的A向平行，使永磁体能够绕外壳的轴向方向自旋。本实施例提供的密封阀体实现了电磁阀、自锁阀零件的模块化，减小了其体积、功率及结构复杂度，降低了其生产成本。此外，本实施例提供的密封阀体安装简便、鲁棒性好。

根据本实用新型的一个实施例，永磁体与转子座和阀芯采用粘接的方式进行固定。

本实施例提供的密封阀体的装配过程为，首先，将转子座和阀芯内壁涂粘接胶水后，放入永磁体。待胶水固化，对转子座和阀芯外部整体进行精修。然后，将转子组件放入阀体内。保证转子组件转动顺畅无阻后，将阀座沿着阀芯导向面缓慢推进至阀体与阀座贴合。最后，采用电子束焊或预压缩O型圈完成阀体与阀座的固定密封。

根据本实用新型的一个实施例，永磁体材料为钕铁硼或钐钴材料。

根据本实用新型的一个实施例，转子座材料为聚酰亚胺材料。

在本实施例中，聚酰亚胺材料具有自润滑性能。转子座材料选用聚酰亚胺材料，能够使转子座具有自润滑性能。

根据本实用新型的一个实施例，转子座材料为聚酰亚胺材料掺杂二硫化钼。

在本实施例中，转子座材料选用聚酰亚胺材料掺杂二硫化钼，增强了其自润滑性，并使其与阀体形成非金属轴承。

根据本实用新型的一个实施例，阀芯材料为聚酰亚胺材料或聚偏氟乙烯材料。

在本实施例中，阀芯选用聚酰亚胺材料或聚偏氟乙烯材料，使其具有自润滑性及密封功能。

如图2和3所示，根据本实用新型的一个实施例，阀芯23沿外壳的轴向方向设置有向阀座3延伸的凸轮6。阀座3设置有相应的凸轮槽7，以容纳凸轮6。流体出口5设置于凸轮槽7的侧面。凸轮6用于与流体出口5导向配合。

根据本实用新型的一个实施例，阀芯23沿外壳的轴向方向设置有向阀座3延伸的凸轮6。阀座3设置有相应的凸轮槽7，以容纳凸轮6。阀芯23内壁设置有向凸轮槽7延伸的凸台。凸台在凸轮6旋转方向上的侧面设置有流体出口，凸轮6与流体出口5导向配合。凸轮6在凸轮槽7内向流体出口方向或远离流体出口方向旋转，以打开或关闭流体出口。流体出口用于将凸轮槽内流体导出至外界。

如图4、5和6所示，根据本实用新型的一个实施例，凸轮6包括两个半径不同的扇形圆柱体。凸轮槽7为与两个扇形圆柱体匹配的形状，以容纳凸轮6并提供凸轮6在凸轮槽7内的转动空间。流体出口5设置于凸轮槽7的切面。凸轮6向流体出口5方向转动以关闭流体出口5，反向转动以打开流体出口5。

在本实施例中，凸轮槽半径较大的扇形圆柱体的扇形面积的尺寸大于凸轮半径较大的扇形圆柱体的扇形面积的尺寸，以提供凸轮在凸轮槽内的转动空间。

如图3、4和5所示，本实例提供的密封阀体工作流程为，初始状态时流体出口处于关闭状态，永磁体与外部磁场驱动部件分布的磁性材料进行相互作用产生电磁力，电磁力对流体出口施加密封力，使流体出口保持关闭状态，即密封阀座保持密封状态。外部磁场驱动部件通电后，外界磁场与永磁体进行相互作用。设永磁体的半径为R、阀体流体出口处密封力臂长度为r，驱动力为F_驱动、阻力为F_阻。当F_驱动＞F_阻r/R时，转子组件进行旋转运动。转子组件转动θ角度后，被阀座的凸轮槽限位，密封阀体(或流体出口)打开。

在本实施例中，设永磁体与外部磁场驱动部件分布的磁性材料进行相互作用产生电磁力F_f，该磁场力提供流体出口处所需密封比压P_s，对应密封力F_s。根据等式F_s/F_f＝R/r，可以得出本实施例提供的密封阀体能够实现通过较小的电磁力对阀座的密封，解决了现有电磁阀、自锁阀驱动力与阻力1：1的问题。此外，当F_驱动＞F_阻r/R时，转子组件即可进行旋转运动。因此，本实施例提供的密封阀体，实现了驱动力与阻力比的放大，对转子组件进行旋转运动所需的驱动力进行了线性减小，有效地降低了其所需的功率、减小了密封阀体的体积。

外部磁场驱动部件断电后，外部磁场驱动部件磁性材料与永磁体相互作用。若永磁体在该磁场下处于稳定位置，则实现自锁阀的功能。若永磁体在该磁场下处于非稳定位置，则会恢复到初始位置(即流体出口处于关闭状态)，实现电磁阀功能。也就是说，对于同一个外部磁场驱动部件，通过更换不同结构或限位角度不同的阀座，就可以调节或限制转子组件运动角度θ的大小，从而改变永磁体与外部磁场驱动部件断电后的位置稳定关系，实现电磁阀与自锁阀的切换。或者说，对于同一个旋转驱动式密封阀体，只需要改变外部磁场驱动部件磁性材料分布，即可实现永磁体在外界磁场的作用力下，返回至初始位置或实现末态位置的自锁固定，即实现其电磁阀(或电磁比例阀)、自锁阀功能的切换。

本实施例提供的密封阀体，利用永磁体与外部磁场作用产生力矩，永磁体带动阀芯旋转。由于永磁体的半径与流体出口处密封力臂长度比值大于1，因此本实施例提供的密封阀体同比例地放大了驱动力与阻力的比值。通过改变永磁体附近的磁场，对永磁体产生力矩，从而实现了永磁体的旋转。永磁体带动转子座和阀芯旋转，实现了密封阀体的打开或关闭。在转子组件的初始位置，永磁体提供的力矩使阀座和阀芯产生密封力，实现了对密封阀体流体出口的密封，从而实现了电推进常闭电磁阀、自锁阀产品的小型化、模块化和低成本化。

如图6所示，根据本实用新型的一个实施例，流体入口4设置于阀座3的侧面。

如图1、2和3所示，根据本实用新型的一个实施例，流体入口4设置于阀座3的端面。

根据本实用新型的一个实施例，转子座周向外壁与阀体周向内壁之间留有0.02～0.05mm的配合间隙，阀芯周向外壁与阀体周向内壁之间留有0.1～0.15mm的配合间隙。转子组件两个端面与阀体和阀座之间分别留有0.3mm的间隙。凸轮靠近阀座侧端面与阀座轴向内壁之间留有0.3mm的间隙，形成流体通道。

如图3所示，根据本实用新型的一个实施例，阀体1沿其轴向方向设置有向第一空腔延伸的第一凸起8，转子组件2设置有相应地的第一内孔，第一凸起8与第一内孔对接以对转子组件2进行径向及轴向方向的限位。

本实施例提供的密封阀体，通过阀体设置第一凸起与转子组件的第一内孔配合，还有助于转子组件旋转运动的重复精度，从而对流体出口实现更好的密封。

如图3所示，根据本实用新型的一个实施例，阀座3沿其轴向方向设置有向第一空腔延伸的第二凸起9，转子组件2设置有相应的第二内孔，第二凸起9与第二内孔对接以对转子组件2进行径向及轴向方向的限位。

本实施例提供的密封阀体，通过阀座设置第二凸起与转子组件的第二内孔配合，有助于转子组件旋转运动的重复精度，从而对流体出口实现更好的密封。

根据本实用新型的一个实施例，外壳为不导磁材料。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，阀体1侧面设置有沟槽10，沟槽10用于固定外部磁场驱动部件。

在本实施例中，沟槽可以为环形缺口。

本实用新型的上述实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种旋转驱动式密封阀体，其特征在于，包括：外壳和转子组件；

所述外壳为中部设置有第一空腔的中空结构，所述外壳沿其轴向方向分为阀体和阀座；

所述阀座设置有将所述第一空腔与外界导通的流体入口和流体出口；

所述转子组件设置于所述第一空腔内，其与所述外壳间隙配合；

所述转子组件与所述流体出口导向配合，所述转子组件在外部磁场驱动下绕所述外壳的轴向方向转动以打开或关闭所述流体出口；

所述转子组件包括转子座、永磁体和阀芯，所述转子座与所述阀芯固定连接形成第二空腔；所述永磁体固定于所述第二空腔中，用以带动所述转子座和所述阀芯转动；所述转子座与所述阀芯对所述永磁体形成密封；

所述阀芯沿所述外壳的轴向方向设置有向所述阀座延伸的凸轮；所述阀座设置有相应的凸轮槽，以容纳所述凸轮；所述流体出口设置于所述凸轮槽的侧面；所述凸轮用于与所述流体出口导向配合。

2.根据权利要求1所述的密封阀体，其特征在于，所述凸轮包括两个半径不同的扇形圆柱体；所述凸轮槽为与两个扇形圆柱体匹配的形状，以容纳所述凸轮并提供所述凸轮在所述凸轮槽内的转动空间；

所述流体出口设置于所述凸轮槽的切面；所述凸轮向所述流体出口方向转动以关闭所述流体出口，反向转动以打开所述流体出口。

3.根据权利要求1所述的密封阀体，其特征在于，所述流体入口设置于所述阀座的侧面。

4.根据权利要求1所述的密封阀体，其特征在于，所述流体入口设置于所述阀座的端面。

5.根据权利要求1所述的密封阀体，其特征在于，所述阀体沿其轴向方向设置有向所述第一空腔延伸的第一凸起，所述转子组件设置有相应地的第一内孔，所述第一凸起与所述第一内孔对接以对所述转子组件进行径向及轴向方向的限位。

6.根据权利要求1所述的密封阀体，其特征在于，所述阀座沿其轴向方向设置有向所述第一空腔延伸的第二凸起，所述转子组件设置有相应的第二内孔，所述第二凸起与所述第二内孔对接以对所述转子组件进行径向及轴向方向的限位。

7.根据权利要求1所述的密封阀体，其特征在于，所述外壳为不导磁材料。

8.根据权利要求1-7任一项所述的密封阀体，其特征在于，所述阀体侧面设置沟槽，所述沟槽用于固定外部磁场驱动部件。