TWI689676B - 電控大容量比例閥 - Google Patents

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TWI689676B
TWI689676B TW108100925A TW108100925A TWI689676B TW I689676 B TWI689676 B TW I689676B TW 108100925 A TW108100925 A TW 108100925A TW 108100925 A TW108100925 A TW 108100925A TW I689676 B TWI689676 B TW I689676B
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exhaust
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游平政
鄭志聖
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台灣氣立股份有限公司
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Abstract

一種電控大容量比例閥，內部具有一減壓室，其連結有響導孔通道、感測器通道、及排氣通道，該減壓室內設有具逆止閥的一主膜片，能用以推動一主軸件、及一次軸件進行位移動作，藉偵測該感測器通道，當壓力過低時，則主膜片向下推動該主軸件頂抵該次軸件，該次軸件讓閥門口能進行兩階段位移距離的調整，控制閥門口打開後的流體流量，此時一次側壓力進入閥底座輸出端來提高二次側壓力，使其具備精密調整二次側壓力的輸出量，且能利用設於該主軸件內的通氣孔、以及設於排氣室內的氣流孔，進行兩階段排氣，使整體結構能藉兩階段進氣與排氣，達到快速調整與精密穩壓，並適用於大容量比例閥之目的。

Description

電控大容量比例閥
一種電控大容量比例閥，該閥座內設置有以具逆止閥的主膜片所形成的一減壓室、以及受該主膜片頂抵位移的主軸件與次軸件構成的閥門口，藉由響導孔通道與開啟進氣電磁閥可使一次側壓力輸入減壓室，讓主膜片上的壓力增加來進行第一階段向下推動，並透過排氣電磁閥配合調整二次側壓力進行減壓的控制，讓主軸件、次軸件與閥門口能達到精密調整二次側壓力的輸出量，而當進行大量排氣需求時，主軸件的頂端完全進入排氣室內，因該排氣室面積減去主軸件面積後的環狀面積相等於該閥門口面積，所以能藉氣流孔加速輸出大量二次側壓力通過該閥座外部，藉以加速穩定該二次側壓力之目的。
電控比例閥常被廣泛地應用於不同產業中，但氣壓流體所提供之動力，其穩定性及所得輸出之壓力乃係隨著其氣壓大小而變化，因此，為使壓力輸出穩定且受電控系統控制，習用電控比例閥用以控制氣壓流體壓力之技術遂被普遍地採用，據以對所使用之氣壓流體進行控制，來獲得穩定且受控制之壓力；習用電控比例閥內一般都會設置減壓室、直桿、以及膜片，其運作過程大致為輸入端輸入流體後，經內部流徑流通至膜片，並驅動直桿向下 位移，讓電控比例閥內的流體得以通過閥門口流通至輸出端進行調整，而前述膜片與直桿通常設於減壓室內，且為了容易調整，該減壓室的空間高度通常會略大於該膜片的作動行程，讓直桿推動位移能夠較為流暢；因膜片與減壓室的壓差，而有作用力施加於該直桿上，使得輸入的流體壓力保持一定的輸出流量，故輸入之流體壓力無法作精密壓力的調整應用，且若需在更大容量的電控比例閥上應用的話，其機構上的設計又會變得更為複雜，因此，為使輸入之流體得以在大容量結構的電控比例閥上發揮最佳應用，故需要一種能進行工作壓力範圍內調整壓力，且兼具精密調整之結構。
本創作係為一種電控大容量比例閥，其主要技術性目的，係利用具有逆止閥的主膜片配合設置於閥座內構成一減壓室，當外部輸入的一次側壓力透過響導孔通道與開啟進氣電磁閥流入減壓室推動該主膜片時，能推頂主軸件與次軸件進行位移動作，使閥門口得以進行啟閉，以控制二次側壓力的輸出量；當一次側壓力輸入提升二次側壓力後，若壓力過高，需要進行更大流量的排氣時，該減壓室內的排氣電磁閥快速排氣來降低主膜片上的壓力，主軸件以及次軸件都一併受彈性元件而向上復位，使主軸件的頂端完全進入排氣室內，因為該排氣室面積減去主軸件面積後的環狀面積相等於該閥門口面積，故能透過氣流孔加速輸出大量壓力排出至閥座外部，如此，透過主軸件的兩階段排氣、以及次軸件的兩階段進氣設計，使調壓更為精密且穩定的進行； 本創作係為一種電控大容量比例閥，其係由：具有流徑的閥座上方設有進氣電磁閥、排氣電磁閥、及感測器，該流徑設有能供一次側壓力流入的輸入端、以及供二次側壓力流出的輸出端，該閥座內夾設有具逆止閥的主膜片構成一減壓室，而減壓室連結設置有以進氣電磁閥控制通連至該輸入端的一響導孔通道、設有排氣電磁閥控制通連至輸出端的一排氣通道、以及該感測器偵測由輸出端通連的一感測器通道，另具有通氣孔的一主軸件安裝於該中閥的一排氣室內，且該主軸件的下方設置有彈性元件的一次軸件，該主膜片頂抵該主軸件，進而位移驅動次軸件，該次軸件配合該彈性元件之彈力形成一閥門口，當輸出端壓力過低時，該主膜片向下推動主軸件頂抵該次軸件，該次軸件讓閥門口能進行兩階段位移距離的調整，控制閥門口打開後的流體流量，此時一次側壓力進入閥座的輸出端來提高二次側壓力；若壓力過高時，該排氣電磁閥能藉逆止閥調整該二次側壓力進行減壓的控制，使閥門口達到精密調整二次側壓力的輸出量，而當進行大量排氣需求時，主軸件的頂端完全進入排氣室內，因該排氣室面積減去主軸件面積後的環狀面積相等於該閥門口面積，所以能藉該排氣孔大尺寸的結構特徵加速輸出大量壓力直通該閥座外部，藉以加速穩定二次側壓力輸出之目的。
(10):閥座
(101):主膜片
(1011):逆止閥
(102):減壓室
(11):頂閥
(111):響導孔通道
(112):排氣通道
(113):感測器通道
(12):中閥
(121):穩流孔
(122):中閥逆止閥
(123):氣流孔
(124):排氣室
(13):閥底座
(131):輸入端
(132):輸出端
(133):流徑
(134):彈性元件
(14):主軸件
(141):通氣孔
(15):次軸件
(151):嵌槽
(152):閥門口
(PA):進氣電磁閥
(PA1):節流口
(PB):排氣電磁閥
(PB1):大氣口
(PC):感測器
(P):控制迴路
(PR):電源
(PI):入力訊號
(PP):壓力表示
(PO):出力訊號
(P1):一次側壓力
(P2):二次側壓力
(PT):平衡壓力
[第1圖]係為本創作的結構示意圖。
[第2圖]係為本創作的結構的迴路示意圖。
[第3圖]係為本創作於準備狀態的動作示意圖。
[第4圖]係為本創作於啟動狀態的動作示意圖。
[第5圖]係為本創作於啟動狀態進行微升壓力的動作示意圖。
[第6圖]係為本創作於啟動狀態進行微降壓力的動作示意圖。
[第7圖]係為本創作於待機狀態的動作示意圖。
[第8圖]係為本創作於工作狀態的動作示意圖。
通常根據本創作，該最佳之可行之實施例，並配合圖式第1~8圖詳細說明後，俾增加對本創作之瞭解；本創作係為一種電控大容量比例閥，其結構包含有：一閥座(10)，由上至下依序是以一頂閥(11)、一中閥(12)、一閥底座(13)連結構成，該閥座(10)具有供一次側壓力(P1)輸入的一輸入端(131)、及供二次側壓力(P2)輸出的一輸出端(132)，該輸入端(131)至該輸出端(132)係藉由一流徑(133)通連，該頂閥(11)與該中閥(12)之間夾設具一逆止閥(1011)的一主膜片(101)形成一減壓室(102)，且該減壓室(102)的中央空間所需的容積，如圓孔面積與圓孔高度，可減少至最小，使該主膜片(101)得以快速平衡該減壓室(102)內的壓力，更詳細而言是關於平衡壓力(PT)的調整更為迅速，且若再加以限制一次側壓力(P1)的節流口(PA1)的進氣流量，但仍保有穩速增加壓力的效果，則能讓該進氣電磁閥(PA)的開啟時間更為縮短，所以能更容易控制該主膜片(101)的位移行程；前述減壓室(102)更連結設置具有以一進氣電磁閥(PA)控制通連至該輸入端(131)的一響導孔通道(111)、以該排氣電磁閥(PB)控制排除多餘壓力的一排氣通道(112)、及以一感測器(PC)偵測由該輸出端(132)通連的一感測器通道 (113)，且該中閥(12)內設有通連至該閥底座(13)的一穩流孔(121)，由該穩流孔(121)通連至該響導孔通道(111)的一中閥逆止閥(122)、以及直通外部的一氣流孔(123)；另有具一通氣孔(141)的一主軸件(14)安裝於該中閥(12)的一排氣室(124)內，且該主軸件(14)的下方設置有具一彈性元件(134)的一次軸件(15)，該主膜片(101)頂底該主軸件(14)，進而位移驅動該次軸件(15)配合該彈性元件(134)之彈力形成一閥門口(152)，更有一嵌槽(151)設於該次軸件(15)的上方中央，該嵌槽(151)能供該主軸件(14)置設其中，藉以控制該通氣孔(141)的啟閉，當該輸出端(132)壓力過低時，該主膜片(101)向下推動主軸件(14)與次軸件(15)，而該次軸件(15)進行兩階段進氣調整，該排氣電磁閥(PA)能藉該逆止閥(1011)調整該二次側壓力(P2)的輸出量，而當進行大量排氣需求時，主軸件(14)的頂端完全進入排氣室(124)內，因該排氣室(124)面積減去主軸件(14)面積後的環狀面積相等於該閥門口(152)面積，所以能藉該氣流孔(123)加速輸出大量壓力直通該閥座(10)外部，藉以加速穩定該二次側壓力(P2)輸出之目的。
再請參閱如第1圖所示，可見頂閥(11)連接有一進氣電磁閥(PA)、一排氣電磁閥(PB)、以及一感測器(PC)，其主要透過控制迴路(P)經電源(PR)驅動後，設定好入力訊號(PI)、以及出力訊號(PO)後，透過該控制迴路(P)顯示相關壓力表示(PP)，藉以驅動進氣電磁閥(PA)與排氣電磁閥(PB)，而經由輸出端(132)連接頂閥(11)至該控制迴路(P)前的路徑係為感測器通道(113)，此感測器(PC)主要係用以偵測二次側壓力(P2)的壓力，當超過或低於二次側壓力(P2)設定值時，將資訊反饋至控制迴路(P)進行進氣電磁閥(PA)和排氣電磁閥(PB)之間的判別，若二次側壓力(P2)過高，再進而驅動排氣電磁閥(PB)與逆止閥(1011)，進 行二次側壓力(P2)的第一階段排氣、以及打開位於排氣電磁閥(PB)的大氣口(PB1)來提升排氣量，而當進行大量排氣需求時，主軸件(14)的頂端完全進入排氣室(124)內，因該排氣室(124)面積減去主軸件(14)面積後的環狀面積相等於該閥門口(152)面積，所以能藉該氣流孔(123)加速輸出大量壓力直通該閥座(10)外部，此為第二階段排氣；反之，若二次側壓力(P2)太低，則驅動進氣電磁閥(PA)推動主膜片(101)，使該主軸件(14)繼續向下位移推動該次軸件(143)，使二次側壓力(P2)能繼續增加達到預定值，也請配合參閱如第2圖所示之整體結構的迴路示意圖，能更為清楚的理解相關運作流程。
再請參閱如第3圖的準備狀態，可見進氣電磁閥(PA)為關閉、排氣電磁閥(PB)為開啟，一次側壓力(P1)由輸入端(131)進入後，因閥門口(152)關閉而阻隔，其部份一次側壓力(P1)通過響導孔通道(111)流通至該進氣電磁閥(PA)後，被阻隔流通至該減壓室(102)，此時的二次側壓力(P2)為0。
再請參閱如第4圖的啟動狀態，該進氣電磁閥(PA)為開啟、排氣電磁閥(PB)為關閉，一次側壓力(P1)通過響導孔通道(111)經進氣電磁閥(PA)的節流口(PA1)流通至該減壓室(102)內位於主膜片(101)的上方處，同時也形成一平衡壓力(PT)將主膜片(101)向下推動至最下方處，並驅動頂抵該主軸件(14)向下位移，更驅動該次軸件(15)一併向下位移，進而開啟閥門口(152)；通過該閥門口(152)的一次側壓力(P1)則轉為二次側壓力(P2)，進而流向輸出端(132)、中閥(12)、以及感測器通道(113)，當感測器(PC)回傳訊號至控制迴路(P)判讀相關二次側壓力(P2)，進行該進氣電磁閥(PA)與排氣電磁閥(PB)的判別後，若二次側壓力(P2)過高，再輸出指令於該排氣電磁閥(PB)進行排氣減壓的動作；前述二次側壓力(P2)能經由穩流孔(121)流通至該中閥(12)內，該穩流孔(121)主要係以該 中閥(12)的中心軸線為基準，以偶數個排列成環狀對稱設置而成，使該主膜片(101)位移的穩定性增加。
此設計能有效幫助該主膜片(101)位移時的穩定性增加；而此時的閥門口(152)係以第一階段進氣與第二階段進氣同時進行的狀態下，此階段為完全開啟該閥門口(152)的狀態。
再請參閱如第5圖的啟動狀態，係為調整二次側壓力(P2)上升，該進氣電磁閥(PA)為關閉、排氣電磁閥(PB)為開啟，藉由排氣電磁閥(PB)控制來減少流入減壓室(102)內位於該主膜片(101)上方的流體，進而降低平衡壓力(PT)，而平衡壓力(PT)與該減壓室(102)內位於該主膜片(101)下方的二次側壓力(P2)平衡後，其產生之作用力施加於主膜片(101)上，使主膜片(101)由第4圖最下方處向上位移，主軸件(14)、以及次軸件(15)都一併受彈性元件(134)而向上復位，此時的閥門口(152)係為第一階段進氣的狀態下，一次側壓力(P1)通過次軸件(15)與閥門口(152)的間隙流向輸出端(132)，二次側壓力(P2)就不會急速上升，進氣電磁閥(PA)就可以完全百分之一百控制二次側壓力(P2)上升的時間與速度。
再請參閱如第6圖的啟動狀態，其係為調整壓力下降，該進氣電磁閥(PA)為關閉、排氣電磁閥(PB)為開啟，此時的閥門口(152)則會呈關閉狀態，使一次側壓力(P1)無法通過該閥門口(152)流通，且位於該主軸件(14)內的通氣孔(141)也讓二次側壓力(P2)流通至該減壓室(102)內，此流通係於本創作內稱為第一階段排氣，藉排氣電磁閥(PB)排出流體的時間與速度，而完全百分之一百控制二次側壓力(P2)減低的時間與速度達成預定之目標值。
再請參閱如第7圖的待機狀態，該進氣電磁閥(PA)為關閉、排氣電磁閥(PB)為關閉、閥門口(152)為關閉，此狀態下的輸出端(132)也呈關閉，二次側壓力(P2)可保持在穩定的狀態下；再請參閱如第8圖的工作狀態，該進氣電磁閥(PA)為開啟、排氣電磁閥(PB)為關閉、閥門口(152)為第一階段與第二階段進氣完全開啟，而二次側壓力(P2)則由該輸出端(132)大量輸出；其上述由第3~8圖所示，當中僅有準備狀態與工作狀態的二次側壓力(P2)係為可正常輸出流體，其它狀態的二次側壓力(P2)則不由該輸出端(132)輸出；而另外位於該中閥(12)內所設的氣流孔(123)則僅有在準備狀態或輸出端(132)逆流流體的壓力過大時，才能開啟第二階段排氣，藉以加速完成大容量排氣之目的，其它狀態則為不開啟；而同樣位於該中閥(12)內的中閥逆止閥(122)，進一步詳細而言：係設於該穩流孔(121)與響導孔通道(111)之間進行通連，當一次側壓力(P1)低於二次側壓力(P2)時，能讓二次側壓力(P2)藉以流通配合一次側壓力(P1)，而迅速地進行二次側壓力(P2)的減壓及平衡。
綜上所述，本創作電控大容量比例閥，藉由主軸件(14)與次軸件(15)之組合式的分階段驅動，能得到次軸件(15)的兩階段進氣的調整設計，並配合同樣設於該主軸件(14)中的通氣孔(141)進行第一階段排氣、以及位設於該排氣室(124)內的氣流孔(123)進行第二階段排氣，使本創作能在大容量的電控比例閥領域中，以短時間迅速地進行二次側壓力(P2)穩壓及達成精密調壓之目的。
(10):閥座
(101):主膜片
(1011):逆止閥
(102):減壓室
(11):頂閥
(111):響導孔通道
(112):排氣通道
(113):感測器通道
(12):中閥
(121):穩流孔
(122):中閥逆止閥
(123):氣流孔
(124):排氣室
(13):閥底座
(131):輸入端
(132):輸出端
(133):流徑
(134):彈性元件
(14):主軸件
(141):通氣孔
(15):次軸件
(151):嵌槽
(152):閥門口
(PA):進氣電磁閥
(PA1):節流口
(PB):排氣電磁閥
(PB1):大氣口
(PC):感測器
(P):控制迴路
(PR):電源
(PI):入力訊號
(PP):壓力表示
(PO):出力訊號
(P1):一次側壓力

Claims (4)

  1. 一種電控大容量比例閥，其包含：一閥座(10)，上至下依序由一頂閥(11)、一中閥(12)、一閥底座(13)連結構成，該閥座(10)具有供一次側壓力(P1)輸入的一輸入端(131)、及供二次側壓力(P2)輸出的一輸出端(132)，該輸入端(131)至該輸出端(132)係藉由一流徑(133)通連，該頂閥(11)與該中閥(12)之間夾設具一逆止閥(1011)的一主膜片(101)形成一減壓室(102)，該頂閥(11)連結設置有以該進氣電磁閥(PA)控制通連至該輸入端(131)的一響導孔通道(111)、以一排氣電磁閥(PB)控制排除多餘壓力的一排氣通道(112)、及以一感測器(PC)偵測由該輸出端(132)通連的一感測器通道(113)，且該中閥(12)內設有通連至該閥底座(13)的一穩流孔(121)，由該穩流孔(121)通連至該響導孔通道(111)的一中閥逆止閥(122)、以及直通外部的一氣流孔(123)；其特徵在於：具有一通氣孔(141)的一主軸件(14)安裝於該中閥(12)的一排氣室(124)內，且該主軸件(14)的下方設置有具一彈性元件(134)的一次軸件(15)，該主膜片(101)頂抵該主軸件(14)，進而位移驅動該次軸件(15)配合該彈性元件(134)之彈力形成一閥門口(152)，當該輸出端(132)壓力過低時，該主膜片(101)向下推動該主軸件(14)與該次軸件(15)進行兩階段式進氣調整，該排氣電磁閥(PA)能藉該主膜片(101)的該逆止閥(1011)與該通氣孔(141)調整該二次側壓力(P2)進行第一階段排氣減壓的控制，使該閥門口(152)達到精密調整該二次側壓力(P2)的輸出量，而當進行大量排氣需求時，該主軸件(14)的頂端完全進入該排氣室(124)內，因該排氣室(124)面積減去主軸件(14)面積後的環狀面積相等於該閥門口(152)面積，所以能藉該氣流孔(123)加速輸出大量壓力直通該閥座(10)外部，此為第二階段大量排氣減壓，藉以加速穩定該 二次側壓力(P2)輸出之目的。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之電控大容量比例閥，其中該次軸件(15)更包含有：一嵌槽(151)，設於該次軸件(15)的上方中央，該嵌槽(151)能供該主軸件(14)置設其中，藉以控制該通氣孔(141)的啟閉。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之電控大容量比例閥，其中該穩流孔(121)更包含有：一中閥逆止閥(122)，設於該穩流孔(121)內的一側，用以通連該穩流孔(121)至該響導孔通道(111)，使該二次側壓力(P2)得以迅速配合該一次側壓力(P1)的降低，讓該二次側壓力(P2)能進行減壓及平衡之目的。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之電控大容量比例閥，其中該穩流孔(121)，係以該中閥(12)的中心軸線為基準，以偶數個排列成環狀對稱設置而成，使該主膜片(101)位移的穩定性增加。
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