專利名稱：電控?zé)o泄漏直通閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開一種電控?zé)o泄漏直通閥。屬五金水暖器材。
目前，自動控制閥門在化工、醫(yī)藥等行業(yè)應(yīng)用越來越普遍。其中多以電機(jī)為控制動力，經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)(如減速器、齒輪付或蝸輪蝸桿付)，再經(jīng)驅(qū)動軸(如螺桿)帶動閥片移動來實(shí)現(xiàn)對流體的通斷控制。這些自動控制閥門(如電動球閥、蝶閥、滑板閥等)普遍存在的問題是1.采用中間傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動閥片，系統(tǒng)較復(fù)雜，使用中易出現(xiàn)故障。
2.驅(qū)動機(jī)構(gòu)與閥片直接作用，對驅(qū)動軸或桿的密封要求很高。不但增加了生產(chǎn)成本，而且使用中密封處也易發(fā)生被控制流體(或氣體)的泄漏。
3.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)難度大，生產(chǎn)成本高。此外體積大，不便于在線安裝和維修。
為此，本實(shí)用新型公開一種直接電驅(qū)動的，長壽命、低成本的電控?zé)o泄漏直通閥結(jié)構(gòu)。特別適用于管線內(nèi)流體通斷的自動控制。
本實(shí)用新型的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的一種電控?zé)o泄漏直通閥，由帶臺階孔的兩通閥體、圓片形動閥片、中心軸、帶扇形孔的陶瓷圓片形定閥片、彈性環(huán)形密封墊、螺紋接頭、帶極靴的驅(qū)動鐵芯與激磁繞組組成的套杯形電磁驅(qū)動單元等組成，動閥片安裝在兩定閥片之間，中心軸緊裝在動閥片中心孔內(nèi)，其兩軸端分別插入定閥片中心孔中，一并裝入閥體內(nèi)，用彈性密封墊使動、定閥片相互貼緊。閥體由非導(dǎo)磁材料制成，孔壁上無任何側(cè)向通槽、孔；動閥片由磁性材料制成；極靴至少為兩對，電磁驅(qū)動單元固定在閥體壁外對應(yīng)動閥片中心位置，使至少有一對激磁繞組通電時，動閥片處于使閥門“關(guān)閉”的位置。
動閥片呈“X”雙扇型，動閥片中心孔直徑略小于中心軸直徑；定閥片中心孔徑略大于中心軸直徑，動閥片扇面外徑小于定閥片外徑。定閥片外徑略小于閥體配合孔內(nèi)徑。驅(qū)動鐵芯由軟磁材料制成，每對極靴的兩個激磁繞組串聯(lián)連接，并使其中的電流方向相同。激磁繞組由直流電源供電，驅(qū)動電流供給方式為短時導(dǎo)通，閥門的“開”“關(guān)””操作由接通不同的激磁繞組來實(shí)現(xiàn)，“開”“關(guān)”完成后激磁繞組中無維持電流。
若將極靴極化面與動閥片扇形外圓面分別制成齒輪狀，采用步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)閥門“開”“關(guān)”的數(shù)字程序控制。
電磁驅(qū)動單元是本閥門的動力源，電磁驅(qū)動單元由驅(qū)動鐵芯、激磁線組、定子外殼等組成。驅(qū)動鐵芯上的極靴至少為兩對，分別對應(yīng)閥門的“開”“關(guān)”位置。每對極靴的兩個激磁繞組相互串聯(lián)連接，并使繞組中的電流方向相同，使極靴中產(chǎn)生同相的磁極性?！伴_”“關(guān)”動作完成后，由于閥片間的摩擦力，及動閥片與極靴間的磁吸引力，可穩(wěn)定動閥片的位置。故不必保留激磁電流。由于激磁繞組的電流只有在動作時短時接通，因而可以采用高電流負(fù)載設(shè)計，幾乎可不考慮發(fā)熱，這對減小激磁繞組結(jié)構(gòu)尺寸極為有利。工作時，無論“開”“關(guān)”操作，至少需瞬時接通一對激磁繞組，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)時，只需瞬時接通另一對繞組。采用逐漸改變兩對繞組中電流的大小(一組電流由大變小，另一組同時由小變大)，也可實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)過程的連續(xù)控制。如將極靴及動閥片極性表面按步進(jìn)電機(jī)制成齒輪狀，則可采用數(shù)字步進(jìn)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制。
“X”雙扇形的動閥片由磁性材料如高強(qiáng)度銣鐵硼合金硬磁材料制成，其具有很高的磁場強(qiáng)度和磁穩(wěn)定性而且加工性能優(yōu)于陶瓷。經(jīng)防銹、抗腐蝕處理后，具有很高的表面穩(wěn)定性、耐磨性。
閥門工作時，由于閥片材質(zhì)具有很高的耐磨性，閥門的開關(guān)行程不大，相對速度低，因而閥片磨損量極小。加之在定閥片兩端裝有彈性密封墊，除了起靜態(tài)密封作用外，還可補(bǔ)償閥片之間的間隙。即當(dāng)動閥片因磨損而減薄時，彈性密封墊將推動定閥片沿軸向移動，直至與動閥片緊密接觸，因而即使有少量磨損也不影響閥芯組的密封功能。
綜上所述采用高強(qiáng)度硬磁材料的動閥片及陶瓷定閥片組合完全能滿足閥門的長壽命使用要求。
為減小轉(zhuǎn)動動閥片的操作力距，該閥門的動閥片外徑略小于定閥片外徑，定閥片外徑略小于閥體內(nèi)孔。同時閥芯組中定、動閥片中心都加工有軸向孔。中心軸沿軸向穿在三個閥片中央。這樣，當(dāng)安裝完畢后，保證了動閥片外圓與閥體內(nèi)孔壁間有一定間隙。當(dāng)旋轉(zhuǎn)動閥片時，動閥片將繞中心軸旋轉(zhuǎn)，而不與孔壁磨擦，從而使轉(zhuǎn)動更輕便可靠，也減少了孔壁的磨損。
為解決沿閥片中心孔與軸配合處的軸向泄露，動閥片中心孔略小于中心軸直徑，定閥片中心孔徑略大于中心軸直徑，并使中心軸與動閥片壓配成一體。使用時動閥片帶動中心軸在定閥片的中心孔中旋轉(zhuǎn)，從而阻斷了沿中心軸孔的泄漏通道并提高了動閥片的旋轉(zhuǎn)精度，更有利于減少動閥片的磨損。如在陶瓷基片中鑲嵌磁性材料構(gòu)成復(fù)合動閥片，更可發(fā)揮陶瓷的高耐磨性。
閥體由非磁性材料組成，要獲得盡可能大的磁驅(qū)動力，閥體對應(yīng)于閥芯組部分的壁厚應(yīng)較薄，這要求材料有足夠的強(qiáng)度，特別是在被控制流體的壓力較大時，故宜采用金屬材料(如黃銅或非磁性不銹鋼等)。由于動閥片不與閥體內(nèi)腔接觸，電磁驅(qū)動極靴與閥體外圓間無相對運(yùn)動，故可顯著降低對閥體的加工要求，從而有利于降低成本。
圖例說明


圖1“電控?zé)o泄漏直通閥”結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2“電控?zé)o泄漏直通閥”動閥片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3“電控?zé)o泄漏直通閥”定閥片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4“電控?zé)o泄漏直通閥”閥體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5“電控?zé)o泄漏直通閥”驅(qū)動定子鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6適合數(shù)字程序控制的動閥片扇形弧面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7適合數(shù)字程序控制的驅(qū)動定子鐵芯工作面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8“電控?zé)o泄漏直通閥”定子蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9“電控?zé)o泄漏直通閥”復(fù)合動閥片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10激磁繞組通電狀態(tài)與閥“開”“關(guān)”狀態(tài)的相關(guān)示意圖。
圖11“電控?zé)o泄漏直通閥”控制電路示意圖。
圖中Za、Zb是激磁繞組接通指示燈，R是限流電阻。圖例說明1.閥體11.極靴定位面 12.前端面 13.內(nèi)螺紋14.內(nèi)端面15.外端面 16.通液孔 17.定位凸臺2.定子蓋板21.定位內(nèi)環(huán)面 22.定向槽23.連接螺孔24.過線孔 25.外端面 26.連接螺紋 27.內(nèi)端面3.驅(qū)動鐵芯31.極靴 32.極靴內(nèi)表面 33.極靴柱34.外圓面 35.磁橋 36.螺釘過孔 37.側(cè)端面4.螺紋接頭5.彈性密封墊6.定閥片 61.通液孔 62.中心孔 63.外圓面64.定位凸臺65.密封工作面 66.非工作面7.定閥片 71.密封工作面 72.中心孔 73.通液槽74.擋水扇面 75.扇面外圓8.中心軸9.定子外殼10、13墊環(huán)11.激磁繞組(以
圖1為例)“OFF”“關(guān)”控制極靴“ON”“開”控制極靴A“關(guān)”控制激磁繞組B“開”控制激磁繞組12.連接螺釘下面結(jié)合圖例對本使用新型作進(jìn)一步說明
圖1是“電控?zé)o泄漏直通閥”結(jié)構(gòu)示意圖。圖中左圖上半部表示閥處于“關(guān)”狀態(tài)。動閥片處于垂直位置，即與激磁繞組A對應(yīng)的極靴組(“OFF”)方向。此時動閥片上的密封工作面71覆蓋了動閥片6的通液孔61，流體被阻斷。左圖下半部表示動閥片7受激磁繞組B通電產(chǎn)生的磁場作用而轉(zhuǎn)到“ON”極靴組方向，閥片上的通液槽73與定閥片6的通液孔61重合，打開了流體通道。
電磁驅(qū)動單元由驅(qū)動鐵芯3、激磁線組11、定子蓋板2、墊環(huán)10、13及定子外殼9等組成。驅(qū)動鐵芯3上的極靴31至少為兩對，分別對應(yīng)閥門的“開”“關(guān)”位置。每對極靴31的兩個激磁繞組A(或兩個激磁繞組B)相互串聯(lián)連接，并使繞組中的電流方向相同，使極靴31中產(chǎn)生同相的磁極性。“開”“關(guān)”動作完成后，由于閥片間的摩擦力，及動閥片7與極靴31間的磁吸引力，可穩(wěn)定動閥片7的位置。故不必維持激磁電流。由于激磁繞組A、B中的電流只有在動作時短時接通，因而可以采用高電流負(fù)載設(shè)計，幾乎可不考慮發(fā)熱影響，這對減小激磁繞組結(jié)構(gòu)尺寸很有利。工作時，無論“開”或“關(guān)”操作，至少需瞬時接通一對激磁繞組A(或B)。當(dāng)需要轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)時，只需瞬時接通另一對繞組B(或A)。如同時接通兩對繞組，則可實(shí)現(xiàn)閥門的半開狀態(tài)。當(dāng)然，采用逐漸改變兩對繞組中電流的大小(一組電流由大變小，另一組同時由小變大)，也可實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)過程的連續(xù)控制。如將極靴31及動閥片7極性表面32及75按步進(jìn)電機(jī)制成齒狀表面如圖6、圖7所示，則可采用步進(jìn)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制。
電磁驅(qū)動鐵芯3由軟磁材料制成，由于采用直流驅(qū)動，可用整體軟磁材料(如純鐵)制造，結(jié)構(gòu)與普通電機(jī)定子相似。極靴31數(shù)量至少為兩對，其極化圓弧面32直徑比閥體1的工作外圓面1的直徑稍大(符合滑動配合的要求)，以便于將驅(qū)動鐵芯3裝到閥體1上。
極靴柱33是用以套裝激磁繞組A、B的，磁橋35可保持各極靴的相對位置，并使極靴具有最大磁力。鐵芯3兩側(cè)面37相互平行，厚度大于動閥片7的厚度。極靴上部制有兩個螺釘過孔38，用于安裝螺釘12，以便將鐵芯3與定子蓋板2固定連接。
將激磁繞組A、B分別安裝在相應(yīng)極靴柱上，并置于繞組空間36中，則構(gòu)成電磁鐵芯組件。
驅(qū)動定子蓋板2(圖8)為盤狀零件，用于電磁鐵芯組件的固定及在閥體上的定向。其內(nèi)孔21略大于閥體1工作柱面11的直徑，定位槽22作極靴定位用。當(dāng)安裝電磁驅(qū)動單元到閥體1上時，定位槽22與閥體1上的定位凸臺17配合，保證極靴位于動閥片的“開”或“關(guān)”位置。內(nèi)端面27上的螺孔23可旋入固定電磁鐵芯組的螺釘12，外臺階面螺紋面26與定子外殼9旋接。繞組A、B的引出線通過孔24穿出。
電磁驅(qū)動單元的組裝步驟如下1.將激磁繞組裝到定子鐵芯3的極靴柱33上。
2.將兩個A繞組、兩個B繞組分別同向串聯(lián)，留出帶標(biāo)記引出線。
3.將電磁鐵芯組件裝上墊環(huán)10后用兩個螺釘12與定子蓋板2固定，并將繞組引線從蓋板2的孔24中穿出。
4.將另一個墊塊13放入定子外殼9底部，再將外殼9套入已裝好的電磁鐵芯組件上并與定子蓋板2螺紋面26旋緊。
至此，“電磁驅(qū)動單元”組裝完成。
動閥片7由磁性材料制成。最佳選擇應(yīng)是具有高磁場強(qiáng)度的磁鋼(如銣鐵硼)，也可由其它軟、硬磁性材料制成，用硬磁材料可提高磁驅(qū)動力，減少電磁激勵繞組中的電流。磁化方向如圖2所示。動閥片7的端面形狀必需形成顯極結(jié)構(gòu)，以能更好的利用磁偶合驅(qū)動力。本專利動閥片7由兩個扇性擋水板74相接成，構(gòu)成磁性體的兩個磁極。扇面74弧面長度不大于1/4圓周長度。
動閥片7有中心孔72，其直徑略小于中心軸8直徑，相互能形成緊密配合，不但可以提高旋轉(zhuǎn)精度，還可防止流體沿軸8與孔72間的配合面產(chǎn)生軸向泄漏，提高閥的關(guān)閉性能。動閥片7的外圓面75直徑略小于定閥片6的外圓直徑63，保證裝配后動閥片7與中心軸8在定閥片6中心孔62中旋轉(zhuǎn)時動閥片扇性外圓面不與閥體1的孔壁接觸，以降低旋轉(zhuǎn)阻力，從而提高電磁驅(qū)動的可靠性。動閥片7的兩個工作端面71應(yīng)加工至很高的光潔度、平整度、平行度。動閥片7可經(jīng)防銹抗蝕處理(如鍍鋅、鍍鎳等)，也可包覆高分子涂料(聚乙烯、聚四氟乙烯等)。動閥片7也可按圖9制成復(fù)合結(jié)構(gòu)，基片7A由非磁材料制成(如陶瓷、高強(qiáng)度工程塑料或其它金屬)。在兩個阻水板74的中心部分各鑲一塊磁鋼(磁場方向與圖2所示相同)7B，則可充分發(fā)揮基體7A材料的耐磨性、抗腐蝕性(如陶瓷)，基板7A的形狀也可制成型。
定閥片6由精密陶瓷制成，帶有扇形或其它形狀的通液孔61，中心有軸孔62，孔62的內(nèi)徑略大于中心軸8的直徑，便于其插入和轉(zhuǎn)動。中心軸孔62可以是直孔或盲孔，盲孔的開口端應(yīng)在工作面65上，工作面65是與動閥片7的工作面71配合的精加工、高光潔表面，非工作面66可以不做精加工處理。定閥片6的外圓面63直徑略大于動閥片7的外徑。外圓面63上對稱設(shè)置兩個方形或半圓形突起64，便于將定閥片安裝到閥體1上時定向。
閥體1由非導(dǎo)磁性材料(如黃銅、不銹鋼、高強(qiáng)度工程塑料等)制成。通液孔16小于閥芯組裝配孔19，裝配孔19壁上加工有定位槽18，便于定閥片6裝配時定向。裝配孔19的前端是螺紋孔13，便于與螺紋接頭4連接。端面12與內(nèi)端面14間的距離應(yīng)保證組裝完閥芯組后(
圖1)，旋緊螺紋接頭4，每個彈性密封墊5應(yīng)有一定的壓縮量(如0.5～1mm，隨著流體壓力增大，壓縮量應(yīng)大些)，以保證閥片間的密封，并能自動補(bǔ)償使用中可能出現(xiàn)的間隙。閥體1工作外圓11與內(nèi)孔19間的壁厚較薄，以保證極靴3與動閥片7間有足夠的磁吸引力。在外圓11與外端面15處制有限位凸臺17，用以確定電磁驅(qū)動單元在閥體上的安裝位置。
本“電控?zé)o泄漏直通閥”的裝配程序如下1.先將中心軸8壓入到動閥片7的中心孔72中，使中心軸8在動閥片7的兩端面71的伸出長度相等；2.將兩個定閥片6的密封工作面65分別對著定閥片7的兩個工作面71，從兩側(cè)沿中心軸插入中心孔62中，使三個閥片相互靠緊，構(gòu)成“閥芯組”；3.依次向閥體1的內(nèi)孔19中裝入彈性密封墊5、閥芯組；4.將另一塊彈性密封墊5裝入螺紋接頭4的孔中，如
圖1所示；5.將上述已組裝好的電磁驅(qū)動單元按
圖1方向套入閥體1的工作外圓11上，注意蓋板2上的定位槽22卡在閥體1上的定位凸臺17上；6.將帶有彈性密封墊5的螺紋接頭4旋入到閥體1的內(nèi)螺紋13中，并旋緊。
至此完成了全部結(jié)構(gòu)裝配。
可以看出該閥裝配簡單、方便，裝配過程中無需任何調(diào)試測量，而能保證相同的工作性能和質(zhì)量。
圖10是閥門“開”“關(guān)”狀態(tài)與“A”“B”激磁繞組導(dǎo)通相關(guān)圖。每組激磁繞組在交替工作時，只需導(dǎo)通很短時間(小于0.5s)，所以系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量也很少，故繞組可按高負(fù)荷電流設(shè)計，從而能顯著減小繞組的結(jié)構(gòu)尺寸，達(dá)到減輕重量的目的。
圖11是此電控閥的相關(guān)控制原理圖，顯然這是很經(jīng)典的直流功率控制系統(tǒng)，完全可用普通價廉的元器件來實(shí)現(xiàn)。采用固體開關(guān)，消除電路通斷的火花，提高了運(yùn)行安全性。圖中Ka、Kb是試驗(yàn)及控制閥門“接通”和“關(guān)斷”的手控開關(guān)。圖中虛線部分是作為控制單元裝在閥門附近的。
綜上所述，本專利公開的“電控?zé)o泄漏直通閥”不但徹底解決了一般自動閥門的泄漏隱患，而且結(jié)構(gòu)簡潔、生產(chǎn)成本低，使用壽命長，安裝、維修方便，具有很廣泛的使用價值，特別適用于危險氣體、液體管線的通斷或流量控制。在化工、醫(yī)藥等行業(yè)，甚至在家用燃?xì)庾詣影踩刂频确矫娑加袕V泛的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種電控?zé)o泄漏直通閥，由帶臺階孔的兩通閥體、圓片形動閥片、中心軸、帶扇形孔的陶瓷圓片形定閥片、彈性環(huán)形密封墊、螺紋接頭、帶極靴的驅(qū)動鐵芯與激磁繞組組成的套杯形電磁驅(qū)動單元等組成，動閥片安裝在兩定閥片之間，中心軸緊裝在動閥片中心孔內(nèi)，其兩軸端分別插入定閥片中心孔中，一并裝入閥體內(nèi)，用彈性密封墊使動、定閥片相互貼緊，其特征在于閥體由非導(dǎo)磁材料制成，孔壁上無任何側(cè)向通槽、孔；動閥片由磁性材料制成；驅(qū)動極靴至少為兩對，電磁驅(qū)動單元固定在閥體壁外對應(yīng)動閥片中心位置，使至少有一對激磁繞組通電時，動閥片處于使閥門“關(guān)閉”的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控?zé)o泄漏直通閥，其特征在于動閥片呈“X”雙扇形，動閥片中心孔直徑略小于中心軸直徑；定閥片中心孔直徑略大于中心軸直徑，動閥片扇面外徑略小于定閥片外徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控?zé)o泄漏直通閥，其特征在于驅(qū)動鐵芯由軟磁材料制成，每對極靴的激磁繞組串聯(lián)連接，并使其中的電流方向相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求所述的電控?zé)o泄漏直通閥，其特征在于極靴極化面與動閥片扇形外圓面可分別制成齒輪狀。
專利摘要一種直接電驅(qū)動的電控?zé)o泄漏直通閥由兩通閥體、磁性動閥片、陶瓷定閥片、彈性密封墊、螺紋接頭、電磁驅(qū)動單元等組成。其“開”“關(guān)”操作是通過接通不同激磁繞組來實(shí)現(xiàn)的。由于采用電磁力直接驅(qū)動動閥片，取消了一般電動閥門所需的中間傳動機(jī)構(gòu)及閥片驅(qū)動軸或桿，使閥芯組可在完全隔離狀態(tài)下工作，消除了泄漏隱患；并簡化了閥門結(jié)構(gòu)，降低了生產(chǎn)成本，延長了使用壽命。在化工、醫(yī)藥等行業(yè)及家用燃?xì)庾詣影踩刂频确矫娑加袕V泛的應(yīng)用前景。
文檔編號F16K3/02GK2542895SQ0127599
公開日2003年4月2日 申請日期2001年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月7日
發(fā)明者王希平, 楊靜 申請人:王希平