一种直动式电动阀.pdf

本发明公开了一种直动式电动阀，包括具有阀腔的阀座、设于阀座上端的电机以及丝杆；丝杆通过螺纹配合连接有螺母，螺母连接有阀芯；电机的转子和阀座的轴向位置相对固定，丝杆的上端与转子固定连接，阀芯在螺母的带动下能够沿阀腔轴向移动以开启或关闭设于阀座上的阀口；阀芯为具有平衡通道的筒状结构，且其外周设有将阀腔分隔为两个独立腔体的密封件。上述结构取消了齿轮系统，减少了不必要的传动，减少了摩擦损失，响应直接可靠且灵敏；而且转子与阀座的轴向位置固定，即工作过程中转子与线圈部件的相对位置固定，使得驱动力稳定，显然，对于同样大小的阀口，本方案的电机尺寸相较于背景技术更小，能够满足小型化、大容量的要求。

1.  一种直动式电动阀，包括具有阀腔的阀座（30）、设于所述阀座（30）上端的电机（10）以及丝杆（312）；所述丝杆（312）通过螺纹配合连接有螺母（41），所述螺母（41）连接有阀芯（42）；其特征在于，所述电机（10）的转子（12）和所述阀座（30）的轴向位置相对固定，所述丝杆（312）的上端与所述转子（12）固定连接，所述阀芯（42）在所述螺母（41）的带动下能够沿所述阀腔轴向移动以开启或关闭设于所述阀座（30）上的阀口（30a）；所述阀芯（42）为具有平衡通道的筒状结构，且其外周设有将所述阀腔分隔为两个独立腔体的密封件。

2.  如权利要求1所述的直动式电动阀，其特征在于，所述丝杆（312）通过环形连接片（315）与所述转子（12）焊接固定；所述环形连接片（315）的通孔周边沿轴向延伸形成突出部。

3.  如权利要求1所述的直动式电动阀，其特征在于，所述转子（12）为永磁体转子；所述转子（12）的外径与所述阀口（30a）的直径之比为0.8～1.8。

4.  如权利要求1至3任一项所述的直动式电动阀，其特征在于，所述螺母（41）包括与所述丝杆（312）螺纹配合的小径部（41a）和大径部（41b）；
所述阀芯（42）的上端具有容纳所述螺母大径部（41b）的容纳腔，所述容纳腔的内壁上端开设有台阶面朝向所述转子（12）的环形台阶，其上设置螺母盖板（411），以限制所述螺母（41）和所述阀芯（42）在轴向上的相对位置。

5.  如权利要求4所述的直动式电动阀，其特征在于，所述阀芯（42）的平衡通道包括所述容纳腔、与所述容纳腔贯通的轴向通孔以及设于所述螺母（41）周壁的通气槽（41c）。

6.  如权利要求5所述的直动式电动阀，其特征在于，所述轴向通孔的内壁下端开设有环形槽，其内设置有过滤网（424）。

7.  如权利要求6所述的直动式电动阀，其特征在于，所述阀芯（42）的底端具有轴向凸出部，其上铆接有密封环（425），所述阀芯 （42）处于全关状态时，所述密封环（425）的下端面与所述阀口（30a）的端面贴合形成密封。

8.  如权利要求7所述的直动式电动阀，其特征在于，所述转子（12）的轴向中心线与所述电机（10）的线圈部件（11）的轴向中心线重合。

一种直动式电动阀
技术领域
本发明涉及流体控制部件技术领域，特别是涉及一种直动式电动阀。
背景技术
多联机或模块机等商用空调，一个室外机联通多个室内机系统，每个室内机的冷媒回路上均需要安装流量控制阀，用于切断冷媒或调节流量大小。对该流量控制阀的要求为能够调节任意开度流量，动作稳定，又因为每个室内机的冷媒回路上均需安装，所以还需要该流量控制阀满足小型化、大容量的要求。
目前，所述流量控制阀多采用先导式控制阀，利用电动机驱动先导阀芯，由主阀芯与该先导阀芯联动地开闭主阀口。但是先导式控制阀在打开主阀口时，开口面积一下子增大，流量急剧变化，也就是说，先导式控制阀无法精确调节流量。
为了能够精确调节冷媒流量，可采用直动式控制阀。现有的一种直动式控制阀，电机的输出轴通过齿轮系统与丝杆传动连接，丝杆通过螺纹配合连接有螺母，螺母与阀芯连接，且螺母被限位，只能沿其轴向滑动，并不能沿周向旋转；工作时，电机启动，其输出轴发生转动，通过齿轮系统传递给丝杆，随着丝杆的转动，螺母沿轴向滑动，从而带动阀芯沿轴向滑动，进而实现调节阀口开度的目的。
由于在多联机或模块机等商用空调中，需要流量控制阀的阀口面积较大，从而需要的驱动力较大，若采用上述直动式控制阀，为获得较大的驱动力，必然导致电机的尺寸增大，使得控制阀的体积过大，不仅增加成本，也给装卸带来不便。
现有的另一种直动控制阀，丝杆与电机的转子固定，并通过螺纹配合连接螺母，且丝杆的下端与阀芯直接配合，螺母与阀座固定；工作时，电机的转子驱动丝杆转动，由于丝杆与螺母螺纹配合，且螺母 固定，所以转子还会带动丝杆轴向移动，从而带动阀芯开启或关闭阀口。然而，该种直动式控制阀工作时，由于转子轴向移动，从而转子与线圈部件的轴向中心位置发生变化，无法始终保持在线圈部件的轴向中心位置，进而降低驱动力，为开闭较大口径的阀口，也需要增加电机的尺寸。
有鉴于此，如何改进直动式控制阀，能够以较小尺寸的电机驱动阀芯开闭大口径的阀口，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种直动式电动阀，能够以较小尺寸的电机驱动阀芯开闭大口径的阀口，从而满足小型化、大容量的要求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种直动式电动阀，包括具有阀腔的阀座、设于所述阀座上端的电机以及丝杆；所述丝杆通过螺纹配合连接有螺母，所述螺母连接有阀芯；所述电机的转子和所述阀座的轴向位置固定，所述丝杆的上端与所述转子固定连接，所述阀芯在所述螺母的带动下能够沿所述阀腔轴向移动以开启或关闭设于所述阀座上的阀口；所述阀芯为具有平衡通道的筒状结构，且其外周设有将所述阀腔分隔为两个独立腔体的密封件。
如上设计，工作时，电机的线圈部件驱动转子转动，由于转子与阀座的轴向位置固定，且丝杆与转子固定连接，所以转子只带动丝杆转动，与丝杆螺纹配合的螺母将丝杆的转动转化为轴向移动，从而带动阀芯轴向移动，以开启或关闭阀口；上述结构取消了齿轮系统，减少了不必要的传动，从而减少了动力损失，响应直接可靠且灵敏；而且转子与阀座的轴向位置固定，即工作过程中转子与线圈部件的相对位置固定，电机的驱动力不会随阀芯的轴向移动而变化，并，阀芯具有平衡通道，开阀时所受阻力较小，显然，对于同样大小的阀口，本方案的电机尺寸相较于背景技术更小，能够满足小型化、大容量的要求。
优选地，所述丝杆通过环形连接片与所述转子焊接固定；所述环 形连接片的通孔周边沿轴向延伸形成突出部。
优选地，所述转子为永磁体转子；所述转子的外径与所述阀口的直径之比为0.8～1.8。
优选地，所述螺母包括与所述丝杆螺纹配合的小径部和大径部；
所述阀芯的上端具有容纳所述螺母大径部的容纳腔，所述容纳腔的内壁上端开设有台阶面朝向所述丝杆的环形台阶，其上设置螺母盖板，以限制所述螺母和所述阀芯在轴向上的相对位置。
优选地，所述阀芯的平衡通道包括所述容纳腔、与所述容纳腔贯通的轴向通孔以及设于所述螺母周壁的通气槽。
优选地，所述轴向通孔的内壁下端开设有环形槽，其内设置有过滤网。
优选地，所述阀芯的底端具有轴向凸出部，其上铆接有密封环，所述阀芯处于全关状态时，所述密封环的下端面与所述阀口的端面贴合形成密封。
优选地，所述转子的轴向中心线与所述电机的线圈部件的轴向中心线重合。
附图说明
图1为本发明所提供直动式电动阀一种具体实施方式的剖面图，示出了阀芯处于全开状态的结构；
图2为本发明所提供直动式电动阀一种具体实施方式的剖面图，示出了阀芯处于全关状态的结构；
图3示出了阀芯全关状态时阀芯组件的平衡通道结构；
图4为图1中上阀座组件的结构示意图
图5为图1中上阀座组件的剖面示意图；
图6为图5的俯视图；
图7为图1中阀芯组件的结构示意图；
图8为图1中阀芯组件的剖面示意图；
图9为图8的俯视图；
图10为图1中阀座芯的结构示意图；
图11为图1中下阀座的结构示意图。
图1-11中：
电机10、线圈部件11、转子12；外壳20；
阀座30、阀口30a、上阀座31、小径腔31a、大径腔31b、台阶端面31c、轴承311、丝杆312、衬套313、垫片314、环形连接片315、下阀座32、阀座芯321、流量调节槽321a、第一接管322、第二接管323；
螺母41、小径部41a、大径部41b、通气槽41c、螺母盖板411、阀芯42、上限位套421、下限位套422、密封圈423、助滑件423a、过滤网424、密封环425。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种直动式电动阀，能够以较小尺寸的电机驱动阀芯开闭大口径的阀口，从而满足小型化、大容量的要求。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
这里需要说明的是，本文中所涉及的上和下等方位词是以图1至图11中零部件位于图中及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，本文所采用的方位词不应限制本申请请求保护的范围。
请参考图1-2，图1为本发明所提供直动式电动阀一种具体实施方式的剖面图，示出了阀芯处于全开状态的结构；图2为本发明所提供直动式电动阀一种具体实施方式的剖面图，示出了阀芯处于全关状态的结构。
该实施例中，直动式电动阀包括具有阀腔的阀座30、与阀座30连接的外壳20、设于阀座30上端的电机10以及丝杆312；其中，丝杆312通过螺纹配合连接有螺母41，螺母41连接有阀芯42；电机10 的转子12设于外壳20内，且与阀座30的轴向位置相对固定，线圈部件11外套于外壳20，丝杆312的上端与转子12固定连接，阀芯42在螺母41的带动下能够沿所述阀腔轴向移动以开启或关闭设于阀座30上的阀口30a；其中，阀芯42为具有平衡通道的筒状结构，其外周设有将所述阀腔分隔为两个独立腔体的密封件。
如上设计，工作时，电机10的线圈部件11驱动转子12转动，由于转子12与阀座30的轴向位置固定，且丝杆312与转子12固定连接，所以转子12只带动丝杆312转动，与丝杆312螺纹配合的螺母41将丝杆312的转动转化为轴向移动，从而带动阀芯42轴向移动，以开启或关闭阀口30a；上述结构取消了齿轮系统，减少了不必要的传动，从而减少了动力损失，响应直接可靠且灵敏；而且转子12与阀座30的轴向位置相对固定，即工作过程中转子12与线圈部件11的相对位置固定，电机10的驱动力不会随阀芯42的轴向移动而发生变化，显然，对于同样大小的阀口30a，与背景技术相比，本方案的电机尺寸更小，能够满足阀体小型化、大容量的要求。
优选的方案中，转子12的轴向中心线与线圈部件11的轴向中心线重合；如此设置，能够使电机10提供的驱动力最大化。
该实施例中，阀座30包括上阀座31和下阀座32，两者固定连接；其中，阀口30a设置于下阀座32。
请一并参考图4-6，图4为图1中上阀座组件的结构示意图；图5为图1中上阀座组件的剖面示意图；图6为图5的俯视图。
如图所示，上阀座31包括插入转子12内部的小径段和大径段，丝杆312穿过上阀座31的内腔与转子12固定连接。
具体的方案中，丝杆312通过环形连接片315与转子12焊接固定；环形连接片315呈环状，中间通孔，可外套于丝杆312，环形连接片312的外侧与转子12焊接固定，保证丝杆312与转子12的连接强度。
进一步地，环形连接片315的通孔周边沿轴向延伸形成突出部；如此，该突出部套装于丝杆312，可以增加环形连接片315与丝杆312 的接触面积，从而增强丝杆312与转子12之间的连接强度，确保丝杆312能够在转子12的带动下转动。
具体的方案中，环形连接片315可与转子12设为一体结构，便于装配。
上阀座31的内腔被环形板分隔为上腔和下腔，该环形板可以与上阀座31设为一体，所述上腔内设置有轴承311，该轴承311的内圈与丝杆312的外周壁贴合，外圈与所述上腔的内壁贴合，如此，丝杆312通过轴承311与上阀座31的轴向位置相对固定，从而转子12与上阀座31的轴向位置相对固定，即上阀座31的上述结构确定了轴承311、丝杆312和转子12三者的相对位置。
进一步地，轴承311的上端还设置有衬套313，衬套313外套于丝杆312，并与丝杆312焊接固定，可以防止轴承311的内圈因受到轴向力而与轴承311的外圈脱开。还可在衬套313上外套垫片314，垫片314可与上阀座31的上端焊接，以进一步防止轴承311的内圈和外圈相互脱开。
上阀座31、轴承311、丝杆312和转子12可称为上阀座组件。
需要指出的是，上述仅作为示例给出了一种确定转子12和阀座30轴向位置的方式，实际中，还可通过其他方式将转子12和阀座30的轴向位置固定。
丝杆312的螺纹段位于上阀座31的下腔，所述下腔包括小径腔31a和大径腔31b，小径腔31a用于对与丝杆312螺纹连接的螺母41进行导向，大径腔31b与下阀座32的内腔配合形成阀腔。
请一并参考图7-图9，图7为图1中阀芯组件的结构示意图；图8为图1中阀芯组件的剖面示意图；图9为图8的俯视图。
阀芯组件包括螺母41和阀芯42，其中，螺母41包括与丝杆312螺纹配合的小径部41a和大径部41b，阀芯42的上端具有容纳大径部41b的容纳腔，所述容纳腔的内壁上端开设有台阶面朝向转子12的环形台阶，其上设置有螺母盖板411，以限制螺母41和阀芯42在轴向上的相对位置。
当转子12转动，带动丝杆312转动，并带动螺母41向上移动时，由于螺母41大径部41b的端部与螺母盖板411发生干涉，从而能够带动阀芯42一起向上移动，避免螺母41脱离阀芯42。
当转子12转动，带动丝杆312转动，并带动螺母41向下移动时，螺母41可直接推动阀芯42一起向下移动，直至关闭阀口30a。
需要指出的是，电机10的转子12在线圈部件11的驱动下可顺时针转动或逆时针转动，从而能够带动螺母41上移或下移；在实际设置时，可以设定为转子12顺时针转动时，带动螺母41上移，转子12逆时针转动时，带动螺母41下移；当然也可以设定为转子12顺时针转动时，带动螺母41下移，转子12逆时针转动时，带动螺母41上移。
螺母41的小径部41a伸入上阀座31下腔的小径腔31a，在丝杆312的带动下，螺母41的小径部41a沿所述小径腔31a轴向移动，该小径腔31a对螺母41的轴向移动起到导向作用，避免螺母41在轴向移动时发生偏斜，影响阀芯42对阀口30a的密封性能。
显然，为确保螺母41能够将丝杆312的转动转化为轴向移动，以带动阀芯42轴向移动，还设置有限位件，以限制螺母41的周向转动。
限位件的设置形式可以为多种，具体到该方案中，可以将螺母41的小径部41a设置为横截面为非圆形的柱体结构，如图7中所示的方形柱，相应地，上阀座31的小径腔31a与所述方形柱适配。当然，在实际设置时，也可以将螺母41的小径部41a设置为横截面为其他非圆形的柱体结构，如五边形等，小径腔31a与其适配，也可以在小径腔31a的内壁设置卡环，卡环的内孔设为非圆形，螺母41的小径部41a设置为与该卡环配合的横截面为非圆形的柱体；除此之外，还可以在所述容纳腔的底部设置周向限位槽，螺母41大径部41b的底部相应地设置于周向限位槽配合的周向限位凸起；以上仅作为限制螺母41周向转动的限位件的几种示例。
请一并参考图10-11，图10为图1中阀座芯的结构示意图；图11为图1中下阀座的结构示意图。
下阀座32内固设有阀座芯321，阀座芯321具有芯腔，且其周壁设置有一个或多个流量调节槽321a；阀座芯321将阀腔分隔为第一腔体和环绕第一腔体的第二腔体，显然，两个腔体可通过流量调节槽321a连通；可以理解，所述第一腔体即为阀座芯321的芯腔；其中，第二腔体与第一接管322连通，第一腔体通过阀口30a与第二接管323连通。
为了确保冷媒流量调节过程中，阀座芯321的受力稳定，多个流量调节槽321a可沿阀座芯321的周壁均匀布置。
进一步地，流量调节槽321a可以设为周向长度沿阀座芯321的轴向向下渐缩的结构，如图10中所示，该种结构可以使小流量范围的冷媒流量调节更加精准。当然，实际设置时，将流量调节槽321a设置为其他结构，如方形、圆形或椭圆形结构也是可行的，只是相较于前述结构，小流量范围内的调节精确度较低。
与螺母41连接的阀芯42设于阀腔内，具体地，位于所述第一腔体内，当阀芯42处于全关状态，关闭阀口30a时，阀芯42的侧壁能够封堵流量调节槽321a，从而切断第一腔体和第二腔体的连通，当阀芯42在螺母41的带动下上移时，逐渐打开流量调节槽321a，并改变流量调节槽321a的流通面积，从而使第一腔体和第二腔体连通，并调节冷媒流量。显然，阀芯42和阀座芯321之间需要保持密封。
结合图3理解，具体的方案中，阀座芯321的芯腔设置为台阶孔，该台阶孔形成朝向上阀座31的台阶面，阀座芯321的上端插装有上限位套421，该上限位套421的上端具有环形的径向凸台，该径向凸台搭接于阀座芯321朝向上阀座31的上端面，如此，上限位套421的下端面即朝向阀口30a的端面、阀座芯12的内侧壁以及上述阀座芯321的台阶面形成安装槽，可在该安装槽内设置密封圈423。
进一步地，密封圈423和所述阀座芯321的台阶面之间还可以设置下限位套422。由于阀芯42通常设置为上小下大的结构，以确保对阀口30a的密封，为满足阀芯42的装配要求，阀座芯321的小径通孔与阀芯42之间存在装配间隙。下限位套422的设置可以避免由于装配 间隙的存在，密封圈423在阀芯的往复运动中脱离所述安装槽。
更进一步地，密封圈423的外周面设置有助滑件423a，可将助滑件423a与密封圈423设为一体，即将助滑件423a包覆于密封圈423的外周，也可单独设置；当所述第一腔体和所述第二腔体存在压力差时，压力使密封圈423挤压变形，助滑件423a由于包覆在密封圈423的外周，能够方便地捕捉到密封圈423的挤压力，从而与阀芯42的外周壁贴合，保证密封性，同时助滑件423a的设置还可以减小阀芯42轴向移动时的摩擦阻力。
所述上限位套421还需与阀座芯321之间保持相对固定；该实施例中，可以在上阀座31的大径段的底部设置轴向凸部，形成朝向下阀座32的环形台阶面，上阀座31通过该轴向凸部插装于下阀座32，其环形台阶面与下阀座32的上端面贴合，且所述轴向凸部的下端将上限位套421压紧于阀座芯321的上端面；而且，上阀座31的该种结构设置也易于保证其与下阀座32的同轴度。当然，也可以通过其他方式固定上限位套421和阀座芯321，如焊接或螺纹连接等方式。
阀芯42处于全关状态时，还应确保其与阀口30a之间的密封性。
该实施例中，阀芯42的底端具有轴向凸出部，其上铆接有密封环425。当阀芯42处于全关状态时，密封环425的下端面与阀口30a贴合形成密封。显然，密封环425的外端直径大于阀口30a的直径。
进一步地，该直动式电动阀的电机10的转子12为永磁体转子，具体地可采用铷铁硼磁钢材料或各向异性铁氧体材料制作，如此，当阀芯42处于全关状态时，电机10断电，由于转子12为永磁体转子，电机10在断电状态下具有定位转矩，能够确保丝杆312和螺母41之间的相对位置，避免两者滑移，因此，在电机10断电的状态下，能够进一步确保阀芯42和阀口30a之间的密封性，避免内漏发生。
为了使电机10具有一定的定位转矩，转子12的外径与阀口30a的直径之比优选为0.8～1.8。
进一步地，阀芯42具有与所述容纳腔贯通的轴向通孔，螺母41的周壁具有通气槽41c，即阀芯42的平衡通道包所述容纳腔、与所述 容纳腔贯通的轴向通孔以及设于螺母41周壁的通气槽41c；如此，阀芯42处于全关状态时，阀芯42上下端的压力平衡，可结合图3理解，图3示出了阀口全关状态下阀芯组件上下压力平衡的结构示意图。如图中箭头所示，第二接管323通过阀口30a与阀芯42的轴向通孔连通，并通过螺母41的通气槽41c连通上阀座31的大径腔31b，阀芯42受到的压差力较小，开启阀口30a时，仅需较小的驱动力即可，即用较小的电机10就可驱动较大的阀芯42，进一步将直动式电动阀小型化。
进一步地，阀芯42的轴向通孔的内壁下端开设有环形槽，其内设置有过滤网424；过滤网424的设置避免了冷媒流动时将杂质带入阀芯42的轴向通孔而导致丝杆312与螺母41配合的螺纹卡死。
另外，该直动式电动阀的上阀座31下腔的小径腔31a和大径腔31b连通处形成朝向阀口30a的台阶端面31c，该台阶端面31c和阀口30a之间的距离限定了阀芯42的轴向移动距离。如图1所示，当阀芯42处于全开状态时，流量调节槽321a全开，第一接管322通过流量调节槽321a与第二接管323连通，此时，阀芯42的上端面与台阶端面31c抵接；如图2所示，当阀芯42处于全闭状态时，其密封环425与阀口30a贴合形成密封，第一接管322和第二接管323未连通，冷媒流通完全被切断。
该直动式电动阀能够实现双向流通，结合图1和图2理解，图1和图2中的箭头表明了冷媒的流向；其中，实线箭头表明冷媒从第一接管322流入，第二接管323流出，虚线箭头表明冷媒从第二接管323流入，第一接管322流出。
以上对本发明所提供的直动式电动阀进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。