[發明專利]基于多振子串聯驅動的柱塞式壓電閥

有效

• 申請號: 201210183103.7
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102661424A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 王淑云;闞君武;曾平;程光明;王鴻云;馬澤輝
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: F16K31/02
• 分類號: F16K31/02
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發明屬于流體控制應用領域，具體涉及一種基于多振子串聯驅動的柱塞式壓電閥，用于大流量、高壓力、以及要求控制精度較高使用環境。

背景技術

利用薄片型壓電振子在電壓作用下產生彎曲變形的特性，國內外均已開發出了多種類型的壓電晶片閥，因其具有響應快、結構簡單、無電磁干擾、價格低廉等諸多優勢而被廣泛應用。目前用于制作壓電晶片閥的薄片型壓電振子主要有圓形、懸臂梁及簡支梁壓電振子，如中國專利200780048423.9、01133830.X等。盡管上述壓電閥中壓電振子的結構形式及安裝方式不同，但其工作時都是直接利用壓電振子從閥孔的一側控制閥孔的開通與關閉的。在這種工作模式下，壓電振子兩側流體壓力不等，流體壓力會影響其關閉速度及關閉狀態，因薄片型壓電振子的驅動力較低，流體壓力過大時根本無法關閉，故中國專利01133830.X利用一個彈簧增加關閉能力，其結果導致閥的開度減小、通流能力下降。另一方面，現有壓電晶片閥多為單個壓電振子控制的，因壓電振子變形量較小而無法實現大流量的通、斷控制。鑒于上述原因，現有的壓電晶片閥僅能用于微流量、低壓力、以及要求控制精度不高的場合，嚴重地制約了壓電晶片閥的推廣與應用。

發明內容

本發明提出一種基于多振子串聯驅動的柱塞式壓電閥，以解決現有壓電晶片閥在控制精度、流量及壓力等方面的不足，以滿足大流量、高壓力、以及高精度流體控制的需求。

本發明采取的技術方案是：驅動器殼體通過螺釘固定在底板上，閥體通過螺釘固定在驅動器殼體上；閥體上設有進口、出口及閥腔，閥腔內部安裝有閥芯，閥芯上設有通流環槽，通流環槽的兩側安裝有密封圈；銷釘通過螺母固定在閥芯上，銷釘從驅動器殼體上端的通孔進入驅動器殼體內；2-50個壓電驅動器通過空心鉚釘串聯、并置于驅動器殼體內；所述壓電驅動器由一對缽型壓電振子通過鉚釘鉚接而成，缽型壓電振子由缽型殼與環形壓電晶片粘接而成；所述上端的第一個壓電振子與銷釘鉚接，下端最后一個壓電振子與底座鉚接，底座通過螺釘固定在底板上；所述同一個壓電驅動器上的兩個壓電晶片通過導線一連接，不同壓電驅動器上的壓電晶片通過導線二連接；所述下端最后一個壓電振子上的缽型殼及壓電晶片再經導線組與控制電源連接。

根據具體的功能需求，本發明的壓電閥在自然狀態下可設置成全開、半開和全閉三種狀態，具體通過調節閥芯和銷釘的旋合長度改變閥芯在閥腔中的位置。

根據常態時閥芯的不同位置狀態，壓電振子工作時所施加的電壓不同：???????????????????????????????????????????????全開狀態下，壓電振子施加負電壓，壓電換能器縮短，閥芯下移，進口、出口及通流環槽的接通面積減小，流量降低；全閉狀態下，壓電振子施加正電壓，壓電換能器伸長，閥芯上移，進口、出口及通流環槽的接通面積增加，流量增加；半開狀態下，根據流量調節要求可施加正電壓或負電壓使流量增加或減小，與前兩種工作模式相比，其優點是當流量調節范圍/閥孔最大開度相同時壓電振子的驅動電壓減半、或當驅動電壓相同時流量調節范圍增加一倍。

本發明的特色與優勢在于：采用多壓電振子串聯驅動，缽型壓電振子使閥芯位移大、與壓電振子數量成正比，故可通過增加壓電振子數量實現較大范圍的流量調節；采用帶有環形通流槽的柱塞式閥芯調節流量，流體壓力不會產生阻礙閥芯運動或改變閥芯狀態的軸向力，閥的響應速度塊、截止性好，故適于高壓及精量控制的場合；常態時可為全開、半開及全閉三種工作模式，其中半開工作模式的優勢是：當流量調節范圍/閥孔最大開度相同時壓電振子的驅動電壓減半、或當驅動電壓相同時流量調節范圍增加一倍。

附圖說明

圖1是本發明一個較佳實施例中常態全開模式時壓電閥的結構剖面圖；

圖2是本發明一個較佳實施例中壓電振子的結構剖面示意圖；

圖3是圖2的俯視圖；

圖4本發明一個較佳實施例中壓電驅動器的安裝過程示意圖；

圖5是本發明一個較佳實施例中常態半開模式時壓電閥的局部結構剖面圖；

圖6是本發明一個較佳實施例中常態全閉模式時壓電閥的局部結構剖面圖。

具體實施方式：