CN111379890A - 电磁驱动装置及具有该电磁驱动装置的燃气比例阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电磁驱动装置及具有该组件的燃气比例阀，该电磁驱动装置包括阀盖、罩壳、阀杆、转子、传动螺母以及步进电机；所述阀盖与罩壳固定连接，所述步进电机固定安装于所述罩壳的外周部；所述罩壳设有第一腔体，所述第一腔体容纳有所述转子以及传动螺母，所述传动螺母与所述转子同步转动，所述阀杆与所述传动螺母通过螺纹配合；所述阀盖设有阀盖孔，所述阀杆的至少部分插入所述阀盖孔，并与所述阀盖间形成可轴向相对位移的周向限位副。本发明通过对电磁驱动装置的结构优化可有效提高并保持其控制精度，实现对燃气比例阀出口燃气压力的精确控制。

Description

电磁驱动装置及具有该电磁驱动装置的燃气比例阀

技术领域

本发明涉及电磁驱动控制以及燃气控制技术领域，具体涉及电磁驱动装置及具有该电磁驱动装置的燃气比例阀。

背景技术

电磁驱动装置可应用于燃气比例阀中，电磁驱动装置内可设有动铁芯，当线圈通电时，动铁芯在磁场的作用产生一定的磁力向下运动，而动铁芯的移动距离往往影响燃气比例阀的出口压力，电磁驱动装置控制阀塞的作动精度受其内部动铁芯的磁力影响较大，当动铁芯的磁性能减弱以后，作动精度就容易发生变化，进而影响燃气比例阀出口压力。

有鉴于此，如何对电磁驱动装置的结构进行优化设计，使其保持良好的作动精度，减少对燃气比例阀出口燃气压力的影响是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供电磁驱动装置及具有该电磁驱动装置的燃气比例阀，通过对电磁驱动装置结构的优化可相对保持较好的调节精度，减少对燃气比例阀出口燃气压力的影响。

本发明提供的电磁驱动装置，包括阀盖、罩壳、阀杆、转子、传动螺母以及线圈部件，所述阀盖与罩壳固定连接，所述线圈部件固定安装于所述罩壳的外周部，所述电磁驱动装置设有第一腔体，所述第一腔体容纳有所述转子以及传动螺母，所述转子位于所述传动螺母的外周部，所述传动螺母与所述转子固定连接或限位连接，所述阀杆与所述传动螺母通过螺纹配合，所述阀盖设有阀盖孔，至少部分所述阀杆位于第三阀腔，所述阀杆与所述阀盖配合形成有周向限位副，所述阀杆能够沿所述阀盖孔进行轴向位移且所述阀杆被限制朝周向进行转动。

本发明还提供一种燃气比例阀，设有阀腔，包括阀座、第一电磁驱动装置、伺服驱动装置以及电磁驱动装置，所述阀座设有进口以及出口，燃气从所述进口流入由所述出口流出，所述阀腔还设有压差调节装置，所述阀座设有第一阀口、第二阀口以及第三阀口，所述第一阀口与所述第一电磁驱动装置相对应，所述第二阀口与所述伺服驱动装置相对应，所述第三阀口与所述电磁驱动装置相对应，所述电磁驱动装置还包括隔膜组件，所述隔膜组件包括阀塞以及隔膜片，所述电磁驱动装置能够带着所述阀塞轴向向下靠近所述第三阀口。

电磁驱动装置本发明提供的电磁驱动装置电磁驱动装置以及使用该电磁驱动装置的燃气比例阀，采用步进电机作为驱动部件，传动螺母与转子固定连接或限位连接，阀杆与传动螺母进行螺纹配合，阀杆与阀盖配合形成周向限位副，通过与传动螺母的螺纹配合作用，阀杆能够沿阀盖孔进行轴向位移且被限制朝周向进行转动，该结构可相对保持较好的调节精度，减少对燃气比例阀出口燃气压力。

附图说明

图1为具体实施方式所述电磁驱动装置的整体结构示意图；

图2为图1中所示阀盖的立体图；

图3为图1中所示阀杆的立体图；

图4为图1中所示传动螺母的立体图；

图5为图4中所示传动螺母的轴向剖视图；

图6为图1中所示转子的立体图；

图7为具体实施方式所述燃气比例阀的整体结构示意图。

图1－图7中：

电磁驱动装置10、步进电机1、阀盖2、六边形内孔21、第三腔体22、安装槽23、机加工安装面24、轴承25、密封件26、阀杆3、六边形柱体31、罩壳4、翻边41、转子5、内齿51、传动螺母6、第二腔体61、下端部62、限位台阶部63、外齿64、弹性件7、第一弹簧支撑垫71、中间凸部711、限位安装槽712、围合部713、狭缝714、第二弹簧支撑垫72、中间凸部721、限位安装槽722、围合部723、狭缝724；

主比例阀20、隔膜组件8、进口101'、电磁阀口102'、伺服电磁阀103’、通道104'、腔105’、通道106'、隔膜背腔107'、主阀口108’、出口109'、通道1010'、隔膜1011’、进口电磁阀1012'。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，该图为本实施方式所述电磁驱动装置的整体结构示意图。

该电磁驱动装置10用于与燃气比例阀的主阀体适配，以调节其出口燃气压力。图中所示，该电磁驱动装置10主要包括步进电机1和由阀盖2、阀杆3、罩壳4、转子5和传动螺母6构成的阀体；其中，阀盖2可与燃气比例阀的主比例阀20本体连接，以建立电磁驱动装置10与主比例阀20的可靠连接关系。请一并参见图7，该图示出了燃气比例阀的整体结构示意图。

步进电机1固定安装于罩壳4的外周部，该电磁驱动装置设有第一腔体。图中所示其开口端固定设置在阀盖2上，需要说明的是这里的第一腔体指的是罩壳4与阀盖2配合形成的第一腔体，第一腔体容纳有转子5和传动螺母6等组件。如图1所示，内置于罩壳4内的转子5与步进电机适配，由此根据控制指令输出转动驱动力；传动螺母6与转子5固定连接或限位连接，即可采用将传动螺母6与转子5注塑成型或传动螺母6与转子5可通过齿轮啮合等其他方式，实现传动螺母6与转子5同步转动，其中，阀盖2上设有阀盖孔，可轴向位移的阀杆3的至少部分插入阀盖孔且至少部分阀杆位于第三阀腔22，用于与燃气比例阀的隔膜组件8适配，该阀杆3的上端与传动螺母6螺纹配合，并与阀盖2间形成可轴向相对位移的周向限位副。

需要说明的是，“可轴向相对位移的周向限位副”是指，两构件间具有周向限位无周向位移自由度，同时两构件间具有轴向相对位移自由度。本方案中，当传动螺母6随转子5转动时，“可轴向相对位移的周向限位副”的设置能够使得与传动螺母6螺纹配合的阀杆3轴向位移，也即将构件旋转运动转换为构件直线运动。

此外需要说明的是阀杆3由周向限位副限制朝周向的转动，指的是阀杆3由于受零部件加工公差等影响因素可在一定的间隙内进行转动，但是至少无法进行周向转动。

应当理解，可轴向相对位移的所述周向限位副可以采用不同的结构形式实现，理论上来说，只要配合位置处的阀杆3与阀盖2间非同心回转体，均可达成阀杆3在传动螺母6的作用下相对于阀盖2直线位移的目的。本方案中，可轴向相对位移的周向限位副第一限位部以及第二限位部，该第一限位部由阀盖2的本体向上凸起，第一限位部设有第一限位孔21；阀杆3设有与第一限位孔21适配的第二限位部；相应地，第二限位部具有第二限位面31，第二限位面31为设置至少两个面以上的多面或异型结构，第一限位孔的结构与第二限位面相适配，以周向限位并实现轴向相对位移。请一并参见图2和图3，其中，图2为图1中所示阀盖的结构示意图，图3为图1中所示阀杆的结构示意图。

图中所示的适配横截面形成于阀盖2的六边形内孔21与阀杆3的六边形柱体31，作为优选方案，六边形适配横截面具有较佳的加工工艺性，同时具有承载强度相对较优的特点。

为了获得较小的产品外形尺寸，可以通过构件结构设计进一步提高整体装配紧凑程度。如图所示，传动螺母6的本体向下延伸形成第二腔体61，阀盖2的形成周向限位副的部分置于第二腔体61中；阀盖2的本体具有第三腔体22，该阀杆3的插入阀盖2的部分置于第三腔体22中，相应地，阀杆3可通过弹性件7与燃气比例阀20的隔膜组件8适配，这里，弹性件7也可以内置于第三腔体22中，充分利用了步进电机1的内部空间。

进一步地，该电磁驱动装置还包括轴承25，轴承25包括内圈、外圈以及滚动件，传动螺母6包括下端部62以及延伸部，该延伸部由下端部62朝径向突出，该延伸部与转子5的下端部固定连接或该延伸部与转子5的下端部抵接以对转子5起到支撑作用，传动螺母6的下端部62与轴承25的内圈固定连接，且下端部62与阀盖2的阀盖端面之间具有一定的间隙使下端部62无法与该阀盖端面直接接触，外圈与阀盖2和/或罩壳4固定连接，且该延伸部不与外圈以及罩壳4发生干涉，作动时传动螺母6与内圈以及转子5三者一起进行同步转动，且传动螺母6与内圈以及转子一起能够相对罩壳4和阀盖2进行转动，通过以上传动螺母6与轴承25的配合，能够减小传动螺母6与阀盖端面的摩擦接触，能够提升传动螺母6和转子5进行同步转动的顺畅度，而阀杆又与传动螺母6通过螺纹连接，阀杆作动的可靠性得到进一步保证，从而能够相对提升控制阀塞作动的精度，提升电磁驱动装置的整体作动精度。

请一并参见图4和图5，其中，图4为图1中所示传动螺母的立体图；图5为图4中所示传动螺母的轴向剖视图。该下端部62上方的传动螺母6本体径向伸出形成限位台阶部63，以提供转子5的轴向限位。结合图1所示，转子5的下端面与该限位台阶部63的上表面接触实现轴向限位。

本方案中，罩壳4作为步进电机1与阀体间装配的主要关联构件，其装配精度及可靠性直接影响阀组件的调节精度。如图1所示，罩壳4的开口端具有折弯形成的翻边41，在阀盖2的表面具有用于固定该翻边41的机加工安装面24，如此设置，一方面，通过机加工安装面24保障罩壳4及其外部步进电机1相对于阀盖2等内部阀体构件间的装配精度，同时翻边41的设置增大了罩壳4与阀盖2的装配接触面，可进一步提高两者间的装配可靠性。

传动螺母6的外表面与转子5内壁之间设置有配合齿，以便两者同步转动。如图4和图5所示，传动螺母6上设置有周向均布的外齿64，转子5上设置在内齿51，两者啮合建立周向限位，实现传动螺母6和转子5的同步转动。请一并结合图6，该图为图1中所示转子的立体图。

可以理解的是，该配合齿的设置也可以采用其他结构形式，例如键槽配合建立周向限位，同样可以达成上述功能；相比较来说，设置周向均布啮合齿的形式能够更好的均载，提高产品运转稳定性，并可有效控制运转噪声。

另外，本方案采用限位挡圈与限位台阶提供阀杆直线位移的行程限位。如图所示，阀杆3的伸出传动螺母6的端部卡装有限位挡圈32，该阀杆3的位于第二腔体61的部分具有径向延伸的限位台阶33，组装时，阀杆3自第二腔体61穿出后，再将限位挡圈32卡装于阀杆3伸出端的安装槽中，并可与传动螺母6的外表面相低。由此，限位挡圈32和限位台阶33可分别与传动螺母6相抵，以构成阀杆3直线位移的行程限位；其中，限位挡圈32用于对阀杆3向下移动的位置进行限位；限位台阶33用于对阀杆3向上移动进行限位。

实际工作过程中，阀杆3的端部通过弹性件7与燃气比例阀的隔膜组件8适配，为了获得更好的燃气密封性能，本方案进一步在罩壳4的开口端与阀盖2之间设置有密封件26，对阀体进行密封。如此设置，即便隔膜组件8出现损坏，也可确保燃气不会自电磁驱动装置10一侧产生非正常泄漏。

进一步地，该弹性件7为压缩弹簧，其两端分别设置有弹簧支撑垫(71、72)，两个弹簧支撑垫(71、72)的相对端均设置有用于套装压缩弹簧的中间凸部，以与压缩弹簧径向限位；其中，第一弹簧支撑垫71上的中间凸部711插装于压缩弹簧上端，第二弹簧支撑垫72上的中间凸部721插装于压缩弹簧下端。此外，第一弹簧支撑垫71的另一端开设有与阀杆3的端部适配的限位安装槽712，第二弹簧支撑垫72的另一端开设有与隔膜组件8的连接件适配的限位安装槽722。作为优选，位于第一弹簧支撑垫71的限位安装槽712内的阀杆3的端部配置为外凸球面，以与槽底中心点接触，可平衡弹簧支撑垫与压缩弹簧间未均匀压抵对隔膜组件8产生的偏载影响；如此设置，可采用端面未作磨平处理的压缩弹簧，降低产品制造成本。

如图所示，两个弹簧支撑垫的限位安装槽均由自本体向内延伸的围合部(713、723)形成，且围合部(713、723)上开设有自其中部槽口径向延伸的狭缝(714、724)。

下面对本实施方式所述电磁驱动装置10的动作原理简述如下：

步进电机1通电后，产生电磁力，带动转子5转动，传动螺母6在转子5的带动下同步转动。与此同时，传动螺母6内圈设置的内螺纹与阀杆3上的外螺纹啮合，基于阀杆3与阀盖2间周向限位副的设置，当传动螺母6转动时，阀杆3在螺纹的啮合的驱动力下上下移动。由此，控制比例调节阀阀口开度。

除前述电磁驱动装置外，本实施方式还提供一种燃气比例阀。与现有技术相同的是，其包括主比例阀20及与主比例阀20适配的电磁驱动装置10，并在配合位置处的主比例阀20本体上的隔膜组件8。

阀体初始工作状态下，燃气从进口101'进入阀体内部，进口电磁阀1012'通电打开，燃气从进口101'经过电磁阀口102'流至阀体内腔，伺服电磁阀103’通电，燃气经过通道104'流至腔105’内，再从通道106'流进隔膜背腔107’内；燃气进入隔膜背腔107'内以后，隔膜1011’就在燃气压力的作用下，向上移动，推动主比例阀芯5'向上移动，主阀口108'打开，燃气经过主阀口108’，最终从阀体出口109'流出阀体，最终流进燃烧室。

当出口压力高于系统要求时，步进电机1得到一个系统指令，带动转子5转动一定角度，阀杆3向上移动，比例调节阀阀口打开，隔膜背腔107'内的燃气经过通道1010'，流到阀体出口109'，107'腔内的燃气减少，压力下降，主阀口108'的开度减小，燃气比例阀出口109'压力降低。由此，总体流出燃气的量减少，系统燃烧热量减少。

当出口压力低于系统要求时，步进电机1得到一个系统指令，带动转子5转动一定角度，阀杆3向下移动，比例调节阀阀口开度减小，进入隔膜背腔107'内的燃气比从通道1010'流出的燃气流量大，107'腔内的燃气增加，压力上升，主阀口108'的开度增加，燃气比例阀出口109'压力增加。由此，总体流出燃气的量增加，系统燃烧热量增加。

需要说明的是，本实施方式提供的上述实施例，主比例阀20的功能结构非本申请的核心发明点所在，本领域技术人员可以基于现有技术实现，故本文不再赘述。此外，与所述电磁驱动装置10适配的主比例阀也非局限于图中所示主比例阀20的结构形式，应当理解，只要核心构思与本方案一致均在本申请请求保护的范围内。

以上仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.电磁驱动装置，其特征在于，包括阀盖、罩壳、阀杆、转子、传动螺母以及线圈部件，所述阀盖与罩壳固定连接，所述线圈部件固定安装于所述罩壳的外周部，所述电磁驱动装置设有第一腔体，所述第一腔体容纳有所述转子以及传动螺母，所述转子位于所述传动螺母的外周部，所述传动螺母与所述转子固定连接或限位连接，所述阀杆与所述传动螺母通过螺纹配合，所述阀盖设有阀盖孔，至少部分所述阀杆位于第三阀腔，所述阀杆与所述阀盖配合形成有周向限位副，所述阀杆能够沿所述阀盖孔进行轴向位移且所述阀杆被限制朝周向进行转动。

2.根据权利要求1所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述可轴向相对位移的周向限位副包括第一限位部以及第二限位部，所述第一限位部由所述阀盖的本体向上凸起，所述第一限位部设有第一限位孔；所述阀杆设有与所述第一限位孔适配的所述第二限位部。

3.根据权利要求2所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述第二限位部具有第二限位面，所述第二限位面为设置至少两个面以上的多面或异型结构，所述第一限位孔的结构与所述第二限位面相适配。

4.根据权利要求3所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述传动螺母的本体向下延伸形成第二腔体，所述周向限位副位于所述第二腔体中。

5.根据权利要求1所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述传动螺母的本体下沿通过轴承与所述阀盖和/或所述罩壳转动连接。

6.根据权利要求5所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述阀盖设有凹槽，所述凹槽内设有轴承，所述传动螺母与所述轴承的内圈固定连接，所述传动螺母与所述轴承相对阀盖以及罩壳转动。

7.根据权利要求6所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述传动螺母的本体下端具有与所述轴承的内圈适配的下端部；且所述下端部上方的所述传动螺母的本体径向伸出形成限位台阶部，以提供所述转子的轴向限位。

8.根据权利要求5或6所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述罩壳的开口端具有折弯形成的翻边，所述阀盖的表面具有用于固定所述翻边的机加工安装面。

9.根据权利要求8所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述罩壳的开口端与所述阀盖之间设置有密封件。

10.根据权利要求1所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述传动螺母外表面与所述转子内壁之间设置有配合齿，以便同步转动。

11.根据权利要求10所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述阀杆的伸出所述传动螺母的端部卡装有限位挡圈，所述阀杆的位于所述第二腔体的部分具有径向延伸的限位台阶，所述限位挡圈和所述限位台阶可分别与所述传动螺母相抵，以构成所述阀杆直线位移的行程限位。

12.根据权利要求1所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述电磁驱动装置还包括轴承，所述轴承包括内圈、滚动件以及外圈，所述传动螺母包括下端部和延伸部，所述延伸部与所述转子的下端部固定连接或抵接，所述下端部与所述内圈固定连接或抵接，所述下端部与所述阀盖的阀盖端部之间具有间隙，所述外圈与罩壳和/或阀盖固定连接，所述传动螺母、所述内圈以及转子能够一起相对所述罩壳及阀盖转动。

13.一种燃气比例阀，设有阀腔，包括阀座、第一电磁驱动装置、伺服驱动装置以及电磁驱动装置，所述阀座设有进口以及出口，燃气从所述进口流入由所述出口流出，所述阀腔还设有压差调节装置，所述阀座设有第一阀口、第二阀口以及第三阀口，所述第一阀口与所述第一电磁驱动装置相对应，所述第二阀口与所述伺服驱动装置相对应，所述第三阀口与所述电磁驱动装置相对应，所述电磁驱动装置还包括隔膜组件，所述隔膜组件包括阀塞以及隔膜片，所述电磁驱动装置能够带着所述阀塞轴向向下靠近所述第三阀口。

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