[实用新型]微小型气动伺服阀

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气动式伺服阀。

背景技术

气动伺服系统因其污染小、成本低、功率质量比大、环境适应能力强、价格低等特点，在自动控制领域得到广泛应用。气动伺服阀是气动伺服系统中的关键控制器件。气动式伺服阀一般由前置驱动级及功率级组成。前置驱动器级中的电-机械转换器件是伺服阀的核心器件。目前，电-机械转换器由电磁式力矩马达构成。也有利用压电驱动元件构造电-机械转换器的研究工作开展。存在的问题是机械结构复杂，体积大，由于其电磁驱动的工作原理限制，阻碍了其结构的进一步微型化，成本相对较高。

生物金属纤维是一种新型的形状记忆合金(SMA)材料。生物金属纤维可以被看作是可以记忆低温和高温时的长度、如筋肉似的驱动器。形态为细线状，使用伸缩方向的生物金属即为生物金属纤维。与SMA相比，生物金属纤维是具有高度各向异性、运动方向仅限定为长度方向、具有优良性能的纤维状驱动器。它在加热及通电时，象筋肉一样收缩；冷却时即使不加外力，也能几乎恢复到原来的长度。与传统的SMA相比，作为驱动器它具有动作及形态的稳定性，使用时更容易。

与一般的SMA相比，生物金属纤维具有如下所示的特长：

1、几乎在运动变形量的整个范围内具有非常好的二方向形状记忆功能(伸长量约为5％)；

2、可以往复输出大的运动变形量(伸长量约为5％)；

3、能往复输出很大的力(100-150Mpa)；

4、运动输出的温度滞环小，应答性好(正常负载下，10℃以下)

5、往复动作情况下状态稳定；

6、随着往复动作其运动输出变形量几乎不变；

7、破损时的动作寿命长(负载100Mpa，3％的变形量下，大约10⁸次)。

发明内容

本实用新型提供一种微小型气动伺服阀，以解决目前气动式伺服阀存在的由于电磁驱动驱动原理的限制而无法进一步微小化的问题。本实用新型采取的技术方案是：管接头I与阀体一端固定连接，端盖与阀体固定连接，偏压弹簧位于阀体内，管接头II与阀体另一端固定连接，锥阀芯位于阀体内，其尖端位于管接头II内，绝缘体位于偏压弹簧与锥阀芯之间，生物金属纤维一端与端盖连接，另一端通过圆柱销与锥阀芯连接边。

阀的工作原理；当没有通电时，生物金属纤维处于伸长状态，通过弹簧将顶尖压紧在喷嘴上，此时伺服阀处于关闭状态。这个顶尖阀同时也是通过电刷与电极本体连接起来的电气接点。通电时，生物金属纤维加热收缩，顶尖阀开启，伺服阀处于开启状态。通电电流小，伺服阀停止在小开启位置；通电电流大，伺服阀停止在大开启位置。在某一固定状态(大开启或小开启)下，空气在阀体内流通，在空气流量波动时，如果空气向流量变大的方向波动，生物金属纤维容易冷却伸长，顶尖向闭合阀的方向运动，从而使气体流量减少；反之，如果空气流量向变小的方向波动，生物金属纤维由于难于冷却，此时生物金属纤维而温度相对升高而缩短，顶尖阀向大开启的方向运动，从而使气体流量提高。可见，以上过程使伺服阀的通气量稳定在一定的状态(对应于通电电流的大小)下，该伺服阀的出入口之间的气体压力差即使多少有些变化，也能保持一定的流量。

本实用新型利用生物金属纤维构造驱动装置时，由于生物金属纤维在形状回复范围内都具有很大的两方向形状记忆功能，低温时也可以产生变形，即不必施加偏置力。与弹簧相组合，可以在收缩时得到反方向的力。使驱动器的基础设计变得简单，结构的小型化及简单化容易实现。

生物金属纤维作为以电气及热驱动方式的驱动器，具有使用容易、性能优异的特点。与一般的SMA相比，还具有高的电气阻抗的特点。这意味着用更小的电流就可以驱动。

作为电-机械转换器的生物金属纤维通过平衡通电加热与空气流放热形成反馈，阀的流量与通电电流相对应。不再需要复杂的电气伺服控制系统，伺服阀的结构简化、控制方法简单、成本降低。生物金属纤维输出动作时可以产生很大的力，因质量小而不产生振动，具有良好的控制特性。

当电流过大阀进一步开启时，顶尖阀的接点脱离，可进行过热保护。

相对于对于马达及电磁铁来说很困难的迷你型及微型驱动器的应用场合，生物金属纤维是最有希望的应用领域。生物金属纤维的发生力与尺寸的平方成比例，对于一定小的尺寸可以产生大的力，性能也相对好。这与马达特性相反，马达的发生力与尺寸的三次方成比例。在相同的输出力的情况下，重量仅为电磁铁的1/2000-1/4000。