[发明专利]一种基于磁致伸缩执行器驱动的开关阀

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速开关阀，更特别地说，是指一种带有位移放大机 构的巨磁致伸缩执行器驱动的高精度高频响磁控开关阀。

背景技术

高速数字开关阀是一种与计算机数字输入/输出可以直接接口的液压 元件，与以往以开口度(液阻)对系统进行调控的传统液压阀相比，这种液 压元件具有响应速度快、结构简单、抗污染能力强等特点。高速阀实现 流体喷射的电子控制均有赖于脉冲电磁控制阀，而高速电磁阀作为系统 电控单元与机液喷射装置的直接接口，对流体喷射过程直接控制，对喷 射系统的各种基本性能起着决定性作用，这就要求阀的驱动装置，即执 行器，具有快速响应和大位移输出等基本特性从而保证系统的控制精度 和响应速度。

目前执行器主要包括3种类型，即电磁式、压电式和磁致伸缩式。电 磁式执行器体积大、响应速度较慢、控制精度低、结构复杂已经无法满 足高速高精度电液控制系统的要求。而以PZT为典型代表的压电陶瓷材 料尽管频响时间在毫秒(ms)级，并由电场直接驱动，相对体积较小，但 其应变率不高(约为4×10^-4)，因而位移输出较小，此外压电材料的工作 电压高和压电材料的去极化特性，使其应用受到限制。以稀土巨磁致伸 缩材料Terfenol-D为主要驱动元件的执行器具有磁致应变大、输出力 大、机电耦合系数高和响应迅速的特点，适合应用在高速电液开关阀系 统中。

巨磁致伸缩材料作为一类新型高效的电(磁)能-机械(声)能转换材 料，在航空航天、电子电力、信息通讯等智能结构领域具有巨大的应用潜 力。在高速开关阀领域巨磁致伸缩材料的应用已成为研究的焦点，现有的 巨磁致伸缩开关阀结构主要有以下几种：一是直动式磁致伸缩快速开关阀， 用巨磁致伸缩材料直接作为阀芯或者驱动阀芯，这种结构的优点是传动机 构零件少响应速度快、可靠性高，但这种结构要求巨磁致伸缩材料有较大 尺寸，因而不利用在对元器件的重量、体积的要求愈来愈严格的航空工业、 汽车工业和现代制造业，或者使用驱动电流较大，导致发热量增加使磁致 伸缩材料性能下降，开关阀驱动效率低、功耗高；二是带有弹性梁微位移 放大结构的磁致伸缩开关阀，这种结构放大位移量有限，而且悬臂弹性梁 作为放大机构对于输出力的损耗较大；三是带有多级轴销杠杆机构放大磁 致伸缩开关阀，这种开关阀的优点是放大倍率大、加工装配简单的特点， 缺点是传动机构复杂、零件数量多，不适合应用在较高频率的工作条件下。

发明内容

本发明的目的是提供一种大位移、高精度的巨磁致伸缩高速数字开关 阀，以解决现有和电液开关阀匹配的大位移高速执行器结构复杂、可靠性 差、体积大、功耗高、驱动效率低、控制精度差的问题。

本发明的一种基于磁致伸缩执行器驱动的开关阀，该开关阀包括有巨 磁致伸缩棒(1)、线圈骨架(2)、激励线圈(3)、外套筒(4)、底盘(5)、 预紧力螺栓(5A)、顶杆(6)、预压碟簧(7)、复位碟簧(19)、限位盘(8)、 压板(9)、阀座(10)、阀壳(11)、行程放大体(12)、阀芯(13)、A 球轴(14A)、B球轴(14B)、阀体(18)；

线圈骨架(2)上设有上支撑盘(2A)、下支撑盘(2B)、支撑柱(2C)； 所述下支撑盘(2B)上设有走线槽(2E)，该走线槽(2E)用于激励线圈 (3)的导线通过；线圈骨架(2)的中心设有E通孔(2D)，该E通孔(2D) 用于放置巨磁致伸缩棒1；上支撑盘(2A)与下支撑盘(2B)之间的支撑 柱(2C)上缠绕有漆包线，该缠绕后的漆包线形成激励线圈(3)；

外套筒4的上端设有螺纹凸台(4B)，外套筒(4)的下端设有下圆盘 (4C)，下圆盘(4C)上设有G通孔(4D)，外套筒(4)的中心设有F 通孔(4A)；

底盘(5)上设有圆台(53)和H通孔(54)，底盘(5)的中心设有 E螺纹孔(51)；所述圆台(53)上设有走线孔(52)；圆台(53)置于 外套筒(4)下端的F通孔(4A)内；走线孔(52)用于外部导线通过； E螺纹孔(51)用于螺纹连接预紧力螺栓(5A)；

顶杆(6)的上端设有上导柱(6A)，顶杆(6)的下端设有下导柱(6C)， 上导柱(6A)与下导柱(6C)之间是限位圆台(6B)；上导柱(6A)上套 接有预压碟簧(7)；下导柱(6C)安装在限位盘(8)的I通孔(8A)内；