一种三通电机活塞阀的制作方法

本发明涉及阀门技术领域，特别是电机驱动的三通形式的活塞阀。

背景技术：

电动汽车热管理系统中包含冷却液循环系统，其由热转换器、功率电子、驱动电机、车载充电器、储水壶、电动水泵、三通水阀、散热水箱高温区、高压PTC、空调散热器组成，三通水阀通过管路循环连接，切换冷却液的流向。

混合动力汽车也通常增加PTC的加热装置来弥补发动机余热的不足，在切换PTC加热装置的过程中，需要使用三通水阀，通用VOLT系统的电池冷却也使用三通水阀，在低温水箱和冷凝器之间调节冷却液流量的大小，切换冷却液流向。

可见，三通水阀在混合动力和纯电动汽车行业中有着十分广泛的应用，其通常为电机驱动的三通活塞阀(简称三通电机活塞阀)。

三通电机活塞阀一般包括伺服器和阀体两部分，伺服器的上、下壳体中装有电机、电路板、齿轮减速机构，上、下壳体通过螺栓连接在一起；阀体中装有阀芯组件，阀芯组件通过阀芯轴与齿轮减速机构连接，齿轮减速机构在电机驱动下带动阀芯组件实现往复直线运动，改变密封位置，从而达到切换进出口管路的目的，上下两个阀芯为金属阀芯，均设计成锥形，通过压紧和离开阀体内壁上的密封圈来控制流道的通断。

由于密封圈单纯由橡胶材料制成，在阀芯的挤压下容易过分变形或损坏，因此这种三通电机活塞阀在使用一段时间之后，流道的密封性能便会有所下降，需更换新的密封圈才能继续使用。

此外，阀体通过阀体连接支架卡入伺服器壳体卡槽实现与伺服器的连接。阀体本身与阀体连接支架的连接如图1(剖切放大图)所示：阀体外壳1＇的翻边2＇压住阀体连接支架3＇，而加强支架4＇再压住阀体外壳翻边2＇，同时加强支架3＇通过锁紧螺栓5＇、弹簧垫圈6＇与阀体连接支架3＇固定。该结构中，阀体外壳1＇与阀体连接支架3＇的连接结构复杂，零件数量过多，导致装配效率较低。

而且，伺服器上、下壳体仅通过螺栓锁紧联接，同时阀芯轴是直接穿过伺服器上、下壳体半圆孔，没有密封保护装置，伺服器防水、防尘能力差。

因此，如何提高阀芯密封结构的可靠性和密封性能，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种三通电机活塞阀。该阀的阀芯密封结构由金属阀芯压紧橡胶圈的密封形式改为含金属骨架的橡胶阀芯压紧金属环的密封形式，可显著提高阀芯密封结构的可靠性和密封性能。

为实现上述目的，本发明提供一种三通电机活塞阀，包括阀体及其上的伺服器，所述阀体内部设有阀芯以及与所述阀芯相配合的密封件，所述阀芯为设有金属骨架的橡胶阀芯，所述密封件为位于所述阀体内壁上的金属限位环。

优选地，所述橡胶阀芯包括套装在阀芯轴上的圆盘形金属骨架，及其上包覆的橡胶层。

优选地，所述橡胶层的密封面上设有至少一圈在密封时与所述金属限位环的密封面相压紧的环形凸起。

优选地，所述上金属限位环和下金属限位环分别固定于一套筒的两端后装入所述阀体，所述套筒的侧壁上开设有与所述阀体的三通入口相对应的通孔。

优选地，所述阀体的阀芯轴引出端设有封盖，所述封盖内端面在轴孔处设有阀芯轴导向块，所述导向块的导孔直径大于所述阀芯轴的外径。

优选地，所述封盖的轴孔中设有两道套装在所述阀芯轴上的密封圈，两者由挡环分开。

优选地，所述伺服器的上壳体和下壳体的结合部位设有与其周边形状相一致的异形密封圈。

优选地，所述阀体的伺服器连接端固定有支架，并通过所述支架和螺钉直接与所述伺服器相连接。

优选地，所述伺服器在阀芯轴穿过的部位设有密封块，所述密封块卡入所述伺服器上壳体与下壳体的卡槽中，其上设有与所述阀芯轴过盈配合的轴孔。

优选地，所述阀体的进出口管与三通管之间通过炉焊焊接连接。

本发明对三通电机活塞阀的阀芯密封结构作了进一步改进，改进之后，其阀芯变为设有金属骨架的橡胶阀芯，密封件变为位于阀体内壁上的金属限位环，工作时，通过具有金属骨架的橡胶阀芯压紧金属限位环进行密封，不再由金属阀芯压紧橡胶圈进行密封。由于橡胶阀芯设有金属骨架，在金属骨架的支撑作用下，其在压紧金属限位环时，可避免外层橡胶在压力作用下过分变形或损坏，从而显著提高阀芯密封结构的可靠性和密封性能，使三通电机活塞阀具有更长的使用寿命。

在一种优选方案中，本发明采用一种新型连接支架直接与阀体外壳焊接在一起而实现连接的方式，减少了连接零件的数量，降低了成本，同时也提高了装配效率。

在另一种优选方案中，本发明在伺服器上、下壳体间加装橡胶材料的异形密封圈，同时在阀芯轴穿过伺服器上、下壳体的位置加装橡胶材料的密封块，可显著提高伺服器的防水、防尘性能。

附图说明

图1为现有技术中阀体与伺服器连接部位的结构示意图；

图2为本发明所提供三通电机活塞阀的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2所示三通电机活塞阀阀体部分的内部结构示意图；

图5为图4中阀芯部位的局部放大图；

图6为图4中封盖部位的局部放大图；

图7为橡胶阀芯的结构示意图；

图8为图2所示三通电机活塞阀在去除上壳体后的结构示意图；

图9为图2所示三通电机活塞阀的分解图；

图10为图9中连接支架与密封块的局部放大图；

图11为伺服器及其与阀体连接部位的剖视图；

图12为图11中I部位的局部放大图。

图1中：

阀体外壳1＇ 翻边2＇ 阀体连接支架3＇ 加强支架4＇ 锁紧螺栓5＇ 弹簧垫圈6＇

图2至图10中：

1.伺服器 11.下壳体 12.线路板 13.直流电机 14.蜗杆 15.第一双联齿轮 16.第二双联齿轮 17.电位器齿轮 18.异形密封圈 19.第三双联齿轮 110.上壳体 111.自攻螺钉 112.齿条 113.密封块

2.阀体 21.三通管 22.直管 23.金属限位环 24.橡胶阀芯 241.金属骨架 242.橡胶层 243.环形凸起 25.套筒 26.导向块 27.封盖28.o型密封圈 29.挡环 210.阀芯轴 211.连接支架

3.连接器

具体实施方式

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。

请参考图2、图3，图2为本发明所提供三通电机活塞阀的一种具体实施方式的结构示意图；图3为图2的俯视图。

在一种具体实施例中，本发明提供的三通电机活塞阀主要由伺服器1、阀体2以及连接器3三大部分组成，伺服器1的电机通过连接器3与外部电连接，从外部输入信号控制通入电机的电流，由电机通过齿轮减速机构带动阀芯轴及阀芯轴上的阀芯作直线运动，从而改变密封位置，达到切换进出口管路的目的。

请参考图4、图5、图6、图7，图4为图2所示三通电机活塞阀阀体部分的内部结构示意图；图5为图4中阀芯部位的局部放大图；图6为图4中封盖部位的局部放大图；图7为橡胶阀芯的结构示意图。

如图所示，阀体部分主要由三通管21、三通口上的三个直管22、金属限位环23、橡胶阀芯24、套筒25、导向块26、封盖27、o型密封圈28、阀芯轴210等部件组成。

阀体2为不锈钢阀体，其进出口管与三通管之间通过炉焊焊接连接，一方面外表美观，另一方面相比较铜管，不锈钢管更加经济有效，上下两个金属限位环23分别固定在套筒25的两端后装入阀体2的三通交汇处，套筒25也为不锈钢材质，侧壁中间上开设有与阀体2的三通入口相对应的通孔，装配完成后该通孔与阀体2的中间管道同心，外部介质将经过该通孔流入内部密封结构，金属限位环23装入套筒25的内端设有锥面，外端设有环形凸边，并通过凸边支撑在套筒25的端面上，两者在组装后另增一道激光焊工序，将金属限位环23与套筒25贴合处的细缝闭合，并固连两个零件。

橡胶阀芯24是一种外层橡胶包络内部金属骨架241的组件，金属骨架241呈圆盘形，中间为套装在阀芯轴上的圆套体，橡胶层242包覆在金属骨架241的盘面上，包括上盘面、下盘面及外侧周边，在整体上形成类似于活塞的结构，橡胶层242的密封面在外边缘处设有一圈在密封时与金属限位环23的密封面相压紧的环形凸起243，在橡胶阀芯24压紧金属限位环23时，环形凸起243在压力作用下发生弹性变形，可以更加紧密的贴合在金属限位环23的密封面上，与纯平面的压紧方式相比，可进一步提高密封性能。

当然，金属骨架241也可以设计成圆盘之外的其他形状，橡胶层242也可以只包覆在金属骨架241参与密封的工作面上，金属限位环23也可以直接安装在阀体2内壁上或通过其他方式安装在阀体2内壁上。

当外部介质流入后，伺服器1收到外部信号，电机通过齿轮减速机构和齿条牵引阀芯轴210，阀芯轴210同时带动橡胶阀芯24压紧金属限位环23可以有效的进行密封。

另一方面，为了缩短阀芯轴210的行程，可在阀芯轴210上压装了两个橡胶阀芯24，分为上阀芯和下阀芯，两者相互间隔地固定于阀芯轴210，并分别对应于上金属限位环和下金属限位环，与采用一个阀芯的方式相比，通过两个橡胶阀芯24分别密封两个金属限位环23，可有效缩短阀芯轴210的行程，从而更加轻便有效的切换冷却液流向，并降低对伺服器1的性能要求，缩短阀芯轴210上下移动的行程，提高切换灵敏度。

请参考图6，图6为图4中封盖部位的局部放大图。

如图所示，阀体2上端在开口处设有封盖27，阀芯轴210穿过封盖27后向外引出，封盖27的内端面上在轴孔处设有一段向下延伸的阀芯轴导向块26，导向块26也是不锈钢材质，以过盈的方式卡入封盖27的轴孔中，其导孔直径略大于阀芯轴210的外径，可以有效的减少阀芯轴210装配完成后底端结构周向乱晃的现象。

封盖27的轴孔中设有两道套装在阀芯轴上的O型密封圈28，以保证介质不会通过封盖轴孔处的间隙与外端连通，两个O型密封圈28由挡环29分开，保证上下两个o型密封圈28之间不接触，两道密封大大减少了漏水的可能性。

阀体2上端以焊接的方式固定由连接支架211，该连接支架211呈方盘形，其对应于伺服器1的一面设有一圈环形凹槽，环形凹槽在另一面向外凸起形成圆形内凹部，与封盖27中央的凸起部位相吻合，连接支架211的四角均沿45度切角线向阀体一侧折弯呈“Z”字形，所形成的连接部平行于支架本体的盘面，各连接部上开设有螺钉孔。

请参考图8、图9，图8为图2所示三通电机活塞阀在去除上壳体后的结构示意图；图9为图2所示三通电机活塞阀的分解图。

如图所示，伺服器1由下壳体11、线路板12、直流电机13、蜗杆14、第一双联齿轮15、第二双联齿轮16，电位器齿轮17，异形密封圈18、第三双联齿轮19、上壳体110、自攻螺钉111等组成。

直流电机13通过蜗杆14、第一双联齿轮15、第二双联齿轮16、第三双联齿轮19、带动电位器齿轮17实现减速和正、反转旋转，上壳体110和下壳体11之间装有与其周边形状相一致的异形密封圈18，异形密封圈18装在下壳体11的异形密封圈槽中，上壳体110压在异形密封圈18上，并通过自攻螺钉111将上壳体110和下壳体11锁紧实现固定，使异形密封圈18产生弹性变形，从而在上壳体11和下壳体110中起到密封作用。

工作时由伺服器1牵引齿条112带动阀体1内部的阀芯轴210移动，实现冷却液切换的目的，直流电机13卡在下壳体11中，带动蜗杆14转动，经过四级传动后带动齿条112前进或后退，从而控制阀芯轴210的移动，当齿条112牵引着阀芯轴210进退，固连在阀芯轴210上的橡胶阀芯24也随之在上下限位环23之间移动，当橡胶阀芯24表层的橡胶紧压限位环23时，实现对某一路管道的关闭。

请参考图10、图11、图12，图10为图9中连接支架与密封块的局部放大图；图11为伺服器及其与阀体连接部位的剖视图；图12为图11中I部位的局部放大图。

伺服器1在阀芯轴210穿过的部位设有密封块113，密封块113卡入伺服器上壳体110与下壳体11的卡槽中，其上设有与阀芯轴210过盈配合的轴孔。

密封块113在侧视图上呈“T”字形其，其“T”形头的两侧向外局部加宽，形成向外凸起的卡块，使其在俯视图上也呈“T”字形，其密封面设有用于放入异形密封圈18的安装槽，其轴孔一段为全孔，另一段为半孔，内壁上设有环形凸起，以便与阀芯轴210滑动密封。

伺服器1和阀体2的具体装配顺序为：先将阀体2通过连接支架211卡于伺服器下壳体11的卡槽中，然后装异形密封圈18、上壳体110，保证上壳体卡槽卡入连接支架211，最后锁紧五个自攻螺钉111。

此外，在阀体2与下壳体11连接处异形密封圈18的位置如图12所示，密封块113过盈配合装在阀芯轴210上，与阀体2一起卡在下壳体11上，异形密封圈18就位于密封块113和上壳体110之间起密封作用。

上述内容仅是本发明的一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，将橡胶阀芯的金属骨架设计成其他形状等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

以上对本发明所提供的三通电机活塞阀进行了详细介绍。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。