一种应用于电推进的笼式超磁致伸缩比例阀的制作方法

1.本发明涉及阀门技术领域，特别是一种应用于电推进的笼式超磁致伸缩比例阀。


背景技术：

2.电推进有着比冲高、寿命长、工作模式精确可调等特点，应用于航天器高精度姿轨控机动及轨道转移等领域，其在轨期间对推进剂流量有着高精度、宽范围的比例调控需求。因此，应用于电推进的比例阀需满足电推进的流量调控需求，需要高精度实现阀门的比例控制，降低比例阀调控过程中存在的误差。
3.目前应用于电推进的超磁致伸缩比例阀，普遍体积较大，易出现伸缩行程浪费或者密封面泄露等问题，因此，目前亟需提供一种调节精度高的超磁致伸缩比例阀。


技术实现要素：

4.针对相关技术中的上述技术问题，本发明提供了一种笼式超磁致伸缩比例阀，利用永磁偏置使超磁致伸缩棒预伸长，同时利用笼式结构提供超磁致伸缩棒预紧力，实现对阀芯和阀座的密封，笼式结构还能够适应超磁致伸缩棒的长度变化。本发明的笼式超磁致伸缩比例阀具有安装简便、精度高、电能利用率高和鲁棒性好等优点。
5.本发明提供的一种笼式超磁致伸缩比例阀，包括阀体、壳体、阀芯、笼式支架、磁场控制组件以及超磁致伸缩棒；所述阀体具有彼此连通的进气口和出气口，所述壳体与所述阀体连接形成内部空间，所述阀芯、所述笼式支架、所述磁场控制组件以及所述超磁致伸缩棒均设置于所述内部空间；所述阀芯一端周向与所述阀体密封连接，使所述阀芯与所述进气口和所述出气口形成通气流道；所述阀芯靠近所述阀体一端的端面具有尖端部分，所述尖端部分用于伸入所述出气口形成所述通气流道的密封；所述笼式支架轴向的一端与所述壳体内壁连接，另一端与所述阀芯远离所述阀体一端连接；所述磁场控制组件设置于所述笼式支架外围，所述超磁致伸缩棒设置于所述笼式支架内部。
6.通过所述磁场控制组件改变经过所述超磁致伸缩棒的磁场方向，使所述超磁致伸缩棒带动所述笼式支架轴向收缩，并带动所述阀芯向远离阀体方向运动，使所述阀芯的尖端部分与所述出气口形成额定间隙，从而实现阀门开度的比例控制。
7.在一个实施例中，所述笼式支架的圆周面设有螺旋沟槽；所述螺旋沟槽能够实现所述笼式支架的弹性伸缩。
8.在一个实施例中，所述磁场控制组件包括：设置于所述笼式支架外围的绕线骨架、永磁体以及绕组；所述绕线骨架轴向一端与所述壳体内壁连接，另一端靠近所述阀芯设置；所述绕组缠绕设置于所述绕线骨架外环面；其中，所述绕线骨架径向内侧的一端设有第一凸台，所述笼式支架径向外侧远离所述第一凸台的一端设有第二凸台；所述永磁体轴向可移动地设置于所述第一凸台与所述第二凸台之间。
9.在一个实施例中，在径向方向上，所述永磁体外壁与所述绕线骨架内壁贴紧设置，所述永磁体内壁与所述笼式支架外壁间隔设置。
10.在一个实施例中，所述笼式支架通过底座固定设置于所述壳体；所述笼式支架焊接设置于所述底座一侧，所述底座的另一侧固定设置于所述壳体内壁。
11.在一个实施例中，所述阀体的出气口为与所述阀芯尖端配合的锥面孔，所述锥面孔内还设有与所述尖端部分配合的密封垫；所述锥面孔的斜度与所述阀芯尖端部分的斜度一致。
12.在一个实施例中，所述阀体的周向内侧与所述阀芯密封连接的位置设有环形密封槽，所述环形密封槽内设有o型密封圈。
13.在一个实施例中，所述阀芯轴向两端之间的周向外侧还设有法兰结构；所述法兰结构径向外侧与所述壳体内壁间隔设置；所述法兰结构轴向端面与所述阀体间隔设置，轴向另一端面与所述绕线骨架间隔设置。
14.在一个实施例中，所述壳体的圆周面上还设有绕组出线孔；所述绕组缠绕于所述绕线骨架并绑紧后，沿所述绕组出线孔伸出与外部电路连接。
15.在一个实施例中，所述阀芯远离所述阀体的一端螺接于所述笼式支架内部。
16.本发明实施例的一种笼式超磁致伸缩比例阀，利用永磁体偏置使超磁致伸缩棒预伸长，解决了结构传递繁琐、位移传递累计误差大、超磁致伸缩棒无效行程问题。利用笼式结构不仅满足了超磁致伸缩棒的预紧力要求，同时实现了与阀芯的刚性连接以及阀芯与密封面的密封功能，无需再另外设置其他弹性元件，减小了超磁致伸缩比例阀的体积，优化了整体结构，使安装更简便，同时使超磁致伸缩比例阀的调节精度、调节范围和鲁棒性也得到明显提升。同时本发明比例阀的磁路布局能形成较好的回路，磁损耗较小，使电能使用率得到明显提升。
17.在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是根据本发明实施例的笼式超磁致伸缩比例阀的整体结构示意图。
20.图2是本发明实施例的磁场控制组件部分的结构示意图。
21.图3是本发明实施例的阀芯尖端部分与阀体出气口的示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通
篇中表示类似的元件。
23.参见图1，本发明提供了一种笼式超磁致伸缩比例阀，至少包括阀体1、壳体2、阀芯3、笼式支架4、磁场控制组件5和超磁致伸缩棒6。阀体1具有彼此连通设置的进气口11和出气口12，阀体1还与壳体2连接形成内部空间，阀芯3、笼式支架4、磁场控制组件5和超磁致伸缩棒6均设置于该内部空间。阀芯3一端周向与阀体1的内侧密封连接，使阀芯3的用于密封的端面与进气口11和出气口12形成通气通道。阀芯3轴向靠近阀体一端的端面具有尖端部分31。尖端部分31伸入出气口12设置到位后，与出气口12的内壁形成密封，从而实现整个通气流道的密封。阀芯3能够向远离阀体1的方向移动，从而使尖端部分31与出气口12产生间隙，使阀门打开。
24.笼式支架4轴向的一端与壳体2内壁连接，另一端与阀芯3远离阀体1的一端连接。其中，为便于笼式支架4与阀芯3的安装和拆换，可以使二者通过螺纹连接，也就是说，阀芯3的外环设有外螺纹，笼式支架4的内环设有内螺纹，阀芯3的一端旋进笼式支架4内，进而实现与笼式支架4的连接。
25.磁场控制组件5设置于笼式支架4的外围，超磁致伸缩棒6设置于笼式支架4的内部。磁场控制组件5产生的磁场方向根据笼式支架4和超磁致伸缩棒6的布局方式对应设置，保证磁场控制组件5产生的磁场方向与超磁致伸缩棒的磁场方向相反即可。阀门初始状态下，磁场控制组件5产生的初始磁场可以较好地流经超磁致伸缩棒6，使超磁致伸缩棒6伸长，从而使笼式支架4也处于拉长状态。磁场控制组件5通电后，将产生与初始磁场方向相反的磁场，从而使超磁致伸缩棒6缩短，同时带动被拉长的笼式支架4逐渐恢复原状态。阀芯3在笼式支架4的带动下，向远离阀体1的方向运动，使阀芯3的尖端部分31与出气口12形成额定间隙，进而实现出气口12开度的比例控制。
26.需要说明的是，笼式支架4圆周面有螺旋沟槽，具有弹簧的特性，能够被伸长和被压缩。笼式支架4为不导磁材料，如钛合金、奥氏体不锈钢等，极限位置时局部最大集中应力小于200mpa，具有100万次使用寿命。阀芯3的材料为导磁材料，可选用软磁材料或马氏体不锈钢等。壳体2为软磁材料，常用材料1j36、gyj130、1j116、dt4等。
27.具体地，超磁致伸缩棒6放置于笼式支架4内部后，在磁场控制组件5的初始磁场作用下，使超磁致伸缩棒6处于伸长状态，从而使笼式支架4也处于被拉长的状态。使阀芯3一端的螺纹旋进笼式支架4内部，对超磁致伸缩棒6产生预应力，并将超磁致伸缩棒6压紧于笼式支架内部的端面上。此时，阀芯3远离笼式支架的一端的尖端部分31与出气口12密封连接。当给磁场控制组件5额定电流时，磁场控制组件5将产生与初始状态下相反方向的磁场，从而使超磁致伸缩棒6的感应磁场下降，超磁致伸缩棒6将带动笼式支架4缩短，笼式支架4顺势拉动阀芯3，使阀芯3的尖端部分31与出气口12产生额定间隙，从而实现比例阀阀门开度的比例控制。
28.本发明实施例的笼式超磁致伸缩比例阀，结构精简、体积小且安装便捷，使整体性能得到明显提升。在笼式支架与超磁致伸缩棒的配合下，使超磁致伸缩棒的伸缩行程不会浪费，保证超磁致伸缩棒的伸缩行程可以全部传递至阀芯，降低了阀门开度调控过程中产生的误差，使阀门比例调节精度得到明显提升的同时，也进一步提升了电能的利用率。
29.在一个实施例中，笼式支架4的圆周面设有螺旋沟槽41。随着超磁致伸缩棒6的伸长，笼式支架4的螺旋沟槽41能够同步地被拉伸伸长，随着超磁致伸缩棒6的收缩，笼式支架
4的螺旋沟槽41将逐渐恢复原状，从而能够带动阀芯进行等比例移动。笼式支架的弹性伸缩类似与弹簧的弹性变化，但弹簧在发生形变时易发生弯曲，产生伸缩行程的浪费，从而容易造成比例阀调控的误差。
30.本发明实施例的笼式超磁致伸缩比例阀，通过在笼式支架的圆周面设置螺旋沟槽，并在笼式支架内部设置超磁致伸缩棒，在超磁致伸缩棒的带动下，笼式支架能够较好的进行伸长和收缩动作，且位移传递过程精简，不会造成额外的伸缩行程，保证比例阀始终保持高精度的开度调整。
31.进一步地，本实施例的螺旋沟槽的宽度为x，螺旋沟槽的旋向角度为a，通过多次试验结果分析，确定0.6mm≥x≥0.5mm，16
°
≥a≥15
°
，如此可以保证调节阀芯产生位移的控制精度最高，同时也保证了提供预压缩力170n时其结构最大应力为190mpa，使结构应力远小于工作寿命100万次以上的应力值。笼式结构不仅提供了超磁致伸缩棒的预压缩力，而且同时满足了阀芯密封力。并且本发明超磁致伸缩棒的预压缩力仅靠笼式结构即可满足，不需要与阀体结构产生相互作用，因此可以便于阀体的更换。而且在更换阀体时，不会影响到超磁致伸缩棒的预压紧力，从而降低了阀体更换对阀门精度的影响，甚至可以说，阀体的更换对磁力控制而产生位移的过程完全没有影响。
32.本发明实施例通过控制超磁致伸缩棒形变而产生的位移，可以调节其受到的预压缩力，其预压缩力也便于二次测量，更容易保证阀门的装配精度。同时在一定尺寸范围内，笼式结构可与不同规格型号的超磁致伸缩棒适配，满足了多规格超磁致伸缩棒的安装要求。
33.参见图2，在一个实施例中，磁场控制组件5包括：设置于笼式支架4外围的绕线骨架51、永磁体52以及绕组53。绕线骨架51轴向一端与壳体2内壁连接，另一端靠近阀芯3设置。绕组53缠绕设置于绕线骨架51外环面，永磁体52设置于绕线骨架51内环面，绕线骨架51将绕组53与笼式支架4隔离，从而可以保护绕组53避免被笼式支架的外壁剐蹭。其中，绕线骨架51径向内侧的一端设有第一凸台511，笼式支架4径向外侧远离第一凸台511的一端设有第二凸台411，永磁体52轴向可移动地设置于第一凸台511与第二凸台411之间。永磁体52用于为超磁致伸缩棒提供初始磁场，绕组53通电后用于为超磁致伸缩棒提供与初次磁场方向相反的磁场。
34.本发明实施例的笼式超磁致伸缩比例阀，绕线骨架材料为非金属材料聚酰亚胺、聚四氟乙烯等，永磁体采用钐钴永磁体。绕组绕制于绕线骨架外周，并绑扎固封。永磁体为超磁致伸缩棒提供初始方向的轴向充磁，使超磁致伸缩棒处于伸长状态。当绕组给定额定电流后，产生的磁场沿着轴向方向流经超磁致伸缩棒，且磁场方向与永磁体给予的磁场方向相反，使超磁致伸缩棒的感应磁场下降，从而可以带动笼式支架缩短，使阀芯向远离阀体的方向移动，从而实现出气口的开度比例控制。
35.进一步地，在径向方向上，永磁体52外壁紧贴绕线骨架51的内壁设置，永磁体52内壁与笼式支架4之间留有0.2mm左右间隙，永磁体52轴向方向处于第一凸台511与第二凸台411之间，且与对应的凸台存在着0.05mm至0.1mm轴向游隙。
36.继续参见图2，在一个实施例中，笼式支架4通过底座42固定设置于壳体2。笼式支架4可以焊接设置于底座42一侧，底座42的另一侧固定设置于壳体2内壁。其中，底座42作为磁场的磁路部分，常用材料为1j36、gyj130、1j116、dt4等软磁材料。
37.本发明实施例的笼式超磁致伸缩比例阀，通过底座将笼式支架固定设置于壳体内壁，一方面可以方便安装，另一方面可以通过改变底座高度的方式，适应不同长度的笼式支架。例如，当多个笼式支架的长度存在微小差别时，可以通过调整底座高度的方式，消除各笼式支架的长度误差，从而保证各个比例阀的一致性。
38.参见图3，在一个实施例中，阀体的出气口为与尖端部分31配合的锥面孔121。其中，锥面孔121的斜度与尖端部分31的斜度一致，从而当尖端部分与锥面孔和密封垫贴紧时，可以实现通气流道的密封，当阀芯被笼式支架拉动远离阀体时，尖端部分远离锥面孔，使出气口12等比例打开，为介质提供出口。
39.进一步地，锥面孔121内还设有与尖端部分31配合的密封垫122。密封垫122与出气口12过盈配合后中间开设小孔，小孔精修为能够与尖端部分31配合的形状，其斜度与尖端部分的斜度一致。
40.还可以通过改变密封垫的孔径，进而改变阀门的有效流通面积。
41.继续参见图1，在一个实施例中，为了增加整个通气流道的密封性，可以在阀体1的周向内侧与阀芯3密封连接的位置设有环形密封槽，环形密封槽内过盈设置o型密封圈13。进一步地，为避免密封圈失效，可以并列设置两个环形密封槽，并在各密封槽内分别设置o型密封圈。
42.继续参见图2，在一个实施例中，阀芯3轴向两端之间的周向外侧还设有法兰结构32。法兰结构32径向外侧与壳体2内壁间隔设置，以避免壳体2阻碍阀芯3的移动。法兰结构32轴向端面与阀体1间隔设置，轴向另一端面与绕线骨架51间隔设置。本发明实施例的笼式超磁致伸缩比例阀，通过阀芯的法兰结构将流量腔体与磁力控制腔体、驱动腔体隔绝，从而可以根据需求直接替换阀体获得不同型号的产品。本发明实施例的比例阀结构精简，装拆方便，不但节省了生产成本，同时也降低了阀门的安装难度，提升了阀门装配效率。
43.在一个实施例中，壳体2的圆周面上还设有绕组出线孔21。绕组53缠绕设置于绕线骨架51并绑紧后，沿绕组出线孔21伸出与外部电路连接。通过外部电路给绕组提供额定电流，能够使绕组产生相应的磁场，调节电流即可调节阀门开度，进而对流体流量、压力进行比例调节。
44.以上实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。
45.本发明实施例的一种笼式超磁致伸缩比例阀，利用永磁体偏置使超磁致伸缩棒预伸长，解决了结构传递繁琐、位移传递累计误差大、超磁致伸缩棒无效行程问题。利用笼式结构不仅满足了超磁致伸缩棒的预紧力要求，同时实现了与阀芯的刚性连接以及阀芯与密封面的密封功能，无需再另外设置其他弹性元件，减小了超磁致伸缩比例阀的体积，优化了整体结构，使安装更简便，同时使超磁致伸缩比例阀的调节精度、调节范围和鲁棒性也得到明显提升。同时本发明比例阀的磁路布局能形成较好的回路，磁损耗较小，使电能使用率得到明显提升。
46.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。