一种自供电温控混水阀装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种自供电温控混水阀装置，在该自供电温控混水阀装置中设置自供电单元，该自供电单元可以配置有一次性或可充电电池；还设置有利用管道流经的水流进行发电的自发电装置，所发的电能提供给电子温控混水阀使用，因此可以不依赖于市电交流提供电能，从而提高了该自发电自动温控混水阀的安全性，尤其适用于有水环境从而可能导致电击事故的涉及人身安全的应用场合。其电驱动水阀单元经过专门设计或者在已有的手动陶瓷混合水阀阀芯上添加伺服电机和减速传动装置即可形成。该自发供电自动温控混水阀会实时调节热水与冷水的比例，以极高的温控精度保证所出水的温度，从而方便用户的使用，该自供电温控混水阀装置具有安全、易用和实用的优点，有广泛的应用前景。
【专利说明】
一种自供电温控混水阀装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种自供电温控混水阀装置，属于智能机电领域。
【背景技术】
[0002]当前的生产生活用水，都涉及以一定温度为控制要求的混水阀，其中大多数混水阀采用手动控制方式或借助外部交流市电供电的自动控制方式。随着时代的发展，自动控制的混水阀产品正在越来越受到人们的欢迎，但在一些场合(如野外等)没有接入交流市电，因此外部交流市电供电方案不可行；而在另外一些场合(诸如浴室、厨房、医院、实验室等)，由于环境中存在着大量水并和人体接触，从而使得使用交流市电会涉及人身安全，造成很大的安全隐患。目前已经出现的机械式自动混水阀是采用金属热感元件的机械变形来驱动阀芯部件进行控温的自动混合，虽然同样不需要外部输入电源，但存在机械变形的金属热感元件的一致性和稳定型较差的问题，其本质上难以与精密的电子传感伺服稳定系统相匹敌，两者之间的控制精度通常相差一个数量级，导致机械方式的自动混水阀在使用过程中，控温范围窄、控温误差很大，并在使用一定时间后由于水垢附着等原因出现控温能力劣化的根本性问题。但电子电动控制混水阀需要一定的电能，目前现有的电子自动控制混水阀都没有自供电单元，导致其供电电源必须通过转换器从市电交流取得，不仅增加了安全隐患，也需要被迫在有水环境下进行电源布线，增加了人力物力成本。
【实用新型内容】
[0003]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种自供电温控混水阀装置，在该自供电温控混水阀装置中设置自供电单元，该自供电单元可以配置有一次性或可充电电池;还设置有利用管道流经的水流进行发电的自发电装置，所发的电能提供给电子温控混水阀使用，因此可以不依赖于市电交流提供电能，从而提高了该自发电自动温控混水阀的安全性，也无需在有水环境中进行电源布线，尤其适用于有水接触人体从而可能导致电击事故的涉及人身安全的应用场合。该自发电自动温控混水阀会实时调节热水与冷水的比例，以极高的温控精度从而保证所出水的温度，从而方便用户的使用，其主体部件可以采用金属或者塑料制作。该自供电温控混水阀装置具有安全、易用和实用的优点，具有广泛的应用前景。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0005]本实用新型提供了一种自供电温控混水阀装置，包括电驱动水阀单元、控制单元、自供电单元，温度设置单元和显示单元，其中:
[0006]所述电驱动水阀单元的内部设置有伺服电机、减速传动装置、混合水阀和混合室，且所述混合室内部设置有温度传感器;所述电驱动水阀单元的外部设置有出水口、热水入口和冷水入口 ；所述热水入口和冷水入口通过管道连接到混合水阀，所述混合水阀通过管道连接到混合室，所述混合室通过管道连接到出水口；所述伺服电机的动力输出端以机械方式连接到减速传动装置，所述减速传动装置的传动输出端以机械方式连接到混合水阀；
[0007]所述混合水阀设置有手动调节装置，所述手动调节装置可以手动调节冷水与热水的比例和出水速度；
[0008]所述自供电单元包括自发电装置，且还包括一次性电池或可充电电池；
[0009]所述自供电单元、温度设置单元、显示单元、温度传感器和伺服电机都电连接到控制单元；
[0010]所述控制单元从温度传感器接收所探测到的混合室的混合水温值TM，从温度设置单元接收混合水温设定值TS、混合水温下限阈值TL和混合水温上限阈值TH;
[0011 ]当所述混合水温值TM与混合水温设定值TS的差值高于混合水温上限阈值TH时，控制单元控制伺服电机转动从而使得混合水阀降低出水温度；
[0012]当所述混合水温值TM与混合水温设定值TS的差值低于混合水温下限阈值TL时，控制单元控制伺服电机转动从而使得混合水阀提高出水温度；
[0013]当所述混合水温值TM与混合水温设定值TS的差值高于混合水温下限阈值TL且低于混合水温上限阈值TH时，控制单元控制伺服电机停止转动。
[0014]作为优选，所述减速传动装置到混合水阀的机械连接方式具体为:
[0015]所述减速传动装置的输出轴连接到主动皮带轮，所述主动皮带轮通过传动皮带连接到从动皮带轮，所述混合水阀的转动轴连接到所述从动皮带轮。
[0016]作为优选，所述传动皮带还连接有张力轮。
[0017]作为优选，所述传动皮带为无齿光面皮带或有齿皮带。
[0018]作为优选，所述减速传动装置到混合水阀的机械连接方式具体为:
[0019]减速传动装置的输出轴连接有主动齿轮，混合水阀转动轴连接有从动齿轮，所述主动齿轮连接到所述从动齿轮。
[0020]作为优选，所述减速传动装置到混合水阀的机械连接方式包含机械离合装置。
[0021]作为优选，所述自供电单元中的自发电装置包括水流体推动发电机和/或固体温差发电模块。
[0022]作为优选，所述自供电单元会获取所述水流体推动发电机输出的电能的电压值，并将所述电压值发送给控制单元，所述控制单元利用预设的算法将所述电压值转换成水流的流量值和混水阀开启/关闭信息。
[0023]本实用新型的有益效果:
[0024](I)在该自供电温控混水阀装置中设置自供电单元，该供电单元可以配置有一次性或可充电电池;还设置有利用管道流经的水流进行发电的自发电装置，所发的电能提供给电子温控混水阀使用，因此可以不依赖于市电交流提供电能，从而提高了该自发电自动温控混水阀的安全性，尤其适用于有水和人体接触从而可能导致电击事故的涉及人身安全的应用场合。该自发电自动温控混水阀会实时调节热水与冷水的比例，以极高的温控精度从而保证所出水的温度，从而方便用户的使用，其主体部件可以采用金属或者塑料制作。该自供电温控混水阀装置具有安全、易用和实用的优点，具有广泛的应用前景；
[0025](2)该自供电温控混水阀装置采用有齿皮带(也称同步皮带)传动方式，可以传递较大的动力，当传动过程中遇到足够大的阻力或用户直接进行手动操作时，皮带和传动轮之间可以产生相对滑动，避免了齿轮传动的大应力容易受损，和不需要机械离合装置，简化了产品结构，降低了成本。
[0026](3)该自供电温控混水阀装置采用无齿皮带传动方式，当传动过程中遇到足够大的阻力或用户直接进行手动操作时，皮带和传动轮之间可以产生相对滑动，避免了齿轮传动的大应力容易受损，和不需要机械离合装置，简化了产品结构，降低了成本。
【附图说明】
[0027]图1为本实用新型所提供的一种自供电温控混水阀装置的架构图；
[0028]图2为本实用新型所提供的一种自供电温控混水阀装置中的电驱动水阀单元的结构示意图；
[0029]其中:1.电驱动水阀单元，11.伺服电机，12.减速传动装置，121.主动皮带轮，122.传动皮带，123.从动皮带轮，124.张力轮，13.混合水阀，131.备用手动装置，14.混合室，141.温度传感器，15.出水口，16.热水入口，17.冷水入口，2.控制单元，3.自供电单元，4.温度设置单元，5.显示单元；
【具体实施方式】
[0030]下面结合【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0031]本实用新型提供了一种自供电温控混水阀装置，如图1所示，包括电驱动水阀单元
1、控制单元2、自供电单元3和温度设置单元4，其中:
[0032]所述电驱动水阀单元I的内部设置有伺服电机11、减速传动装置12、混合水阀13和混合室14，且所述混合室14内部设置有温度传感器141;所述电驱动水阀单元I的外部设置有出水口 15、热水入口 16和冷水入口 17;所述热水入口 16和冷水入口 17通过管道连接到混合水阀13，所述混合水阀13通过管道连接到混合室14，所述混合室14通过管道连接到出水口；所述伺服电机11的动力输出端以机械方式连接到减速传动装置12，所述减速传动装置12的传动输出端以机械方式连接到混合水阀13;
[0033]热水从热水入口进入到混合水阀，冷水从冷水入口进入到混合水阀，冷水和热水会在混合水阀进行混合，之后在混合室进行充分混合，然后从出水口流出。
[0034]所述伺服电机可以为无刷或有刷电动机，将其转动传递给减速传动装置，减速传动装置内部可以为齿轮或蜗杆结构，从而可以更好的减慢转动速度和增大传动力矩，然后将转动传递给混合水阀，调节冷水与热水的混合比例。
[0035]所述混合水阀13设置有手动调节装置131，所述手动调节装置131可以手动调节冷水与热水的比例和出水速度；
[0036]整个自供电温控混水阀装置有可能出现故障，因此需要在混水阀上设置有手动调节装置，以便用户手动调节出水温度和出水速度。
[0037]混合水阀设置有手动调节装置，如同普通混合水阀一样可以进行手动操作，当电子温控混水阀装置出现故障时，该出水控制手柄仍旧可以作为出水控制和温度手动控制之用，整个混水阀装置仍旧可以满足日常使用，只是不及伺服自动操作那样方便，但至少不会让整个装置无法使用。
[0038]所述自供电单元3包括自发电装置，且还包括一次性电池或可充电电池；
[0039]其中自发电装置会利用流经其的水流来发电，
[0040]在实际试验中，实用新型人发现所述的自供电温控混水阀装置功耗很低，因此可以不依赖外部交流市电供应，采用微型水流体推动发电机或固体温差发电装置提供电源。在水流体推动发电机和固体温差发电装置失效情况下可以采用一次性电池或可充电电池来进行对整个自供电温控混水阀装置提供电能
[0041]由于所述的电子温控混水阀操作功耗极低，实用新型人在试验中发现，在正常家用环境下采用市面上常见的一次性电池或可充电电池(例如普通碱性电池或锂离子电池)可以在没有配置自发电装置的情况下有效工作一个月以上。
[0042]所述自供电单元3、温度设置单元4、显示单元5、温度传感器141和伺服电机11都电连接到控制单元2;
[0043]所述温度传感器会实时探测混合室中的水温值并发供给控制单元;控制单元会向伺服电机发送控制命令；自供电单元为控制单元和伺服电机提供电能;温度设置单元会向控制单元发送温度设置信息。
[0044]所述控制单元2从温度传感器141接收所探测到的混合室14的混合水温值TM，从温度设置单元4接收混合水温设定值TS、混合水温下限阈值TL和混合水温上限阈值TH;
[0045]当所述混合水温值TM与混合水温设定值TS的差值高于混合水温上限阈值TH时，控制单元2控制伺服电机11转动从而使得混合水阀13降低出水温度；
[0046]当所述混合水温值TM与混合水温设定值TS的差值低于混合水温下限阈值TL时，控制单元2控制伺服电机11转动从而使得混合水阀13提高出水温度；
[0047]当所述混合水温值TM与混合水温设定值TS的差值高于混合水温下限阈值TL且低于混合水温上限阈值TH时，控制单元2控制伺服电机11停止转动。
[0048]本实用新型提供了一种自供电温控混水阀，包括电动水阀、控制单元、供电单元，所述电动水阀的阀体外部设置有出水口、热水入口和冷水入口 ；所述电驱动水阀单元的内部设置有温控伺服电机、温控减速传动机械装置、混合水阀和混合室;且所述混合室内部设置有温度传感器;温度传感器可以采用具有防水不锈钢套的NTC或PTC热敏电阻，或K型热电偶温度传感器，或其他诸如E型J型热电偶材料的温度传感器，PT100/1000铂电阻作为温度传感器，也可以采用热电堆红外温度传感器；由于水流在管道内的流速很快，因此温度传感器需要有一定响应速度并同时具有一定精度，控制单元内部设有传感放大器将K型热电偶或其他形式的温度传感器产生的微弱电势放大到内部处理单元可以分辨的水平，例如5?1mV每摄氏度，传导到内部处理单元，内部处理单元可以是硬件模式，也可以是软件模式;温度设置单元可以是一个温度设置电位器，该设置电位器可以是数字方式也可以是模拟方式，产生设置信号输送给内部处理单元，处理单元将数字或模拟电位器的设置信号分解为上限阈值TH、下限阈值TL和设定值TS，例如上限阈值TH被设置为设定值+1摄氏度，下限阈值TL被设为设定值-1摄氏度时，此时设定值为中心值，处理单元根据传感器放大单元获得的电信号同数字或模拟电位器的设定值所产生的上限阈值TH、下限阈值HL以及中心值TS进行比较当得知传感器的读取值位于上限阈值TH和下限阈值TL之间时，处理单元发出伺服电机停止的指令，表明现在的出水温度满足设定的范围要求。当处理单元捕捉到传感放大器读取的电信号越过阈值，例如高于阈值TH，或者低于阈值TL时，处理单元发出伺服电机转动指令，此时电动水阀进行相应的混合比改变，使得出水温度再次向数字或模拟电位器设定的中心值靠拢，当调节过程中的混合出水温度等于中心值时，处理单元再次发出伺服电机停止指令，可以看出阈值设置的精度越高，即TH减去HL所获得的差值的绝对值越小，由于水温波动造成的伺服电机运动就会增加，因此在设计时，综合考虑实际生产生活用水的温度精度要求来确定阈值TH和阈值TL的区间，可以减少不必要的机械装置磨损。所述的混合水阀上设置有位置检测开关，控制单元可以根据位置检测开关的状态获取水阀转动的状态并可以做出相应控制。
[0049]优选地，如图2所示，所述述减速传动装置12到混合水阀13的机械连接方式具体为:所述减速传动装置12的输出轴连接到主动皮带轮121，所述主动皮带轮121通过传动皮带122连接到从动皮带轮123，所述混合水阀13的转动轴连接到所述从动皮带轮123。
[0050]优选地，所述传动皮带122还连接有张力轮124。
[0051]优选地，所述传动皮带122为无齿光面皮带或有齿皮带。
[0052]采用无齿皮带或有齿皮带(也称同步皮带)传动方式，其中有齿皮带可以传递更大的力矩，通过适当设计有齿从动皮带轮和有齿皮带的齿槽间距和深度，可以获得所希望的起始滑动力矩值，这样便可以实现当传动过程中遇到足够大的阻力或用户直接进行手动操作时，皮带和传动轮之间可以产生相对滑动，避免了齿轮传动的大应力容易受损，不需要机械离合装置，简化了装置结构。
[0053]可选地，所述减速传动装置12到混合水阀13的机械连接方式具体为:减速传动装置12的输出轴连接有主动齿轮，混合水阀13转动轴连接有从动齿轮，所述主动齿轮连接到所述从动齿轮。
[0054]可选地，所述减速传动装置12的输出轴连接有主动蜗杆，混合水阀13转动轴连接有从动齿轮，所述主动蜗杆连接到所述从动齿轮。
[0055]优选地，所述减速传动装置12到混合水阀13的机械连接方式包含机械离合装置。
[0056]机械离合装置可以来实现传动动力的接合和切断。
[0057]优选地，所述自供电单元3中的自发电装置包括水流体推动发电机和/或固体温差发电模块。
[0058]可选地，水流体推动发电机可以采用轴流、混流或者冲击方式来推动叶轮，水流体推动发电机的入水口连接到混合出口一侧，发电机出水口连接到混水阀的总出水口，这样即便采用完全冷水或者完全热水的出水模式，也能够保证水流体推动发电机得以工作发电，流体推动发电机的设计要求效率高，对出水水压影响小，采用低转速多极方式以及耐磨轴承或悬浮轴承技术可以提高使用寿命，叶轮一端安装有永磁体转子，根据水流推动的速度可以采用单极或多极永磁体构成单极或多极水流体推动发电机转子，永磁转子位于叶轮水室内，定子线圈不设置在水中，为干式，可以单相也可以三相或多相，输出的交流电流经过二极管整流后形成脉动直流输入到电容器，然后到达电池充电调压电路形成直流不间断电源供给控制单元。
[0059]可选地，考虑到发电机转子和阀芯在水中有可能吸附到异物碎肩，从而形成堵死的情况，在发电机水流入口端可以设置有拦阻网。
[0060]可选地，在某种情况下，如果可以获得稳定的热源，采用赛贝克效应的固态温差发电模块进行串联，获得一定的电功率供给控制单元而不设置机械转动流体推动发电机或可以同时设置温差发电模块和水流体推动发电机以增加自发电保障。
[0061]优选地，所述自供电单元3会获取所述水流体推动发电机输出的电能的电压值，并将所述电压值发送给控制单元2，所述控制单元2利用预设的算法将所述电压值转换成水流的流量值和混水阀开启/关闭信息。
[0062]可选地，所述控制单元还连接有显示单元5，所述显示单元5会显示混合室中水的水温值和系统状态参数信息。
[0063]本实用新型提供了一种自供电温控混水阀装置，在该自供电温控混水阀装置中设置自供电单元，该自供电单元可以配置有一次性或可充电电池;还设置有利用管道流经的水流进行发电的自发电装置，所发的电能提供给电子温控混水阀使用，因此可以不依赖于市电交流提供电能，从而提高了该自发供电自动温控混水阀的安全性，尤其适用于有水从而环境可能导致电击事故的涉及人身安全的应用场合。其电驱动水阀单元经过专门设计或者在已有的手动陶瓷混合水阀阀芯上添加伺服电机和减速传动装置即可形成。该自发供电自动温控混水阀会实时调节热水与冷水的比例，以极高的温控精度从而保证所出水的温度，从而方便用户的使用，其主体部件可以采用金属或者塑料制作。该自供电温控混水阀装置具有安全、易用和实用的优点，具有广泛的应用前景。
[0064]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种自供电温控混水阀装置，包括电驱动水阀单元(I)、控制单元(2)、自供电单元(3)，温度设置单元(4)和显示单元(5)，其特征在于:所述电驱动水阀单元(I)的内部设置有伺服电机(11)、减速传动装置(12)、混合水阀(13)和混合室(14)，且所述混合室(14)内部设置有温度传感器(141);所述电驱动水阀单元(I)的外部设置有出水口(15)、热水入口(16)和冷水入口(17);所述热水入口( 16)和冷水入口(17)通过管道连接到混合水阀(13)，所述混合水阀(13)通过管道连接到混合室(14)，所述混合室(14)通过管道连接到出水口；所述伺服电机(11)的动力输出端以机械方式连接到减速传动装置(12)，所述减速传动装置(12)的传动输出端以机械方式连接到混合水阀(13)； 所述混合水阀(13)设置有手动调节装置(131)，所述手动调节装置(131)可以手动调节冷水与热水的比例和出水速度； 所述自供电单元(3)包括自发电装置，且还包括一次性电池或可充电电池； 所述自供电单元(3)、温度设置单元(4)、显示单元(5)、温度传感器(141)和伺服电机(II)都电连接到控制单元(2); 所述控制单元(2)从温度传感器(141)接收所探测到的混合室(14)的混合水温值TM，从温度设置单元(4)接收混合水温设定值TS、混合水温下限阈值TL和混合水温上限阈值TH。2.根据权利要求1所述的自供电温控混水阀装置，其特征在于，所述减速传动装置(12)到混合水阀(13)的机械连接方式具体为: 所述减速传动装置(12)的输出轴连接到主动皮带轮(121)，所述主动皮带轮(121)通过传动皮带(I22)连接到从动皮带轮(123)，所述混合水阀(13)的转动轴连接到所述从动皮带轮(123)。3.根据权利要求1或2所述的自供电温控混水阀装置，其特征在于: 所述传动皮带(I 22)还连接有张力轮(I 24)。4.根据权利要求1或2所述的自供电温控混水阀装置，其特征在于: 所述传动皮带(122)为无齿光面皮带或有齿皮带。5.根据权利要求1所述的自供电温控混水阀装置，其特征在于，所述减速传动装置(12)到混合水阀(13)的机械连接方式具体为: 减速传动装置(12)的输出轴连接有主动齿轮，混合水阀(I 3)转动轴连接有从动齿轮，所述主动齿轮连接到所述从动齿轮。6.根据权利要求1或5所述的自供电温控混水阀装置，其特征在于: 所述减速传动装置(12)到混合水阀(13)的机械连接方式包含机械离合装置。7.根据权利要求1任一项所述的自供电温控混水阀装置，其特征在于: 所述自供电单元(3)中的自发电装置包括水流体推动发电机和/或固体温差发电模块。8.根据权利要求6所述的自供电温控混水阀装置，其特征在于: 所述自供电单元(3)会获取水流体推动发电机输出的电能的电压值，并将所述电压值发送给控制单元(2)，所述控制单元(2)利用预设的算法将所述电压值转换成水流的流量值和混水阀开启/关闭信息。
【文档编号】F16K31/04GK205618779SQ201620245345
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】徐云松, 约翰·凯文·格雷迪
【申请人】徐云松