低功率电动恒温混合阀的制作方法

专利名称：低功率电动恒温混合阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及恒温混合阀，尤其是涉及无摩擦压力平衡定量阀门和驱动系统，目标 在于快速安装的、低功耗的电动恒温混合阀。
背景技术：
恒温混合阀是已知的，且由于其执行规程在发达国家中广泛应用，在新的设备中， 至少存在一个中央恒温混合阀。然而，就使用安装方面例如个用的洗手池、浴缸和淋浴装置 等来说，由此带来的成本降低和公认的方便安全，导致了恒温混合阀的市场占有率的增加。目前，大部分恒温混合阀利用热敏蜡元件直接与定量弹簧阀配合。但是，这种直接 驱动的恒温阀并不能提供不变的出水温度，如果其中一条供应线供应的水的压力或温度提 高或降低时，出水的温度会暂时改变。热敏蜡元件通过驱动定量阀对温度变化做出响应，使 混合水温度恢复到其改变前的温度。然而，改变前的温度并不能在供应线条件改变的同时 恢复达到，而且对应于新的出水温度，系统将保持在一个新的平衡位置。这个新的出水温度 不是以前根据其线性特征而预先设定的温度，热敏蜡元件的任何不同于初始位置的新位置 都与不同的混合水温度关联。结果，在其中一条供应线的水的压力或温度波动的情况下，蜡元件式恒温阀出现 比初始设置高达2°C的典型错误是可以预料到的。另外，这种蜡元件的响应时间慢，压力波 动之后典型的温度恢复时间在1.5秒或更大的范围内，这样的延迟可能会导致使用者的不 方便，以及通常出现的低流速摆动或伤害。此外，理论上，多数对控制恒温混合阀的精确接近是通过使用电动扩增反馈装置 实现。电动恒温混合阀通常包括热水和冷水进口、带有减速齿轮或导向螺杆的电机、旋转或 线性驱动定量阀、混合腔、温度传感器、用于比较温度传感器的读数和参考信号的电子比较 单元、以及用于保持尽可能低的信号差异的电机控制器。这种电动恒温混合阀的例子可以在美国专利4，359，186 4，420, 8114，931，938 5，944，255以及英国专利GB2056627A中找到。上述系统典型地包括精密电子组件、运行一些复杂的数学模型的微处理器、适于 驱动至少IOW的电机的放大器级，还包括需要高输出的电子电源。触电安全保护和功率损 耗保护是必要的，以避免混合水温度失去控制的风险。在试图检测这种复杂性的基本原因时，现有技术的两个主要缺陷被分离出a.多数已公开的发明正在利用传统的配有电子驱动单元的定量阀。这些装置需要 有效的推动力去克服压力不平衡、气液密封的摩擦及定量阀内部的液液密封的摩擦。接下 来需要具有高功率消耗和高机械惯性的大电机，进一步需要专用的加速和减速算法计算、 大功率电源以及延伸到交流电网电源的入墙式安装。b.另外，传统的定量阀一般具有大容积混合腔，造成了由温度传感器读出的混合 水温度的读数延迟。由于热水和冷水从设在温度传感器上的定量阀低速流出时所需的时间 远大于高速流动时所需时间，导致反馈系统时间常数在一个很大的范围内分布，从而这种延迟使得在不同流速的情况下有效地控制定量阀变得困难。部分上述现有技术正在利用两 个独立的具有连接混合腔的长通路的定量阀，并且时间延迟甚至比前述时间延迟还长。备有复杂的计算模型的微处理器用来克服时间常数的问题，通过在进水压力或温 度被干扰时缓慢调整稳定状态水温且生成一个高速或短暂的回路，形成两个不同的操作波 段，高速或干扰波段和调整点或稳定状态波段。然而，此种解决方法需要附加的传感器和计 算资源，需要更大功率和空间。因此，虽然电动混合阀的基础技术已经存在，但还需要一种用于构建定量阀及其 驱动系统的新的方法。

发明内容
为此，本发明的一个目的在于提供一种无摩擦压力平衡定量阀组件和驱动单元， 目标在于快速安装的、低消耗功率的电动恒温混合阀。根据本发明的一个实施例，提供一种无摩擦压力平衡定量阀组件，包括a.壳体，所述壳体具有第一进水口、第二进水口、中间混合出水口、形成在壳体内 的与第一和第二进水口流体连通的阀腔，所述阀腔具有大致位于中央的加宽部，所述加宽 部与中间混合出水口流体连通；b.阀芯，所述阀芯通过第一和第二加宽端部在阀腔内被引导，且具有沿轴向短于 阀腔的加宽部的中央加宽盘部，所述阀芯可宽松地沿轴向在所述阀腔内移动，同时带动所 述盘部在所述阀腔加宽部内于相对的两个支座之间移动，所述盘部将所述阀腔分成了第一 管状进水腔和第二管状进水腔；c.设置在所述阀芯和壳体的两端的两个弹性隔膜密封件，所述两个弹性隔膜密封 件以有效面积均衡的方式被构造成，用以使位于第一隔膜密封件和盘部之间的第一管状进 水腔的压力平衡，以及使位于第二隔膜密封件和盘部之间的第二管状进水腔的压力平衡；d.温度传感器，所述温度传感器浸入混合出水口通路中，以生成电信号；e.连接的驱动装置，所述驱动装置由低功率电机供电，且轴向平移所述阀芯，通过阀芯的轴向平移，定量流体从所述第一和第二进水口流向混合出水口。根据本发明的第二个实施例，进一步优化筒体的应用，所述壳体分为第一圆柱外 壳，所述第一圆柱外壳具有外周向凹部进水口，所述凹部进水口通过至少一个径向通路与 第一轴向偏心孔流体连通；和第二圆柱外壳，所述第二圆柱外壳具有外周向凹部进水口，且 通过至少一个径向通路与第二轴向偏心孔流体连通。根据本发明的第三个实施例，进一步优化面对面设置的筒体的应用，所述壳体分 为第一圆柱外壳和第二圆柱外壳，所述第一圆柱外壳形成有第一表面轴向取向进水口，所 述第一轴向取向进水口指向与第一偏心孔流体连通的的径向通路，以及第二表面轴向取向 进水口经过所述第一圆柱外壳，进入第二圆柱外壳的后续的轴向取向进水口，所述后续的 轴向取向进水口指向与第二偏心孔流体连通的径向通路。与上述第二和第三实施例相同，第一和第二圆柱外壳表面互相配合并排列，这样 第一轴向偏心孔和第二轴向偏心孔都与阀腔相连。第一和第二圆柱外壳分别具有朝向它们 相配合面的内加宽部，形成一个共有的最小容积的混合腔，混合腔通过径向延长部排放并 被引导入形成在第一圆柱外壳内的轴向取向的混合出水口通路。
与上述第一、第二和第三实施例相同，密封件被构造成由内环、外环以及滚动型薄 活动部构成的弹性隔膜密封件，它们固定在所述阀芯的加宽端部的外表面和壳体外表面上 的凹槽中。隔膜密封件通过垫圈、中心螺栓和螺母紧固在阀芯上，并且通过第一和第二端部 圆盘固定在壳体上。另外，与上述第一、第二和第三实施例相同，所述电机具有固定至其轴上的小齿 轮，电机通过减速齿轮系驱动带有较小的圆形偏心延长部的最终驱动齿轮，所述最终驱动 齿轮允许紧公差地在中间开孔，以在固定枢轴上以最小的径向间隙自由地转动。连接杆具 有第一可连接端、开孔以配合所述偏心延长部的第二圆端以及中间的细的可弯曲部，所述 连接杆的第二圆端装配到所述偏心延长部上，且其第一可连接端固定在阀芯上。所述最终 驱动齿轮和圆形偏心延长部的角位移转化成连接杆和阀芯的直线位移，所述连接杆的可弯 曲部的弯曲补偿在转动中所述圆形偏心延长部的轴向位移的偏离。根据本发明的第四个实施例，进一步优化用于自供电的筒体的应用，出水口通路 内设有轴流式涡轮，所述轴流式涡轮安装在可旋转地设在第一和第二轴承中的轴上，所述 第一轴承安装在固定插入部的中间，所述固定插入部由多个径向翅片构成以允许翅片之间 的水的自由流动，所述第二轴承安装在第二端部圆盘内，所述轴的末端安装有缠绕着定子 线圈的永磁转子，所述永磁转子位于由第二圆柱外壳限定的圆柱空间内。转子和定子线圈 的组装形成了交流电机，转子和定子线圈之间的整个容积是防水密封的，产生的电力通过 密封的电线传送到电子电路。


本发明将从以下结合附图的详细说明中变得更易充分理解和明显，其中图1示出根据本发明第一实施例的无摩擦压力平衡定量阀的横截面图；图2示出根据本发明多个实施例的无摩擦压力平衡定量阀的滚动隔膜的放大横 截面图；图3示出根据本发明第二实施例的无摩擦压力平衡定量阀的高架俯视图；图4示出图3中的无摩擦压力平衡定量阀沿B-B线的横截面图；图5示出根据本发明第二实施例的无摩擦压力平衡定量阀的立体分解图；图6示出根据本发明第二实施例的已组装的无摩擦压力平衡定量阀的第一端的 立体图；图7示出图6中的无摩擦压力平衡定量阀部分拆卸的示意图；图8示出根据本发明多个实施例的无摩擦压力平衡定量阀的驱动单元的立体分 解图；图9示出图8中分解显示的驱动单元组装后的立体图；图10示出图9中已组装的驱动单元的立体图，其中示出了另一组装步骤；图11示出图10中已组装的驱动单元安装在根据本发明第二实施例的无摩擦压力 平衡定量阀上的立体图；图12示出已组装的无摩擦压力平衡定量阀和图11所示的驱动单元的立体图，显 示了另一组装步骤；图13示出根据本发明第二实施例的带有驱动单元和防护盖的无摩擦压力平衡定量阀的部分剖视俯视图；图14示出带有驱动单元和防护盖的无摩擦压力平衡定量阀沿图13中C-C线的横 截面图；图15示出根据本发明第三实施例的无摩擦压力平衡定量阀的第一端的立体示意 图；图16示出图15中所示的无摩擦压力平衡定量阀部分拆卸的示意图；图17示出图16中所示的无摩擦压力平衡定量阀进一步拆卸的示意图；图18示出根据发明第四实施例的无摩擦压力平衡定量阀的横截面图；图19示出图18中所示的无摩擦压力平衡定量阀的横向截面立体图；和图20示出在本发明的多个实施例中应用的电子电路的原理图。
具体实施例方式下面将通过示例详细描述根据本发明的一些优选实施例。参考图1，根据本发明的 第一简易示例，示出了一种无摩擦压力平衡定量阀组件，主要标记为10，包括a.壳体12，该壳体12具有第一进水口 14、第二进水口 16、中间混合出水口 18、形 成在壳体内的与第一和第二进水口 14、16流体连通的阀腔20，阀腔20具有大致位于中央的 加宽部22，该加宽部22与中间混合出水口 18流体连通。b.阀芯24，该阀芯24通过第一和第二加宽端部28、30在阀腔20内被引导，且具 有轴向短于阀腔的加宽部22的中央加宽盘部26，阀芯24可宽松地沿轴向在阀腔20内移 动，同时带动盘部26在阀腔加宽部22内于两个相对的台体或支座32、33之间移动。盘部 26将阀腔20分成了第一管状进水腔34和第二管状进水腔36。c.设置在所述阀芯24和壳体12的两端的两个弹性隔膜密封件40、42，两个弹性 隔膜密封件40、42通过有效面积均衡的方式被构造成用以使位于第一隔膜密封件40和盘 部26之间的第一管状进水腔34的压力平衡，以及使位于第二隔膜密封件42和盘部26之 间的第二管状进水腔36的压力平衡。该压力平衡技术消除了在任何给定的相同或不同的 热水和冷水进水口压力下施加于阀芯24上的轴向力。所述隔膜密封件由内环44、外环46以及优选为滚动的薄活动部48构成(图2)。 该隔膜密封件分别固定在位于阀芯24和壳体12的外表面上的凹槽50、52中。它们通过垫 圈54、中心螺栓56和螺母58紧固在阀芯24上，并且通过带螺纹的端部圆盘60固定在所述 壳体上。还可以采用工业上已知的褶皱成的薄壁金属波纹管来代替所述弹性隔膜密封件。温度传感器62以其端部64穿过孔插入到壳体12内，通过冲压、超模压或利用封 闭剂安装，且浸入混合出水口通路中。该热敏电阻式的温度传感器是优选的但不是必要的， 该温度传感器通过控制电路生成可读的电信号，该控制电路会在随后参考图20进行说明。现在易于理解的是，被导入进水口 14和16的热水和冷水将分别流入已达平衡的 管状的第一和第二进水腔34、36中，进入盘部26和支座32，33之间的缝并进入用作混合腔 的加宽部22，然后通过出水口 18进行处理。阀芯24的任何轴向位移将改变冷水和热水的 比例，并由此改变处理后的混合水温度。本领域的技术人员还可以理解，由于阀芯完全压力 平衡，弹性隔膜密封件40、42结合有薄滚动型的活动部，且完全避免了密封摩擦，因此阀芯 24的轴向位移只需要最小的力。
根据本发明的第二实施例的无摩擦压力平衡定量阀的操作，将参考图3-7被更详 细地予以说明。如附图所示，主要标记为70的筒形的、无摩擦的、压力平衡的定量阀，包括 第一圆柱外壳72，具有外圆周形的凹部74进水口，该凹部74进水口通过多个径向通路78 与第一轴向偏心孔76流体连通(如图4、5)；第二圆柱外壳82，具有外圆周形的凹部84进 水口，该凹部84进水口通过多个径向通路88与第二轴向偏心孔86流体连通(如图4、7)。第一和第二圆柱外壳72、82表面互相配合并排成行，这样，第一轴向偏心孔76和 第二轴向偏心孔86都与阀腔相连。第一和第二圆柱外壳72、82分别具有朝向它们的配合 面的内加宽部92、93 (如图5-7)，当两个圆柱外壳互相配合时，形成一个共有的最小容积的 混合腔94(如图4)。混合腔94中的水通过径向延长部96(图4)排放，并导向形成在第一 圆柱外壳72内的轴向取向的混合出水口通路98。优选地，混合腔94具有专门的轮廓线。 混合腔94与沿轴向的偏心孔76、86不是同心排列，而是具有方向朝向出水口径向延长部96 的更大的体积，准确的专门的轮廓是最优化的，这样，在给定的流速下，朝向出口的圆周流 动速度大约是恒定的，同时混合腔保持最小。第二圆柱外壳82设有弹性密封件97 (图4)， 弹性密封件97安装在凹槽99内(图7)且围绕加宽直径部93和径向延长部96。通过第一 和第二圆柱外壳72，82表面互相配合，混合水可只通过出水口通路98排出(如图6)。无摩擦压力平衡定量阀组件70进一步包括阀芯100，阀芯100具有作为双面阀板 的中央加宽部102，第一和第二加宽端部104、106分别使阀芯100于圆柱外壳72、82的偏 心孔76、86内被引导，然而，不同于本发明的第一个实施例，这里的阀芯板部102在横截面 上宽于偏心孔76、86的宽度。阀芯100可沿轴向在双面阀板102每一面设定的两个极端位 置之间宽松地移动，该两个极端位置经由双面阀板102的每一面分别与相对的第一和第二 边缘阀座108、110中的一个相靠近(如图4、5、7)并分别与偏心孔76、86对齐限定。导流 板112 (如图5、7)设在混合水的位于两个圆柱外壳72、82上的流路内，以在利用温度传感 器140 (图4)进行温度测量之前改善热水和冷水的混合。圆柱外壳72、82和阀芯100可优选地使用塑料材料制作。除塑料生产简单之外， 出水口通路98沿轴向定向的一些优势将在以下根据本发明的第三和第四实施例中进行说明。主要地，如根据本发明的第一实施例中所述，同样的弹性隔膜密封件120、122设 置在阀芯100和圆柱外壳72、82的两端。该两个弹性隔膜密封件120、122被构造成，它们 的有效面积与边缘阀座108、110的实际面积相等，用于使位于第一隔膜密封件120和阀板 102之间的第一管状进水腔116的压力平衡，以及使位于第二隔膜密封件122和阀板102之 间的第二管状进水腔118的压力平衡。弹性隔膜密封件120，122由内环44、外环46以及优 选地滚动的薄活动部48构成(图2)。弹性隔膜密封件120，122分别固定在位于阀芯100 和圆柱外壳72、82的外表面上的凹槽124、126中(图5)。弹性隔膜密封件120、122通过垫 圈128、中心螺栓130和螺母132紧固在阀芯100上。密封件120、122固定在第一和第二圆 柱外壳72、72上，通过第一和第二优选的金属的端部圆盘134，136固定。两个沿纵向运动 的贯穿螺栓138 (图6)紧固第一和第二端部圆盘134，136以保持组件70。还可以采用工业 上已知的褶皱成的薄壁金属波纹管来代替所述弹性隔膜密封件。如同第一个实施例，温度传感器140以其端部穿过孔插入到第二圆柱外壳82内， 浸入混合出水口通路中。该热敏电阻式的温度传感器是优选的但不是必要的。该温度传感
9器通过控制电路生成可读的电信号，该控制电路会在随后参考图20进行解释。弹性密封件97和145分别密封在第一和第二圆柱外壳72、82之间，以及第一端部 圆盘134与第一圆柱外壳72之间。当无摩擦压力平衡定量阀70用作在合适壳体内的恒温 筒时，四个周边的和一个平面的弹性密封件142、144 (图4)在两个进水口、出水口和干燥区 域中分别分开设置，该无摩擦压力平衡定量阀70将会在下面参考图13、14予以说明。操作时，根据本发明的第二实施例实质上类似于第一实施例，然而本领域的技术 人员可以了解，由于涉及阀座108、110的混合腔的专门的轮廓，以及混合腔94与和阀座 108,110非同轴排列，因此在定量阀座108,110之间，到温度传感器的顶端141 (图4)所容 纳的水的容积，是很小的，几乎在小于2立方厘米的范围内，然而，流动没有被限制且最小 压力也由此降低。另外，温度传感器的顶端141安装在导流板112的最靠近下游的位置(图 5、7)，在那里流动最快并且混合彻底。因此，热水和冷水从定量阀座108、110流到温度传感 器顶端141所需的时间大大地减少。例如，甚至在流速小至2公升每分钟的时候，计算出的 时间在30毫秒之内。通过这样小的值，前述现有技术中提到的时间常数偏差问题被完全解 决。如上述公开的，本发明的一个目的在于提供一种用于有效驱动无摩擦压力平衡定 量阀的阀芯的驱动装置。该驱动装置的操作将参考图8-14予以更为详细的解释，描述安装 在无摩擦压力平衡定量阀70上的驱动单元，就如同上述对本发明的第二实施例的描述那 样。然而可以理解的是，这种驱动装置将如本发明的任何其他实施例一样运行良好。参考附图所示，主要标记为70(图8)的无摩擦压力平衡定量阀组件，装备有主要 标记为150的驱动单元。驱动单元150的操作将以其各个部件组装的顺序依次做出说明。如分解图8中示出，所述驱动单元由一个低功率电机162供电，该电机162具有安 装在其轴上的小齿轮164。所述电机，通过主要标记为165的三阶正减速齿轮，驱动最终驱 动齿轮190。减速齿轮165包括第一双齿轮166，可在第二轴168上自由转动；固定在第一 轴172上的第二双齿轮170，以及固定在第二轴168上的第三单齿轮174。这些轴可转动地 安装在基板176和盖板178之间。精确直径的阶梯轴180，优选为已淬硬和抛光的，通过穿 过基板176、套筒182、盖板178，并由螺母184固定而被装配。外部最终小齿轮186以冲压 或其他不同的方式固定在第二轴168上。最终驱动齿轮190，具有较小的圆形偏心延长部 192，优选为一体制作。最终驱动齿轮190中间以紧密级公差开孔，以在固定轴180上以最 小的径向间隙自由地转动。可选地，已组装的驱动单元(图9)设有轴承，优选地为球轴承194 (图10)，被冲 压在最终驱动齿轮190的圆形的偏心的延长部192上，簧环196把最终驱动齿轮190紧固 在轴180上。所述驱动单元通过螺栓198连接在无摩擦压力平衡定量阀70 (图11)，螺栓 198紧固在形成于第二端部圆盘的螺纹孔199 (图5)中。主要标记为200的连接杆(图12、 13、14)设有第一可连接平直端202、用于配合偏心延长部192或轴承194的第二圆端204、 以及中间的细的可弯曲部206。连接杆200采用半弹性材料制作，优选地采用玻璃增强塑 料。连接杆200将其第二圆端204装配到轴承194上，且其第一可连接平直端202通过螺 钉130 (图11)和螺母132固定在阀芯300上，螺母132插入到连接杆200的槽208 (图13) 中。操作过程中，驱动小齿轮186驱动最终驱动齿轮190连同其圆形的偏心的延长部192。偏心延长部192的角位移通过球轴承194转化成连接杆200的直线位移，进而转化成 阀芯100的直线位移。可以理解的是，连接杆的细的可弯曲部206的弯曲有利于补偿在转动中圆形的偏 心延长部192的轴向位移的偏离。同样可以理解的是，上述的驱动装置施加了很小的摩擦 力，然而其刚硬、消除了齿隙、操作高效且精确。因此，该组件长期使用时，功率范围在0. Iff 内的微型低功率电机就足够了。操作中，偏心延长部192的偏心距是计算过的，这样最终驱动齿轮190的大约三次 旋转(120度)就足够阀芯100的整个行程的直线位移。当阀芯100到达行程的端点时，电 机162由于其低功率而机械地停止，从而齿轮系元件不受到损害。在行程端点时，电子电 路可辨识到电机162的瞬时的高电流消耗，以便电机停止电机功率直到控制电路要求其反 转。为便于理解，最终驱动齿轮190显示为全圆齿轮，然而，大约150度的扇形齿轮将产生 阀芯100的整个行程。可以理解的是，可弯曲的连接杆200可为任何形状的、可以多种不同的方式安装 在阀芯100上且可旋转地安装在偏心延长部192上。还可以理解的是，任何其他的驱动装 置，例如齿轮和杠杆、导向螺杆、齿轮齿条、绕紧的琴钢丝或可变形扁平条，可以被结合应用 于本发明的一个或多个实施例，而不会偏离本发明的范围。驱动单元150可通过保护盖210(图13、14)密封，显示为带有在其顶部的拨盘式 旋钮212，以便于手动设置温度。拨盘式旋钮212装配到旋转电位器216的轴214上，轴214 通过轴封218密封。旋转电位器216用于出水口水温的电子调节，这一点随后将会参考电 子电路一起予以解释说明(图20)，这里电子电路只作略述，并且标记为220。然而可以理 解的是，其他任何温度设定设备都可以使用，包括例如带显示单元的标有箭头的触摸按钮。无摩擦压力平衡定量阀70与驱动单元150安装组合，该无摩擦压力平衡定量阀70 配设有分别设在热、冷和干燥区域之间的四个外部弹性密封件142和平面密封件144(图 14)，且与可置换的筒体一样可容易地安装在在适当壳体内。本领域的技术人员已经熟知这 种壳体和筒体设置，因此在这里不再详细说明。如上面公开的以及在前述段落中已经描述的，本发明的一个目的在于提供一种无 摩擦压力平衡定量阀组件和驱动装置，作为一个紧凑的可置换的筒体。为了使此种筒体可 装配入传统的单手混合水龙头壳体中，以及可能采用普通的陶瓷圆盘结构以同步控制两个 进水口的容积，本发明的第三实施例参照图15-17被公开并予以详细说明。参考附图，图中示出了主要标记为250的一种无摩擦压力平衡定量阀组件，其与 本发明的第二优选实施例中的组件70基本相似，然而，没有采用第二个实施例中用作进水 口的外圆周的凹部74、84 (图3、4)，这里第一和第二进水口 254、256分别从表面设置在第一 端圆盘258上，且在它们之间设置有同样的出水口 260。如图16所示，当端部圆盘258卸除 之后，这种构造将会更好地被理解，图中为了表示清楚，塞子262、264也被移除。第一轴向 定向进水口 265指向第一圆柱外壳268的径向通路266，且与第一偏心孔(图4中的116) 流体连通。第二轴向定向进水口 269经过第一圆柱外壳268，进入随后的第二圆柱外壳272 的轴向定向进水口 270，如图17所示，其中移除了第一圆柱外壳268。随后进水口 270指向 第二圆柱外壳272的径向通路274，且与第二偏心孔(图4中的118)流体连通。塞子262、 264用来密封通向外部的径向孔266、274，径向孔266、274开口是为了生产方便。塞子262、264通过装在圆形凹槽275中的弹性密封件进行密封，且当已组装的筒体插入到合适壳体 内时被固定。弹性密封件固定在围绕第二圆柱外壳272的随后进水口 270的凹槽内，以及 固定在围绕进水口 265、269和第一圆柱外壳268的出水口 271的凹槽内，以便于内部密封。 弹性密封件固定在围绕第一端部圆盘258上的进水口 254、256和出水口 260的凹槽内，以 分开热、冷、混合水及干燥区域，当组件250固定在合适壳体内时，该组件250优选地装有陶 瓷圆盘阀门结构(图未示)，用于如上公开那样同步控制两个进水口的流量。第三个实施例 的其余细节与第二个实施例是一样的，包括驱动单元150、密封凹槽99以及阀芯100。通过使用用于进行两个进水口的同步容积控制的陶瓷圆盘结构，取得了两个重要 的目标。第一个是，消除了通常出现在混合水龙头进水口中的单向止回阀，其中出水口被控 制。第二个是，延长了弹性隔膜密封件120、122的寿命，使用阀门时弹性隔膜密封件120、 122将仅面对压力，即多数时间内隔膜是静止的。如上面提到的，本发明的一个目的在于提供一种无摩擦压力平衡定量阀组件和驱 动单元，可选择驱动装置的自供电。因此，参照图18-20详细揭露并说明了本发明的第四实 施例。参考附图，图中示出了主要标记为300的一种无摩擦压力平衡定量阀组件，与本发明 的第二优选实施例中的组件70或第三实施例中的组件250除了增加了轴流式涡轮302外 基本相似，该轴流式涡轮302设在第一圆柱外壳315内的出水口通路304内。轴流式涡轮 302安装在轴306上，优选地由耐腐蚀硬质材料例如碳化钨(TC)或镀铬的不锈钢制成。轴 306可旋转地分别安装在第一和第二轴承上310、312，优选地，第一和第二轴承310、312例 如为制表工业中公知的蓝宝石轴承或陶瓷轴承。这种TC轴和蓝宝石或陶瓷轴承的结合可 用水作为滑润剂。第一轴承310安装在固定插入部314的中间，位于第一圆柱外壳315的出水口通 路304内，由多个径向翅片316(图19)构成，以允许翅片之间的水的自由流动。第二轴承 312安装在第二端部圆盘320内。永磁转子322安装在轴306的末端，且缠绕着优选为塑料 浸渍的、密封的定子线圈324，位于由第二圆柱外壳327限定的圆柱空间325内。转子322 和定子线圈324的组装形成了交流电发生器也就是公知的交流发电机350(图20)。转子 322和定子线圈324之间的空间充满水或被收集的空气，整个容积是通过弹性密封件326进 行防水密封的。产生的电力通过密封的电线328传送到电子电路220 (图20)。这种涡轮机构造大体上为小型的公知的转桨式水轮机，涡轮叶片的几何形状可限 定速度、提取功率和水压损失。上述参数的计算方法对于涡轮技术领域的技术人员是公知 的。主要标记为220的简易电子电路的示意性地在图20中示出，并在图14中简略描 出轮廓。电子电路220可以位于驱动单元150的保护盖210下的自由空间内，并且在阀门 工作时，利用涡轮机302产生的电进行持久地驱动无摩擦压力平衡定量阀。由于流动发生 时即刻就能产生足够的电，因此不再需要可充电电池。简单地说，完全简化的模拟电路包括交流发电机350、整流二极管352和滤波电容 器354，可调节出水口温度期望值的电位器216与热敏电阻356和固定电阻358形成了温斯 顿桥(Winston bridge)。该温斯顿桥通过简化的仪表放大器的非反相输入和放大设定电阻 362进行测量，这里仪表放大器以双路运算放大器360进行描述。双路运算放大器360被认 定为直接驱动低功率驱动电机162，优选地具有内部电流限制电路，以避免阀芯的行程到端点时的电机发热。热敏电阻356设置在温度传感器顶端364处(图18)，浸于混合水通路之中。此种简单的、低功率消耗的模拟电路的操作过程对于电子领域的技术人员是清楚 的。然而可以理解的是，通过省略交流发电机350并用内部设置的或可置换的电源例如电 池、可充电电池或外部电源将其替换，同样的电路220也可以与本发明的第一、第二、第三 或任何其他实施例结合使用。如上公开的，混合腔的小容积和最小功率需求使得这种简单的模拟电路在没有任 何计算能力的情况下可稳定快速地操作。然而可以理解的是，任何其他的模拟或数字电路 也可以与无摩擦压力平衡定量阀及驱动装置结合使用。本领域的技术人员可以理解，以上虽然公开了主要关于水流动的详细内容，但在 根据本发明的各种实施例中公开的混合阀并不限于水的混合，而是可用于广泛范围内的具 有不同且可变的温度和压力的液体之间的混合，以提供一种大致稳定的预定的混合液体温度。本领域的技术人员进一步可以理解，本发明的保护范围并不仅限于已示出和描述 的实施例。而是，本发明的保护范围仅由权利要求及其等同物限定。
权利要求
一种无摩擦压力平衡定量阀组件，用于低功率电动恒温混合阀，包括a.壳体，所述壳体具有第一进水口、第二进水口、中间混合出水口、形成在所述壳体内的与所述第一和第二进水口流体连通的阀腔，所述阀腔具有大致位于中央的加宽部，所述加宽部与所述中间混合出水口流体连通；b.阀芯，所述阀芯通过第一和第二加宽端部在所述阀腔内被引导，且具有沿轴向短于所述阀腔的加宽部的中央加宽盘部，所述阀芯可宽松地在所述阀腔内沿轴向移动，同时带动所述盘部在所述阀腔加宽部内于两个相对的支座之间移动，所述盘部将所述阀腔分成第一管状进水腔和第二管状进水腔；c.设置在所述阀芯和壳体的两端的两个密封件，所述两个密封件通过有效面积均衡的方式被构造成用以使位于第一密封件和所述盘部之间的所述第一管状进水腔的压力平衡，以及使位于第二密封件和所述盘部之间的所述第二管状进水腔的压力平衡；d.温度传感器，所述温度传感器暴露于混合出水口通路，生成电信号；和e.被连接的驱动装置，所述驱动装置由低功率电机供电，且轴向平移所述阀芯，通过阀芯的轴向平移，定量流体从所述第一和第二进水口流向混合出水口。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述壳体分为第一圆柱外壳和第二圆柱 外壳，所述第一圆柱外壳具有通过至少一个径向通道与第一轴向偏心孔流体连通的外周凹 陷进水口，所述第二圆柱外壳具有通过至少一个径向通道与第二轴向偏心孔流体连通的外 周凹陷进水口。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述壳体被分为第一圆柱外壳和第二圆 柱外壳，所述第一圆柱外壳设有指向与第一偏心孔流体连通的径向通道的第一表面轴向取 向进水口，以及通过所述第一圆柱外壳进入所述第二圆柱外壳的后续轴向取向进水口的第 二表面轴向取向进水口，所述后续轴向取向进水口指向与第二偏心孔流体连通的径向通道。
4.根据权利要求2和3所述的组件，其特征在于，所述第一和第二圆柱外壳彼此表面配 合、对齐以便第一轴向偏心孔和第二轴向偏心孔接合到阀腔，所述第一和第二圆柱外壳具 有朝向它们的配合面的内加宽部，形成共同的最小容积的混合腔，所述混合腔通过径向延 伸部排放且被引导入形成在所述第一圆柱外壳内的轴向取向混合出水口通路。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述密封件是构造有内环、外环和薄滚动 型活动部的弹性隔膜密封件。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述弹性隔膜密封环固定在所述阀芯的 外表面和所述壳体上的凹槽中，且通过垫圈、中心螺栓和螺母紧固在阀芯上、并且通过被紧 固的端圆盘固定至所述壳体。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述弹性隔膜密封件为薄壁金属波纹管。
8.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述阀芯通过第一和第二加宽端部而在 所述第一和第二偏心孔内被引导，所述阀芯具有在中心加宽的双面阀板部，所述阀芯阀板 部横截面比所述第一和第二偏心孔宽，所述阀芯可沿轴向在双面阀板每一面设定的两个极 端位置之间宽松地移动，所述极端位置由双面阀板靠近与所述第一和第二偏心孔平齐的相 对的第一和第二阀座之一的任一面限定。
9.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述最小容积的混合腔形成有专门的轮廓，所述混合腔与所述轴向偏心孔不是同心排列，而是具有指向所述出水口径向延长部的 更大的体积，所述专门的轮廓被优化成在给定的流速下、朝向出水口的圆周流动速度大约 是恒定的。
10.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述第二圆柱外壳设有安装在围绕所述 加宽直径部和所述径向延长部的凹槽内的弹性密封件，通过所述第一和第二圆柱外壳的表 面互相配合，混合水可只通过所述出水口通路排出。
11.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，混合水的流路内设有导流板，以在所述 温度传感器进行温度测量之前改善热、冷水的混合。
12.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，当所述无摩擦压力平衡定量阀用作在合 适壳体内的恒温筒时，所述第一和第二进水口、所述出水口和干燥区域之间分别设置有四 个周边的和一个平面的弹性密封件。
13.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，当所述无摩擦压力平衡定量阀用作在合 适壳体内的恒温筒时，所述弹性密封件固定在围绕第一进水口、第二进水口、随后的进水口 和所述出水口的凹槽内，且分别位于热、冷、混合水和干燥区域之间。
14.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述陶瓷圆盘结构用于两个进水口的同 步容积控制。
15.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述第一和第二圆柱外壳和所述阀芯由 塑料材料制成。
16.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述驱动装置从下列列表中选取齿轮 和杠杆、导向螺杆、齿轮齿条、绕紧的琴钢丝、可变形扁平条。
17.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述电机具有固定到其轴上的小齿轮， 所述电机通过减速齿轮系驱动带有较小的圆形偏心延长部的最终驱动齿轮，所述最终驱动 齿轮以紧公差中心钻孔以在固定枢轴之上以最小的径向间隙自由地旋转，连接杆具有第一 可连接端、开孔以配合所述偏心延长部的第二圆端以及中间的细的可弯曲部，所述连接杆 的第二圆端装配到所述圆形偏心延长部上，且其第一可连接端固定在所述阀芯上，所述最 终驱动齿轮和圆形偏心延长部的角位移转化成所述连接杆和阀芯的直线位移，所述连接杆 的可弯曲部的弯曲补偿在转动中所述圆形偏心延长部的轴向位移的偏离。
18.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述圆形偏心延长部上冲压有球轴承， 且所述连接杆的第二圆端与所述轴承外部配合。
19.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述连接杆采用玻璃增强塑料制成。
20.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述减速齿轮系为三级正减速齿轮。
21.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述偏心延长部的偏心距允许所述最 终驱动齿轮的大约三次旋转，以充分地线性平移所述阀芯的整个行程，所述最终驱动齿轮 从全圆齿轮和扇形齿轮之间选择。
22.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，当阀芯到达行程的端点时，所述电机由 于其低功率而机械地停止，从而不会导致对所述驱动装置部件的损害。
23.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，在所述阀芯的行程端点，电子电路识别 到所述电机的瞬时高电流消耗，以便停止电机功率直到控制电路要求其反转。
24.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述驱动单元通过保护盖密封，所述保护盖包括配备在其顶部的手动温度设定装置，在密封的拨盘式旋钮和带显示单元的标有箭 头的触摸按钮之间选择所述设定装置。
25.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述出水口通路内设有轴流式涡轮，所 述轴流式涡轮安装在可旋转地设在第一和第二轴承内的轴上，所述第一轴承安装在固定插 入部的中间，所述固定插入部由多个径向翅片构成以允许翅片之间的水的自由流动，所述 第二轴承安装在所述第二端部圆盘内，所述轴的末端安装有缠绕着定子线圈的永磁转子， 所述永磁转子位于设置在所述第二圆柱外壳内的圆柱空间内，所述转子和所述定子线圈的 组装形成了交流电机，转子和定子线圈之间的整个容积是防水密封的，产生的电力通过密 封的电线传送给电子电路。
26.根据权利要求24所述的组件，进一步包括电子电路，所述电子电路定位在所述驱 动单元的所述保护盖下的自由空间内，所述电子电路通过电源驱动所述无摩擦定量阀驱动 装置，电源从如下列表中选取内部设置的电池、内部可置换的电池、内部涡轮产生和外部 电源。
27.根据权利要求26所述的组件，其特征在于，所述电子电路至少包括调节电位器，该 调节电位器与热敏电阻传感器和固定电阻形成温斯顿桥，温斯顿桥通过仪表放大器的非反 相输入和放大设定电阻进行测量，仪表放大器由双路运算放大器组成，所述双路运算放大 器被设定为直接驱动所述低功率驱动电机。
全文摘要
一种无摩擦压力平衡定量阀组件，用于低功率电动恒温筒体，包括隔开的热水和冷水进水口和通过中央加宽部与阀腔流体连通的中间混合出水口；通过加宽端部在阀腔内被引导的阀芯，具有把阀腔分成了两个管状进水腔的中央加宽盘部；设置在阀芯和壳体的两端的两个隔膜密封件，用于管状进水腔的压力平衡；浸入混合出水口通路中的温度传感器，生成可被控制电路读取的电信号；由低功率电机供电的驱动装置，通过齿轮系和偏心轴和可弯曲连接杆驱动以使阀芯轴向平移。通过平衡无摩擦阀芯的轴向平移，定量流体从所述冷水和热水进水口流向混合出水口。
文档编号G05D23/13GK101889251SQ200880119595
公开日2010年11月17日 申请日期2008年12月1日 优先权日2007年12月6日
发明者艾坦·利夫林 申请人:艾坦·利夫林