阀针组件和包括该阀针组件的电子膨胀阀

摘要

本发明涉及一种阀针组件，其包括套筒、相对于套筒能够运动地设置在套筒的端部中的阀针、以及设置在套筒中并对阀针施加作用力的力施加部件。其中，阀针组件还包括设置在阀针与力施加部件之间的力传递组件。该力传递组件与阀针点接触，力施加部件通过力传递组件对阀针施加作用力。由于阀针能够相对于套筒运动，而且阀针通过力传递组件与其之间的接触点承受力施加部件施加的作用力，由此使得阀针的运动自由度增加，阀针能够实现与阀座中的阀孔的自动对中，从而能够使得采用这种阀针组件的电子膨胀阀的在操作过程中确保阀针组件与阀座之间的密封性。还涉及一种具有这种阀针组件的电子膨胀阀。

权利要求

1.一种阀针组件(20)，包括：

套筒(21)；

阀针(22)，所述阀针(22)相对于所述套筒(21)能够运动地设置在所述套筒(21)的端部中；

力施加部件，所述力施加部件设置在所述套筒(21)中，对所述阀针(22)施加作用力；

和

力传递组件，所述力传递组件设置在所述阀针(22)与所述力施加部件之间，与所述阀针(22)点接触，所述力施加部件通过所述力传递组件对所述阀针(22)施加作用力，其特征在于，所述力传递组件包括设置在所述力施加部件与所述阀针(22)之间的力传递部件、以及固定在所述套筒(21)中用于容置所述力传递部件的衬套(25)，所述衬套(25)具有用于容置所述力传递部件的中空腔室(25-1)和用于为所述力传递部件提供支承的小截面部(25-2)，所述力传递部件相对于所述衬套(25)能够运动。

2.如权利要求1所述的阀针组件(20)，其中，所述阀针(22)通过固定环(23)保持在所述套筒(21)的端部中，所述阀针(22)以其外周壁与所述固定环(23)的内周壁之间具有预定间隙的方式设置在所述固定环(23)中。

3.如权利要求1所述的阀针组件(20)，其中，所述力传递部件是球体(24)。

4.如权利要求1所述的阀针组件(20)，其中，当所述力传递部件支承在所述小截面部(25-2)上时，所述力传递部件的顶部与所述衬套(25)的上表面之间具有间距(A)。

5.如权利要求4所述的阀针组件(20)，其中，所述力传递组件进一步包括设置在所述力施加部件与所述衬套(25)之间的滑块(26)。

6.如权利要求1或4所述的阀针组件(20)，其中，所述力传递部件是球体(24)，所述中空腔室(25-1)的横截面设置成使得所述球体(24)能够在所述中空腔室(25-1)内自由地运动，所述小截面部(25-2)的直径小于所述球体(24)的直径。

7.如权利要求1所述的阀针组件(20)，其中，所述套筒(21)包括第一空腔(21-1)和第二空腔(21-2)，在所述第一空腔(21-1)与所述第二空腔(21-2)之间形成有台阶部(21-3)，所述力施加部件支承在所述台阶部(21-3)上。

8.如权利要求1或7所述的阀针组件(20)，其中，所述力施加部件是弹性部件。

9.如权利要求8所述的阀针组件(20)，其中，所述弹性部件是弹簧(27)。

10.如权利要求1所述的阀针组件(20)，其中，所述力传递组件与所述阀针(22)之间的接触点位于所述阀针(22)的与所述力传递组件接触的表面的中心。

11.如权利要求1所述的阀针组件(20)，其中，所述阀针(22)的阀针主体(22-2)的高度H满足以下关系：H＜L/μ

其中，L为与所述阀针(22)的针体(22-1)配合的阀座(31)上的阀孔的半径，μ为所述力传递组件与所述阀针(22)之间的摩擦系数。

12.如权利要求1所述的阀针组件(20)，其中，所述阀针(22)具有凸形上表面。

13.如权利要求12所述的阀针组件(20)，其中，所述力传递组件包括设置在所述力施加部件与所述阀针(22)之间的滑块(26)。

14.如权利要求12或13所述的阀针组件(20)，其中，所述凸形上表面具有圆弧形状。

15.一种电子膨胀阀(10)，包括如权利要求1-14中的任一项所述的阀针组件(20)和与所述阀针组件(20)配合以调节流过所述电子膨胀阀(10)的流体的流量的阀座(31)。

说明书

阀针组件和包括该阀针组件的电子膨胀阀

技术领域

[0001] 本发明涉及一种阀针组件，特别是一种相对于阀座具有自动对中功能的阀针组件，还涉及包括这种阀针组件的电子膨胀阀。

背景技术

[0002] 电子膨胀阀是制冷/制热系统中的重要部件，主要用于对制冷剂流体的流量进行调节。在传统的电子膨胀阀中，通常采用阀针对流过电子膨胀阀的流体的流量进行调节。为了实现对流量的精确调节，阀针与阀座之间的密封性特别重要。

[0003] 在现有的电子膨胀阀的操作过程中，有可能由于受到外力或震动而使得针阀的阀针与阀座上的阀孔产生偏移，由此而不能完全地对准，从而导致针阀的密封性能下降。有时，由于阀针与阀孔的偏移或错位使得阀针与阀座之间产生摩擦，由此随着使用时间的延长而导致阀针和阀座的磨损。为了尽量避免上述情况的出现，通常采用加工精度非常高的阀针和阀座，并且在装配时也采用了非常高的装配精度。但是提高阀针和阀座的制造精度和装配精度意味着需要付出高昂的成本，这是产品制造商所不希望看到的。因此，现有技术中需要一种能够在不提高现有制造精度和装配精度的基础上实现自动对中功能的针阀以及相应的电子膨胀阀。

发明内容

[0004] 根据本发明一个方面，提供一种阀针组件，其包括套筒、相对于套筒能够运动地设置在套筒的端部中的阀针、以及设置在套筒中并对阀针施加作用力的力施加部件。其中，阀针组件还包括设置在阀针与力施加部件之间的力传递组件。该力传递组件与阀针点接触，力施加部件通过力传递组件对阀针施加作用力。

[0005] 根据本发明的另一方面，还提供一种包括上述阀针组件和与阀针组件配合的阀座的电子膨胀阀，阀针组件与阀座配合以调节流过电子膨胀阀的流体的流量。

附图说明

[0006] 通过以下参照附图的描述，将更容易地理解本发明的一个或更多个实施例的特征和优点。为了更加清楚地示出根据本发明的阀针组件的详细结构，各个附图并未按照实际尺寸比例进行绘制，在附图中：

[0007] 图1是包括根据本发明的阀针组件的电子膨胀阀的剖视图；

[0008] 图2是图1中所示B部分附近的放大的剖视图；

[0009] 图3是根据本发明的阀针组件的剖视图；

[0010] 图4是用于根据本发明的阀针组件的衬套的透视图；

[0011] 图5是图4中示出的衬套的剖视图；

[0012] 图6是根据本发明的相对于阀座倾斜的阀针组件的受力分析的示意图；以及[0013] 图7是根据本发明的阀针组件的另一个实施例的剖视图。

具体实施方式

[0014] 下面对优选实施例的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

[0015] 在对本发明的实施例进行说明的过程中，所采用的方位术语“上方”或“上部”指的是以示出的电子膨胀阀或阀针组件的示图为参照更靠近示图顶部的方位；而方位术语“下方”或“下部”指的是以示出的电子膨胀阀或阀针组件的示图为参照更靠近示图底部的方位。

[0016] 参照图1和图2简要说明根据本发明的电子膨胀阀10的基本结构和工作原理。如图1所示，电子膨胀阀10的主要工作部件包括驱动组件和执行组件，驱动组件可以包括步进电机14或者可以包括步进电机14和电磁线圈12的组合。电子膨胀阀10的执行组件包括设置在阀体30内的阀针组件20和与阀针组件20相配合的阀座31。步进电机14用于控制电子膨胀阀10的开度的大小，从而调节流过电子膨胀阀10的流体的流量。电磁线圈12用于在电力故障时为电子膨胀阀10提供安全保护。当电子膨胀阀10正常操作时，流体从流入管路36经由与流入管路36连接的电子膨胀阀10的入口32流入电子膨胀阀10的阀腔，阀腔内的流体通过阀针组件20与阀座31之间的配合间隙，然后经由出口34和与出口34连接的流出管路38排出电子膨胀阀10。

[0017] 在电子膨胀阀10的内部设置有与步进电机14沿周向旋转方向相对固定的主轴16，主轴16的下端与阀针组件20的上端部螺纹地接合，阀针组件20周向不可旋转地设置在电子膨胀阀10内，主轴16能够将步进电机14的旋转运动转变为阀针组件20的上下运动，从而能够调节阀针组件20与阀座31之间的开口的大小，由此调节通过电子膨胀阀10的流体的流量。在电子膨胀阀10的电磁线圈12的内部设置有定铁12-1和动铁12-2，定铁12-1相对于电磁线圈12固定地设置，动铁12-2相对于电磁线圈12可轴向运动地设置，并且动铁12-2与主轴16的端部不可轴向运动地连接，但动铁12-2与主轴16可以相对旋转。当电子膨胀阀10正常操作时，电磁线圈10接通电源，从而使得动铁12-2与定铁12-1通过其间的磁力接合在一起，由此将主轴16和阀针组件20一起提升，通过步进电机14调整阀针组件20与阀座31之间的距离。当电力突然中断时，电磁线圈12断电，定铁12-1与动铁12-2之间的磁力消失，导致两者分离。主轴16和阀针组件20在自重或弹簧的弹力的作用下向阀座31的方向运动，由此使得阀针组件20与阀座31完全地接合，从而切断电子膨胀阀10的入口32与出口34之间的流体连通，由此能够在突然断电的情况下为电子膨胀阀10提供安全保护，防止电子膨胀阀10的误操作。从图2的放大图中可以更加清晰地看到电子膨胀阀10的阀体30内的各个部件的结构。

[0018] 以下参照图3详细地说明根据本发明的阀针组件20的结构。阀针组件20包括套筒21，在套筒21的第一空腔21-1内形成内螺纹，通过内螺纹与主轴16的端部的外螺纹形成螺纹配合，在套筒21的第二空腔21-2内设置有阀针22，如图3所示，阀针22从套筒21的下端部向下突出。阀针22通过固定环23保持在套筒21的下端部中，阀针22的截面扩大的顶部抵靠在固定环23上，固定环23与套筒21的内壁相对固定地连接在一起。进一步地，阀针22的与固定环23接触的周向壁与固定环23的内周壁之间为间隙配合，以使得阀针22能够在固定环23内相对地运动。进一步地，阀针22的外周壁与固定环23的内周壁之间具有预定间隙，使得阀针22不仅能够相对于固定环23滑动，而且在一定程度上能够相对于固定环23转动。

[0019] 在套筒21的第一空腔21-1与第二空腔21-2之间设置有台阶部21-3，弹簧27的一端抵靠在台阶部21-3上，弹簧27的另一端通过弹簧27自身的弹力提供阀针22抵靠在阀座31上的压力，弹簧27构成向阀针22施加作用力的力施加部件。在弹簧27与阀针22之间还设置有球体24，球体24直接抵靠在阀针22的顶部上，弹簧27的弹力通过球体24施加在阀针22上。进一步地，球体24通过衬套25设置在套筒21的第二空腔21-2中，衬套25固定地设置在套筒21的第二空腔21-2中。如图4所示，示出用于根据本发明的阀针组件20的衬套25的透视图，衬套25为具有中空腔室25-1的环形体或者其他形状，中空腔室25-1为圆形，其直径略大于球体24的直径，从而使得球体24能够在衬套25的中空腔室25-1内自由地滚动。进一步地，在衬套25的中空腔室25-1的底部构造有小截面部25-2，如在图5中可以更加清晰地看到。小截面部25-2的直径小于球体24的直径，从而为球体
24提供一定的支承作用，并使得球体24不至于过度压迫阀针22。有利地，衬套25中的小截面部25-2设置成使得在球体24完全地放置在中空腔室25-1内时，即球体24支承在小截面部25-2上时，球体24的顶端不高于衬套25的顶部表面，进一步有利地，在上述设置状态中，球体24的顶端低于衬套25的上表面，并且与衬套25的上表面具有间距A。

[0020] 为了在球体24对阀针22施加压力时保证球体24与阀针22的运动的稳定性，在衬套25与弹簧27之间设置有滑块26，滑块26能够在套筒21的第二空腔21-2中自由地滑动，并且滑块26将球体24封闭在衬套25的中空腔室25-1内。根据以上所述的球体24和衬套25的结构，在球体24完全地容置在衬套25内时，球体24的顶部与滑块26的下表面之间存在间距A。以下简要说明间距A的作用。在电子膨胀阀10从静止状态开始工作时或者在电子膨胀阀10的操作过程中受到外力作用而发生震动时，由于处于静止状态或受到震动的阀针22的针体22-1有可能与阀座31上的阀孔产生错位，从而导致阀针22与阀座31之间的密封性能变差。在根据本发明的上述实施例中，如图3所示，如果阀针22的针体22-1与阀座31中的阀孔未完全对准，则由于阀针22与固定环23之间为间隙配合，而且球体24的顶部与滑块26之间存在间距A，因此阀针22能够相对于固定环23向上运动，或者进一步地围绕阀座31与阀针22的接触点做旋转运动。由于阀针22向上运动，因此其截面扩大的顶部能够脱离与固定环23之间的面接触，从而使得阀针22能够通过与球体24之间的点接触实现阀针22的旋转和摆动运动，由此能够使得阀针22的针体22-1与阀座31中的阀孔自动地对中。在此通过将阀针22与弹簧27之间的平面接触改变为球体24与阀针22之间的点接触，从而能够增加阀针22的旋转的自由度，由此便于阀针22的针体22-1与阀座31中的阀孔的对中，从而实现阀针22与阀座31之间的良好的密封。另外，由于在球体24对阀针22施加压力时，球体24对阀针22施加的作用力始终垂直于阀针22的上表面，因此不会由于当弹簧27直接作用在阀针22的上表面时弹簧作用面的不平整而导致向阀针22施加倾斜的作用力。在如上所述的阀针组件20的实施例中，球体24、衬套25以及滑块26构成用于将力施加部件（比如弹簧27）的作用力传递至阀针22的力传递组件。

[0021] 当然，根据本发明的阀针组件20的其他实施例，力传递组件可以不包括衬套25和滑块26，比如弹簧27可以直接作用在球体24上，此时为了保证球体24与阀针22相互作用的稳定性，球体24的直径设置为与套筒21的第二空腔21-2的直径大致相同，但球体24能够在第二空腔21-2内自由转动。此外，在根据本发明的阀针组件20中，力传递组件还可以只包括衬套25而不包括滑块26，弹簧27的作用端面可以直接作用在衬套25的端面和球体24的顶部上。如此设置的阀针组件20同样能够达到自动地调节阀针22的针体22-1与阀座31的阀孔的对中，从而改善阀针22与阀座31之间的密封性能。另外，弹簧27也可以利用其他弹性部件取代，比如采用弹性材料制成的弹性体、设置在套筒21的内壁上的弹簧片等；在需要满足其他设计要求的情况下，弹簧27还可以利用其他的力施加部件进行替代，比如可以通过电磁致动部件或液压致动部件实现对阀针22施加作用力。进一步地，球体24也可以通过与阀针22点接触的其他力传递部件取代，比如可以采用锥形体、半球体、椭球体以及类似部件，只需要保证力传递部件与阀针22之间为点接触即可。有利地，上述力传递组件与阀针22之间的接触点位于阀针22的与力传递组件接触的表面的中心位置处，这样将更加有利于在确保阀针组件20稳定操作的前提下为阀针22提供使其摆动的作用力。当然，相应地，采用如上所述的其他构型的力传递部件时，用于容置力传递部件的衬套25的内部结构也可以做出相应的改变。

[0022] 为了通过球体24实现阀针22在阀座31上的自动对中，阀针22的阀针主体22-2沿其纵向轴线方向的高度也应当满足一定的要求。以下参照图6说明根据本发明的阀针22实现其在阀座31上的自动对中功能所应满足的尺寸要求。如图6所示，以示意图的形式示出根据本发明的阀针22在球体24的作用下以阀针22与阀座31的接触点O为支承点执行自动对中的受力图，为了更加清晰地示出阀针22的受力情况，在此未按照阀针22及其周围部件的真实形状进行制图。其中，球体24通过弹簧27的弹力作用在阀针22的顶部，阀针22产生偏转，其通过与阀座31的接触点O支承在阀座31上。球体24对阀针22施加的作用力F具有两个分量Ff和FN，其中，FN为垂直于球体24与阀针22的接触表面，Ff平行于球体24与阀针22的接触表面。作用力F的这两个分量Ff和FN分别产生相对接触点O的力矩，为了实现阀针22的自动对中功能，应当满足FN所产生的力矩大于Ff所产生的力矩，即：

[0023] FN×L＞Ff×H

[0024] 其中，H为阀针22的阀针主体22-2的高度，L大致等于阀座31上的阀孔的半径，在此即可认为L为阀孔的半径。另外，Ff＝μ×FN，其中，μ为球体24与阀针22的顶部之间的摩擦系数。上述关系式即为：

[0025] L＞μ×H

[0026] 从上述关系式中可以得出阀针主体22-2的高度H应当满足以下关系：

[0027] H＜L/μ

[0028] 在已经设计完成的电子膨胀阀10中，阀座31上的阀孔的半径L为定值，在此比如取值为L=1.5mm，球体24与阀针22的顶部之间的摩擦系数可以根据球体24和阀针22所采用的材料以及表面光滑度确定，在此例如取值为0.17，则可以计算得出阀针22的阀针主体22-2的高度H应当满足H＜8.8mm。在实际使用中，阀针主体22-2的高度H可以根据具体情况而确定，只要H的值满足关系式H＜L/μ，即可实现阀针22在阀座31上的自动对中功能，从而改善阀针22与阀座31之间的密封作用。

[0029] 此外，根据本发明的阀针组件20的另一个实施例，如图7所示，可以通过采用具有凸形上表面的阀针22实现其与向阀针22施加作用力的滑块26之间的点接触。与根据图3所示的实施例相似，弹簧27通过可自由滑动地设置在套筒21内的滑块26向阀针22施加作用力。在该实施例中，能够将力施加部件的作用力传递至阀针22的力传递组件可以仅包括滑块26。通过滑块26与阀针22的凸形上表面之间的点接触，能够增加阀针22的运动的自由度，从而使得阀针22能够在固定环23内做旋转运动或摆动，由此能够使得发生偏心或倾斜的阀针22与阀座31上的阀孔自动地对中，保证阀针22与阀座31之间的良好密封性能。当然，阀针22的上述凸形上表面可以设置成弧形、球形、锥形以及能够实现与滑块
26之间的点接触的其他凸形结构。

[0030] 以下对根据本发明的实施例的阀针组件做以概括性的说明。

[0031] 根据本发明的阀针组件的一个实施例，阀针通过固定环保持在套筒的端部中，阀针以其外周壁与固定环的内周壁之间具有预定间隙的方式设置在固定环中。

[0032] 在根据本发明的阀针组件的另一个实施例中，力传递组件包括设置在力施加部件与阀针之间的力传递部件。

[0033] 根据本发明的阀针组件的再一个实施例，上述力传递部件是球体。

[0034] 在根据本发明的阀针组件的另一个实施例中，力传递组件还包括固定在套筒中用于容置力传递部件的衬套。

[0035] 根据本发明的阀针组件的再一个实施例，衬套具有用于容置力传递部件的中空腔室和用于为力传递部件提供支承的小截面部，力传递部件相对于衬套能够运动。

[0036] 在根据本发明的阀针组件的还一个实施例中，当力传递部件支承在小截面部上时，力传递部件的顶部与衬套的上表面之间具有间距A。

[0037] 根据本发明的阀针组件的又一个实施例，力传递组件进一步包括设置在力施加部件与衬套之间的滑块。

[0038] 在根据本发明的阀针组件的另一个实施例中，力传递部件是球体，中空腔室的横截面设置成使得球体能够在中空腔室内自由地运动，小截面部的直径小于球体的直径。

[0039] 根据本发明的阀针组件的再一个实施例，套筒包括第一空腔和第二空腔，在第一空腔与第二空腔之间形成有台阶部，力施加部件支承在台阶部上。

[0040] 在根据本发明的阀针组件的又一个实施例中，上述力施加部件是弹性部件。

[0041] 根据本发明的阀针组件的还一个实施例，上述弹性部件是弹簧。

[0042] 在根据本发明的阀针组件的另一个实施例中，力传递组件与阀针之间的接触点位于阀针的与力传递组件接触的表面的中心。

[0043] 根据本发明的阀针组件的又一个实施例，阀针的阀针主体的高度H满足以下关系：

[0044] H＜L/μ

[0045] 其中，L为与阀针的针体配合的阀座上的阀孔的半径，μ为力传递组件与阀针之间的摩擦系数。

[0046] 在根据本发明的阀针组件的再一个实施例中，阀针具有凸形上表面。

[0047] 根据本发明的阀针组件的还一个实施例，力传递组件包括设置在力施加部件与阀针之间的滑块。

[0048] 在根据本发明的阀针组件的另一个实施例中，上述凸形上表面具有圆弧形状。

[0049] 根据本发明的阀针组件具有以下优势，由于阀针通过其与固定环的间隙配合设置在阀针组件的套筒内，阀针能够相对于固定环运动，而且通过力传递组件将力施加部件施加的作用力作用在阀针的上表面上，由于力传递组件与阀针之间的接触方式为点接触，由此增加了阀针在套筒内的运动的自由度，从而使得阀针在与其点接触的力传递组件的作用下在阀座上旋转和/或摆动，能够使阀针的针体与阀座上的阀孔自动地对中，并由此改善了阀针与阀座之间的密封性能，由此使得采用这种阀针组件的电子膨胀阀能够更加安全和稳定地操作。

[0050] 尽管在此已详细描述本发明的各种实施方式，但是应该理解本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员做出各种改进和变型，所有这些改进和变型都落入本发明所请求保护的范围内。进一步地，所有在本文中描述的部件或构件都可以由在结构和功能上与其等同的其他部件或构件替代。