[发明专利]压电阀

说明书

在流体阀领域内使用有源材料如压电陶瓷和电致伸缩材料是众所周知的。这种设备的运行主要模式是一个悬臂结构，其弯曲以覆盖或打开一个端口。该方法简单，但是存在着相对低的密封力的缺点。

通过使用软性密封以及昂贵的陶瓷或弯曲技术可以达到高的密封力。对于阀门的形式要求它能利用低费用的致动器产生高密封力。

本发明提供的流体阀包括一个阀部件，该部件配置成沿着第一方向移动以控制流体流经一个开孔，以及电子可致动的装置，用于控制所述阀部件的移动，其特征在于该电子可致动装置包括至少一个弯曲元件，该元件沿着所述第一方向布置，但是能沿着横断所述第一方向的方向弯曲，以及该阀部件上设置有一个异形表面，该表面与弯曲元件的一端接合，由此可控制该阀部件的位置。

为了使本发明更易于理解，下面参照附图通过示例的形式详细描述本发明的实施例，其中：

图1表示处于“关断”环境下的本发明的阀；

图2表示处于“打开”环境下的图1的阀；

图3以图的方式表示图1和2中所示的阀的变化；

图4以图方式说明图1和2中所示的阀的进一步实施例的结构和操作。

按照本发明的优选实施例，提供一个具有电致伸缩类型的软密封的通常形状的阀开孔，其一般地用于充气阀的应用中。一般地，对于主压力导航阀，开孔是直径为0.7或1.0mm的平滑孔5，并且密封是腈橡胶。该密封是通过密封部件6提供的，并且该部件6的形状适于在合适的通道或孔7内平滑地移动，以便它可在孔内滑动但不会旋转或滚动。该部件的后表面具有一个以柱面的一段形式出现的凸表面8。

对于一个系统，其中该致动器能移动大约2mm，柱面的半径最好是7.5mm，并且柱面的中心低于后表面5mm。通道或孔7还能支持一个以及最好是两个压电陶瓷或电致伸缩的弯曲设备1。它们可以是任何一种常规的结构，但最好是平面的双压电晶片元件，如EP-A-0265147中所规定的。

为了改善硬度，这些平面双压电晶片元件最好是(但不是排他的)三头(prong)型并且可以是多样的弯曲器以增加该系统的表面。这些弯曲器安装在它们的安装点10，以便它们在受到激励时具有一个2mm的端偏差。通过简单的几何形状可以看出，偏离半径为7.5mm圆的中心线2mm可以产生相对于该圆的中心线一个大约15°的角度。

可以利用位移和偏差的任意合适的组合，调整这些尺寸以达到同样的效果。两个致动器对称地放置在中心线的两边以形成一个30°的角度。弯曲器型致动器的一个特征是当它们在Y平面内变形或改变位置时，X平面必须缩短，因为这种材料有效地卷曲。

如果弯曲致动器是平行于载体上柱面的中心线放置的，在受到激励时X尺寸会诱变(seduce)。为了抵消这种效应，该致动器相对于柱形凸面的中心线旋转，以便当爱到激励时系统中的X尺寸可以达到最大。对于2mm的偏差，在三头双压电晶片元件上的旋转大约是5°。

从上面的描述中可以看出这些组件包括构成V形的双致动器，使该载体的后半部分的柱面特征为杯形。

下面描述该系统的运行。

当把电压加到致动器的1a、1b时，它们就会变形，带动端部3a、3b朝向组件的中心线。由这些设备施加的朝向中心的力通过简单的几何变换为大约4倍于沿移动方向施加的力，但却具有1/4的位移。因为端部到凸面的角度关系会随着该部分以非典型的过集中方式(over-centre)向前移动而变化，致动器向着中心移动得越多，密封向着开孔移动得就越少，但会产生更大的密封力。利用上面讨论的在半径为7.5mm的凸面上的2mm行程，密封件的整个轴向移动大约是0.35mm。为了从1mm的开孔获得干净的气流，需要有0.25mm的孔隙，另外的0.1mm提供密封压缩和必要的限幅力。

图1表示在静止环境下的致动器以及图2表示完全处于受激励环境下的致动器，其中它们在该圆的中心有效地接触。在这种状态下，由气流和返回弹簧施加的压力被处于压缩中的柱反作用，以提供一个刚性的系统。最好但不是排外地，该柱形凸面基本上是柱面的，其在中心处具有一个平直部分以便当该系统受到完全激励时彻底地消除横向推力。

类似地，可以使用该系统的内在恢复力并且该部分可以用作一个负荷(dip)以提供一个锁定动作，该锁定动作将要求压电致动器向外脉动以按照图3所示释放。