用稀土超磁致伸缩材料制作的致动器驱动的高速开关阀

技术领域：

本实用新型利用稀土超磁致伸缩材料在磁场中的大磁致伸缩特性，制作致动器，并用此致动器驱动液压阀。本实用新型将新型机电转换与驱动用于控制流体的流量或压力，实现流量、压力的数字控制，是一种基础元件。可用作高精度阀门、燃料注入阀等。适用于精密机电控制系统，还可用于海底、地下等维护不便的液压系统中。

背景技术：

公知铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变，其长度和体积都要发生微小的变化，这种现象称为磁致伸缩。TbFe2、SmFe2、DyFe2、HoFe2、TbDyFe2(铽铁、钐铁、镝铁、钬铁、铽镝铁)等稀土-铁系化合物不仅磁致伸缩值高，而且居里点高于室温，室温磁致伸缩值为1000～2500×10-6，是传统磁致伸缩材料如铁、镍等的10～100倍，这类材料被称为稀土超磁致伸缩材料(RearEarth Giant magnetostrictive materials，缩写为RE-GMM)。目前人们虽然认识到该种材料的应用价值，但许多应用领域还未得到充分开发。

高速开关阀是一种数字控制阀，其阀口在开启与闭合两种状态间高频切换，通过控制开启切换频率或开启与闭合时间的比率来控制液流。这种工作方式要求驱动阀芯的电-机转换机构频率响应高、输出力大、位移精度高。

本实用新型利用稀土超磁致伸缩材料在电磁场中伸缩运动作为驱动阀芯的动力，控制阀口启、闭，是一种新型高速开关阀。

发明内容：

本实用新型的目的是用铽镝铁材料制作的致动器驱动高速开关阀，使阀的控制口可在开启与闭合两种状态间高频切换。器件结构简单，可靠性高，实现新的控制方式。

本发明的技术方案如图1所示。用稀土超磁致伸缩材料制作的致动器驱动的高速开关阀可分为三个部分，1)由磁致伸缩棒(1)、线圈(2)、致动器外壳(3)、导磁体(14)、线圈架(15)等零件组成的致动器。2)由推杆(10)、位移放大弹簧(11)、压板(12)、传力球(13)、连接块(4)组成的力传递及位移放大机构。3)由阀体(6)、蝶形弹簧(7)、阀端盖(8)、阀芯(9)组成的流体控制阀。三部分由刚性很强的连接螺栓(5)连接。

本实用新型中的RE-GMM致动器是一种新型的电-机械转换装置。其工作原理是，利用稀土超磁致伸缩材料铽镝铁(TbDyFe2)在磁场中的大磁致伸缩特性，获得输出位移与输出力，驱动负载。RE-GMM致动器可取代力马达、力矩马达、步进电机、伺服电机、压电陶瓷，输出高精度、高响应、高可靠性的位移和力，并可直接与计算机联结实现数字控制。

所述的用稀土超磁致伸缩材料制作的致动器驱动的高速开关阀，线圈通电时产生磁场，在磁场中磁致伸缩棒伸长。磁致伸缩棒的变形通过导磁体传递至推力球，使之位移。

推力球安放于压板端部的锥孔中，通过锥面将力与位移传递给压板。压板外缘推压位移放大弹簧外缘，使位移放大弹簧变形；位移放大弹簧内缘得到一个大于压板压点处的轴向位移，位移放大关系依杠杆原理。位移放大弹簧以内缘压在推杆左端上，将放大的位 移传递给推杆，参见图2。推杆顶开阀芯。

流体控制阀阀芯左端锥面与阀体组成控制阀口。阀口开启响应快，没有死区，相对于有限的阀芯位移，可获得较大的阀开口。关闭时闭合性好。阀芯左移时阀口开启，流体可从上油口进入经阀口从下油口流出或从下油口进入经阀口从上油口流出，此时高速开关阀处于“开”状态。如果线圈断电，磁致伸缩棒回复原尺寸，则开关阀处于“关”状态。

阀芯右端压以蝶形弹簧，可通过上述力(位移)传递链对磁致伸缩棒施以预压力。蝶形弹簧的预压力可由左端螺栓调节。

本实用新型的致动器、力输出及位移放大机构、流体控制阀三部分以及阀端盖采用公知连接技术连接，需要密封的液体容腔采用公知密封技术密封。

附图说明：

图1本实用新型的结构示意图

1、磁致伸缩棒2、线圈3、致动器外壳4、连接块5、连接螺栓6、阀体7、蝶形弹簧8、阀端盖9、阀芯10、推杆11、位移放大弹簧12、压板13、传力球14、导磁体15、线圈架

图2力输出及位移放大原理示意图

图3流量控制原理图

具体实施方式：

使用本实用新型可用于液体流量控制。如图3所示，本实用新型线圈获得来自信号电源控制器的脉冲电压，脉冲电压的宽度tp可采用脉宽调制方式控制。高电平对应线圈强磁场、磁棒伸长、阀口开启。控制脉宽度tp就可控制阀口开启时间，控制一段时间的液流流量。

本实用新型采用了具有高频率响应、大输出力的超磁致伸缩材料制作的致动器驱动高速开关阀，且阀芯质量小、预压弹簧弹性模量大。因此开启与闭合过程短，控制精度高。