專利名稱：形狀記憶合金實(shí)現(xiàn)的電控式微型閥門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可控閥門元件裝置，尤其是一種利用形狀記憶合金實(shí)現(xiàn)的電能控制閥門。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的微型閥門通常為電磁式控制方式。這種微型閥門通過電磁線圈產(chǎn)生磁力驅(qū)動(dòng)閥芯 離合閥口實(shí)現(xiàn)閥門開閉。通常這種閥門造價(jià)較高，流通系數(shù)較小，且容易受到電壓的沖擊而 損壞。并且，它的控制電壓通常為在12V或24V及以上，不適用于一些需要更小電壓驅(qū)動(dòng)的 應(yīng)用場(chǎng)合。另外，在某些實(shí)際應(yīng)用情景中，需要利用閥門作一些具體的信號(hào)輸出，以精確控 制水液流通量，以滿足自動(dòng)化控制的需求。而這種傳統(tǒng)的闊門因?yàn)闃?gòu)造精密，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不 易被改裝，難以滿足這些需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種形狀記憶合金實(shí)現(xiàn)的電控式微型閥門，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于改 裝以滿足不同情況下對(duì)閥門不同的要求，具有方便性及多用性。 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
一種新型的電控式微型閥門，其包括進(jìn)液管、分隔層、噴液管、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器， 進(jìn)液管、噴液管通過分別與分隔層兩端連接固定而相連，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器安裝于進(jìn)液管、 分隔層、噴液管連接形成的管體內(nèi)與噴液管的閥門聯(lián)動(dòng)，且兩端加載直流電源控制驅(qū)動(dòng)器變 形而帶動(dòng)噴液管的閥門啟閉。
進(jìn)一步，所述的噴液管的閥門為閥球，其置于噴液管內(nèi)正對(duì)噴口管，其遠(yuǎn)離噴口管一側(cè) 連接聯(lián)動(dòng)件及偏動(dòng)壓力彈簧，聯(lián)動(dòng)件另一端穿過分隔層與形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器相連，形狀記 憶合金驅(qū)動(dòng)器另一端則固定于進(jìn)液管頂部，偏動(dòng)壓力彈簧的另一端與分隔層相抵，其處于一 定壓力狀態(tài)，壓迫閥球抵住噴口管使其密閉。
所述的進(jìn)液管為耐溫塑料制成，其靠近頂部?jī)蓚?cè)設(shè)有相對(duì)應(yīng)的進(jìn)液支管及排氣支管，排 氣支管為可封閉的。
所述的排氣支管設(shè)有內(nèi)螺紋，通過螺栓密封。
所述的進(jìn)液管頂部中間開有小孔，連接件通過小孔將形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器連接固定。 所述的連接件包括螺栓、螺母、密封墊片、固定墊片，螺栓依次穿過形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)
器、固定墊片、進(jìn)液管的小孔、密封墊片，并用螺母在進(jìn)液管外側(cè)固定，螺栓為控制形狀記
憶合金驅(qū)動(dòng)器的控制電極的一端。
所述的噴液管為金屬或塑料制成，外形為漏斗形結(jié)構(gòu)，其下部為錐形的凹面結(jié)構(gòu)，并延 伸有柱狀噴口管。
所述的凹面結(jié)構(gòu)的錐體母線相對(duì)于水平面的夾角為10-60度。
所述的分隔層為金屬制成，其一側(cè)設(shè)有接線柱，其中間設(shè)有穿過聯(lián)動(dòng)件的通絲孔，通絲 孔四周設(shè)有通液孔，接線柱為控制形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的控制電極的另一端。
所述的通絲孔為橢圓形結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)軸容聯(lián)動(dòng)件穿過，短軸對(duì)聯(lián)動(dòng)件導(dǎo)向及限位。 所述的通液孔為2-6個(gè)。所述的進(jìn)液管、分隔層、噴液管連接固定處設(shè)有螺紋，通過螺紋固定。
所述的閥球設(shè)有帶有螺紋的凹孔，通過偏動(dòng)彈簧緊固螺栓依次穿過偏動(dòng)壓力彈簧底圈、 偏動(dòng)彈簧固定墊片與帶有螺紋的凹孔相配合固定偏動(dòng)壓力彈簧。
所述的聯(lián)動(dòng)件包括聯(lián)動(dòng)金屬絲、閥球聯(lián)動(dòng)金屬片、形狀記憶合金聯(lián)動(dòng)金屬片，金屬絲兩 端為掛鉤結(jié)構(gòu)，閥球聯(lián)動(dòng)金屬片通過偏動(dòng)彈簧緊固螺栓固定于偏動(dòng)壓力彈簧底圈之上，且與 金屬絲的一端掛鉤掛接；金屬絲的另一端掛鉤與形狀記憶合金聯(lián)動(dòng)金屬片掛接，且形狀記憶 合金聯(lián)動(dòng)金屬片通過形狀記憶合金底端壓接螺栓依次穿過形狀記憶合金底端壓合墊片、形狀 記憶合金驅(qū)動(dòng)器、形狀記憶合金聯(lián)動(dòng)金屬片并用形狀記憶合金底端壓接螺帽固定以與形狀記 憶合金驅(qū)動(dòng)器相連。
所述的形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器為單程形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器。
所述的單程形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器為拉力螺旋彈簧形式。
其還包括進(jìn)液管下通液支管和噴液管上通液支管，分別位于進(jìn)液管體下部和噴液管體上 部靠近分隔層處。
所述的進(jìn)液管下通液支管和噴液管上通液支管通過橡膠軟管或者硬質(zhì)材料的外接管道相 連，其作為大流量通液孔。
所述的噴液管上通液支管密封，進(jìn)液管下通液支管作為排氣支管。
所述的進(jìn)液管下通液支管密封，噴液管上通液支管作為進(jìn)液支管。 由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)
(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造生產(chǎn)容易，安裝拆卸方便。本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)中，除了噴液管體和進(jìn) 液管體以及分隔層需要單獨(dú)開模制造外，其余零件都可以很方便地在市場(chǎng)中找到。組裝大多 通過螺紋緊固，按照上面所述組裝操作步驟能夠很容易地將各部分連接成為一個(gè)整體，拆卸 時(shí)同樣如此。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，本發(fā)明所述閥門元件能夠在拆卸后，換掉故障部分繼續(xù)正常工 作。
(2) 成本較電磁閥低。主要是指制造成本，同時(shí)包括更換維修成本。傳統(tǒng)的電磁閥主要 成本集中在闊芯上，市場(chǎng)價(jià)位在20元左右，而本發(fā)明所述閥門元件，其核心元件是記憶合金 驅(qū)動(dòng)器，成本可控制在5元左右(本發(fā)明在設(shè)計(jì)過程中利用形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器尺寸在絲徑 0.6mm、內(nèi)徑4mm且圈數(shù)為IO圈，其價(jià)格在5元一個(gè))。
(3) 可改造空間大，適合生活及工業(yè)中自動(dòng)化的需要?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)母脑?，在進(jìn)液管體 內(nèi)部增加適當(dāng)?shù)膫鞲薪Y(jié)構(gòu)，利用形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器以及聯(lián)動(dòng)金屬絲的上下位移這一工作特 性，實(shí)現(xiàn)對(duì)元件工作狀態(tài)以及故障與否等問題的判斷。
(4) 驅(qū)動(dòng)電壓可較電磁閥低。傳統(tǒng)微型電磁閥通常驅(qū)動(dòng)電壓在12V及以上，本發(fā)明中的 形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器，其逆相變溫度在55攝氏度左右，驅(qū)動(dòng)電壓在設(shè)計(jì)時(shí)同樣為12V。當(dāng)通 過設(shè)計(jì)，使形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器逆相變變溫度在低于上述溫度(例如逆相變溫度為40攝氏度) 時(shí)，可以進(jìn)一步降低驅(qū)動(dòng)電壓。
(5) 傳統(tǒng)微型電磁閥和本發(fā)明所述閥門元件同樣具有體積小巧，重量輕巧、噪音幾乎為零 的特點(diǎn)，本發(fā)明所述閥門元件可以通過進(jìn)一步改造使其體積和重量進(jìn)一步減少。


圖1是本發(fā)明的閥門元件整體構(gòu)造圖。 圖2是圖1的外部左視圖。 圖3是圖1的底部正視圖。 圖4是圖1中結(jié)構(gòu)分隔層的俯視視圖。
圖5是圖1中形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器、聯(lián)動(dòng)金屬絲、偏動(dòng)壓力彈簧以及閥球的整體連接示意圖。
圖6是圖5中下面部分閥球和偏動(dòng)壓力彈簧連接方式示意圖。
圖7是圖5中形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器和聯(lián)動(dòng)金屬絲固定連接的方式示意圖。
圖8是圖5中形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器在頂部固定方式的示意圖。
圖9是本發(fā)明的閥門元件初始化充入水液實(shí)施方式的示意圖。
圖IO是本發(fā)明的閥門元件在初始化充入水液過程中，水液不充入進(jìn)液管體內(nèi)腔的實(shí)施方
式示意圖。
圖11是本發(fā)明的閥門元件外接控制電路實(shí)施方式的示意圖。 圖2是本發(fā)明的閥門元件控制通路示意圖。
圖13是本發(fā)明的閥門元件在形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器通電受熱時(shí)工作示意圖，并示意了此時(shí) 閥門開啟水液流入和水液流出的方向。
圖14是具體實(shí)施方式
二所述在圖1所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的閥門元件改進(jìn)設(shè)計(jì)形式 的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
圖15是具體實(shí)施方式
二中第一種子實(shí)施方式的應(yīng)用示意圖一。
圖16是具體實(shí)施方式
二中第一種子實(shí)施方式的應(yīng)用示意圖二。
圖17是具體實(shí)施方式
二中第二種子實(shí)施方式的應(yīng)用示意圖。
圖18是具體實(shí)施方式
二中第三種子實(shí)施方式的應(yīng)用示意圖。
圖19是具體實(shí)施方式
三所述本發(fā)明的閥門元件通過放置在高位的儲(chǔ)液缸所形成的液位 差壓力進(jìn)行噴液的應(yīng)用示意圖。
圖20是具體實(shí)施方式
四所述本發(fā)明的閥門元件通過連接軟管到存有高壓氣體的密封容 器瓶中，利用氣壓力進(jìn)行噴液的應(yīng)用示意圖。
圖21是具體實(shí)施方式
五所述本發(fā)明的闊門元件在仿生六足濕吸爬壁機(jī)器人上的應(yīng)用示 意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
如圖1 圖8所示，本發(fā)明的新型閥門元件使用形狀記憶合金作為開關(guān)閥門的動(dòng)作執(zhí)行 部件。從整體構(gòu)成來講，包含噴液管、分隔層、進(jìn)液管三大部分，主要結(jié)構(gòu)包括噴液管體1-1、 閥球l-2、偏動(dòng)壓力彈簧l-3、聯(lián)動(dòng)金屬絲l-4、噴口管l-5、分隔層2-l、接線柱2-2、通絲 孔2-3、通液孔2-4、進(jìn)液管體3-1、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2、進(jìn)液支管3-3、排氣支管3_4、 排氣管密閉螺栓4-l、頂部固定螺栓4-2、頂部固定螺帽4-3、密閉墊片4-4。
在上層的進(jìn)液管體3-1中，裝有形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2上 部通過頂部固定螺栓4-2，與進(jìn)液管體3-1頂部外側(cè)的頂部固定螺帽4-3固定，在頂部固定 螺帽4-3和進(jìn)液管體3-1頂部外側(cè)之間夾有密閉墊片4-4，用以進(jìn)行密封防止?jié)B水漏液，在 頂部固定螺栓4-2頭部和形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2之間隔著和形狀記憶合金頂部固定墊片 6-5,以使固定更加牢固。
下層的噴液管體1-1內(nèi)裝有偏動(dòng)壓力彈簧1-3，它處于一定的壓縮狀態(tài)，以產(chǎn)生壓力壓 迫閥球1-2和噴液管體1-1前端內(nèi)部凹面密合達(dá)到關(guān)閉水流作用。閥球1-2可由塑料制成， 并在噴口相反一側(cè)開有帶螺紋的凹孔。闊球1-2通過偏動(dòng)彈簧緊固螺栓5-1和偏動(dòng)壓力彈簧 1-3底圈固定，并且在偏動(dòng)壓力彈簧1-3和閥球1-2之間還置有偏動(dòng)彈簧固定墊片5-3。偏動(dòng) 壓力彈簧1-3和偏動(dòng)彈簧緊固螺栓5-1之間夾著與聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4底端鉤狀頭相掛接的閥球 聯(lián)動(dòng)金屬片5-2。聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4從分隔層2-1中心橢圓形的通絲孔2-3中穿出后，頂端進(jìn) 入進(jìn)液管體3-l腔內(nèi)，其頂端鉤狀頭和形狀記憶合金聯(lián)動(dòng)金屬片6-3掛接在一起。形狀記憶 合金聯(lián)動(dòng)金屬片6-3、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2的底圈以及形狀記憶合金底端壓合墊片6-4
6被形狀記憶合金底端壓接螺栓6-1和形狀記憶合金底端壓接螺帽6-2從下到上依次串接連合 并夾壓固定起來。
分隔層2-1上部分和進(jìn)液管體3-1通過螺紋緊固結(jié)合，下部分與噴液管體1-1同樣依靠 螺紋緊固的方式聯(lián)接。通過這樣的方式，分隔層2-l承上啟下地將上下管體組合在了自己的 上下兩端，形成了一個(gè)整體，成為了一個(gè)精巧的功能元件。
在分隔層2-l的中心位置是通絲孔2-3，其俯視形狀為近似橢圓形的小孔，橢圓的長(zhǎng)軸方 向?qū)挾缺ＷC了帶有掛鉤的聯(lián)動(dòng)金屬絲在裝配時(shí)能順利穿過，而短軸方向?qū)挾葎t對(duì)于聯(lián)動(dòng)金屬 絲l-4起到了導(dǎo)向并限制其偏移程度的作用。圍繞橢圓四周，有2至6個(gè)通液孔2-4，這些孔 保證了水液能從上方進(jìn)液管體3-1的內(nèi)腔順利流到下面噴液管體1-1的內(nèi)腔里，從而保證閥 門順利的控制水流的噴射流出。分隔層2-l側(cè)面圓周上，為支出的接線柱2-2，它和頂部固定 螺栓4-2共同組成控制形狀記憶合金3-2動(dòng)作的電極的兩個(gè)端接頭。
組裝操作和工作方式原理介紹
1. 本發(fā)明內(nèi)容涉及具體的裝配順序。裝配的具體步驟是先將偏動(dòng)壓力彈簧l-3、偏動(dòng) 彈簧固定墊片5-3和閥球1-2以及閥球聯(lián)動(dòng)金屬片5-2通過偏動(dòng)彈簧緊固螺栓5-1固定，然后 裝入噴液管體1-1內(nèi)，閥球聯(lián)動(dòng)金屬片5-2鉤掛上聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4，聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4穿過分隔 層2-1中心的通絲孔2-3，分隔層2-1順著聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4朝下壓在偏動(dòng)壓力彈簧1-3上，并 往下與噴液管體1-1通過螺紋旋緊結(jié)合在一起。然后，將形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2的下端底 圈與形狀記憶合金聯(lián)動(dòng)金屬片6-3、形狀記憶合金底端壓合墊片6-4通過形狀記憶合金底端壓 接螺栓6-1和形狀記憶合金底端壓接螺帽6-2壓合連接在一起，并與聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4鉤掛在一 起。其后，將形狀記憶合金3-2的上端與頂部固定墊片6-5通過頂部固定螺栓4-2串接起來， 但此刻不要通過頂部外側(cè)的頂部固定螺帽4-3固定在進(jìn)液管體3-1頂部。其后，將形狀記憶 合金驅(qū)動(dòng)器3-2放入進(jìn)液管體3-1內(nèi)，并使頂部固定螺栓4-2的螺桿通過進(jìn)液管體3-1的頂部 通孔。再后，通過螺紋配合，將進(jìn)液管體3-l旋緊固定在分隔層2-l的另一端。最后，在進(jìn) 液管體3-1頂部外側(cè)的頂部固定螺栓4-2的螺桿上套置一個(gè)密閉墊片4-4，并通過頂部固定螺 帽4-3將形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2牢牢地固定在進(jìn)液管體頂部。
2. 本發(fā)明內(nèi)容所述裝置的工作方式為利用通電形式控制形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2實(shí)現(xiàn) 閥門的開閉。由于本發(fā)明中形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2為單程形狀記憶合金且為拉力彈簧形式， 所以，當(dāng)形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2通電發(fā)熱繼而產(chǎn)生形狀恢復(fù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生巨大的恢復(fù)收縮力， 通過聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4的帶動(dòng)，閥球l-2被拉起從而離開噴口，此時(shí)液體可從噴口處噴出。斷 電后，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2開始冷卻并進(jìn)入到低溫態(tài)。因?yàn)樾螤钣洃浐辖鹪诘蜏貞B(tài)時(shí)， 產(chǎn)生形變所需外力很小，所以在偏動(dòng)壓力彈簧1-3的推力作用下，閥球1-2被重新壓合在噴 液管體1-1前端內(nèi)部凹面上，堵住水液流動(dòng)，閉合閥門，同時(shí)因?yàn)槁?lián)動(dòng)金屬絲1-4的作用， 帶動(dòng)形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2伸長(zhǎng)，為下次通電工作做準(zhǔn)備。
在本發(fā)明的設(shè)計(jì)中，包含有以下幾個(gè)關(guān)鍵性的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1.本發(fā)明包含對(duì)形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2控制通路的設(shè)計(jì)。為了避免在進(jìn)液管體3-1內(nèi) 腔里面放置導(dǎo)線而增加一些多余的體積，不利于元件的微型化，同時(shí)，為了避免由于放置導(dǎo) 線在腔體內(nèi)部并需要引出而導(dǎo)致出現(xiàn)密封不嚴(yán)、裝配復(fù)雜化、阻塞水流通路以及繞線卡位等 問題，本發(fā)明內(nèi)容設(shè)計(jì)了通過分隔層2-l、偏動(dòng)壓力彈簧l-3和聯(lián)動(dòng)金屬絲l-4串聯(lián)組成導(dǎo)電 通路的控制回路形式。由于分隔層2-l為金屬材料，進(jìn)液管體3-l和噴液管體1-1都被設(shè)計(jì)為 耐溫絕緣材料制成，所以分隔層2-1和形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2不直接連接形成通路；而偏 動(dòng)壓力彈簧1-3為金屬，并且它的上部與分隔層2-1接觸，下部通過偏動(dòng)彈簧緊固螺栓5-1和 閥球聯(lián)動(dòng)金屬片5-2與聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4下端連接在一起，聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4上端又與形狀記憶合 金驅(qū)動(dòng)器3-2下端通過形狀記憶合金聯(lián)動(dòng)金屬片6-3聯(lián)接在一起；所以通過這樣的關(guān)系，分 隔層2-1就能通過偏動(dòng)壓力彈簧1-3和聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4與形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2的下端形成 等電位了。分隔層2-l上的接線柱2-2自然成了電極的一端了。2. —般的應(yīng)用中，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2直接暴露在空氣中，冷卻過程非常的緩慢(根 據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)， 一個(gè)逆相變溫度在50攝氏度左右，絲徑在0.6mm的形狀記憶合金彈簧在室溫 20度情況下，冷卻時(shí)間在IO秒左右)，在空氣中冷卻難以實(shí)現(xiàn)閥門元件快速關(guān)閉的功能作用。 本發(fā)明在設(shè)計(jì)中考慮了當(dāng)通電發(fā)熱后，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2在斷電閉合閥門時(shí)迅速冷卻 的需要。由于進(jìn)液支管3-3處的水液不斷通過形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2所在的進(jìn)液管體3-1內(nèi) 腔進(jìn)入噴液管體1-1內(nèi)，進(jìn)而流出閥門，因此當(dāng)斷電后，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2可被迅速 地冷卻(據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)，冷卻直到相變完成的時(shí)間最多不超過2秒)。
3. 本發(fā)明內(nèi)容含有對(duì)排氣支管3-4的辨計(jì)。由于在初始狀態(tài)時(shí)，閥門腔體內(nèi)全是空氣， 沒有水液，而閥門噴口管1-5上的出水噴口是被閥球1-2堵住的，因此，氣體將會(huì)駐留腔體 內(nèi)部并堵住進(jìn)液支管3-3上進(jìn)水口 ，此時(shí)將排氣支管3-4上的排氣管密閉螺栓4-1旋緊，則液 體很難從進(jìn)液支管3-3流入。此時(shí)，將閥門噴口朝下，垂直放置，并將排氣支管3-4上的排 氣管密閉螺栓4-1旋出，則水液可順利流入閥門腔體內(nèi)。當(dāng)排氣支管3-4處有液體流出時(shí)， 則表示水液己充滿整個(gè)腔體。
4. 形狀記憶合金在空氣中加熱恢復(fù)形狀迅速但冷卻進(jìn)入低溫相非常緩慢，而在水中冷 卻快，但加熱時(shí)耗能大且相比空氣環(huán)境中較遲緩。本發(fā)明中的設(shè)計(jì)可以一定程度地克服在這 兩個(gè)環(huán)境中形狀記憶合金所表現(xiàn)出的缺點(diǎn)。所謂一定程度是指，這時(shí)需要本發(fā)明中的閥門必 須是豎直放置的，且噴液管口朝下，如果需要傾斜放置，傾斜角度最好不超過45度。在此形 式下，當(dāng)初始化充入水液時(shí)，可以不必等到排氣支管3-4滲出水液再旋上排氣管密閉螺栓4-1。 此時(shí)，內(nèi)部留有一定量的空氣，并且在噴液管體1-1內(nèi)存有水液?？諝獾牧舸媪孔銐蚨鄷r(shí)， 可保證閥門閉合時(shí)，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2處于空氣環(huán)境。通電時(shí)，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器 3-2可被迅速加熱開始工作并拉起閥球1-2打丌閥門。此時(shí)進(jìn)液支管3-3開始流入水液，并不 斷沖刷形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2。當(dāng)斷電時(shí)，由于水液沖刷的作用，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2 可以被迅速地冷卻，使偏動(dòng)壓力彈簧1-3開始工作，壓合閥球l-2和噴液管體卜l前端內(nèi)部凹 面，關(guān)閉閥門。
5. 本發(fā)明還對(duì)噴口管1-5及噴液管體1-1前端凹面斜度進(jìn)行了設(shè)計(jì)。噴口管1-5呈圓筒 狀支出，和進(jìn)液支管3-3的作用類似，是為了與外部管道相連接，以利于實(shí)際應(yīng)用。噴液管 體1-1前端凹面錐體的母線相對(duì)水平面的傾斜角度不宜過大和過小，過大(噴液管體1-1前端 呈尖錐形)將使得水液流動(dòng)難以暢通，因此， 一般最大角度應(yīng)該限制在60度以內(nèi)；而過小趨 于O度(噴液管體1-1前端凹面趨于水平)則使得閥球l-2在開啟后閉合時(shí)無法回到原來位置堵 住噴液口， 一般傾角不宜小于10度。在本發(fā)明設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的凹面錐體母線相對(duì)于水平面的 夾角為30度。
6. 本發(fā)明包含所設(shè)計(jì)的改進(jìn)型。改進(jìn)型中加入了進(jìn)液管下通液支管7-1和噴液管上通液 支管7-2，這兩者在應(yīng)用中有多種作用和好處。以下具體實(shí)施方式
二中將進(jìn)行具體說明。
具體實(shí)施方式
一參見圖9 圖13，本實(shí)施方式為普通一般應(yīng)用模式。主要結(jié)構(gòu)包括噴液 管體1-1、閥球1-2、偏動(dòng)壓力彈簧1-3、聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4、噴口管1-5、分隔層2-1、接線柱 2-2、通絲孔2-3、通液孔2-4、進(jìn)液管體3-l、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2、進(jìn)液支管3-3、排氣 支管3-4、排氣管密閉螺栓4-l、頂部固定螺栓4-2、頂部固定螺帽4-3、密閉墊片4-4。進(jìn)液 管體3-1和噴液管體1-1通過螺紋連接于分隔層2-1上下端構(gòu)成閥門的閥體；形狀記憶合金 驅(qū)動(dòng)器3-2作為核心的驅(qū)動(dòng)力提供者，其一端通過頂部固定螺栓4-2和頂部固定螺帽4-3以及 密閉墊片4-4固定于進(jìn)液管體3-1內(nèi)部頂端，另一端的底圈通過形狀記憶合金底端壓合墊片 6-4、形狀記憶合金底端壓接螺栓6-1和形狀記憶合金底端壓接螺帽6-2和形狀記憶合金聯(lián)動(dòng) 金屬片6-3固定在一起；在分隔層2-1下面的噴液管體1-1內(nèi)部，置有偏動(dòng)壓力彈簧1-3，其 一端和分隔層2-1底面相抵靠，另一端通過偏動(dòng)彈簧緊固螺栓5-1和偏動(dòng)彈簧固定墊片5-3 與閥球1-2以及閥球聯(lián)動(dòng)金屬片5-2固定在一起；聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4作為傳動(dòng)構(gòu)件，中間的絲 體部分穿過分隔層的通絲孔2-3,其上下兩端的鉤狀體分別與形狀記憶合金聯(lián)動(dòng)金屬片6-3和闊球聯(lián)動(dòng)金屬片5-2相掛接，從而將形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2和閥球2-1以及偏動(dòng)壓力彈 簧關(guān)聯(lián)在了一起。
工作原理和方式
初始化時(shí)，需要預(yù)先充入液體。液體可以充滿整個(gè)閥門腔體，也可在一直豎直且噴口朝 下地放置時(shí)，充滿噴液管體1-1內(nèi)腔即止(通過預(yù)先估計(jì)需要的液體量適量充入腔體)。初始化 充液時(shí)，需要先旋出排氣支管3-4上的排氣管密閉螺栓4-l，然后通過進(jìn)液支管3-3所外接的 管道充入液體。充好液體之后，旋緊排氣管密閉螺栓4-l，即可開始工作。
工作時(shí)，通過接在接線柱2-2和頂部固定螺栓4-2上的導(dǎo)線，從外部輸入一定電流，并 通過分隔層2-l、偏動(dòng)壓力彈簧l-3以及聯(lián)動(dòng)金屬絲l-4，將此電流供給形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器 3-2。形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2在電流作用下發(fā)熱，達(dá)到逆相變點(diǎn)，開始恢復(fù)形狀。由于本發(fā) 明中所用形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2為拉力彈簧形式，恢復(fù)形狀時(shí)，產(chǎn)生收縮的動(dòng)作，并產(chǎn)生 強(qiáng)大的回復(fù)力，這個(gè)回復(fù)力帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4往閥門噴口反方向運(yùn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)閥球1-2 離開噴液管體1-1內(nèi)部前端凹面。閥門開啟，噴口處的水開始通過噴口管1-5往外噴射。當(dāng) 斷電時(shí)，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2在水流沖刷作用下，迅速冷卻，開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相，此 時(shí)，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2變得相當(dāng)松軟，拉動(dòng)力迅速變小。而偏動(dòng)壓力彈簧1-3此時(shí)仍 保持收縮狀態(tài)，形成巨大的推動(dòng)力，推動(dòng)閥球1-2復(fù)位，重新壓合在噴液管體1-1內(nèi)部前端 凹面上，堵住噴口，關(guān)閉閥門。而由于聯(lián)動(dòng)金屬絲l-4的作用，使得形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2 在拉力作用下，被拉伸并產(chǎn)生形變。這樣就完成了一次對(duì)水液流體通斷的控制。如上述過程 反復(fù)進(jìn)行，即可不斷地控制水液流體的運(yùn)動(dòng)。
具體實(shí)施方式
二參見圖14~圖18，這是針對(duì)具體實(shí)施方式
一中設(shè)計(jì)形式的改進(jìn)方案。
具體實(shí)施方式
一中的設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單可行，但是在應(yīng)用中存在不夠靈活的問題。本具體實(shí)施方 式中，結(jié)構(gòu)如圖14所示，主要結(jié)構(gòu)與具體實(shí)施方式
一中所述結(jié)構(gòu)及其連接方式基本相同仍 然包括噴液管體1-1、閥球1-2、偏動(dòng)壓力彈簧1-3、聯(lián)動(dòng)金屬絲1-4、噴口管1-5、分隔層2-K 接線柱2-2)、通絲孔2-3、通液孔2-4、進(jìn)液管體3-1、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2、進(jìn)液支管3-3、 排氣支管3-4、排氣管密閉螺栓4-l、頂部固定螺栓4-2、頂部固定螺帽4-3、密閉墊片4-4， 但其還增加了的進(jìn)液管下通液支管7-1和噴液管上通液支管7-2，分別位于進(jìn)液管體3-1下部 和噴液管體上部1-1靠近分隔層處。具體的實(shí)施中，當(dāng)給這兩者旋上螺栓進(jìn)行緊固密封后， 便和具體實(shí)施方式
一所述的應(yīng)用形式和內(nèi)容相同。
增加的這兩個(gè)結(jié)構(gòu)有三種應(yīng)用方式，即以下所述三種子實(shí)施方式。
第一種子實(shí)施方式由于分隔層2-1上的通液孔2-4較為細(xì)小，可能難以符合一些需要 較大流量場(chǎng)合的需要，并且通液孔2-4太小還容易造成流通路徑的堵塞，所以在這樣的情況 下，可以把進(jìn)液管下通液支管7-1和噴液管上通液支管7-2用外接管道7-3連接起來，管道的 連接方式具體有如圖15和圖16所示的兩種。圖15中是利用橡膠軟管連接而實(shí)現(xiàn)外接管道 7-3的安裝。橡皮軟管容易破漏，所以圖16示意了利用硬質(zhì)材料制成的外接管道7-3，并通 過外接緊固螺帽7-4將這個(gè)管道壓合密封在進(jìn)液管下通液支管7-1和噴液管上通液支管7-2 上。當(dāng)然，用硬質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)外接管道7-3連接的前提條件是，進(jìn)液管體和噴液管體旋緊裝配 于分隔層上時(shí)，進(jìn)液管下通液支管7-1和噴液管上通液支管7-2必須朝向同一方向，這需要 加工制造時(shí)的精密配合。
第二種子實(shí)施方式如圖17所示，這種方式的特點(diǎn)是在初始化加入液體時(shí)，進(jìn)液的方式 和具體實(shí)施方式
一所述的不同，此時(shí)，須將進(jìn)液管體3-l上的排氣支管3-4密封起來，同時(shí) 用螺栓緊固密封噴液管上通液支管7-2，液體從進(jìn)液支管3-3流入后，當(dāng)有液體從進(jìn)液管下通 液支管7-l流出時(shí)，表示液體已經(jīng)充滿整個(gè)噴液管體1-1內(nèi)腔，并且分隔層2-l的通液孔2-4 暢通。由于進(jìn)液管下通液支管7-l通孔靠近分隔層2-l，所以此時(shí)水液基本不會(huì)浸沒住形狀記 憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2。然后緊固密封進(jìn)液管下通液支管7-l，開始工作。工作時(shí)，閥門須豎直放 置，噴口朝下。閥門閉合時(shí)，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2處于空氣環(huán)境，加熱迅速，開啟閥門；此后，液體從進(jìn)液支管3-3流入，斷電后，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2可被迅速冷卻，并使閥 門迅速閉合。
第三種子實(shí)施方式如圖18所示，在上述第二種子方式所述的初始化加液過程完畢后，
用螺栓緊固密封進(jìn)液支管3-3，并且使閥門豎直放置，噴口朝下。工作時(shí)，從進(jìn)液管下通液支 管7-1或噴液管上通液支管7-2進(jìn)液。這種方式下，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2被通電加熱后， 不會(huì)被水液沖刷，斷電也不會(huì)由于液體的沖刷迅速冷卻。其散熱冷卻過程是在密閉空氣環(huán)境 中自然完成的，這個(gè)過程較為緩慢。當(dāng)需要延遲閥門關(guān)閉，并且希望能節(jié)省能耗時(shí)，此可應(yīng) 用此實(shí)施方式所述的方法。
具體實(shí)施方式
三如圖19所示，這是本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用方式之一。儲(chǔ)液缸8-l置于閥門 體的上方，并且儲(chǔ)液缸8-1為開放容器，與外界大氣壓相連通。由于儲(chǔ)液缸8-1液面高于閥 門噴口所在位置的水位，閥門里的水體受到由液位落差所形成的水壓的作用。當(dāng)通電使形狀 記憶合金驅(qū)動(dòng)器3-2動(dòng)作并開啟閥門時(shí)，水液就能在上述的水壓作用下被噴射而出。
具體實(shí)施方式
四如圖20所示，為本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用方式之二。與具體實(shí)施方式
三所述的 應(yīng)用方式不同的是，本實(shí)施方式中不利用儲(chǔ)液缸8-1在上方形成的液位差噴射液體。本實(shí)施 方式中通過將進(jìn)液支管3-3所連的管道插入一個(gè)密封容器瓶8-2中，此容器內(nèi)部包含有較高 壓氣體，當(dāng)閥門開啟后，這些高壓氣體所產(chǎn)生的氣動(dòng)力會(huì)壓迫閥門噴口的水液使之噴射而出。
具體實(shí)施方式
五如圖21所示，這是本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例示意。這個(gè)實(shí)例中，本發(fā)明應(yīng)用于 一種被稱為仿生六足濕吸爬壁機(jī)器人9-1的運(yùn)動(dòng)裝置之上。這種機(jī)器人模仿螞蟻、蟋蟀等昆 蟲分泌粘性液體附著并運(yùn)動(dòng)于垂直壁面之上的爬壁方式，需要不斷在其運(yùn)動(dòng)肢體9-2的前端 足掌9-3或其所面對(duì)的壁面上噴射一些液體，以使其能夠像昆蟲一樣在垂直壁面上自由運(yùn)動(dòng)。 具體的布置方式為，在爬壁機(jī)器人9-1軀干靠近運(yùn)動(dòng)肢體9-2位置，分別垂直放置六個(gè)闊門 元件，閥門的進(jìn)液支管3-3所接管道末端伸入安裝在爬壁機(jī)器人背部的密閉儲(chǔ)液池9-4，此密 閉儲(chǔ)液池9-4內(nèi)充有高壓氣體；閥門的噴口管1-5所接管道和安裝在足掌前端的微噴頭9-5相 連。閥門初始化充液時(shí)，將液體充滿噴液管體1-1內(nèi)腔即止。這樣，既能很容易地加熱處于 空氣中的形狀記憶合金，又能在斷電時(shí)使形狀記憶合金迅速冷卻，實(shí)現(xiàn)閥門的快速通斷，最 終實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人9-1噴液爬壁的功能。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉 本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng) 用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種新型的電控式微型閥門，其特征在于其包括進(jìn)液管(3-1)、分隔層(2-1)、噴液管(1-1)、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(3-2)，進(jìn)液管(3-1)、噴液管(1-1)通過分別與分隔層(2-1)兩端連接固定而相連，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(3-2)安裝于進(jìn)液管(3-1)、分隔層(2-1)、噴液管(1-1)連接形成的管體內(nèi)與噴液管(1-1)的閥門聯(lián)動(dòng)，且兩端加載直流電源控制驅(qū)動(dòng)器(3-2)變形而帶動(dòng)噴液管(1-1)的閥門啟閉。
2、 如權(quán)利要求1所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的噴液管(1-1)的 闊門為閥球(1-2)，其置于噴液管(1-1)內(nèi)正對(duì)噴口管(1-5)，其遠(yuǎn)離噴口管(1-5) —側(cè) 連接聯(lián)動(dòng)件及偏動(dòng)壓力彈簧(1-3)，聯(lián)動(dòng)件另一端穿過分隔層(2-1)與形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(3-2)相連，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(3-2)另一端則固定于進(jìn)液管(3-1)頂部，偏動(dòng)壓力彈 簧(1-3)的另一端與分隔層(2-1)相抵，其處于一定壓力狀態(tài)，壓迫閥球(1-2)抵住噴口 管(1-5)使其密閉。。
3、 如權(quán)利要求1所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的進(jìn)液管(3-1)為 耐溫塑料制成，其靠近頂部?jī)蓚?cè)設(shè)有相對(duì)應(yīng)的進(jìn)液支管(3-3)及排氣支管(3-4)，排氣支管(3-4)為可封閉的。
4、 如權(quán)利要求3所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的排氣支管(3-4) 設(shè)有內(nèi)螺紋，通過螺栓(4-1)密封。
5、 如權(quán)利要求3所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于；所述的進(jìn)液管(3-1)頂 部中間開有小孔，連接件通過小孔將形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(3-2)連接固定。
6、 如權(quán)利要求5所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的連接件包括螺栓 (4-2)、螺母(4-3)、密封墊片(4-4)、固定墊片(6-5)，螺栓(4-2)依次穿過形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(3-2)、固定墊片(6-5)、進(jìn)液管(3-1)的小孔、密封墊片(4-4)，并用螺母(4-3) 在進(jìn)液管(3-1)外側(cè)固定，螺栓(4-2)為控制形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(3-2)的控制電極的一端。
7、 如權(quán)利要求1所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的噴液管(1-1)為 金屬或塑料制成，外形為漏斗形結(jié)構(gòu)，其下部為錐形的凹面結(jié)構(gòu)，并延伸有柱狀噴口管(l-5)。
8、 如權(quán)利要求7所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的凹面結(jié)構(gòu)的錐體母 線相對(duì)于水平面的夾角為10-60度。
9、 如權(quán)利要求1所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的分隔層(2-1)為 金屬制成，其一側(cè)設(shè)有接線柱(2-2)，其中間設(shè)有穿過聯(lián)動(dòng)件的通絲孔(2-3)，通絲孔(2-3) 四周設(shè)有通液孔(2-4)，接線柱(2-2)為控制形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(3-2)的控制電極的另一 端。
10、 如權(quán)利要求9所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的通絲孔(2-3)為橢圓形結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)軸的寬度容聯(lián)動(dòng)件穿過，短軸對(duì)聯(lián)動(dòng)件導(dǎo)向及限位。
11、 如權(quán)利要求9所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的通液孔(2-4)為 2-6個(gè)。
12、 如權(quán)利要求1所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的進(jìn)液管(3-1)、 分隔層(2-1)、噴液管(1-1)連接固定處設(shè)有螺紋，通過螺紋固定。
13、 如權(quán)利要求2所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的閥球(1-2)設(shè)有 帶有螺紋的凹孔，通過螺栓(5-1)依次穿過偏動(dòng)壓力彈簧(1-3)底圈、固定墊片(5-3)與帶 有螺紋的凹孔相配合固定偏動(dòng)壓力彈簧(1-3)。
14、 如權(quán)利要求2所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的聯(lián)動(dòng)件包括聯(lián)動(dòng) 金屬絲(1-4)、聯(lián)動(dòng)金屬片(5-2)、 (6-3)，金屬絲(1-4)兩端為掛鉤結(jié)構(gòu)，分別與聯(lián)動(dòng)金 屬片(5-2)、 (6-3)掛接，聯(lián)動(dòng)金屬片(5-2)通過螺栓(5-1)固定于偏動(dòng)壓力彈簧(1_3) 底圈之上，聯(lián)動(dòng)金屬片(6-3)通過螺栓(6-l)依次穿過墊片(6-4)、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(3-2)、 聯(lián)動(dòng)金屬片(6-3)并用螺帽(6-2)固定以與形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器(3-2)相連。
15、 如權(quán)利要求1所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的形狀記憶合金驅(qū) 動(dòng)器(3-2)為單程形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器。
16、 如權(quán)利要求15所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的單程形狀記憶合 金驅(qū)動(dòng)器為拉力螺旋彈簧形式。
17、 如權(quán)利要求1-16任一項(xiàng)所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于其還包括進(jìn)液 管下通液支管(7-l)和噴液管上通液支管(7-2)，分別位于進(jìn)液管體(3-1)下部和噴液管體上部(1-1)靠近分隔層處。
18、 如權(quán)利要求17所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的進(jìn)液管下通液支 管(7-1)和噴液管上通液支管(7-2)通過橡膠軟管或者硬質(zhì)材料的外接管道(7-3)相連， 其作為大流量通液孔。
19、 如權(quán)利要求17所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的噴液管上通液支 管(7-2)密封，進(jìn)液管下通液支管(7-1)作為排氣支管。
20、 如權(quán)利要求17所述的新型的電控式微型閥門，其特征在于所述的進(jìn)液管下通液支 管(7-1)密封，噴液管上通液支管(7-2)作為進(jìn)液支管。
全文摘要
一種形狀記憶合金實(shí)現(xiàn)的電控式微型閥門，其包括進(jìn)液管、分隔層、噴液管、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器、聯(lián)動(dòng)件、閥球、偏動(dòng)壓力彈簧，進(jìn)液管、噴液管通過分別與分隔層連接固定而相連；閥球置于噴液管內(nèi)正對(duì)噴口管，其遠(yuǎn)離噴口管一側(cè)與聯(lián)動(dòng)件相連，聯(lián)動(dòng)件另一端穿過分隔層與形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器相連，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器另一端固定于進(jìn)液管頂部；偏動(dòng)壓力彈簧一端與分隔層相抵，另一端與閥球相連，其處于一定壓力狀態(tài)壓迫閥球抵住噴口管使其密閉，由電能控制形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作而帶動(dòng)閥球進(jìn)而開閉閥門。本發(fā)明造價(jià)低，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆簡(jiǎn)便，易通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)適應(yīng)某些特定的工農(nóng)業(yè)及生活自動(dòng)化要求。
文檔編號(hào)F16K11/044GK101509556SQ20091004785
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者斌 何, 振 劉, 黎明和 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)