1.本技术涉及电磁阀技术领域，尤其涉及一种激振体内置式自破冰电磁阀。
背景技术：2.电磁阀是利用电流来控制自身开启和关闭的阀门元件，可以适用于控制各种流体，如液体、气体等。由于电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，因此，在现代工业自动化控制系统中应用非常广泛。虽然现有电磁阀的种类和形式多种多样，但其核心工作原理均为通过控制电流产生的电磁力来控制衔铁位移进而控制流体的流量，电磁阀能正常工作的前提是保证其运动部件不受外界干扰而顺利移动。
3.但由于电磁阀的实际工作环境常常是非常恶劣的，其中一种最为常见的工作环境就是低温严寒。在该工作环境下，当被控流体为液态水或是含有大量水汽的气体时，电磁阀的运动部件经常会因为长时间处在低温环境而被冻结，导致自身运动部件无法运动而不能正常工作。针对此类问题，现有技术一般通过在电磁阀系统中配置电加热模块，在控制系统启动前首先开启电磁阀电加热模块，利用电加热模块产生的热量加热冻结部位并使结冰融化。该方法的缺点是：除冰效率较低，在结冰融化前往往需要加热整个电磁阀，热效率较低且会消耗系统大量电能。
技术实现要素：4.本技术的实施例提供一种激振体内置式自破冰电磁阀，通过在阀座与中心导柱组件之间的环腔内设置环形密封垫，使得阀座内的液体无法进入电磁吸合部的安装腔内，从而避免了安装腔内的零件结冰。同时，通过套设在中心导柱组件上的激振体产生超声波，并通过中心导柱组件向下实现声能定向传递，当载有超强波动能量的超声波通过中心导柱组件传递到电磁阀的结冰界面时，在冻结界面产生热量和剪切应力，进而在不完全融化结冰的情况下即可实现破冰，破冰效率高且能耗低。
5.为达到上述目的，本技术的实施例提供了一种激振体内置式自破冰电磁阀，包括上下连接的电磁吸合部和阀座；所述阀座内设有阀出流孔和中空阀管，所述中空阀管内设有阀进流孔；所述电磁吸合部内设有铁芯，所述铁芯内设有安装腔，所述安装腔内设有阀控运动部，所述阀控运动部包括滑动连接在所述安装腔内的中心导柱组件；所述中心导柱组件位于所述中空阀管的上方；当所述中心导柱组件运动至下极限位置时，所述中心导柱组件的下端面与所述中空阀管的上端面抵接，所述阀进流孔和阀出流孔断开；当所述中心导柱组件离开下极限位置时，所述阀进流孔和阀出流孔连通；所述中心导柱组件包括下部大端和上部小端，所述中心导柱组件的上部小端上套设衔铁环，所述衔铁环与所述中心导柱组件的下部大端之间设有激振体；所述激振体能够激励超声波并实现声能定向传递，使超声波传递到所述中心导柱组件的下端面，并产生热量和剪切应力；所述阀座与所述中心导柱组件之间设有环形密封垫；所述环形密封垫靠近所述电磁吸合部设置。
6.进一步地，所述激振体为压电超声激振单元；包括电极片组和压电晶片组；所述电
极片组包括下电极片、中间电极片和上电极片；所述压电晶片组包括下压电晶片和上压电晶片；所述下电极片、所述下压电晶片、所述中间电极片、所述上压电晶片和所述上电极片由下至上依次设置；所述下电极片和所述上电极片连接交变信号驱动电源的第一极；所述中间电极片连接交变信号驱动电源的第二极。
7.进一步地，所述压电晶片组的极化方向为所述压电晶片组的轴向。
8.进一步地，所述压电晶片组的极化方向为所述压电晶片组的周向。
9.进一步地，所述阀控运动部还包括弹簧、施压环和导向套；所述安装腔包括相互连通的弹簧安装腔和衔铁环安装腔；所述弹簧的两端分别抵接所述导向销安装腔的顶面和所述中心导柱组件的上端面；所述中心导柱组件的下端面与所述中空阀管的上端面抵接；所述中心导柱组件的下端外圆柱面与所述衔铁环安装腔的内壁面之间设有导向套；所述施压环的直径大于所述弹簧安装腔的孔径，所述施压环套装在所述中心导柱组件上，且位于所述衔铁环的上方。
10.进一步地，所述中心导柱组件包括中心导柱和连接在中心导柱下部的独立压块；所述独立压块的下端面与所述中空阀管的上端面抵接；所述环形密封垫的内端压紧在所述中心导柱和所述独立压块之间。
11.进一步地，所述电磁吸合部包括连接在所述阀座上表面上的支架；所述支架内设有铜绕线和绕线骨架，所述支架的口部设有支架盖板。
12.进一步地，所述铁芯的下端伸出所述绕线骨架并形成限位凸缘，所述阀座的上端面上设有与所述限位凸缘相适配的限位槽，所述限位凸缘容置于所述限位槽内；所述环形密封垫的外端压紧在所述限位凸缘和所述限位槽的槽底之间。
13.进一步地，所述阀进流孔沿所述阀座的轴向延伸，所述阀出流孔沿所述阀座的径向延伸。
14.进一步地，所述中空阀管与所述阀座之间通过密封件密封。
15.本技术相比现有技术具有以下有益效果：
16.1、本技术实施例通过在中心导柱上套设压电超声激振单元，利用电场作用下的压电晶片激励超声波并在特定系统振型下实现声能定向传递，当载有超强波动能量的超声波传递到电磁阀结冰界面(中空阀管上表面所在的平面)时，在冻结界面产生热量和剪切应力，进而在不完全融化结冰的情况下即可实现破冰，相比于传统的电加热融冰式除冰电磁阀，本技术实施例电磁阀系统的破冰效率高且能耗低；同时，通过在阀座与中心导柱组件之间的环腔内设置环形密封垫，使得阀座内的液体无法进入电磁吸合部的安装腔内，从而避免了安装腔内的零件结冰，即保护了安装腔内的零件，又降低了破冰难度。
17.2、本技术实施例中的激振体中的压电晶片的极化方向可以为轴向也可以为周向，当压电晶片的极化方向为轴向时，可在传振体的阀口处产生纵向伸缩振动；当激振体中的压电晶片的极化方向为周向时，可在传振体的阀口处产生周向扭转振动，由此，可以具有不同破冰效果并可适用不同的应用场景。
18.3、本技术实施例通过控制电磁吸合部的驱动电流的大小即可实现对衔铁环运动位移大小的实时控制，从而达到控制阀口流量的效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本技术实施例激振体内置式自破冰电磁阀的结构示意图；
21.图2为本技术实施例激振体内置式自破冰电磁阀中电磁吸合部、阀控运动部、激振体和环形密封件的连接结构示意图；
22.图3为本技术实施例激振体内置式自破冰电磁阀中铁芯的结构示意图；
23.图4为本技术实施例激振体内置式自破冰电磁阀中激振体与中心导柱、衔铁环和施压环的连接结构示意图；
24.图5为本技术实施例激振体内置式自破冰电磁阀中独立压块的结构示意图；
25.图6为本技术实施例激振体内置式自破冰电磁阀中阀座的结构示意图；
26.图7为本技术实施例激振体内置式自破冰电磁阀中中空阀管的结构示意图；
27.图8为本技术实施例激振体内置式自破冰电磁阀中压电晶片的驱动电路图；
28.图9为本技术实施例激振体内置式自破冰电磁阀的纵振振型图；
29.图10为本技术实施例激振体内置式自破冰电磁阀的扭振振型图。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
32.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
33.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
34.参照图1，本技术的实施例提供了一种激振体内置式自破冰电磁阀，包括电磁吸合部1、铁芯2、阀控运动部3、阀座4、衔铁环5、激振体6和环形密封垫7。
35.参照图1、图2和图6，电磁吸合部1包括支架101、绕线骨架102、支架盖板103和铜绕线104。其中，支架101内设有铜绕线104和绕线骨架102，铜绕线104缠绕在绕线骨架102上形成电磁线圈，电磁线圈可通过电磁感应现象产生磁力，进而来进行吸合控制，实现阀口开闭
控制功能。支架101下部设有支架安装孔105，阀座4的上表面上设有螺纹连接孔42，螺栓穿过支架安装孔105后与阀座4紧固，将电磁吸合部1连接在阀座4的上表面上。由此，支架101能够对内部零件起到保护作用。支架101的口部设有支架盖板103，支架盖板103上设有沿轴向贯通的中心孔。
36.参照图1、图6和图7，支架101的下端连接阀座4。阀座4为中空的圆盘，圆盘的下端口部连接中空阀管8，具体的，中空阀管8通过压板12压紧在阀座4内。由此，既可以压紧中空阀管8，还可以对其进行保护。中空阀管8与阀座4之间通过密封件11密封。具体的，中空阀管8的外圆柱面上设有密封槽82。密封件11设置在密封槽82内。由此，可以提高电磁阀的密封性。中空阀管8的中部形成阀进流孔81，阀进流孔81与阀座4的轴线重合。阀座4上还设有阀出流孔41，阀出流孔41贯通沿阀座4的侧壁，且与阀座4的中空部连通。
37.参照图1至图3，电磁吸合部1内设有铁芯2，铁芯2的上端插入支架盖板103的中心孔内。铁芯2的下端伸出支架101并形成限位凸缘23，阀座4的上端面上设有与限位凸缘23相适配的限位槽43，限位凸缘23容置于限位槽43内。铁芯2内设有安装腔21，安装腔21包括相互连通的弹簧安装腔211和衔铁环安装腔212。弹簧安装腔211和衔铁环安装腔212共同形成开口朝下的阶梯盲孔。衔铁环安装腔212的口部设有导向槽22。
38.安装腔21内设有阀控运动部3。阀控运动部3包括中心导柱组件31、弹簧32、导向套33和施压环34。弹簧32的两端分别抵接弹簧安装腔211的顶面和中心导柱组件31的上端面。中心导柱组件31位于中空阀管8的上方，中心导柱组件31的下端面与中空阀管8的上端面抵接。中心导柱组件31包括下部大端和上部小端，中心导柱组件31的上部小端外圆柱面上连接衔铁环5和施压环34，施压环34的直径大于弹簧安装腔211的孔径，且位于衔铁环5的上方。衔铁环5与中心导柱组件31的大端之间设有激振体6。激振体6能够激励超声波并实现声能定向传递，使超声波传递到中心导柱组件31的下端面，并产生热量和剪切应力。
39.当中心导柱组件31运动至下极限位置时，中心导柱组件31的下端面与中空阀管8的上端面抵接，阀进流孔81和阀出流孔41断开；当中心导柱组件31离开下极限位置时，阀进流孔81和阀出流孔41连通，液体经阀进流孔81进入阀座4内，并由阀出流孔41流出。
40.具体的，参照图4和图5，中心导柱组件31包括中心导柱311和连接在中心导柱311下部的独立压块312。中心导柱311还包括导向销轴313、导柱沉孔315和导柱轴肩314，导柱轴肩314与弹簧32的下端相抵接，通过弹簧32的纵向弹力控制中心导柱311的纵向运动，导向销轴313与弹簧安装腔211相抵接并可相对滑动，中心导柱311依次贯穿激振体6、衔铁环5和施压环34，激振体6与衔铁环5接触连接并利用中心导柱311实现固定连接，在外界交变电场的作用下，激振体6产生机械振动，通过中心导柱311将振动传递到独立压块312的下端面，实现超声除冰。
41.独立压块312的上端还设有压块凸台3121。压块凸台3121与导柱沉孔315连接，由此，通过中心导柱311的纵向运动可以带动独立压块312的纵向运动，进而控制阀口的开闭。独立压块312的下端面与中空阀管8的上端面抵接，且独立压块312的下端面的直径与中空阀管8的外径相等。由此，可以减少能量浪费，提高破冰效率。
42.参照图1和图2，导向套33设置在导向槽22内。由此，导向套33能够对衔铁安装腔212起到一定的密封作用，同时能够在中心导柱组件31上下运动时，起到导向作用。
43.阀座4与中心导柱组件31之间的环腔内设有环形密封垫7，环形密封垫7靠近电磁
吸合部1设置。由此，可以使铁芯的安装腔与阀座内腔隔绝，保证被控流体不会溢入铁芯腔，保护阀体内部零件。
44.具体的，环形密封垫7包括内边缘71、外边缘72和连接在内边缘71和外边缘72之间的中间部73。为了便于安装，内边缘71和外边缘72的厚度均大于中间部的厚度。
45.限位凸缘23和限位槽43之间形成外密封槽9。环形密封垫7的外边缘72压紧在外密封槽9内。需要说明的是，外密封槽9可以一部分设置在限位凸缘23上，另一部分设置在限位槽43上，也可以全部设置限位凸缘23或限位槽43上，此处不做限定。
46.中心导柱311和独立压块312之间形成内密封槽10，环形密封垫7的内边缘71压紧在内密封槽10。需要说明的是，内密封槽10可以一部分设置在中心导柱311上，另一部分设置在独立压块312上，也可以全部设置中心导柱311或独立压块312上，此处不做限定。
47.参照图4和图8，在一些实施例中，激振体6为压电超声激振单元，包括电极片组61和压电晶片组62。电极片组61和压电晶片组62被压紧在衔铁环5与中心导柱311的大端之间。电极片组61包括下电极片611、中间电极片612和上电极片613。压电晶片组62包括下压电晶片621和上压电晶片622。下电极片611、下压电晶片621、中间电极片612、上压电晶片622和上电极片613由下至上依次设置。下电极片611和上电极片613连接交变信号驱动电源的第一极，中间电极片612连接交变信号驱动电源的第二极。中心导柱311的小端依次穿过下电极片611、下压电晶片621、中间电极片612、上压电晶片622和上电极片613后与衔铁环5紧固。由此，电极片组61与压电晶片组62构成压电换能器，产生超声激励。电极片组61与交变信号驱动电源电连接，交变信号驱动电源可提供交变电压，驱动激振体6产生超声振动。
48.需要说明的是，激振体6还可以为电磁激振单元或其他激振体，此处不做限定。
49.由于激振体6采用两片压电晶片，两片压电晶片的采用并联连接的接线方式。因此，压电晶片在外加电场作用下可以产生机械振动，中心导柱311和独立压块312利用自身振型将压电晶片的振动能量定向传递到独立压块312的下端面。由此，当独立压块312下端面和中空阀管8的上端面之间所形成的阀口被结冰冻结时，传递到独立压块312的下端面的超声波会在交接界面产生热量和剪切应力，实现超声破冰。
50.参照图9，在一些实施例中，压电晶片组62的极化方向为压电晶片组62的周向。且两片压电晶片的极化方向为反向布置，上电极片613与上压电晶片622的内圆面接触导通，中间电极片612与上压电晶片622的外圆面接触导通，中间电极片612与下压电晶片621的内圆面接触导通，下电极片611与下压电晶片621的外圆面接触导通，上电极片613与下电极片611连接导通并与交变信号驱动电源一极连通，中间电极片612与交变信号驱动电源另一极连通。在外界电场作用下，中心导柱组件31的下端面产生圆周方向的扭转振动。
51.参照图10，在另一些实施例中，压电晶片组62的极化方向为压电晶片组62的轴向(箭头所示方向)。且两片压电晶片的极化方向为反向布置，上电极片613与上压电晶片622的上端面接触导通，中间电极片612与上压电晶片622的下端面接触导通，中间电极片612与下压电晶片621的上端面接触导通，下电极片611与下压电晶片621的下端面接触导通，上电极片613与下电极片611连接导通并与交变信号驱动电源一极连通，中间电极片612与交变信号驱动电源另一极连通。在外界电场作用下，中心导柱组件31的下端面产生纵向伸缩振动。
52.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本
申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
技术特征：1.一种激振体内置式自破冰电磁阀，其特征在于，包括上下连接的电磁吸合部和阀座；所述阀座内设有阀出流孔和中空阀管，所述中空阀管内设有阀进流孔；所述电磁吸合部内设有铁芯，所述铁芯内设有安装腔，所述安装腔内设有阀控运动部，所述阀控运动部包括滑动连接在所述安装腔内的中心导柱组件；所述中心导柱组件位于所述中空阀管的上方；当所述中心导柱组件运动至下极限位置时，所述中心导柱组件的下端面与所述中空阀管的上端面抵接，所述阀进流孔和阀出流孔断开；当所述中心导柱组件离开下极限位置时，所述阀进流孔和阀出流孔连通；所述中心导柱组件包括下部大端和上部小端，所述中心导柱组件的上部小端上套设衔铁环，所述衔铁环与所述中心导柱组件的下部大端之间设有激振体；所述激振体能够激励超声波并实现声能定向传递，使超声波传递到所述中心导柱组件的下端面，并产生热量和剪切应力；所述阀座与所述中心导柱组件之间设有环形密封垫；所述环形密封垫靠近所述电磁吸合部设置。2.根据权利要求1所述的激振体内置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述激振体为压电超声激振单元；包括电极片组和压电晶片组；所述电极片组包括下电极片、中间电极片和上电极片；所述压电晶片组包括下压电晶片和上压电晶片；所述下电极片、所述下压电晶片、所述中间电极片、所述上压电晶片和所述上电极片由下至上依次设置；所述下电极片和所述上电极片连接交变信号驱动电源的第一极；所述中间电极片连接交变信号驱动电源的第二极。3.根据权利要求2所述的激振体内置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述压电晶片组的极化方向为所述压电晶片组的轴向。4.根据权利要求2所述的激振体内置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述压电晶片组的极化方向为所述压电晶片组的周向。5.根据权利要求1所述的激振体内置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述阀控运动部还包括弹簧、施压环和导向套；所述安装腔包括相互连通的弹簧安装腔和衔铁环安装腔；所述弹簧的两端分别抵接所述导向销安装腔的顶面和所述中心导柱组件的上端面；所述中心导柱组件的下端面与所述中空阀管的上端面抵接；所述中心导柱组件的下端外圆柱面与所述衔铁环安装腔的内壁面之间设有导向套；所述施压环的直径大于所述弹簧安装腔的孔径，所述施压环套装在所述中心导柱组件上，且位于所述衔铁环的上方。6.根据权利要求1所述的激振体内置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述中心导柱组件包括中心导柱和连接在中心导柱下部的独立压块；所述独立压块的下端面与所述中空阀管的上端面抵接；所述环形密封垫的内端压紧在所述中心导柱和所述独立压块之间。7.根据权利要求1所述的激振体内置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述电磁吸合部包括连接在所述阀座上表面上的支架；所述支架内设有铜绕线和绕线骨架，所述支架的口部设有支架盖板。8.根据权利要求7所述的激振体内置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述铁芯的下端伸
出所述绕线骨架并形成限位凸缘，所述阀座的上端面上设有与所述限位凸缘相适配的限位槽，所述限位凸缘容置于所述限位槽内；所述环形密封垫的外端压紧在所述限位凸缘和所述限位槽的槽底之间。9.根据权利要求1所述的激振体内置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述阀进流孔沿所述阀座的轴向延伸，所述阀出流孔沿所述阀座的径向延伸。10.根据权利要求9所述的激振体内置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述中空阀管与所述阀座之间通过密封件密封。
技术总结本申请公开了一种激振体内置式自破冰电磁阀，涉及电磁阀技术领域。通过套设在中心导柱组件上的激振体产生超声波，实现声能定向传递，在冻结界面产生热量和剪切应力，破冰效率高且能耗低。该电磁阀包括上下连接的电磁吸合部和阀座；阀座内设有阀出流孔和中空阀管，中空阀管内设有阀进流孔；电磁吸合部内设有阀控运动部，阀控运动部包括中心导柱组件；中心导柱组件位于中空阀管的上方；中心导柱组件的上部小端上套设衔铁环，衔铁环与中心导柱组件的下部大端之间设有激振体；激振体能够激励超声波并实现声能定向传递，使超声波传递到所述中心导柱组件的下端面，并产生热量和剪切应力；阀座与中心导柱组件之间设有环形密封垫。阀座与中心导柱组件之间设有环形密封垫。阀座与中心导柱组件之间设有环形密封垫。
技术研发人员：王建涛 高铭泽 张利鹏 任长安
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2022.05.31
技术公布日：2022/11/1
