1.本技术涉及电磁阀技术领域，尤其涉及一种激振体外置式自破冰电磁阀。
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外置式自破冰电磁阀，通过激振体产生超声波，并通过传振阀芯的自身振型实现声能定向传递，当载有超强波动能量的超声波通过传振阀芯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外置式自破冰电磁阀，包括上下连接的电磁吸合部和阀座；所述阀座内设有阀进流孔和阀出流孔；所述电磁吸合部和所述阀座内设有铁芯；所述铁芯内设有阀控运动部；所述阀座内设有传振阀芯；所述传振阀芯的上端面与所述阀控运动部的下端面抵接；所述传振阀芯上设有第二流道；当所述阀控运动部运动至下极限位置时，所述阀进流孔和阀出流孔断开；当所述阀控运动部离开下极限位置时，所述阀进流孔和阀出流孔通过所述第二流道连通；所述传振阀芯的下部设有激振体，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传振阀芯的上端面，并产生热量和剪切应力。
6.进一步地，所述激振体为压电超声激振单元；包括t型压板、电极片组和压电晶片组；所述t型压板能够将所述电极片组和所述压电晶片组压紧在所述传振阀芯上；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，所述传振阀芯的下端面上设有内螺纹；所述t型压板包括压板和连接轴；所述连接轴的上端设有与所述内螺纹相适配的外螺纹；所述连接轴依次穿过所述下电极片、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后与所述传振阀芯紧固。
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轴向。
9.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。
10.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。
11.进一步地，所述阀控运动部包括弹簧、导向销、衔铁和导向套；所述铁芯内设有相互连通的导向销安装腔和衔铁安装腔；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导向销的上端面；所述导向销的下端与所述衔铁的上表面连接；所述衔铁的下端面与所述传振阀芯的上端面抵接；所述衔铁的下端外圆柱面与所述衔铁安装腔的内壁面之间设有导向套。
12.进一步地，所述铁芯与所述阀座之间通过第一密封件和第二密封件密封；所述传振阀芯与所述铁芯之间通过第三密封件密封；所述传振阀芯与所述阀座之间通过第四密封件密封。
13.进一步地，还包括设置在所述激振体外部的振体防护罩；所述振体防护罩的上端连接在所述阀座的下端面上；所述振体防护罩的下部为绝缘件，所述振体防护罩上设有电接头；所述电接头的两端分别电连接所述交变信号驱动电源和所述电极片组。
14.进一步地，所述振体防护罩包括上下连接的传振阀芯压板和激振体罩体；所述传振阀芯压板的上端连接在所述阀座上；所述传振阀芯压板内设有限位槽，所述传振阀芯的下部设有限位凸缘，所述限位凸缘的上下端面分别抵接所述阀座的下端面和所述限位槽的槽底；所述激振体罩体为绝缘件，所述电接头设置在所述激振体罩体的侧壁上。
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(传振阀芯上表面所在的平面)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。
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，可在传振阀芯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，可在传振阀芯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、本技术实施例将激振体设置在阀体的外部，实现流体控制部分与激振体两者的分离，保证了电磁阀流体控制部分自身的独立性和适应性。
19.4、本技术实施例中的传振阀芯具有下端直径大而上端直径小的特定机械结构，破冰工作时激振体将振动传递给传振阀芯，传振阀芯利用该特定机械结构可以实现对振动能量的汇聚，将振动能量定向传递到结冰界面，进而提高系统能量利用效率。
20.5、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
21.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。
22.图1为本技术实施例激振体外置式自破冰电磁阀的结构示意图；
23.图2为本技术实施例激振体外置式自破冰电磁阀中电磁吸合部、铁芯和阀控运动部的连接结构示意图；
24.图3为本技术实施例激振体外置式自破冰电磁阀中阀座的结构示意图；
25.图4为本技术实施例激振体外置式自破冰电磁阀中传振阀芯的结构示意图；
26.图5为本技术实施例激振体外置式自破冰电磁阀中传振阀芯、激振体和振体防护罩的连接结构示意图；
27.图6为本技术实施例激振体外置式自破冰电磁阀中压电晶片的驱动电路图；
28.图7为本技术实施例激振体外置式自破冰电磁阀的纵振振型图；
29.图8为本技术实施例激振体外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至图6，本技术的实施例提供了一种激振体外置式自破冰电磁阀，包括电磁吸合部1、铁芯2、阀控运动部3、阀座4、传振阀芯5、激振体6和振体防护罩7。
35.电磁吸合部1的下端连接阀座4。铁芯2的上端设置在电磁吸合部1内，铁芯2的下端设置在阀座4上部内，铁芯2的上部内设有阀控运动部3。铁芯2的下部和阀座4的下部内设有传振阀芯5。阀座4内设有阀进流孔41和阀出流孔42，铁芯2的下端设有第一流道21，传振阀
芯5上设有第二流道51。当阀控运动部3运动至下极限位置时，传振阀芯5的上端面与阀控运动部3的下端面抵接。当阀控运动部3上行时，阀进流孔41和阀出流孔42通过第一流道21和第二流道51连通。传振阀芯5的下部设有激振体6，激振体6能够激励超声波并实现声能定向传递，使超声波传递到传振阀芯5的上端面，并产生热量和剪切应力。
36.具体的，参照图1至图3，电磁吸合部1包括支架11、铜绕线12、绕线骨架13和支架盖板14。其中，支架11内设有铜绕线12和绕线骨架13，铜绕线12缠绕在绕线骨架13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11下部设有支架安装孔111，阀座4的上表面上设有第一螺纹连接孔43，螺栓穿过支架安装孔111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11能够对内部零件起到保护作用。支架11的口部设有支架盖板14，支架盖板14上设有沿轴向贯通的中心孔。
37.参照图2，铁芯2的上端插入支架盖板14的中心孔内。铁芯2内设有由上至下依次连通的导向销安装腔22、衔铁安装腔23和传振阀芯安装腔24。导向销安装腔22、衔铁安装腔23和传振阀芯安装腔24共同形成开口朝下的阶梯盲孔。第一流道21位于铁芯2的下端，且包括多个铁芯侧向孔211和铁芯环槽212，多个铁芯侧向孔211沿铁芯2的轴线均布在铁芯2外圆柱面上且连通传振阀芯安装腔24和铁芯环槽212。铁芯2的外圆柱面上还设有铁芯限位台25，铁芯限位台25上设有铁芯上密封槽26，铁芯2的外圆柱面上还设有铁芯下密封槽27。铁芯上密封槽26和铁芯下密封槽27分别位于铁芯侧向孔211的上下两侧，铁芯上密封槽26内设有第一密封件8，铁芯下密封槽27内设有第二密封件9，由此，可以提高本技术实施例的密封性能。
38.阀控运动部3包括弹簧31、导向销32、衔铁33和导向套34。弹簧31的两端分别抵接导向销安装腔22的顶面和导向销32的上端面，导向销32的下端与衔铁33的上表面连接。由此，可通过弹簧31的纵向弹力来控制衔铁33的纵向运动，进而控制阀口的开闭。衔铁33的下端外圆柱面与衔铁安装腔23口部的内壁面之间设有导向套34。导向套34能够对衔铁安装腔23起到一定的密封作用，同时能够在衔铁33上下运动时，起到导向作用。
39.由于传振阀芯5在激振体6的驱动下发生振动并传递该振动，传振阀芯5的振型是受驱动频率影响的，在不同的驱动频率下会获得不同的振型。如果我们希望将系统的振动能量高效传递到冻结面，那我们就需要选择合适的传振阀芯振型，让它在冻结面处产生较大振动。
40.因此，参照图4和图5，传振阀芯5为由上至下直径依次增大的台阶轴，包括传振阀芯上段52、传振阀芯中段53和传振阀芯下段54。第二流道51位于传振阀芯5的内部，第二流道51包括竖向流道511、多个侧向流道512和环槽513。竖向流道511沿传振阀芯5的轴向延伸，多个侧向流道512均贯通竖向流道511和环槽513。其中，竖向流道511为开口朝上的盲孔。侧向流道512和环槽513均位于传振阀芯中段53上。环槽513与阀座4上的阀进流孔41连通。传振阀芯中段53的外圆柱面上还设有传振阀芯上密封槽55和传振阀芯下密封槽56。传振阀芯上密封槽55和传振阀芯下密封槽56分别位于环槽513的上下两侧。传振阀芯上密封槽55内设有第三密封件10，传振阀芯下密封槽56内均设有第四密封件11。传振阀芯下段54形成限位凸缘。传振阀芯上段52以及传振阀芯中段53的其中一部分伸入铁芯2的传振阀芯安装腔24内。传振阀芯5的上表面与衔铁33的下端面抵接。第三密封件10位于传振阀芯5与
铁芯2之间。
41.参照图1和图3，阀座4为中间设有台阶孔的圆盘，台阶孔由上至下依次形成阀座上腔44、阀座中腔45和阀座下腔46。铁芯2的下端伸入阀座上腔44和阀座中腔45内，铁芯限位台25位于阀座上腔44内，且第一流道21位于阀座中腔45内。传振阀芯中段53的另一部分伸入阀座下腔46内，铁芯下密封槽27位于阀座下腔46内，且第四密封件11位于传振阀芯5与阀座4之间。
42.参照图1、图5和图6，在一些实施例中，激振体6为压电超声激振单元，包括t型压板61、电极片组62和压电晶片组63。其中，t型压板61能够将电极片组62和压电晶片组63压紧在传振阀芯5上。电极片组62包括下电极片621、中间电极片622和上电极片623。压电晶片组63包括下压电晶片631和上压电晶片632。下电极片621、下压电晶片631、中间电极片622、上压电晶片632和上电极片623由下至上依次设置。下电极片621和上电极片623连接交变信号驱动电源的第一极，中间电极片622连接交变信号驱动电源的第二极。传振阀芯5的下端面上设有内螺纹57。t型压板61包括压板和连接轴，连接轴的上端设有与内螺纹57相适配的外螺纹。连接轴依次穿过下电极片621、下压电晶片631、中间电极片622、上压电晶片632和上电极片623后与传振阀芯5紧固。由此，电极片组62与压电晶片组63构成压电换能器，产生超声激励。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。
43.继续参照图1、图5和图6，激振体6外部还设有振体防护罩7。振体防护罩7的上端连接在阀座4的下端面上，振体防护罩7的下部为绝缘件，振体防护罩7上设有电接头71。电接头71的两端分别电连接交变信号驱动电源和电极片组62。其中，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。
44.具体的，振体防护罩7包括上下连接的传振阀芯压板72和激振体罩体73。传振阀芯压板72的上端设有振体防护罩连接孔74，阀座4的下端面上设有第二螺纹连接孔47，螺栓穿过振体防护罩连接孔74后与阀座4紧固，由此，既便于拆卸与安装，又可有效进行内部损坏零件的维护保养。
45.传振阀芯压板72内设有限位槽75，传振阀芯5的下部的限位凸缘的上下端面分别抵接阀座4的下端面和限位槽75的槽底。由此，可以将传振阀芯5更好的固定在阀座4内。激振体罩体73为绝缘件，电接头71设置在激振体罩体73的侧壁上。
46.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，传振阀芯5利用自身振型将压电晶片的振动能量定向传递到传振阀芯5上端面。同时，该振动系统只将有限的振动能量传递到传振阀芯5的限位凸缘、传振阀芯上密封槽55和传振阀芯下密封槽56，减少振动能量浪费并保护安装接触界面。由此，当衔铁33下端面和传振阀芯5上端面之间所形成的阀口被结冰冻结时，传递到传振阀芯5上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。
47.参照图7，在一些实施例中，压电晶片组63的极化方向为压电晶片组63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623与上压电晶片632的上端面接触导通，中间电极片622与上压电晶片632的下端面接触导通，中间电极片622与下压电晶片631的上端面接触导通，下电极片621与下压电晶片631的下端面接触导通，上电极片623与下电极片621连接导通并与交变信号驱动电源一极连通，中间电极片622与交变信号驱动电源另一极连通。在外界电场作用下，传振阀芯5的上端面产生纵向伸缩振动。
48.参照图8，在另一些实施例中，压电晶片组63的极化方向为压电晶片组63的周向。且两片压电晶片的极化方向为反向布置，上电极片623与上压电晶片632的内圆面接触导通，中间电极片622与上压电晶片632的外圆面接触导通，中间电极片622与下压电晶片631的内圆面接触导通，下电极片621与下压电晶片631的外圆面接触导通，上电极片623与下电极片621连接导通并与交变信号驱动电源一极连通，中间电极片622与交变信号驱动电源另一极连通。在外界电场作用下，传振阀芯5的上端面产生圆周方向的扭转振动。
49.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，任何在本技术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：1.一种激振体外置式自破冰电磁阀，其特征在于，包括上下连接的电磁吸合部和阀座；所述阀座内设有阀进流孔和阀出流孔；所述电磁吸合部和所述阀座内设有铁芯；所述铁芯内设有阀控运动部；所述阀座内设有传振阀芯；所述传振阀芯的上端面与所述阀控运动部的下端面抵接；所述传振阀芯上设有第二流道；当所述阀控运动部运动至下极限位置时，所述阀进流孔和阀出流孔断开；当所述阀控运动部离开下极限位置时，所述阀进流孔和阀出流孔通过所述第二流道连通；所述传振阀芯的下部设有激振体，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传振阀芯的上端面，并产生热量和剪切应力。2.根据权利要求1所述的激振体外置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述激振体为压电超声激振单元；包括t型压板、电极片组和压电晶片组；所述t型压板能够将所述电极片组和所述压电晶片组压紧在所述传振阀芯上；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所述的激振体外置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述传振阀芯的下端面上设有内螺纹；所述t型压板包括压板和连接轴；所述连接轴的上端设有与所述内螺纹相适配的外螺纹；所述连接轴依次穿过所述下电极片、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后与所述传振阀芯紧固。4.根据权利要求2所述的激振体外置式自破冰电磁阀，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。5.根据权利要求2所述的激振体外置式自破冰电磁阀，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。6.根据权利要求1所述的激振体外置式自破冰电磁阀，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。7.根据权利要求1所述的激振体外置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述阀控运动部包括弹簧、导向销、衔铁和导向套；所述铁芯内设有相互连通的导向销安装腔和衔铁安装腔；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导向销的上端面；所述导向销的下端与所述衔铁的上表面连接；所述衔铁的下端面与所述传振阀芯的上端面抵接；所述衔铁的下端外圆柱面与所述衔铁安装腔的内壁面之间设有导向套。8.根据权利要求1所述的激振体外置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述铁芯与所述阀座之间通过第一密封件和第二密封件密封；所述传振阀芯与所述铁芯之间通过第三密封件密封；所述传振阀芯与所述阀座之间通过第四密封件密封。9.根据权利要求2所述的激振体外置式自破冰电磁阀，其特征在于，还包括设置在所述激振体外部的振体防护罩；所述振体防护罩的上端连接在所述阀座的下端面上；所述振体
防护罩的下部为绝缘件，所述振体防护罩上设有电接头；所述电接头的两端分别电连接所述交变信号驱动电源和所述电极片组。10.根据权利要求9所述的激振体外置式自破冰电磁阀，其特征在于，所述振体防护罩包括上下连接的传振阀芯压板和激振体罩体；所述传振阀芯压板的上端连接在所述阀座上；所述传振阀芯压板内设有限位槽，所述传振阀芯的下部设有限位凸缘，所述限位凸缘的上下端面分别抵接所述阀座的下端面和所述限位槽的槽底；所述激振体罩体为绝缘件，所述电接头设置在所述激振体罩体的侧壁上。
技术总结本申请公开了一种激振体外置式自破冰电磁阀，涉及电磁阀技术领域。通过激振体产生超声波，并通过传振阀芯的自身振型实现声能定向传递，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，效率高且能耗低。该电磁阀包括电磁吸合部和阀座；电磁吸合部和阀座内设有铁芯；铁芯内设有阀控运动部；阀座内设有传振阀芯；传振阀芯上设有第二流道；当电磁吸合部运动至下极限位置时，传振阀芯的上端面与阀控运动部的下端面抵接；当电磁吸合部向上运动时，阀座的阀进流孔和阀出流孔通过第二流道连通；传振阀芯的下部设有激振体，激振体能够激励超声波并实现声能定向传递，使超声波传递到传振阀芯的上端面，并产生热量和剪切应力。热量和剪切应力。热量和剪切应力。
技术研发人员：王建涛 高铭泽 张利鹏 刘帅帅
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
