一种旋转阀定位片及采用该定位片的旋转阀的制作方法

1.本实用新型属于机械技术领域，具体涉及一种旋转阀定位片及采用该定位片的旋转阀。


背景技术：

2.在仪器分析领域，经常要用到各种流路的通断切换，传统的电磁阀具有较大的内部容积(即死体积)，极易消耗过多的冲洗置换液体，对于微流量仪器极为不利；常规的电磁阀体积均较大，不利于设备的多通道小体积集成。而超微型电磁阀又需要专业的加工设备，制作及使用成本很高；且当电磁阀处于打开或断开状态时，必须要持续供电，不利于低功耗设备使用。
3.旋转式多通阀(简称旋转阀)由于具有功耗低，结构简单，制作简单，死体积少，通道结构及数量多变等优点，被广泛使用。其使用方法在发明人已有专利以及各种文献资料中均有描述，在此不再赘述。旋转阀是通过动片切换一定角度以实现定片相应通道的通断切换，故动片的旋转角度要求较高，常见的旋转阀结构一般均采用图1所示结构，主要包括定片1、动片3，动片驱动轴4、弹簧5、电机9，还包括连接部件2、轴承6、端盖7、外壳或支架8等辅助结构。其中定片1与动片3相接触，电机9通过动片驱动轴4驱动动片3动作。由于切换角度的高要求，故动力驱动往往采用具备定位特性的电机，如步进电机或伺服电机。伺服电机内置了精确的定位编码器，转动切换的定位角度精度高，但成本很高，且体积较大，又需要专用的驱动控制器，电机轴与负载连接还需要专用联轴器，基于这些因素，伺服电机用于旋转阀控制，不仅成本极高，而且体积巨大，故应用极少。
4.步进电机角度切换精度也较高，但需要较专业的步进驱动器，否则因工作频率不当而产生共振导致较大的噪音及较差的使用体验。当需要较大扭矩时，步进电机的体积往往变得很大很沉，极不利于设备的微型化和轻量化，即使通过增加减速器可以提升一定的扭矩，但在同样体积大小时，相比直流电机而言，扭矩也很小，且发热量较大，即电能动能转化效率较低，且当通过减速器提升到一定扭矩后，转速又变得很小。同样扭矩的步进电机与直流电机相比，制造及使用成本也较高，且体积及重量均较大，再加上专业的驱动控制电路，安装空间往往变得很大。众所周知，步进电机的切换角度是通过一定的脉冲信号个数控制的，即旋转角度控制较为简单，一般均采用这种开环控制方式，但当步进电机接收到的脉冲信号个数因干扰或接触不良发生丢失时便产生丢步，并导致切换角度产生误差甚至错误，或者因为过载导致堵转，出现一次误差和错误后，后面的转动将会全部产生误差和错误，如再引入额外的反馈装置形成闭环控制方式，又失去了步进电机的使用优势。
5.相同扭矩及相同转速等条件下，直流电机具有较小的体积、较轻的重量及较低的成本，但直流电机一般均不具备定位特性，通断启停后的转动角度难以确定，故直流电机在旋转阀上的应用就成了一个难题。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本实用新型公开了一种旋转阀定位片，配合触发开关等简单电路，使用直流电机即可达到旋转阀的使用要求。基于此，本实用新型还提供了采用该定位片的旋转阀结构。
7.为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.一种旋转阀定位片，包括圆形定位片本体，所述定位片本体周边分布有多个定位部件，所述定位部件至少包括有效定位部件，有效定位部件数量至少与旋转阀的有效通道数量相适应；有效定位部件的位置与旋转阀的有效通道位置相适应；定位片周边还分布有至少一个基准部件。
9.进一步的，所述基准部件的特征尺寸与所有定位部件及辅助部件的特征尺寸不同，具有明显区别。明显区别使得基准部件能够被触发开关触发后被处理器识别其为基准部件，其区别明显性应与触发部件的精度有关。
10.进一步的，所述定位片周边还分布有n个辅助部件。
11.进一步的，所述定位部件、基准部件及辅助部件采用如下形式中的至少一种：孔、槽、缺口、凸台或触点。
12.进一步的，所述定位部件特征尺寸与触发开关特征尺寸相适应。
13.进一步的，所述辅助部件特征尺寸大于或等于定位部件特征尺寸。
14.进一步的，基准部件与辅助部件数量总和为定位部件数量整数倍，基准部件和辅助部件均匀分布在定位部件之间。
15.一种旋转阀，包括上述旋转阀定位片、动片、定片、动片驱动轴、直流电机、触发开关；所述旋转阀定位片与动片固定连接，与动片同步动作；所述直流电机驱动轴通过动片驱动轴与定位片及动片连接；所述触发开关设置在定位片旁，定位片上的定位部件能够触发所述触发开关。
16.进一步的，所述定位片通过连接部件与动片固定连接。
17.与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：
18.1.定位片上通过设置定位部件、基准部件和辅助部件，可以自动判断旋转阀基准位置，并有效判断电机实际转动的角度是否满足要求，避免累计误差和累计错误。
19.2.定位片上通过设置基准部件和辅助部件，可以使直流电机动态调整转速并达到直流电机减小过冲的目的，从而使旋转阀动片准确停止在定位部件位置。
20.3.采用本实用新型提供的定位片后，旋转阀驱动电机不再局限于仅具备定位特性的电机，如伺服电机或步进电机等，最简单的无定位特性的微型电机(如直流电机)也可以应用。由于使用更小的直流电机，可以使得旋转阀的体积减到更小，整体重量减到更轻，且制造成本更低，电路也更简易、更可靠，便于实现旋转阀微型化、轻量化、低成本化设计。当过载时，直流电机可以在很大的范围内通过自动增大电流以输出更大的功率和扭矩，极大地减少了过载堵转的发生。
21.4.本实用新型提供的旋转阀，在采用定位片的基础上，能够使用更小的直流电机，体积小，质量轻，更为安全可靠。
附图说明
22.图1为现有技术中旋转阀结构示意图。
23.图2为采用本实用新型提供的定位片的旋转阀结构示意图。
24.图3为a向定片结构示意图。
25.图4为动片结构示意图，其中(a)为侧面剖视图，(b)为正面示意图。
26.图5为仅有8个定位部件的定位片示意图。
27.图6为采用本发明技术包含8个定位部件、1个基准部件及7个辅助部件的定位片示意图。
28.图7为光电开关示意图，其中(a)为侧面示意图，(b)为正面示意图。
29.图8为与图5相似的定位片示意图，其相较于图5，采用一个基准部件替换原有一个定位部件。
30.图9为基准部件理论应到达的位置示意图。
31.图10为定位片顺时针转动时基准部件实际到达的位置示意图。
32.图11为定位片逆时针转动时基准部件实际到达的位置示意图。
33.图12为动片旋转至定片通道a-b连通时动片及定位片状态示意图。
34.图13为动片旋转至定片通道a-i连通时动片及定位片状态示意图。
35.附图标记列表：
36.1-定片；2-连接部件；3-动片；4-动片驱动轴；5-弹簧；6-轴承；7-端盖；8-外壳或支架；
37.9-步进电机；10-直流电机；11-定位片；12-光电开关；13-定位部件(b/c/d/e/f/g/h/i)；
38.14-基准部件(c1)；15-辅助部件(b1/d1/e1/f1/g1/h1/i1)；16-光电视窗。
具体实施方式
39.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
40.本实用新型提供了一种旋转阀，在如图1所示的旋转阀基础上，使用小体积轻量化无定位特性的直流电机10取代了较大较沉有定位特性的步进电机9，增加了触发开关及定位片11。本例中触发开关采用光电开关12作为示例，还可以将其替代为其他类型的开关，如霍尔开关或接触式开关等。
41.具体的说，如图2所示，旋转阀包括定片1、动片3、动片驱动轴4、直流电机10、定位片11、光电开关12，以及用于保护上述这些结构的外壳8和端盖7。光电开关12和直流电机10应连接处理器(可采用单片机等运算控制元件)，处理器用于控制直流电机10的转动，并接收光电开关12传输而来的信号。
42.其中定片1、光电开关12及端盖7固定于外壳8上，动片驱动轴4与动片3及定位片11固定连接，定位片11与动片3相对位置固定，保持一致动作。电机能够驱动动片驱动轴4、动片3及定位片11同步旋转。定位片和动片上至少其一应设置有连接部件2(图4、5、6中定位片
和动片上均设置有连接部件2，但也可能仅在其中一个上设置，只要能够达到连接效果即可)，连接部件用于将定位片和动片相互固定连接。连接部件可以采用现有技术中已有的能够将两者连接在一起的部件，如卡扣、紧固件等，也可以是直接胶粘形式。连接部件能够与其他零件组合安装形成组合部件。组合部件可以是孔、槽、键、销等任意可组装连接形式，但必须确保定位片与旋转阀动片连接后的位置相适应。图2中定片1、动片3、动片驱动轴4、定位片11及电机10主轴均在同一轴线上。轴承6及电机10安装于端盖7上，弹簧5安装于轴承与动片驱动轴4之间，在弹簧的作用下，动片驱动轴4及定位片11使动片紧紧压贴到定片1上。其他未描述之处与现有技术相同，在本例中不再详细描述。
43.如图3所示，定片1中间为一公共通道a，在圆周方向均布有n个有效通道b-i。
44.如图4所示，动片3上设置有通道槽，动片3能够相对定片1旋转，通道槽使任一有效通道b-i与公共通道a相连或断开，以实现不同通道的打开与关闭。
45.如图5所示，定位片11为圆形，其边缘沿圆周方向分布有多个有效定位部件b-i，有效定位部件数量及位置与定片1中有效通道数量及位置相适应(指有效定位部件数量与有效通道数量相同，有效定位部件在定位片上的设置角度与有效通道在定片上的设置角度相同；假设图3中c通道不使用或不加工，但定位片上仍可以保留相应位置的c定位部件，此时c定位部件称为无效定位部件)，定位部件用于触发前述的触发开关。当旋转阀有效通道数量沿圆周非均布时，可以适当补充定位片中定位部件数量，此时定位部件数量可以大于旋转阀有效通道数量。本例中，由于触发开关采用光电开关12，定位部件13设计为缺口形式。光电开关12的特征物理尺寸为光电视窗16的宽度大小，故定位部件13的特征尺寸为缺口大小，缺口宽度大小应与光电视窗16宽度大小相适应，在满足光电开关可靠触发的前提下，缺口宽度越小，定位精度越高，图示定位部件13的宽度相对于光电视窗16的宽度越大，定位精确度越差。光电开关也可采用其他形式的触发开关。当触发开关为其他形式开关时，定位部件也自然采用其他能够触发该开关的形式，比如对于接触式开关，定位部件可以是触点。本例中，定片有8个有效通道，故定位片定位部件13即定位缺口数量为8个，各定位缺口角度、位置与定片有效通道角度、位置对应，如图5所示，定位片定位部件13定位缺口b-i对应定片1有效通道b-i。安装时，动片3上的通道槽中心线与定位片11上的某一定位缺口中心线在同一平面上，即通道槽与某一定位缺口对齐(如图12和图13所示，动片槽中心线与定位片缺口b中心线对齐)。
46.很显然，图5只有定位部件b-i时，处理器无法通过光电开关12的反馈信号来判断此时的缺口位置是b还是其他，因为定位部件的特征尺寸均相同或差异很小，光电开关12的反馈信号自然均相同或差异很小，故必须引入一个不同于定位部件的基准部件14，该基准部件作为定位判断基准。基准部件特征尺寸远大于所有定位部件尺寸，从而能够轻易将其与定位部件进行区分。如图8所示，把b定位部件特征尺寸(宽度)加大，光电开关12在此处的反馈信号(如接通时间)必然远远不同于其他定位部件c-i，当b位置确定后，其他c-i自然也就确定。
47.但这种处理会带来一个问题。如图9-图11所示，如前所述，普通直流电机无定位特性，旋转阀在a-b通道连接时理论停止位置应如图9所示，但实际停止位置却是如图10(动片与定位片同步顺时针转动时)或图11所示(动片与定位片同步逆时针转动时)，很显然，在图10和图11位置时，动片槽没有把定片a-b通道准确对齐，从而使整个仪器性能带来一系列不
良影响，因此，基准部件14与有效定位部件最好不重合或不共用。
48.为解决上述问题，本专利做了如图6改进，在两个有效定位部件(图示为定位部件c和b)之间增加c1基准部件14，又为了方案最优，又在其他定位部件之间增加了辅助部件b1/d1/e1/f1/g1/h1/i1，显然，这些辅助部件不是必须的。但这些辅助部件对于处理器的运算、处理与控制有很大的好处。如本图6实例中，基准部件与辅助部件数量总和是定位部件数量2倍(以整数倍为佳)，基准部件和辅助部件均匀分布在定位部件之间。由于定位部件c与b间增加了一个基准部件，所以从c到b，光电开关必然会触发两次，在其他定位部件间增加辅助部件，同样可以使任意两个相邻定位部件之间切换时，光电开关均会触发两次，便于处理器计数和处理。另外好处是，无论是顺时针还是逆时针转动，因每个定位部件之前均有一个辅助部件或基准部件，故还能利用该触发信号起到提前减速动态调整电机转速的目的，从而使直流电机的过冲减到最小，并达到动片准确定位的效果。所有辅助部件特征尺寸大于等于定位部件特征尺寸，基准部件特征尺寸远大于所有定位部件及辅助部件特征尺寸。
49.采用本实用新型设计的定位片的旋转阀在上电时，根据需要自动转动并寻找基准部件14，当基准部件14确定后，所有定位部件及辅助部件的位置即可确定。直流电机10的驱动轴转动带动动片驱动轴4、定位片11与动片3同时转动，由位于光电开关12处的定位部件序号来确定某个通道的通断。如图12所示，光电开关12处的定位部件序号是b，此时动片3中的通道槽连通定片1的公共通道a和有效通道b，即令定片a-b通道连通。当动片沿逆时针旋转一定角度时，如图13所示，动片3中的通道槽连通定片1的公共通道a和有效通道i，即令a-i通道连通。由于定位片随动片一起旋转一定角度，此时定位部件i位于光电开关12处，触发光电开关12传输信号。基于定位片与光电开关反馈，能够有效判断电机实际转动的角度是否满足要求。
50.直流电机具有小体积大扭矩优点，如使用更小的直流电机再结合较大减速比的减速器，可以使得旋转阀的体积减到更小，整体重量减到更轻，且制造成本更低，而直流电机的控制电路相比步进电机的驱动电路更简易、更可靠，当过载时，直流电机可以在很大的范围内通过自动增大电流以输出更大的功率和扭矩，极大地减少了过载堵转的发生。使用这种设计的旋转阀，对于设备的微型化、轻量化极具好处。且由于结合了定位片与光电开关反馈，使得整个控制变成了一个闭环系统，电机是否转动，动片实际转动的角度是否满足要求均可反馈获得，不存在累计误差和累计错误，而不像步进电机控制方式那样，即使转动脉冲满足要求，但却无法得知步进电机是否切换了正确的角度，故本发明方案相对于既往步进电机驱动方式来说是一个极大的技术改进。
51.本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。