一种环型多通路阀芯结构及水阀的制作方法

1.本实用新型涉及水阀领域，具体为一种轻量化、智能化、低能耗、响应快、精度高的环型多通路阀芯结构及水阀。


背景技术：

2.近年来，随着新能源汽车行业快速发展，其热管理系统变得越来越集成化、智能化。新能源汽车与传统燃油汽车相比，由于驱动形式和能源架构不同，其热管理系统也有很大不同。新能源汽车驱动电机要求高功率、高转速，这样在高速行驶过程中就会产生大量的热量，如果不及时把这些热量带走，会严重影响电机的性能和使用寿命；为提升续航能力，汽车制造商往往会选择高能量密度和高放电倍率的动力电池，但过高的能量密度和放电倍率必然会使电池在使用过程中产生大量热量，温度过高不仅会影响电池寿命，还容易引发安全事故。新能源汽车热管理系统较为复杂，不同工作系统的温控要求不同，所以流向各工作系统的冷却液流量也各不相同。因此，新能源汽车需要高效的热管理系统来保证车辆的稳定运行，其温度控制问题面临巨大挑战。传统汽车节温器存在“响应延迟”和“滞回特性”等缺点，流通性较差，并且流量大小难以准确控制，导致热管理效率低下，无法满足新能源汽车对温控的高要求。因此传统汽车的热管理系统也在逐渐优化，现在部分车型上已经使用电子水阀替代传统节温器进行冷却液调节。
3.电子水阀是新能源汽车热管理系统中一种新型的冷却液流量调节阀，在功能作用与工作原理上和传统燃油车的节温器相似。主要作用是根据不同工作部位的温度变化自适应调节各管路冷却液的流量大小，确保电池、电机等处于最佳的工作温度环境，以实现节能减排和提高能量利用率的目的。
4.目前对于电子水阀的结构设计，通常采用柱阀结构，其外侧进出口流道分布在侧壁，中间阀芯上也设置有流道，通过旋转阀芯可以切换流道、改变流向、调节流量，实现切换阀体不同模式的目的。通过设计阀芯和阀座的结构，能够实现流量比例调节的功能。但由于外侧流道分布在侧壁，进出水口方向为上下方向，则流体在流经阀芯时需要经过多次换向，极大地增加了流体的压降，浪费了能量，严重影响热管理系统及其他元件的寿命，甚至引发安全事故。并且水阀的侧壁流道也使得整个阀体的体积庞大，不利于热管理系统的小型化、轻量化，影响热管理系统上其他元件以及流道的布置；并且体积大更加影响了水阀的流量调节的响应时间以及调节精度。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种轻量化、智能化、低能耗、响应快、精度高的环型多通路阀芯结构及水阀，可以解决现有的电子水阀体积比较大、流体阻力比较大、流量调节的响应时间慢的问题。
6.为实现上述目的，第一方面，本实用新型提供如下技术方案：一种环型多通路阀芯结构，包括阀体，所述的阀体的底端呈环形设置有多个流通孔；阀座，设置在所述阀体的内
部紧贴阀体的底部，所述的阀座上设置有与流通孔对应的通孔；密封垫，所述的密封垫紧贴位于阀体与阀座之间，形状与阀座相匹配；阀芯，设置在所述阀体内部与阀座紧贴，所述的阀芯的中心与阀体的中心重合，所述的阀芯朝向阀座的端面上通过设置第一挡流板和第二挡流板分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，通过阀芯的转动切换流通孔之间的流通，上述方案中将流通孔沿着环形的轨迹进行布置，通过第一腔体、第二腔体和第三腔体可以实现不同的流通孔之间的导通，通过第一挡流板和第二挡流板还可以在阀芯转动的时候经过对应的流通孔时实现流量的调节。
7.作为优选，所述的流通孔占据阀体底端位置的第一圆心角θ为30
°
，所述的流通孔的直径为φ，则阀体的中心与流通孔的圆心之间的距离为x，x＝1.93φ，这个状态下的整个阀体的体积能达到最小。
8.作为优选，所述的流通孔包括沿着阀体底端的逆时针方向依次设置的第一流通孔、第二流通孔、第四流通孔、第五流通孔和第三流通孔，采用五通结构，满足新能源汽车的多模式切换的需要。
9.作为优选，所述的第五流通孔设置为常开孔，所述的第五流通孔始终与第三腔体相连通，所述的第三腔体的顶部设置有与阀芯上侧的阀体内腔相连通的平衡孔，水阀工作时，流经中心孔的流体在液压的作用下会向上流出平衡孔，充满阀体内部，从而使得水阀在稳定工作时阀芯的上下液压能保持平衡，保证阀芯能紧贴阀座。
10.作为优选，所述的第一腔体和第三腔体均呈扇形，所述的第二腔体h位于第一腔体和第三腔体之间且呈蝶形，第一腔体和第三腔体呈扇形能有利于对流通孔的切换和调节，碟形的第二腔体可以使两个距离较远的流通孔进行。
11.作为优选，所述的第一腔体的第二圆心角α1＝90
°
，所述的第三腔体的第三圆心角α4＝150
°
，所述的第二腔体两侧的第四圆心角α2和第五圆心角α3均为60
°
。
12.作为优选，所述的第一流通孔和第二流通孔之间第一圆心夹角β1＝60
°
，第一流通孔和第三流通孔之间的第二圆心夹角β2＝60
°
，第二流通孔和第四流通孔之间的第三圆心夹角β3＝60
°
，第三流通孔和第五流通孔之间的第四圆心夹角β4＝90
°
，第四流通孔和第五流通孔之间的第五圆心夹角β5＝90
°
。
13.作为优选，所述的第一腔体、第二腔体和第三腔体的内壁转角处均为圆弧转角过渡，圆弧转角过渡可以减少流体的回流，流阻流损更小，压降更低，能量损耗更少。
14.作为优选，所述的阀座的边缘设置有至少一个限位槽，所述的限位槽与阀体内部对应的凸起结构相匹配，可以对阀座进行防转限位，无需其他紧固件，阀座被阀芯压紧后可以保持与流通孔的相对位置保持不变。
15.第二方面，本实用新型还提供一种水阀，包括如第一方面所述的环型多通路阀芯结构。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
17.(1)外侧流道在阀体底部环形分布，缩小阀体体积，实现水阀整体轻量化，使热管理系统上其他元件和流道的布置更加自由；
18.(2)在特定的角度下可以实现六种不同模式的切换，有利于热管理系统的集成，方便水阀在热管理系统上的布置以及安装；
19.(3)环形分布的流道可以与热泵的环形接口配合；
20.(4)阀芯处设置三个腔体形成三个流道，通过旋转阀芯来实现流道的切换，调节流量，通过旋转阀芯到一定角度可以实现特定流道的比例和流量调节；
21.(5)响应更加迅速，降温更快，提高汽车的安全性。
附图说明
22.图1为本实用新型的阀芯结构的爆炸立体结构图；
23.图2为本实用新型的阀芯的结构图；
24.图3为本实用新型的阀芯和阀座配合的参数示意图；
25.图4为本实用新型的流通孔的分布示意图；
26.图5为本实用新型的工作模式一的示意图；
27.图6为本实用新型的工作模式二的示意图；
28.图7为本实用新型的工作模式三的示意图；
29.图8为本实用新型的工作模式四的示意图；
30.图9为本实用新型的工作模式五的示意图；
31.图10为本实用新型的工作模式六的示意图。
32.附图标记：
33.1、阀体，2、阀座，3、阀芯，a、第一流通孔，b、第二流通孔，c、第三流通孔，d、第四流通孔，e、第五流通孔，f、限位槽，g、第一腔体，h、第二腔体，i、第三腔体，j、平衡孔，k、第一挡流板，l、第二挡流板，θ、第一圆心角，α1、第二圆心角，α2、第四圆心角，α3、第五圆心角，α4、第三圆心角，β1、第一圆心夹角，β2、第二圆心夹角，β3、第三圆心夹角，β4、第四圆心夹角，β5、第五圆心夹角。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
35.如图1-10所示，本实用新型为解决现有的电子水阀体积比较大、流体阻力比较大、流量调节的响应时间慢的问题，提供如下技术方案：一种环型多通路阀芯结构，包括阀体1，所述的阀体1的底端呈环形设置有多个流通孔；阀座2，设置在所述阀体1的内部紧贴阀体1的底部，所述的阀座2上设置有与流通孔对应的通孔；密封垫4，所述的密封垫4紧贴位于阀体1与阀座2之间，形状与阀座2相匹配，所述的密封垫4能保证阀体1与阀座2之间的密封性；阀芯3，设置在所述阀体1内部与阀座2紧贴，所述的阀芯3的中心与阀体1的中心重合，所述的阀芯3朝向阀座2的端面上通过设置第一挡流板k和第二挡流板l分隔为第一腔体g、第二腔体h和第三腔体i，通过阀芯3的转动切换流通孔之间的流通，上述方案中将流通孔沿着环形的轨迹进行布置，通过第一腔体g、第二腔体h和第三腔体i可以实现不同的流通孔之间的导通，通过第一挡流板k和第二挡流板l还可以在阀芯3转动的时候经过对应的流通孔时实现流量的调节。
36.具体的，所述的流通孔包括沿着阀体1底端的逆时针方向依次设置的第一流通孔a、第二流通孔b、第四流通孔d、第五流通孔e和第三流通孔c，采用五通结构，满足新能源汽车的多模式切换的需要，根据五个流通孔、6个模式的切换需要，每个流通孔所占的第一圆
心角θ满足θ≤30
°
，当第一圆心角θ为30
°
，所述的流通孔的直径为φ，则阀体1的中心与流通孔的圆心之间的距离x，根据公式x≥(φ/2)/sin(30
°
/2)≈1.93φ，所以当x＝1.93φ时，这个状态下的整个阀体的体积能达到最小。
37.其中，所述的第一腔体g、第二腔体h和第三腔体i的内壁转角处均为圆弧转角过渡，圆弧转角过渡可以减少流体的回流，流阻流损更小，压降更低，能量损耗更少。
38.在实际应用的过程中，第一挡流板k可以经过阀芯3的中心，在第一挡流板k的中部可以开设一中心孔，可以与阀座2上的中心孔相匹配，通过插销来连接两个中心孔，作为阀芯3的转动中心，具有导向作用。
39.在本实施例中，如图3-4所示，所述的第一腔体g的第二圆心角α1＝90
°
，所述的第三腔体i的第三圆心角α4＝150
°
，所述的第二腔体h两侧的第四圆心角α2和第五圆心角α3均为60
°
。另外，所述的第一流通孔a和第二流通孔b之间第一圆心夹角β1＝60
°
，第一流通孔a和第三流通孔c之间的第二圆心夹角β2＝60
°
，第二流通孔b和第四流通孔d之间的第三圆心夹角β3＝60
°
，第三流通孔c和第五流通孔e之间的第四圆心夹角β4＝90
°
，第四流通孔d和第五流通孔e之间的第五圆心夹角β5＝90
°
。第一挡流板k和第二挡流板l的厚度为t，各个圆心夹角在设置的时候需要减去第一挡流板k和第二挡流板l的厚度t。
40.在本实施例中，具有6种模式，阀芯3的转动角度为0
°
～130
°
，开始时阀芯角度处于0
°
位置，如图5-10所示，具体如下表1所示：
41.表1：工作模式示意表
42.[0043][0044]
其中，表中c-e、d-e、a-c和b-c的意思是不同的流通孔之间相连通，如c-e的意思是第三流通孔c和第五流通孔e相连通，工作模式一到工作模式六分别对应着附图5-10。
[0045]
在本实施例中，水阀可以采用上述阀芯结构，水阀在开始工作时，阀芯3在电机的带动下进行旋转，使不同的流道进行连通，达到预设模式，流通介质由预设进口流道流进，在阀芯3的流道模式切换下实现不同流道的流向、流量调节，再从出口流道流出，最终达到热管理系统温度调节的作用。
[0046]
在本实施例中，所述的第五流通孔e设置为常开孔，所述的第五流通孔e始终与第三腔体i相连通，所述的第三腔体i的顶部设置有与阀芯3上侧的阀体1内腔相连通的平衡孔j，水阀工作时，流经中心孔的流体在液压的作用下会向上流出平衡孔j，充满阀体1内部，从而使得水阀在稳定工作时阀芯3的上下液压能保持平衡，保证阀芯3能紧贴阀座2。
[0047]
如图2所示，所述的第一腔体g和第三腔体i均呈扇形，所述的第二腔体h位于第一腔体g和第三腔体i之间且呈蝶形，第一腔体g和第三腔体i呈扇形能有利于对流通孔的切换和调节，碟形的第二腔体h可以使两个距离较远的流通孔进行。
[0048]
所述的阀座2的边缘设置有至少一个限位槽f，所述的限位槽f与阀体1内部对应的凸起结构相匹配，可以对阀座2进行防转限位，无需其他紧固件，阀座2被阀芯3压紧后可以保持与流通孔的相对位置保持不变。
[0049]
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0050]
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。
[0051]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0052]
另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种环型多通路阀芯结构，其特征在于，包括：阀体(1)，所述的阀体(1)的底端呈环形设置有多个流通孔；阀座(2)，设置在所述阀体(1)的内部紧贴阀体(1)的底部，所述的阀座(2)上设置有与流通孔对应的通孔；密封垫(4)，所述的密封垫(4)紧贴位于阀体(1)与阀座(2)之间，形状与阀座(2)相匹配；阀芯(3)，设置在所述阀体(1)内部与阀座(2)紧贴，所述的阀芯(3)的中心与阀体(1)的中心重合，所述的阀芯(3)朝向阀座(2)的端面上通过设置第一挡流板(k)和第二挡流板(l)分隔为第一腔体(g)、第二腔体(h)和第三腔体(i)，通过阀芯(3)的转动切换流通孔之间的流通。2.根据权利要求1所述的环型多通路阀芯结构，其特征在于：所述的流通孔占据阀体(1)底端位置的第一圆心角θ为30
°
，所述的流通孔的直径为φ，则阀体(1)的中心与流通孔的圆心之间的距离为x，x＝1.93φ。3.根据权利要求1所述的环型多通路阀芯结构，其特征在于：所述的流通孔包括沿着阀体(1)底端的逆时针方向依次设置的第一流通孔(a)、第二流通孔(b)、第四流通孔(d)、第五流通孔(e)和第三流通孔(c)。4.根据权利要求3所述的环型多通路阀芯结构，其特征在于：所述的第五流通孔(e)设置为常开孔，所述的第五流通孔(e)始终与第三腔体(i)相连通，所述的第三腔体(i)的顶部设置有与阀芯(3)上侧的阀体(1)内腔相连通的平衡孔(j)。5.根据权利要求3所述的环型多通路阀芯结构，其特征在于：所述的第一腔体(g)和第三腔体(i)均呈扇形，所述的第二腔体(h)位于第一腔体(g)和第三腔体(i)之间且呈蝶形。6.根据权利要求5所述的环型多通路阀芯结构，其特征在于：所述的第一腔体(g)的第二圆心角α1＝90
°
，所述的第三腔体(i)的第三圆心角α4＝150
°
，所述的第二腔体(h)两侧的第四圆心角α2和第五圆心角α3均为60
°
。7.根据权利要求6所述的环型多通路阀芯结构，其特征在于：所述的第一流通孔(a)和第二流通孔(b)之间第一圆心夹角β1＝60
°
，第一流通孔(a)和第三流通孔(c)之间的第二圆心夹角β2＝60
°
，第二流通孔(b)和第四流通孔(d)之间的第三圆心夹角β3＝60
°
，第三流通孔(c)和第五流通孔(e)之间的第四圆心夹角β4＝90
°
，第四流通孔(d)和第五流通孔(e)之间的第五圆心夹角β5＝90
°
。8.根据权利要求1所述的环型多通路阀芯结构，其特征在于：所述的第一腔体(g)、第二腔体(h)和第三腔体(i)的内壁转角处均为圆弧转角过渡。9.根据权利要求1所述的环型多通路阀芯结构，其特征在于：所述的阀座(2)的边缘设置有至少一个限位槽(f)，所述的限位槽(f)与阀体(1)内部对应的凸起结构相匹配。10.一种水阀，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的环型多通路阀芯结构。

技术总结
本实用新型公开了一种环型多通路阀芯结构及水阀，包括阀体，所述的阀体的底端呈环形设置有多个流通孔；阀座，设置在所述阀体的内部紧贴阀体的底部，所述的阀座上设置有与流通孔对应的通孔；密封垫，所述的密封垫紧贴位于阀体与阀座之间，形状与阀座相匹配，阀芯，设置在所述阀体内部与阀座紧贴，所述的阀芯的中心与阀体的中心重合，所述的阀芯朝向阀座的端面上通过设置第一挡流板和第二挡流板分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，通过阀芯的转动切换流通孔之间的流通。本实用新型可以解决现有的电子水阀体积比较大、流体阻力比较大、流量调节的响应时间慢的问题。量调节的响应时间慢的问题。量调节的响应时间慢的问题。


技术研发人员：郑姜馗 李纪元 姜玉聪 黄全丰 张盛达 刘乾
受保护的技术使用者：宁波拓普集团股份有限公司
技术研发日：2022.10.31
技术公布日：2023/9/1