一种用于燃料电池或发动机的气体无泄漏控制阀

技术领域

本发明涉及无泄漏气体控制阀设备技术领域，具体涉及一种用于燃料电池或发动机的气体无泄漏控制阀。

背景技术

随着新能源汽车的高速发展，燃料电池也进入快速阶段。在燃料电池的工作过程中，空气经过过滤器、压缩机、冷却器和增湿器后，进入燃料电池电堆内与质子膜上的氢发生化学反应，空气出电堆时需一个气体控制阀，来达到精确控制电堆内空气压力的功能，还需要在400KPa压力下，不低于1000万次的工作循环寿命期内，可靠地保持电堆的内部和外部完全隔离。

如中国专利CN202010250201.2公开了一种燃料电池智能控制机构，“包括直流电机、电机壳体和端盖，还包括将电机壳体与端盖扣合形成整机的卡圈，直流电机设置在电机壳体内；还包括减速增距动力输出机构，所述减速增距动力输出机构设置在电机壳体内，减速增距动力输出机构包括过渡齿轮和被动齿轮总成，电机的输出轴连接有电机齿轮，且电机齿轮与过渡齿轮的内齿轮相互啮合，过渡齿轮的中心插接有过渡齿轮轴，过渡齿轮轴的另一端穿过电机壳体并套接有外齿轮，且外齿轮与被动齿轮总成上的扇形齿轮相啮合，所述被动齿轮总成设置在端盖中。”

在实际使用的过程中，由于电极齿轮通常为金属制成的，而扇形齿轮又为塑料制成的，因此过渡齿轮一方面与电机齿轮啮合，另一方面过渡齿轮上的外齿轮与扇形齿轮相啮合，根据材料的性质容易导致过渡齿轮磨损较大，而且再加上控制阀的工况是交变开关持续进行，磨损间隙越大，换向冲击力越大，磨损到一定程度后，容易造成齿轮断裂，即使现有技术采用35％的碳纤维复合塑料(强度高)依然会存在过度磨损和断裂的问题，因此如何提高使用寿命，提高稳定性是一个亟待解决的问题；

另外传统的控制阀，在气密封方面也会存在很大的弊端，导致泄露，影响使用效果。

为此，我们提出一种用于燃料电池或发动机的气体无泄漏控制阀。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于燃料电池或发动机的气体无泄漏控制阀，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，解决了控制阀，采用塑料材料的过渡齿轮，导致磨损过大，影响控制阀使用寿命的问题，本发明通过采用金属和塑料合成的过渡齿轮，降低磨损，提高使用寿命，同时采用控制压缩余量的进气口密封组件结构，能够长时间工作状况下实现0泄露，同时采用自带DCU智能控制模块，利用合理的自控程序，提高了控制精度并达到要求的使用寿命。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种用于燃料电池或发动机的气体无泄漏控制阀，包括相互连接驱动装置和阀体，驱动装置内设置有电机；

所述电机输出轴上连接有主动齿轮，主动齿轮啮合动力输出齿轮轴总成，动力输出齿轮轴总成包括过渡齿轮，过渡齿轮包括外附齿轮和复合塑料齿轮，外附齿轮通过镶嵌注塑工艺与复合塑料齿轮相互连接，且外附齿轮采用金属齿轮；

所述动力输出齿轮轴总成的另一侧连接有摇臂组件，摇臂组件能够带动滑块上下移动，且滑块上连接有阀杆，阀杆延伸至阀体中并连接有阀片，阀体中设置有两个腔室，且两个腔室之间设置有进气口密封组件，且阀片上下移动能够间歇与密封件基座接触并实现封闭腔室进气口。

进一步的，防护盖将驱动装置与阀体连接在一起，且防护盖通过螺丝分别与驱动装置和阀体相互连接。

进一步的，所述过渡齿轮采用粉末冶金材料的外附齿轮。

进一步的，所述动力输出齿轮轴总成中还设置有扇形齿轮，复合塑料齿轮内设置有与主动齿轮相对应的内齿，且外附齿轮与扇形齿轮相啮合，扇形齿轮的另一端与摇臂组件相互连接。

进一步的，所述阀片靠近进气口密封组件的一端呈平面结构，进气口密封组件包括密封件基座和橡胶密封件，橡胶密封件卡合到密封件基座上开设的环形槽中。

进一步的，所述橡胶密封件采用台阶型结构，且橡胶密封件的最大高度大于环形槽的高度，压缩余量＝橡胶密封件的最大高度-压缩后尺寸/橡胶密封件的最大高度≤30％。

进一步的，所述还包括密封件挡圈，密封件挡圈能够将橡胶密封件固定在密封件基座内，同时还能将密封件基座与阀体连接在一起。

进一步的，所述驱动装置内还设置有智能电控模块，智能电控模块内设置有DCU模块，能够控制电机的运动行程。

进一步的，所述密封件挡圈靠近阀片的一侧呈圆弧状。

进一步的，所述阀体内设置有与阀杆相对应的阀杆导向套和密封环。

(三)有益效果

本发明实施例提供了一种用于燃料电池或发动机的气体无泄漏控制阀。具备以下有益效果：

1、过渡齿轮包括外附齿轮和复合塑料齿轮，外附齿轮采用粉末冶金齿轮，粉末冶金齿轮具有很高的强度，同时粉末冶金齿轮精度比塑料齿轮精度大幅提高，粗糙度也大幅提高，大幅减少了摩擦，保证了力传动的顺滑性，在同动力输出轴上的齿轮传动过程中，磨损减少50％以上，噪声基本没有变化，一次性通过2000万次循环测试，并且此齿轮成本低廉，大幅延长了使用寿命。

2、同时外附齿轮通过镶嵌注塑工艺与复合塑料齿轮紧密连接在一起，能够使得外附齿轮和复合塑料齿轮能够保持长期稳定的状态。

3、密封件挡圈能够将橡胶密封件固定在密封件基座内，同时还能将密封件基座与阀体连接在一起，同时密封件挡圈靠近阀片的一侧呈圆弧状，能够与阀片配合实现第一级密封，在配合阀片与橡胶密封件的配合实现第二级密封，阀片与密封件基座的配合实现第三级密封，通过三级密封提高进气口密封组件的稳定性。

4、智能电控模块内设置有DCU模块，能够控制电机的运动行程，进而阀杆的移动，当阀片逐渐靠近进气口密封组件时，移动速度会降低，能够缓冲冲击力，提高整体使用寿命。

附图说明

图1为本发明结构剖视示意图；

图2为本发明进气口密封组件结构示意图；

图3为本发明过渡齿轮结构示意图。

图中：1、电机；2、过渡齿轮；3、动力输出齿轮轴总成；4、摇臂组件；5、滑块；6、阀杆；7、阀片；8、智能电控模块；9、阀杆导向套；10、密封环；11、阀体；12、密封件基座；13、橡胶密封件；14、密封件挡圈；15、外附齿轮；16、复合塑料齿轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照附图1-3，一种用于燃料电池或发动机的气体无泄漏控制阀；

包括驱动装置和阀体11；同时还包括将驱动装置与阀体11连接在一起的防护盖，防护盖通过螺丝分别与驱动装置和阀体11相互连接。

特点在于：驱动装置包括电机1，电机1输出轴上连接有主动齿轮，主动齿轮啮合动力输出齿轮轴总成3，动力输出齿轮轴总成3包括过渡齿轮2和扇形齿轮，过渡齿轮2包括外附齿轮15和复合塑料齿轮16，复合塑料齿轮16内设置有与主动齿轮相对应的内齿，且外附齿轮15与扇形齿轮相啮合；

外附齿轮15和复合塑料齿轮16相互连接在一起，外附齿轮15采用粉末冶金的金属齿轮，粉末冶金齿轮具有很高的强度，同时粉末冶金齿轮精度比塑料齿轮精度大幅提高，粗糙度也大幅提高，大幅减少了摩擦，保证了力传动的顺滑性，在同动力输出轴上的齿轮传动过程中，磨损减少50％以上，噪声基本没有变化，一次性通过2000万次循环测试，并且此齿轮成本低廉，大幅延长了使用寿命。

同时外附齿轮15通过镶嵌注塑工艺与复合塑料齿轮16紧密连接在一起，能够使得外附齿轮15和复合塑料齿轮16能够保持长期稳定的状态。

所述阀体11内设置有与阀杆6相对应的阀杆导向套9和密封环10，通过阀杆导向套9和密封环10，提高阀杆6移动的稳定性。

通过上述结构在实际测试工作的过程中，只有复合塑料齿轮16与主动齿轮之间的磨损大些，但是在单位时间内，磨损率和换向间隙只有背景技术中的一半，而且寿命大幅延长，可以提高5-10％的传动效率。

所述扇形齿轮的另一端连接有摇臂组件4，摇臂组件4能够带动滑块5上下移动，且滑块5上连接有阀杆6，阀杆6延伸至阀体11中并连接有阀片7，阀体11中设置有两个腔室，且两个腔室之间设置有进气口密封组件，且阀片7上下移动能够间歇与密封件基座12接触，从而实现封闭腔室的进气口。

如图2所示，阀片7靠近进气口密封组件的一端呈平面结构，进气口密封组件包括密封件基座12、橡胶密封件13和密封件挡圈14，橡胶密封件13卡合到密封件基座12上开设的环形槽中，且橡胶密封件13的顶点略高于密封件基座12的顶点。由于阀片7靠近进气口密封组件的一端呈平面结构，在与橡胶密封件13接触时，行程面与面的接触，提高密封效果，而且阀片7与橡胶密封件13的接触，只承受碰撞力而没有摩擦力，能够避免橡胶密封件13磨损，导致密封性较差的问题，同时且橡胶密封件13的最大高度大于环形槽的高度，形成压缩余量，且压缩余量＝橡胶密封件13的最大高度-压缩后尺寸/橡胶密封件13的最大高度≤30％，设计合理的高度差，能够保证橡胶材料合理的压缩变形量，使其抗老化能力大幅提高，高强度材料密封件基座12的顶点是控制阀片7的工作止点，使其不会在长时间工作中产生变形而引起阀的总工作行程发生变化而失效，提高使用寿命。

密封件挡圈14能够将橡胶密封件13固定在密封件基座12内，同时还能将密封件基座12与阀体11连接在一起，同时密封件挡圈14靠近阀片7的一侧呈圆弧状，能够与阀片7配合实现第一级密封，在配合阀片7与橡胶密封件13的配合实现第二级密封，阀片7与密封件基座12的配合实现第三级密封，通过三级密封提高进气口密封组件的稳定性。

驱动装置内还设置有智能电控模块8，智能电控模块内设置有ECU模块，能够控制电机1的运动行程，进而阀杆6的移动，当阀片7逐渐靠近进气口密封组件时，移动速度会降低，能够缓冲冲击力，提高整体使用寿命。

同时通过DCU模块控制阀片7相应的开度，达到精确控制通过气体流量的目的。

所述橡胶密封件13采用台阶型结构，而密封件基座12外侧使用密封件挡圈14固定在阀体的进气口内侧。

采用控制压缩余量的进气口密封组件结构，长时间工作状况下实现0泄露，同时采用自带DCU智能控制模块，利用合理的自控程序，提高了控制精度并达到要求的使用寿命。

采用控制压缩余量的组合式橡胶密封圈结构，长时间工作状况下实现0泄露，采用自带DCU智能控制模块，利用合理的自控程序，提高了控制精度并达到要求的使用寿命。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。