CN101672387A - 大行程电磁头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大行程电磁头，包括电磁头本体、阀杆和弹簧，所述电磁头本体设有静铁芯和动铁芯，所述弹簧优选螺旋弹簧，所述动铁芯下部设有竖孔，所述阀杆上部延伸到所述竖孔中，所述螺旋弹簧套在所述阀杆上部，其上端与所述阀杆连接，下端与所述动铁芯连接。线圈通电后，动铁芯向上移动时将弹簧压缩，当动铁芯上移到接近静铁芯时，弹簧并紧，同时动铁芯所受吸力达到或接近最大值，将阀杆向上拉起，然后弹簧克服阀杆自身重力继续上拉阀杆，实现阀门的完全开启。本发明对动静铁芯之间的吸力需要符合动静铁芯之间吸力的实际变化情况，有效地减小了电磁头的功率，降低了电耗并方便了维护，可用于各种电磁阀特别是大口径、大行程电磁阀。

Description

大行程电磁头

技术领域

本发明涉及一种可用于各种电磁阀特别是大口径、大行程电磁阀的大行程电磁头。

背景技术

现有电磁阀通常设有主阀密封副和副阀密封副，所述副阀密封副中的密封件安装在阀杆的下端，通过动铁芯带动阀杆上下移动，实现副阀密封副的开启或封闭，进而通过副阀介质通道的通断控制主阀密封副的开启和关闭。例如中国02208418.5号实用新型专利公开了一种电磁阀(参见图5和图6)：所述主阀密封副设置在主阀体的阀腔内，用于连通或切断主阀体内的主阀介质通道，由活动的阀杯和固定的主阀阀座组成，主阀阀座为水平阀座，位于其上部的阀腔连接阀门的进口端，位于其下部的阀腔连接阀门的出口端，所述阀杯位于所述主阀阀座的上方，与固定安装在阀体内的阀杯套滑动配合，可以上下移动，阀杯的底部设有与主阀阀座相配套的密封部(用于同主阀阀座相应部分接触形成密封的密封区域)。在阀门关闭时，阀杯向下移动，阀杯上的密封部与主阀阀座上的密封部相接触，切断主阀体内的介质通道，实现主阀密封副的密封，使阀门处于关闭状态；阀门开启时阀杯向上移动，阀杯与主阀阀座相互分离，使介质得以穿过主阀阀座中央的介质通道，由阀门进口端向阀门出口端的流动，由此使阀门处于开启状态。所述副阀密封副设置在副阀体的阀腔内，用于连通或切断副阀介质通道，并以此控制阀杯和主阀密封副的状态，副阀密封副由副阀密封件和副阀阀座9组成，副阀阀座将副阀阀腔分隔为两部分，其中位于所述副阀阀座一侧的副阀阀腔通过相应部分的副阀介质通道连通主阀体内与阀门出口端连通的阀腔，所述副阀阀座另一侧的副阀阀腔通过另一部分副阀介质通道连通主阀体内阀杯内空间和阀杯所在的主阀阀腔，所述副阀的密封件6连接在阀杆的下端并位于所述副阀阀座的上方，所述阀杆上端连接位于电磁头本体内的动铁芯1，电磁头本体中的线圈5通电后，静铁芯2与动铁芯相互吸引，动铁芯向上移动，带动阀杆和副阀密封件向上移动，使副阀密封件脱离副阀阀座，介质得以穿过副阀阀座中央的介质通道流入阀杯内的空间以及阀门出口端所连通的阀腔，同时，主阀体内与进口端连通的阀腔内的介质通过设置在阀杯下部侧壁或阀杯底部的阻尼孔流入阀杯内空间，由于阻尼孔的阻尼作用，流入阀杯的介质量小于流出阀杯的介质量，导致阀杯内的介质压力降低，该介质压力的减低值大致上等于主阀体内与出口端连通的阀腔内的介质压力，而阀杯周围的介质压力以及阀杯底部位于主阀密封副的密封面外侧的介质压力较大(与阀门进口端的介质压力基本相等)，形成使阀杯向上移动的压力差，推动阀杯向上移动，进而将主密封副打开；当电磁头断电后，动铁芯和阀杆在复位弹簧和自身重力的作用下向下移动，带动副阀密封件封闭副阀座，切断副阀介质通道，由阻尼孔流入阀杯的介质越积越多，导致阀杯内的介质压力升高，同时由于阀杯底部的介质流形成的负压作用，最终使阀杯内将阀杯向下压的介质压力大于阀杯底部将阀杯向上压的介质压力以及摩擦阻力等，阀杯向下移动，将主阀阀座封闭。

现有这类电磁阀不论具体结构如何，均存在下列缺陷：

由于动铁芯通过阀杆直接带动副阀的密封件，使副阀密封件随动铁芯同步移动，因此在副阀密封副刚要开启时所需的拉力最大，但此时动静铁芯之间的间隙最大，实际产生的拉力(既动、静铁芯之间的相互吸力)最小；而副阀密封副完全开启后所需的拉力最小，但此时动静铁芯之间的间隙最小，产生的拉力最大，因此要使电磁阀在开启时能够正常工作，就必须采用功能较大的电磁头本体，使其在拉力输出最小的情况下满足电磁阀最大的拉力要求，由此不仅提高了电磁头本体的成本，而且还增大了电磁阀的能耗和体积，并增大了冷却和维护等方面的难度。电磁阀的口径越大、行程越大，上述缺陷就越为严重。

下面是对这类电磁阀涉及吸力和拉力方面的工作原理的简要分析：

在动铁芯和静铁芯之间实际产生的吸力的大小与动铁芯和静铁芯之间工作气隙的大小成反比，即工作气隙小时吸力大，工作气隙大时吸力小，其中工作气隙的大小受副阀座的限制，副阀座通径越大，副阀开启高度越大，则工作气隙越大，副阀座通径越小，副阀开启高度越小，工作气隙也越小。而另一方面，动铁芯和静铁芯之间实际所需的吸力的大小是由副阀开启阻力所决定的，副阀开启阻力的大小取决于副阀座通径大小、摩擦阻力以及介质压力的大小，当副阀开启后，其摩擦阻力和介质压力减小或逐渐减小，于是其阻力也逐渐减小。由此就出现了一个矛盾：在副阀开始开启时，阻力和拉力需求最大，但动静铁芯之间的吸力最小，在副阀完全开启时，阻力和拉力需求最小，但动静铁芯之间的吸力最大。要保证在动静铁芯之间吸力最小时克服最大的阻力，就必须设计功率大的电磁头本体来满足实际工况。

对于只设有一个密封副或其他设有两个或更多个密封副的电磁阀，只要是其动铁芯通过阀杆带动密封件同步动作，都会存在同样或类似的问题，因此也都可以采用本发明的电磁头来带动。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大行程电磁头，采用这种电磁头的电磁阀，在开启过程中所需动静铁芯之间吸力大小的变化规律大致上或基本上符合动静铁芯之间实际吸力大小的变化规律，由此减小不必要的电磁头功率和能耗。

为实现上述目的，本发明采用下列技术方案：

一种大行程电磁头，包括电磁头本体、阀杆和弹簧，所述电磁头本体设有静铁芯和动铁芯，所述弹簧的一端与所述阀杆连接，所述弹簧的另一端与所述动铁芯连接，所述弹簧优选螺旋弹簧。

本发明的工作原理和有益效果是：

在线圈通电后，动静铁芯之间产生吸力，由于这时动静铁芯之间的间隙处于最大值，因此动静铁芯之间的吸力处于最小值。通过设置适当的弹簧弹性系数或选择适宜的弹簧，使动铁芯向上移动时可以将弹簧拉伸或压缩(依据弹簧的连接方式不同)，并对阀杆形成向上的拉力或推力，因为这时只要将弹簧拉伸或压缩即可，因此所需的吸力较小，保证在阀杆不动的情况下(即动静铁芯之间的吸力小于将密封件提起所需的力)，动铁芯可以继续向上移动，随着动铁芯的继续上移，动铁芯同静铁芯之间的间隙越来越小，动静铁芯之间的吸力越来越大，同时弹簧的拉伸或压缩程度也越来越大，对阀杆的拉力或推力也就越来越大，在动铁芯上移到设定的程度(接近或达到动静铁芯之间的最小间隙)时，动铁芯所受的吸力到达或接近最大值，同时弹簧并紧以便将动铁芯的拉力直接传递给阀杆或形成最大弹力，或者弹簧形变产生的拉力或推力足大，以克服阀门开启时的最大阻力将阀杆向上提起，阀杆下端连接的密封件脱离相应的阀座，由此实现阀门的初步开启，然后弹簧克服阀杆自身重力等继续上拉阀杆，实现阀门的完全开启。

由于本发明在动静铁芯之间间隙最大的时候(线圈刚开始通电时)所需的动静铁芯之间的吸力最小，只要能够实现对弹簧的拉伸或压缩即可，只有在动静铁芯间隙较小时(或最小时)才需要较大的吸力，以便将密封件提起，这种对动静铁芯之间的吸力的要求基本上符合动静铁芯之间吸力的实际变化情况，因此可以有效地减小电磁头的功率，减小电磁头体积，降低电耗，并方便维护。

附图说明

图1是本发明在关闭状态下的结构示意图；

图2是本发明在一步启动状态下的结构示意图；

图3是本发明在二步启动状态下的结构示意图；

图4是本发明在完全开启状态下的结构示意图；

图5是现有技术下相应电磁头在关闭状态(工作气隙存在状态)下的结构示意图；

图6是现有技术下相应电磁头在开启状态(工作气隙消失状态)下的结构示意图。

具体实施方式

参见图1-4，本发明提供了一种大行程电磁头，包括电磁头本体、阀杆3和弹簧4，所述电磁头本体设有静铁芯2和动铁芯1，所述弹簧的一端与所述阀杆连接，所述弹簧的另一端与所述动铁芯连接。

所述电磁头本体可以采用任意现有的或将来可能有的通过通断电方式使动铁芯上下移动并用于带动其他件动作的电磁驱动装置。为了加工和使用上的便利，所述弹簧通常优选螺旋弹簧。

所述螺旋弹簧可以采用各处弹性系数相同的螺旋弹簧，也可以采用不同部位弹性系数不同的螺旋弹簧(例如该螺旋弹簧的节距在其轴向上连续变化或者分段变化)，甚至还可以采用多个(例如两个)具有不同弹性系数的弹簧串联在一起形成的螺旋弹簧组合。在各部位弹性系数不同的情况下，动铁芯开始移动时所需的力较小，这时弹簧中弹性系数较小的部分起主要作用，随着动铁芯的继续移动，在弹性系数较小的弹簧部分被压缩到一定程度后，则弹性系数较大的弹簧部分起主要作用，以便减小的空间内形成更大的作用力，这种弹簧的弹力变化规律可以更好地适应于在动铁芯上移过程中动铁芯所受吸力的变化情况和/或在依靠弹力带动阀杆继续上移过程中所受阻力的变化情况，更有效地降低所需的功率和实际电耗。

所述螺旋弹簧与所述阀杆和动铁芯的连接方式可以是：所述螺旋弹簧位于所述动铁芯和阀杆之间，其上端连接所述动铁芯的下端，下端连接所述阀杆的上端。所述动铁芯和所述阀杆与所述螺旋弹簧相连接的部分均可以设有轴向***所述弹簧的柱形连接部，以保证弹簧的稳定。在这种连接方式下，当动铁芯向上移动时，可以将螺旋弹簧拉长，然后通过螺旋弹簧的形变将拉力传递给阀杆，在阀杆不动的情况下，动铁芯上移的距离越大，螺旋弹簧被拉伸的越长，传递给阀杆的拉力也就越大。

所述螺旋弹簧与所述阀杆和动铁芯的连接方式还可以是：所述动铁芯下部设有竖孔，所述阀杆上部延伸到所述竖孔中，所述螺旋弹簧套在所述阀杆上部，其上端与所述阀杆连接，下端与所述动铁芯连接。这是一种优选的连接方式(图1-4中的实施例均采用了这种连接方式)，在这种连接方式下，当动铁芯向上移动时，可以将螺旋弹簧压缩，然后通过螺旋弹簧的形变将推力传递给阀杆，在阀杆不动的情况下，动铁芯上移的距离越大，螺旋弹簧被压缩的越短，传递给阀杆的推力也就越大。

所述弹簧上端与所述阀杆的连接方式可以是所述阀杆顶部设有凸缘7，所述凸缘外圆与所述竖孔间隙配合，所述弹簧的上端位于所述凸缘的下面，并与所述凸缘固定连接或相互接触。

所述弹簧下端与所述动铁芯之间的连接方式可以是所述竖孔下部设有堵头8，所述堵头与所述动铁芯固定连接，所述堵头上设有通孔，所述阀杆穿过所述堵头上的通孔并与所述堵头间隙配合，所述弹簧下端位于所述堵头的上面，并与所述堵头固定连接或相互接触。

所述堵头与所述动铁芯的连接方式可以是螺纹连接，所述堵头的外侧设有外螺纹，并通过该外螺纹旋接在所述竖孔下部的内螺纹上，所述竖孔下部设有与该外螺纹配合的所述内螺纹。

所述阀杆的主体部分通常为等径的直杆，其下端设有用于连接密封件6的连接部。

所述弹簧的选择应依据本发明的工作要求，与电磁头本体的特性(特别是动静铁芯之间的吸力及吸力变化规律)相适应，即在线圈5通电后，动静铁芯之间的吸力能够使弹簧拉伸或压缩并保证动铁芯的持续上移，在动铁芯上移到设定程度(接近或达到动静铁芯最小间隙时)，能够带动阀杆上移使密封件与副阀阀座9分离，阀门开启，在满足上述条件及相应的设计余量的情况下，应避免过大的电流消耗或功率。

上述多个自然段涉及的是对不同件或者不同连接方式的具体化，这些具体化的技术特征可以依据本专利的技术方案进行任意组合，形成从属于独立权利要求的各具体化的技术方案以及未列入权利要求书的其他技术方案。

本说明书中所称弹簧与阀杆或动铁芯的连接包括任意适宜的能够在相互连接的两个件之间产生作用的连接方式，使得阀杆或动铁芯的移动得以传递给弹簧的相应连接端并使该连接端做同向的移动或形成对该连接端相应的力，反之亦然。例如，可以是两个件直接的连接，也可以是连接件通过其他键实现的间接连接，可以是使两个件的连接部位相对固定的固定连接，也可以是两个件相互接触并在移动过程中传递作用力，甚至还可以是在静止状态下不相互接触、一个件在移动后才与另一个件相接触并传递作用力。

通过本发明可以使动铁芯在动静铁芯之间的间隙最大的时候(线圈开始通电时)所需的吸力最小，只要能够实现对弹簧的拉伸或压缩即可，而在动静铁芯间隙较小时(或最小时)则需要较大的吸力，以便将密封件提起，通过适宜的电磁头本体选择和弹簧选择以保证在尽可能小的电流或功率下满足上述要求。这种对动静铁芯之间的吸力的要求符合动静铁芯之间吸力的实际变化情况，因此可以有效地减小电磁头的功率，减小电磁头体积，降低电耗，并方便维护。

图1-图4显示了一种实施例的工作过程：图1显示的是阀门关闭的状态，动铁芯和阀杆在自重和弹簧等作用下，处于最低位置，阀杆下端连接的密封件将相应的阀座封闭，在线圈刚刚通电的瞬间，阀门依然保持在这种状态，因此也可以看作是阀门开启过程中的起始状态；图2是在线圈通电后，动铁芯上移使弹簧压缩至并紧的状态，这时动铁芯接近或达到动静铁心间隙最小的位置，已经能够形成足以将阀杆提起的力，但尚未将阀杆提起(瞬间状态)；图3是经过图2所示状态后动铁芯进行向上移动，将阀杆提起一个很小的距离，使介质得以从阀座上的通孔流过，在该提起过程中，弹簧基本上还处于并紧状态；图4显示的是在弹簧力的作用下阀杆进行上移至最高位置，使密封副处于完全开启状态，同时弹簧回复到常态。

Claims (10)

1、一种大行程电磁头，包括电磁头本体和阀杆，所述电磁头本体设有静铁芯和动铁芯，其特征在于还包括弹簧，所述弹簧的一端与所述阀杆连接，另一端与所述动铁芯连接。

2、如权利要求1所述的大行程电磁头，其特征在于所述弹簧为螺旋弹簧。

3、如权利要求2所述的大行程电磁头，其特征在于所述螺旋弹簧采用各处弹性系数相同的螺旋弹簧或者采用不同部位弹性系数不同的螺旋弹簧。

4、如权利要求3所述的大行程电磁头，其特征在于所述不同部位弹性系数不同的螺旋弹簧为节距在轴向上连续变化或分段变化的螺旋弹簧，或者为多个具有不同弹性系数的螺旋弹簧串联在一起形成的螺旋弹簧组合。

5、如权利要求2、3或4所述的大行程电磁头，其特征在于所述螺旋弹簧与所述阀杆和所述动铁芯的连接方式是：所述螺旋弹簧位于所述动铁芯和所述阀杆之间，其上端连接所述动铁芯的下端，下端连接所述阀杆的上端。

6、如权利要求5所述的大行程电磁头，其特征在于所述动铁芯和所述阀杆与所述螺旋弹簧相连接的部分均设有轴向***所述弹簧的柱形连接部。

7、如权利要求2、3或4所述的大行程电磁头，其特征在于所述螺旋弹簧与所述阀杆和所述动铁芯的连接方式是：所述动铁芯下部设有竖孔，所述阀杆的上部延伸到所述竖孔中并与所述竖孔间隙配合，所述螺旋弹簧套在所述阀杆的上部，其上端与所述阀杆连接，下端与所述动铁芯连接。

8、如权利要求7所述的大行程电磁头，其特征在于所述弹簧上端与所述阀杆的连接方式是所述阀杆顶部设有凸缘，所述凸缘外圆与所述竖孔间隙配合，所述弹簧的上端位于所述凸缘的下面并与所述凸缘固定连接或相互接触。

9、如权利要求8所述的大行程电磁头，其特征在于所述弹簧下端与所述动铁芯之间的连接方式是所述竖孔下部设有堵头，所述堵头与所述动铁芯固定连接，所述堵头上设有通孔，所述阀杆穿过所述堵头上的通孔并与所述堵头间隙配合，所述弹簧下端位于所述堵头的上面并与所述堵头固定连接或相互接触。

10、如权利要求9所述的大行程电磁头，其特征在于所述堵头与所述动铁芯的连接方式是螺纹连接，所述堵头的外侧设有外螺纹，所述竖孔的下部设有与该外螺纹配合的内螺纹。

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