CN103375453A - 一种轻质快响应电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻质快响应电磁阀，包括线圈组件、阀座基体、阀芯、弹簧以及控制电路，阀座基体的入口通道与环形集液槽连通，出口通道上端面与环形集液槽交界处设置阀座，阀芯的中心设置有台阶孔，阀芯的下端面设置有第一道密封组件，线圈组件包括挡铁、隔磁环、下端头、线圈、外壳以及平衡杆，平衡的另一端伸入阀芯的台阶孔内且周向间隙配合，在配合处设置有第二道密封组件，第二道密封组件的密封面积与第一道密封组件的密封面积相等，平衡杆的下端面与阀芯的台阶孔形成弹簧腔，弹簧位于弹簧腔内。本发明解决现有电磁阀无法满足特定***对轻质小型化控制阀的需求，本发明提供一种轻质、小型化、快响应、低功耗电磁阀。

Description

一种轻质快响应电磁阀

技术领域

本发明涉及一种电磁阀，可用作各种液压、气动***的控制阀。

背景技术

电磁阀用于各种液压、气动***，作为控制元件其作用包括控制***的启动、关机和流量调节等。在航天、航空领域，如运载器、飞行器和航天器的推进***中，由于机动性和有效载荷的限制，对电磁阀的响应速度、结构重量以及消耗能量都提出了较高要求。小型化、快响应、低功耗成为航天、航空电磁阀发展的趋势。直流螺管式电磁阀因其结构简单，工作可靠性高，在航天、航空推进***控制领域广泛应用。传统的直流螺管式电磁阀启动必须的电磁力取决于入口压力和出口密封面积的大小，其中一项参数增加将导致启动必须电磁吸力随之增加，从而必须加大电磁铁的结构才能满足吸力增加的要求。为解决电磁阀结构随入口压力和出口密封面积而增大的问题，本发明提出一种能够减小或消除入口压力和出口密封面积影响的直流螺管式电磁阀结构，使电磁阀的结构重量不增加或小幅增加就能够适应更高的工作压力和更大的出口通径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有电磁阀提高其入口压力或增加出口直径都将使其结构重量随之大幅增加，无法满足特定***对轻质小型化控制阀的需求，本发明提供一种轻质、小型化、快响应、低功耗电磁阀。

本发明的技术解决方案是：

一种轻质快响应电磁阀，其特殊之处在于：

包括线圈组件1、阀座基体2、阀芯3、弹簧4以及控制电路5，

所述阀座基体包括基座21、设置在基座上的出口通道22、入口通道24、轴向设置在基座21的出口通道22上的环形集液槽23，所述入口通道24与环形集液槽23连通，所述出口通道22上端面与环形集液槽23交界处设置阀座25，

所述阀芯3的中心设置有台阶孔31，所述台阶孔的小端312与出口通道22连通，所述阀芯3的下端面与阀座基体2上的出口通道22上端面的阀座25之间设置有第一道密封组件61，

所述线圈组件包括挡铁11、隔磁环12、下端头13、线圈、外壳15以及平衡杆16，所述挡铁11的中心设置有安装孔，所述平衡杆16的一端伸入安装孔内并与挡铁11固定连接，所述平衡杆16的另一端伸入阀芯3的台阶孔的大端311内且周向间隙配合，在配合处设置有第二道密封组件62，所述第二道密封组件的密封面积与第一道密封组件的密封面积相等，

所述平衡杆的下端面与阀芯3的台阶孔的大端形成弹簧腔，所述弹簧4位于弹簧腔内。

上述线圈包括主线圈141、加速线圈142以及设置在主线圈141和加速线圈142之间的绝缘层143。

上述线圈组件1还包括插座安装孔17以及设置在插座安装孔17内的插座18，所述插座安装孔17设置在挡铁11上，所述控制电路与通过插座18与线圈14连接。

上述控制电路与插座18的下端插针连接且位于插座安装孔17内，所述线圈通过控制电路5与插座18连接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、传统的电磁阀结构仅有第一道密封组件61，电磁阀打开关闭过程中，入口介质在阀芯上端的作用面积为完整的上端面面积，入口介质在阀芯下端面的作用面积为阀芯下端面面积与第一道密封组件61的密封面积之差，使阀芯在轴向上受到的介质作用力不平衡，产生的合力方向向下，大小等于介质压强与第一道密封组件61密封面积的乘积，该不平衡力为阀芯开启过程的阻力；因此对于传统电磁阀，随着入口介质压强和出口密封面积的增加，阀芯开启过程的阻力将随之增加，必须增大电磁结构的体积与重量以产生更大的电磁吸力使阀芯打开。

本发明通过增加一处与第一道密封组件61等密封面积的第二道密封组件62，使电磁阀打开关闭过程中，作用在阀芯3上的介质作用力始终保持平衡，电磁吸力只需克服弹簧4的压力以及第二道密封组件62处的摩擦力即可实现电磁阀的开启，因此本发明电磁阀的电磁部分结构重量对入口压力和出口直径不敏感，即便在入口压力或出口直径增加的使用条件下，本发明电磁阀的电磁结构仍然可以实现轻质、小型化。

2、本发明轻质快响应电磁阀，在线圈14中增加了加速线圈142和主线圈141并增加了控制电路5；通过控制电路5控制两线圈的切换可以实现电磁阀的快速打开与关闭，并能够降低电磁阀长时开启时的功耗。

3、本发明轻质快响应电磁阀，将控制电路5进行小型化并安装于线圈组件1的插座安装孔17内，线圈14通过控制电路5与插座18连接，实现电磁阀控制***的简化。

附图说明

图1是本发明一种轻质快响应电磁阀的结构示意图；

图2是本发明一种轻质快响应电磁阀的线圈组件示意图；

图3是本发明一种轻质快响应电磁阀的阀座基体示意图；

图4是本发明一种轻质快响应电磁阀的阀芯示意图。

具体实施方式

一种轻质快响应电磁阀，包括线圈组件1、阀座基体2、阀芯3、弹簧4以及控制电路5。其中阀座基体包括基座21、设置在基座上的出口通道22、入口通道24、设置在基座21出口通道22轴向的环形集液槽23，所述入口通道24与环形集液槽23连通。阀芯3的中心设置有台阶孔31，台阶孔的小端312与出口通道22连通，所述阀芯3的下端面与阀座基体2上的出口通道22的上端面之间设置有第一道密封组件61。所述线圈组件包括挡铁11、隔磁环12、下端头13、线圈、外壳15以及平衡杆16，挡铁11的中心设置有安装孔，平衡杆16的一端伸入安装孔内并与挡铁固定连接，另一端伸入阀芯3中心的台阶孔31内与大端311上部形成周向间隙配合，在配合处设置有第二道密封组件62。平衡杆16的下端面与阀芯3台阶孔31大端311的下部形成弹簧腔，弹簧4位于弹簧腔内。

本发明工作原理是：电磁阀不通电时，压缩弹簧4将阀芯3压紧在阀座25上形成密封，介质通过入口通道24汇集在集液槽23及挡铁11下端的腔内，阀芯3的非密封面均作用有介质压力P1，由于第一道密封组件61和第二道密封组件62密封面积相等，因此阀芯3上下端面受到的介质作用力相等，阀芯3受到的介质力在各方向上达到平衡，仅靠弹簧4的压力维持第一道密封组件61，使介质无法流到出口通道22。电磁阀通电后，在挡铁11和阀芯3之间的气隙7产生电磁吸力，吸力大于弹簧4压力使阀芯3向上运动离开阀座25，与挡铁11贴合，打开集液槽23与出口通道22之间的第一道密封组件61，介质通过电磁阀流入出口通道22。

本发明的实现还在于：

线圈包括主线圈141、加速线圈142以及设置在主线圈141和加速线圈142之间的绝缘层143，加速线圈142与主线圈141的磁势相等，但线圈142的匝数远小于141。电磁阀打开时先给加速线圈142通电，由于线圈142匝数少、电感小，使得电磁阀回路中的电流快速增加至电磁阀的启动电流，电磁阀得以迅速打开；电磁阀完全打开后，接通主线圈141同时切断加速线圈142，由于主线圈的匝数多、电阻大，使得回路电流降低实现长时开启时功耗的降低以及电磁阀关闭时间的缩短。

本发明的实现还在于：

控制电路5与插座18的下端插针连接且位于插座安装孔17内，线圈通过控制电路5与插座18连接。通过控制电路5实现对加速线圈142和主线圈141的通断及时序控制。电磁阀通电后，电信号首先作用于控制电路5，由控制电路5完成先给加速线圈142通电，实现电磁阀的加速开启；一定时间（大于电磁阀完全打开的时间）后断开加速线圈142，切换至给主线圈141通电，在电磁阀持续打开过程中维持给主线圈141通电，实现电磁阀长时开启时能耗降低；电磁阀断电后，由控制电路5完成给主线圈141断电，并在主线圈141回路内增加耗能元件，使主线圈141回路内的电能被快速消耗，从而实现电磁阀的加速关闭。

本发明的实现还在于：

第一道密封组件61、第二道密封组件62分别设置在阀芯3的上、下两端，用于改变和控制阀芯3上下两端承受介质压力的面积；主密封（第一道密封组件61）设置在阀芯3的下端，密封面积等于阀座25出口面积；副密封（即第二道密封组件62）设置在阀芯3与平衡杆16的配合处，若密封面积与主密封箱等，则可使阀芯3受到的介质压力上下完全平衡；若密封面积与主密封不相等，则阀芯3受到的介质压力部分平衡，阀芯3所受介质合力的方向指向密封面积大的一端，大小等于介质压强乘以第一道密封组件61与第二道密封组件62密封面积之差；在出口直径一定的前提下，通过改变平衡杆16与阀芯3中心孔大端311配合处的直径，即可改变与控制阀芯3受到的介质作用力，因此可以根据结构的需要调整该力的大小与方向，当该力为零时，电磁阀的结构重量可以设计的最小。第一道密封组件61和第二道密封组件62可以为实现密封的任何形式。

本发明的实现还在于：

线圈组件1的骨架由三个零件焊接后加工而成，两端的挡铁11和下端头13为软磁合金，中间的隔磁环12为不导磁金属；骨架外圆上下各有一台肩，两台肩之间形成环槽形窗口，线圈14绕于窗口内，通过绝缘材料与窗口各表面隔离，外壳15套在线圈14外且与线圈之间设置绝缘层，外壳15与骨架的上下台肩径向过盈配合；骨架中心上端为挡铁11，下端有一腔，腔上端面位于隔磁环12高度范围内，阀芯3在腔内；骨架下端为下端头，下端头13下端为圆柱薄壁结构，圆柱内孔与腔同轴且大于腔，圆柱外壁上焊接一段滤网，在过滤网高度范围内的圆柱壁上设置径向通孔。

实施例1：

应用于某液压控制***的实施实例如下：

某液压控制***采用了内置芯片式驱动电路的快响应电磁阀。根据设计要求，***工作介质为强氧化性介质绿色四氧化二氮，介质压力为2MPa，***控制电压28V，流量为30g/s。试验表明，在无外加控制电路的情况下，电磁阀的打开时间为5ms，关闭时间2ms，流量为30g/s时流阻0.2MPa，电磁阀重0.15kg。

该阀通过电信号进行远程控制，具有小型、轻质、密封性好、开关速度快、耗电低等优异性能。通过选取耐腐蚀软磁材料、金属基体材料及非金属密封材料可以提高电磁阀的耐腐蚀性，从而可将电磁阀推广应用于腐蚀性介质的控制。

本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离权利要求所界定的结构的情况下进行各种增补、改进和更换，因此，本发明是广泛的。

Claims (4)

1.一种轻质快响应电磁阀，其特征在于：

包括线圈组件（1）、阀座基体（2）、阀芯（3）、弹簧（4）以及控制电路（5），

所述阀座基体包括基座（21）、设置在基座上的出口通道（22）、入口通道（24）、轴向设置在基座（21）的出口通道（22）上的环形集液槽（23），所述入口通道（24）与环形集液槽（23）连通，所述出口通道（22）上端面与环形集液槽（23）交界处设置阀座（25），

所述阀芯（3）的中心设置有台阶孔（31），所述台阶孔的小端（312）与出口通道（22）连通，所述阀芯（3）的下端面与阀座基体（2）上的出口通道（22）上端面的阀座（25）之间设置有第一道密封组件（61），

所述线圈组件包括挡铁（11）、隔磁环（12）、下端头（13）、线圈、外壳（15）以及平衡杆（16），所述挡铁（11）的中心设置有安装孔，所述平衡杆（16）的一端伸入安装孔内并与挡铁（11）固定连接，所述平衡杆（16）的另一端伸入阀芯（3）的台阶孔的大端（311）内且周向间隙配合，在配合处设置有第二道密封组件（62），所述第二道密封组件的密封面积与第一道密封组件的密封面积相等，

所述平衡杆的下端面与阀芯（3）的台阶孔的大端形成弹簧腔，所述弹簧（4）位于弹簧腔内。

2.根据权利要求1所述的轻质快响应电磁阀，其特征在于：所述线圈包括主线圈（141）、加速线圈（142）以及设置在主线圈（141）和加速线圈（142）之间的绝缘层（143）。

3.根据权利要求1所述的轻质快响应电磁阀，其特征在于：所述线圈组件（1）还包括插座安装孔（17）以及设置在插座安装孔（17）内的插座（18），所述插座安装孔（17）设置在挡铁（11）上，所述控制电路与通过插座（18）与线圈（14）连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的轻质快响应电磁阀，其特征在于：所述控制电路与插座（18）的下端插针连接且位于插座安装孔（17）内，所述线圈通过控制电路（5）与插座（18）连接。

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