CN106030173B - 机电阀门 - Google Patents

Abstract

一种机电阀门，包括：壳体；由磁性材料所制的芯(3’)，所述芯被通有励磁电流的线圈所环绕；附接至所述壳体的阀座，其与所述芯(3’)之间有一定间隔；经由所述间隔连通的位于阀座中的至少一个出口和至少一个入口；以及设置于所述间隔中的由磁性材料制得的阀门垫片(9’)。所述阀门垫片由多层堆叠的板(91、95、96)形成，所述板可至少部分地相对彼此发生位移。

Description

机电阀门

技术领域

本发明大体涉及阀门领域，具体涉及一种机电阀门。

背景技术

现有机电阀门的缺点在于效率低、反应时间长、对灰尘敏感、易磨损、易卡死以及易产生工作介质泄漏等。WO2008/156405所述的一类机电阀门可以提高机电阀门的性能。

人们对于提高机电阀门的性能和鲁棒性有着持续的追求。因此有必要对机电阀门进行改进。

发明内容

本发明的目的是克服或者至少部分地减少现有机电阀门存在的缺陷，并且提供一种改进的机电阀门。

本文所述以及其它目的可以至少部分地通过如所附权利要求所述的本发明的机电阀门实现。

总之，本发明提供了一种机电阀门。该阀门包括磁性材料制得的芯，所述芯被待提供有励磁电流的线圈所环绕。该阀门包括磁性材料所制的阀门垫片，该阀门垫片设置在一间隔内，在对供应至所述线圈的励磁电流作出响应时以打开/关闭阀门。该阀门垫片由多层堆叠的板形成，在阀门垫片被压缩时提供弹力。这些板在至少一个方向上能够相对于彼此至少部分地发生位移。

进一步地，所述阀门还包括壳体，阀门的部件位于所述壳体。

根据一个实施例，提供了一种机电阀门。所述阀门包括壳体。在所述壳体中包括磁性材料制得的芯，并且所述芯被待提供有励磁电流的线圈所环绕。另外还包括一个阀座，其可以附接到壳体或者阀门的其它一些部分。在结合阀座的位置留有一定间隔。所述间隔可以位于阀座和芯之间。该阀门包括经由所述间隔连通的位于所述阀座中的至少一个出口和至少一个入口，以及设置于所述间隔中由磁性材料制得的阀门垫片，该阀门垫片响应于提供至所述线圈的励磁电流而打开/关闭阀门。该阀门垫片由多层堆叠的板形成，在其被压缩时能提供弹力。所述多层堆叠的板由磁性材料制得，即具有导磁性的材料。在一些实施例中，这些堆叠的板中每一个彼此基本相同。当线圈被激励而吸引阀门垫片时，阀门垫片被压缩。这些板在至少一个方向上可以相对于彼此部分地位移。因此能获得一种改进的弹力。并且允许板彼此之间少许移动改进了阀门垫片的设计。

这些板通常薄并且富有弹性，其厚度在0.02至0.6mm之间。所述板的尺寸或者直径处于10mm到100mm之间。在一些实施例中，板的数量在2到70个板的范围内。进一步地，顶板和/或底板在一些实施例中由与其它板不同的其它材料制得，并且顶板和/或底板可以具有与其它板不同的其它形状。在一些实施例中，相互配合协作的至少两个板基本相同。所述至少两个板可以用具有与本文所述不同的尺寸或者用其它材料制得的板所补充。

根据一个实施例，所述板在板的一区段固定至彼此。所述板可以通过接合件固定至彼此。根据某些实施例，螺栓接合件的螺栓设有密封件，并且螺栓面向阀座。所述板的其它区段没有彼此固定，因而使得板能够在所述其它区段相对彼此移动。因此，堆叠在一起的薄板在一区段固定在一起，并且在另一区段相对于彼此可位移。

根据一个实施例，这些板为大体圆形并且在板的中间区段被彼此固定。

根据一个实施例，这些板为大体矩形并且在板的末端区段被彼此固定。

根据某些实施例，这些板设有狭缝。根据一个实施例，所述板为大体圆形并且狭缝沿着径向方向提供。狭缝的宽度可以形成为朝着所述板的周界边缘在径向方向上增大。同时这些狭缝可以延伸至板的周界。进一步地，顶板和/或底板可以具有与其它板的狭缝不同形状的狭缝。例如，顶板和/或底板可以具有比其它板更大的狭缝。

本发明的阀门提供了一种强健的机电阀门，该机电阀门能在较短的打开和关闭时间进行控制，由此实现工作介质流量和压力的精确控制。

附图说明

下面通过非限制性的例子并结合附图对本发明进行更详细的说明，其中：

图1为机电阀门的一实施例的轴向截面图，

图2为阀门垫片的第一实施例的立体图，

图3至图5为根据第二实施例的阀门垫片的部件分解图，

图6至图9为根据第二实施例的阀门垫片的视图，

图10和图11示出不同类型的机电阀门，

图12a至图12c示出根据第三实施例的另一阀门和阀门垫片，以及

图13为用于驱动机电阀门的驱动电路的视图。

具体实施方式

图1示出机电阀门1的一个实施例的轴向截面图，所述机电阀门例如为气动阀门。该阀门可以设计用来利用除了空气以外的其它流体进行操作。

机电阀门1包括壳体2，所述壳体2由非磁性材料例如铝制得。由电磁材料制得的芯3位于壳体2内。所述芯3具有居中延伸部分4，线圈5环绕所述居中延伸部分4。在一个实施例中，芯3大体为杯形。在一个实施例中，芯3可以为U形。其它形状也同样可行，例如E形。

在一个实施例中，居中部分4延伸到杯形电磁芯3的边缘。但是应当被理解的是，所述部分4可以比芯的壁的高度更短或更长。

线圈5经由其端子被供应来自电流源的励磁电流，如下文中结合图13所示。

优选地，线圈5拥有较低的电感并且所述连接至端子的电流源具有电流发生器特性。

同样为非磁性材料(例如铝)的阀座6，例如通过螺丝(未示出)附接到壳体2，并且与芯3之间有一定间隔。

阀门1还具有出口7。在一个实施例中，阀座6具有一居中的出口7。根据另外一个实施例，提供了一个以上的出口7。

阀门1还包括入口8。根据一个实施例，阀门1包括两个距离出口7有一定径向距离的入口8。入口的数量可以随着不同应用而改变。提供了至少一个入口8，多个的情况也是允许的。

出口7和入口8通过阀座6与芯3之间的间隔连通。

应当理解的是，入口8的位置不是固定的，而是根据阀门1的预期用途而定，因此入口8可以根据阀门1的应用领域位于任意合适位置。

根据某些实施例，磁性材料的阀门垫片9安置在阀座6和芯3之间的间隔中。通过下文描述可知，阀门垫片可以安置在其它位置，其中阀门垫片能够在关闭阀门的第一位置和阀门打开的第二位置之间移动。

根据一个实施例，在线圈5中没有励磁电流时，阀门垫片9由弹性肋部悬置，所述弹性肋部从阀门垫片9延伸以保持出口7闭合。

根据一个实施例，所述垫片由形成片簧的多层电磁材料形成，由此垫片不需被悬置也能提供自身所需弹力。换言之，所述阀门垫片9布置在阀座6和芯3之间的间隔内。当电磁材料的垫片被励磁线圈所吸引时，阀门垫片的一部分移向芯从而打开/关闭阀门。阀门垫片的另一部分受到限制。例如可以通过将垫片的边缘抵靠图1所示的阀门中的桥台置放而获得所述限制。根据其它实施例，堆叠板组的一部分能够在一区段被固定而在另一区段可移动。当垫片的可移向线圈的那部分被吸引到线圈时，由于阀门垫片的堆叠的板，还将产生一种反作用弹力。

换言之，当向线圈5提供励磁电流时，阀门垫片9与芯3配合协作(即受到芯3的吸引)以打开出口7。当不供应励磁电流时，阀门垫片因其固有弹力而返回至初始位置。

优选地，在某些实施例中，阀门垫片9具有小于等于2mm的冲程，以保证足够小的尺寸。

图2示出由多层电磁材料形成的阀门垫片9的实施例的从两侧得到的立体图。所述多层形成片簧垫片，其能够使垫片在不受任何电流激励时返回到其位置。

图3示出另一实施例中阀门垫片9’的从其一侧得到的分解图。阀门垫片9’由多层电磁材料所制的板91形成。这些板91彼此堆叠形成片簧垫片，其能够在芯不受任何电力激励时使阀门垫片返回其位置。每个板91都是由柔性磁性材料的薄板形成，如合适类型的钢，如不锈钢。阀门垫片9’还包括由螺母92及螺栓93形成的螺栓接合件。螺栓93还可以包括由弹性材料形成的密封件94，所述密封件附接至螺栓以增强阀门关闭时与阀座之间的密封性。同时，多层堆叠板91的顶板和底板(在图3中标记为95和96)中的一个或者两个可以更厚和/或由与其它板91不同的其它材料制成，甚至由非磁性材料制成。因此，根据某些实施例，板95、96设计得与板91堆叠中的其它板不同。特别地，与阀门垫片中的其它板相比，该板可以更厚或者由其它材料制得，甚至由非磁性材料制得。此做法的有益之处在于，与其它板相比，板95、96由此能承受更高的机械应力，同时能赋予板95、96其它性能，如与其它板相比的更高的耐磨性，阀门垫片和阀门的预期寿命会增加，特别是在其它实施例中一个或者两个外部板设置为能够由廉价备用部件容易地替换。

在图4和图5中，图3所示的阀门垫片分别以顶部和底部视角以分解图的形式示出。从图4和图5可以看出，阀门垫片9’的每一层91具有大致圆形的周界，并且层91的厚度与整个板层区域相比较小。通常情况下，阀门垫片中的板层中板的厚度能够在0.02mm至0.6mm之间。根据某些实施例，板的厚度大概在0.03至0.07mm之间，例如大约0.05mm。在一个实施例中，所述板具有统一的厚度。根据某些实施例，阀门垫片9’的尺寸或者直径能够在10mm至100mm范围内。

进一步地，形成阀门垫片91的堆叠薄板的数量也是可变的。在某些应用时，薄板数量可以在2至70的范围内。在某些应用时，基本相同的板91的数量至少为三个。在另外一些应用时，板91的数量可以在3至40或5至20的范围内。在某些实施例中，彼此配合的至少两个板是基本相同的。所述至少两个基本相同的板可以由与本文所述不同的其它尺寸或者其它材料的外部板进行补充。

在某些实施例中，板的形状是除了大体圆形/环形之外的形状。例如板的周界可具有大体矩形形状，例如下文中结合图12所描述的实施例。

进一步地，板91，特别是每一块板91可以设有径向定向的狭缝97。根据一个实施例，狭缝的宽度朝向板的周界边缘在径向方向上逐渐增大。根据一个实施例，狭缝97延伸直至板的周界。在某些实施例中，这些狭缝定形为使得狭缝的宽度在板的周界处减小。这将形成具有一定数量的从中心部分延伸出来的T形舌片的阀门垫片，形成基本圆形的阀门垫片。特别地，外部板能够具有T形舌片。T形外部舌片可以在提供很好的弹性性能的同时保证较大的耐磨面。进一步地，根据某些实施例，阀门垫片的顶板和/或底板95、96的狭缝98可以具有与阀门垫片中的其它板91的狭缝不同的形状。特别地，相比于其它板91的相应狭缝97，阀门垫片9’的外部板的狭缝98可以更大，即具有从板中切除的更大一块区域。狭缝的具体形状可以根据具体应用而变化。狭缝的设计可以用来决定阀门垫片的所需弹性性能。同时，狭缝的设计也可以用来决定阀门垫片的磁性能。例如，阀门垫片的板在狭缝处切除更少材料时，会有更多磁性材料保留因此能负荷更高的磁流。

图6和图7分别示出阀门垫片9’的俯视图和仰视图。

如上文所述，在某些实施例中阀门垫片9’的顶板和/或底板与其它板的设计有所不同。所述顶板和底板可以制作得更厚，并且还能够由与阀门垫片中的其它板不同的材料制成，以起到磨损垫片的作用。同样，垫片95和96可以增加阀门垫片9’的稳定性，这促进并允许对阀门垫片9’的稳健处理。这在图8和图9中示出，图9示出图8的细节。因此，在图9中，外部板95和96比位于板95和96之间的其它板更厚。

根据一个实施例，如上文所述，阀门垫片9、9’、9”的板91通过螺栓接合件的方式紧固。特别地，在所有板的中间部位提供一个螺栓接合件，其使得阀门垫片保持在一起作为一个单元在阀座和芯之间的间隔内运动。同样也可以设想其它固定单独垫片/板的方法。例如形成阀门垫片的板的堆叠组合可以夹紧、胶合或者焊接在一起。不管使用何种方法，通常有利的是，采用紧固方法允许阀门垫片的单独的板之间的位移(至少在阀门垫片的某部分或某些部分)。因此，所述板随后能够至少部分地关于彼此在至少一个方向例如径向上发生移动。根据一个实施例，所述板在中部位置相对于彼此固定，并且在板的外侧部分所述板可以相对于彼此在板的径向方向上发生移动。这使得在阀门垫片分别在激励阶段被压缩时，在未激励阶段解压时(弹簧回返)，允许在阀门垫片的单独的板/垫片之间在所述紧固位置之外产生小范围的滑动形式的基本径向的移动。阀门垫片的单独垫片之间的所述移动(例如径向移动)将进一步对所述阀门垫片在其能够在两个位置之间移动的所述间隔内的运动产生阻尼作用，所述两个位置分别对应阀门打开和关闭位置。

阀门1能够具有不同于本文所述的使用阀门垫片9、9’和9”的其它设计形式。通常，阀门垫片9、9’、9”放置于阀门中的空间内并且在由电磁铁产生的磁场作用下在两个位置之间移动。所述两个位置可以分别对应阀门打开和关闭状态。下面将描述一些不同的设计方案。

图10示出具有如上文所述的阀门垫片9’或者9”的阀门1’。所述阀门垫片可以在阀座和芯3’之间的间隔10’中移动。所述阀门1’的类型可以是标记为“常闭”的类型。因此，当没有对线圈进行通电以磁化芯3’时，阀门垫片悬置在其位置，闭合开口7’。当芯被磁化，所述阀门垫片(此处为其中间位置)在所述间隔中朝线圈方向移动并将打开从入口8到出口7的通道，使得例如压缩空气流能够流经阀门1’。当芯消磁时，在阀门打开时产生的弹力使阀门垫片返回。

图11示出与阀门1’类似的阀门11”。但是，阀门1”是可以标记为“常开”的类型。因此，当没有对线圈进行通电以磁化芯3”时，阀门垫片悬置就位，在该位置阀门垫片远离阀座。当芯被磁化时，阀门1”中阀门垫片被拉向阀座以关闭阀门1”。当芯去磁时，阀门关闭时所产生的弹力使阀门垫片恢复原位。

图12a示出另一种实施例中的阀门1”’。为方便理解，图12a只示出阀门1”’的一部分。所述阀门包括位于壳体(未示出)中的芯3”’。所述芯3”’大体为U形。所述芯3”’可被线圈5”’磁化。优选地，线圈5”’可以缠绕在U形芯的一条腿上。阀门1”’还包括阀门垫片9”’。所述阀门垫片9”’在一末端区段附接至芯3”’。如果为U形芯，阀门垫片9”’可附接至U形芯的一末端区段。阀门垫片9”’的另一末端区段能够设置在阀座(未示出)与芯3”’之间的间隔内。特别地，所述另一末端区段可以和U形芯的另一末端区段紧密连接。当芯被磁化时，阀门垫片与芯配合协作以将阀门垫片在两个位置之间移动。一个位置为阀门垫片被芯3”’吸引，另一位置是芯3”’未被磁化并且阀门垫片利用其弹力回到原始位置。阀门垫片9”’还可具有一个带有凸缘29的外侧末端区段。凸缘可结合阀门1”’的入口/出口(未示出)提供。当阀门垫片响应于提供至线圈5”’的励磁电流而在两个位置间移动时，凸缘29用以打开/关闭阀门1”’的入口/出口。

图12b示出既能控制入口又能控制出口的阀门1”’。因此，在图12b中，提供了这样的阀门装置，两个阀门41和42都包括例如图12a所示的阀门垫片的阀门垫片布置。入口由第一阀门41控制而出口由第二阀门42控制。

图12c示出图12a和12b中阀门垫片9”’的更多细节。阀门垫片9”’由一定数量的堆叠的板51形成。所述板可以具有大体矩形形状。所述矩形板51的尺寸可以大体上如上文描述的基本圆形板91的尺寸。例如，矩形板51横截面在大约10至100mm之间并且厚度在大约0.02至0.6mm之间。这些板在一个区段中被彼此固定。在一个实施例中，这些板在末端部分被固定。这些板可以通过螺栓接合件52进行固定。在一个实施例中，堆叠的板被直接螺接到芯3”’。在堆叠的板并不固定至彼此的另一区段，这些板可以在至少一个方向上相对彼此产生移动。因此能够得到弹力，由此阀门垫片不需被悬置，但能够提供其本身所需弹力以返回到阀门垫片不受芯吸引的位置。根据一个实施例，阀门垫片9”’具有一夹具53，用来限制但并不完全阻止各个板相对彼此在另一区段中产生位移。根据一个实施例，在堆叠的矩形板的一个末端区段中提供了螺栓接合件52，并在堆叠的矩形板的另一末端区段提供夹具53。进一步地，当芯切换的磁化强度导致阀门垫片在两个位置间移动时，夹具53可被用来与入口/出口配合而关闭/打开入口和出口。夹具53可以设有密封元件，用于在关闭入口/出口时提供良好密封。

应该理解的是，结合特定实施例描述的特征并不限于特定实施例。相反地，实施例只用来阐释不同的设计方案。可以将不同实施例的技术特征进行组合。例如，图12c中的阀门垫片能够具有其它尺寸的外部板或者由其它材料等制得。

图13示出用于提供有效驱动电流以驱动阀门1的驱动电路30。驱动电路30包括供应输入信号的输入端31。所述驱动电路30为电磁线圈5提供驱动电流。在一个实施例中，驱动电流由控制电路32所控制的开关电流提供，用来打开或者关闭阀门1。通过控制开关时间，阀门1能够被控制以允许合适量的介质流通过。优选地，所述开关可以由电流感应开关实现。因此，驱动电路可用作电流发生器，提供脉宽调节驱动电流。所述驱动电路也适用于阀门1’和阀门1”。

在某些应用下机电阀门的响应时间短是一种优势。这是因为较短的响应时间提供了高开关频率、高分辨率以及对于介质流来说较宽的操作范围，这些在许多应用场景下是亟需的。为了得到较短的响应时间，根据一个实施例，芯3可以由响应时间较短的磁性材料制得以减少涡电流的出现。这可以通过制造特定的芯实现，所述芯由多层电磁材料制成的板制造，或者使用响应时间短的其它材料(如Somaloy)制造。同时磁性材料的电阻可以较大这样导电性就会降低。

因此，使用如本文所述的电磁阀，能够得到具有改进性能的阀门。通过如上文所述在阀门中提供具有磁性的板堆叠组件结构，在一个或同一个元件中能够实现以下：

-得到合适的磁流、几何结构和强度，这得益于堆叠组件中所有多个板的合计的大横截面积，因此在激励阶段能产生所述元件的强而快的前向运动(阀门的打开/关闭，反之亦然)，以及

-同时，实现堆叠组件的有利的合适的弹性，这得益于堆叠组件中的薄(且柔性)板的多样性以及它们相互之间的至少局部可运动性，因此在去激励阶段能够实现所述元件的有利的强而快的返回运动(阀门的关闭/打开，反之亦然)。

-此外，堆叠组件将提供良好的阻尼特性，这是有利的，因为堆叠组件能够设置在阀门的空间内。

基于上述教导，形成阀门垫片的堆叠组件中电磁板的数量、厚度、设计以及材料的选择可以根据穿过该组件的磁流的所需尺寸和强度及其所需返回弹性决定，这些参数反过来又取决于预期应用领域所需的阀门力量和速度。

Claims (15)

1.一种机电阀门(1)，包括壳体(2)，

-芯(3)，所述芯由电磁材料制得且由待提供有励磁电流的线圈(5)所环绕，以及

-阀座，

其特征在于

-阀门垫片(9)，所述阀门垫片由电磁材料制得，并且设置于一间隔内，以通过在所述阀座与所述芯(3)之间的所述间隔中移动，在响应于提供至所述线圈(5)的励磁电流时打开/关闭所述阀门，并且其中所述阀门垫片(9)由多层堆叠的由电磁材料制得的板(91)形成，当所述阀门垫片被激励线圈吸引时，所述板提供回复弹力，所述板在至少一个方向上可相对于彼此至少部分地位移，其中，所述板(91、95、96)设有狭缝(97、98)，其中，所述板(91、95、96)大体为圆形，并且所述狭缝(97、98)在径向方向上设置，并且其中，所述狭缝(97、98)的宽度在朝向所述板(91、95、96)的周界边缘的径向方向上增大。

2.根据权利要求1所述的阀门，其特征在于，所述板是厚度在0.02至0.6mm之间的薄板。

3.根据权利要求1所述的阀门，其特征在于，所述板具有10mm至100mm的直径。

4.根据权利要求1所述的阀门，其特征在于，所述板的数量在2至70个板的范围内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阀门，其特征在于，顶板和/或底板(95、96)由与其它板(91)不同的其它材料制得。

6.根据权利要求5所述的阀门，其特征在于，所述顶板和/或底板(95、96)的形状与其它板(91)不同。

7.根据权利要求6所述的阀门，其特征在于，当所述阀门垫片由大体圆形板形成时，所述顶板和/或底板(95、96)为T形舌片形式。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的阀门，其特征在于，所述堆叠的板在所述板的一区段固定至彼此，而在所述板的另一区段可相对于彼此发生位移。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的阀门，其特征在于，所述板(91、95、96)在所述板的一区段固定至彼此。

10.根据权利要求9所述的阀门，其特征在于，所述板(91、95、96)利用螺栓接合件(92、93)固定。

11.根据权利要求10所述的阀门，其特征在于，所述螺栓接合件的螺栓(93)在其面对所述阀座的位置设有密封件(94)。

12.根据权利要求9所述的阀门，其特征在于，所述板(91、95、96)大体为圆形，并在所述板的中间区段被固定至彼此。

13.根据权利要求1至4任一项所述的阀门，其特征在于，所述狭缝(97、98)延伸至所述板(91、95、96)的周界。

14.根据权利要求5所述的阀门，其特征在于，所述顶板和/或底板(95、96)具有形状与其它板(91)的狭缝(97)不同的狭缝(98)。

15.根据权利要求14所述的阀门，其特征在于，所述顶板和/或底板(95、96)具有比其它板(91)的狭缝(97)更大的狭缝(98)。