CN1125255C - 闭锁式电磁阀 - Google Patents

Abstract

一种由螺线管操纵的引导阀，该螺线管由线圈(52)缠绕在具有中心孔(56)的非磁性绕线轴上构成。中心孔内的稀土永磁体(62)在中心孔内与在该孔内的磁通聚集器的一端相邻并与之贴合。一个柱塞(68)可滑动地位于中心孔内，通过弹簧(70)偏离磁通聚集器并伸出中心孔的另一端。一个磁性材料的外壳封闭螺线管(电磁线圈)组成磁通道，外壳上有一个小孔，柱塞从小孔伸出。引导阀包括一个刚性非磁性材料的阀盖座(86)，其贴合外壳并在其上有一个凹槽，该凹槽支撑柱塞不与外壳接触。柱塞通过盖座选择性地打开或关闭引导管(92)，以控制膜片(100)，该膜片(100)通过接合主阀座响应控制流体流过阀体。

Description

闭锁式电磁阀

发明领域

本发明涉及螺线管(solenoid)驱动阀，尤其是涉及带有闭锁式螺线管致动器的阀。

发明背景

在医院、公共休息室和其它设施中，人们希望能提供一种在使用一段时间后能自动关闭的盥洗室水龙头，即使使用者没有关闭水龙头，也不会使水无止境地流淌。这种操作类型的传统水龙头一般被称作“限流水龙头”，且本质上是通过活塞操作的机械式水龙头。当使用者移动活塞打开阀门，阀门内可变化的阀室扩展，并充满空气或水。随着使用者松开活塞，由于弹簧力，活塞自行运动并以一定的速度缩小阀室的大小，所述速度由通过限流孔的空气或水的释放控制。这限制了弹簧力移动活塞关闭阀门的速度，因此，也限制了水从水龙头流出的时间。这种机械水龙头的缺点之一是由于反复使用，使机械零件磨损，并且限流孔堵塞，最终需要更换，或者定期调节和清洗，以保证阀门保持打开状，为使用者提供满意的冲冼时间。

作为这些机械式自动化水龙头的一种替代品，已经提出了一些电控电磁阀模型。然而，传统的电磁阀只有当电流通过螺线管致动器的电磁线圈时才保持打开状。随着电流的消失，弹簧促使螺线管关闭阀门。因此，电磁阀要使用相当数量的电流，这使它们用电池驱动操作不切实际。所以，一般由建筑物的电线提供动力，这样在洗盆的下面需要一个电输出端，并在电路故障中防止使用者遭受电击。

发明概述

本发明的总的目的是提供一种闭锁式螺线管致动器。

本发明的另一个目的是提供这样一种闭锁式电磁阀，即在电磁线圈内设置一个永磁铁的闭锁式电磁阀。

本发明的再一个目的是提供这样一种阀，它能在电池更换之间的相当长的时间内，由电池提供动力。

本发明的这些和其它的目的是通过一个闭锁式电磁线圈实现的，该闭锁式螺线管具有一个带有中心孔的非磁性材料的绕线轴。电磁线圈被缠绕在绕线轴上，形成一个电磁体，当电流流过线圈时，产生磁场。一块永磁体与一个导磁材料的磁通聚集器一起共同设置在绕线轴的中心孔内。一个柱塞(plunger)可滑动地位于中心孔内并从绕线轴轴向地向外伸出。

一个导磁材料的外壳将绕线轴封闭，并有一个或与永磁体或磁通聚集器接触的第一元件。外壳的第二元件有一个开口，柱塞穿过该开口而不与第二元件接触，以使柱塞的磨擦力减至最小。

螺线管操纵一个引导阀机构，该引导阀机构包括一个与外壳连接的非磁性材料的阀盖座(cage)，并有一个凹槽容纳和支撑该柱塞的一端。所述盖座包括一个引导管，该引导管有一个具有第一开口的通道，其通向围绕第一开口的一个引导阀座的凹槽中。

阀体与外壳连接并有一个入口和一个出口。入口通过一个开口与出口连通，并且主阀座围绕该开口伸出。一弹性膜片选择性地与主阀座接合以关闭所述开口。该弹性膜片有一个通道，引导管被紧紧地安装在其内部。

附图的简要说明

图1是引入了根据本发明的闭锁式电磁阀的自动自关闭水龙头的截面图。

图2表示龙头的阀和管组合件。

图3是闭锁式电磁阀的截面图。

本发明的详细说明

首先参照图1，水龙头10有一个空心体12，该空心体12带有一个向上伸出并远离空心体的主部13的壳体套管(spout)14。空心体有一个基板16，它适合安装在洗盆的表面或邻近洗盆的台面顶部。空心体12的上部有一个圆柱形开口15，它用来安装带有一个可移动顶罩20的致动器部件18，通过把螺钉17***到致动器部件芯部21的凹槽19中，所述可移动顶罩20可滑动地保持在相应的位置。

致动器部件18装有电池22，电池22由盖38固定靠在一对电接触件24和26上，帽38由另一螺钉39固定在致动器组件体21上。顶罩20和盖38能容易地取下以更换电池，而不必切断水龙头10的水源，也不必接近安装水龙头的表面下方的组件。位于空心体12内的印刷电路板28通过安装在其上的电池接触件24接收电池电流。一个壳体49封闭印刷电路板28使之免受潮湿的损害，螺钉53将壳体保持在相应的位置，也将致动器部件18固定在水龙头体12上。

印刷电路板有一个计时器电路29和一个启动计时器电路的电开关32。开关推杆34从顶罩20的内表面处的紧下面向下伸展穿过致动器部件18至印刷电路板28的开关32。弹簧36也使顶罩20与盖38偏置，并与开关推杆34脱离接触。

计时器电路29的电输出驱动水龙头壳体12内的电磁阀30。电磁阀30连接到进水管40上，该进水管向下伸出穿过水龙头10的基板16。在进水管40的远端的管接头33装有一个过滤器(未示出)，该过滤器捕获可能堵塞电磁阀30的小孔的颗粒。送水管42从电磁阀30伸出通过套管14至出口管接头41，一个通气装置44由螺纹连接在出口管接头41上。从图2看出，电磁阀30、进水管40、送水管42和出水口管接头41构成一个完整的管道组合件45，被嵌置在图1所示的龙头10的空心体12内。水只流过管道组合件45并不进入水龙头体12与之接触。

把管道组件45预先装配，然后将其作为一个部件从水龙头体12的开口底部***。在***过程中，将送水管向上推入壳体套管14中，直到组件的出口接头41与壳体套管14的远端下面的开口47对准。然后把通气装置穿过壳体套管开口47拧到出口管接头上。向上推进电磁阀30直到平斜表面43与封闭印刷电路板28的壳体49相接。固定横跨空心体12底部开口上的基板16，将管道组件45保持在其应有的位置，使进水管40穿过基板向下伸出。这个过程是可逆的，以便取出管道组件45修理或更换。

正如将要更详细描述的，使用者向下推动顶罩20以起动水龙头。致动器顶罩20的位移把推进杆32向下压，关闭开关32并起动印刷电路板28上的计时器电路29。当计时器电路起动，电磁阀30处于打开状，允许水从进水管40流过通气装置44。

参照图3，电磁阀30包括一个锁式螺线管(电磁)致动器50，该致动器50有一个外壳51，外壳51封闭缠绕在非磁性材料，如塑料制成的绕线轴54上的电磁线圈52。外壳51是由钢或其它导磁材料制成。绕线轴54有一个穿过中心线伸展的中心孔56，其孔内装有一个圆柱形金属磁通聚集器58，该磁通聚集器58内有一个装有O形环60的环形凹槽。磁通聚集器58被电磁线圈52环绕。永磁体62紧靠在磁通聚集器58的一端并与中心孔56的外端相邻。磁通聚集器58和O形环60密封绕线轴54的中心孔，以使处于阀的下部的水不到达磁体62。因此，可以使用一个稀土磁体，相对其大小，它提供了相对大的磁力。磁极片64由螺纹旋拧到螺线管外壳51的整体接头66内，并将磁体62紧靠磁通聚集器58固定在绕线轴中心孔内。在组装过程中可以轴向地调节磁极片64以补偿相关零部件的加工公差。

不锈钢柱塞68可滑动地定位于绕线轴中心孔56内，相对于永磁体62在磁通聚集器58的另一端，并由弹簧70使之与磁通聚集器58偏离。在柱塞68的远端有一个凹槽，弹性密封垫72装入其内。柱塞68的远端从绕线轴54的内端向外伸出。

绕线轴54的内端有向外伸出的法兰74，该法兰74有一个围绕绕线轴中心孔56开口扩展的环形凹槽76。导磁材料，如不锈钢的端盖80的圆柱形凸缘78***到所述凹槽76内，并由第二O形环82顶靠在凹槽内密封。外壳51的开口端围绕端盖80的边缘卷边，完成对电磁致动器50的封闭。圆柱形凸缘78的通孔的直径比由此伸出的柱塞68的外径稍大，从而形成了磁通量间隙69。这导致了柱塞68能轴向移动而不与端盖80接触。端盖有一个第二大直径管状凸出部分84，它从端盖的另一边向外伸出。

磁极片64、外壳51、端盖80、柱塞68和磁通聚集器58为永磁体62创建了一个磁通道并由线圈52形成电磁场。该磁通道在柱塞68和端盖80之间有一个恒定磁通量间隙96，在磁通聚集器58和柱塞68之间有一个可变磁通量间隙67。正如将要说明的，可变磁通量间隙的大小随柱塞在中心孔56内移动而变化。

由刚性非磁性材料，例如塑料制成的衬套状(plug-like)阀盖座86有一封闭端在第二端盖凸出部分84的开口内，在端盖的凸出部分之间构成一个空腔85。该空腔85由阀盖座86上的凹槽90部分地限定，该凹槽90中插有柱塞68的远端。凹槽90的内径与柱塞68的外径紧密匹配，引导柱塞轴向移动而使柱塞的外表面与导磁端盖84保持间隙。第三O形环88在阀盖座86和端盖80之间提供密封。泄漏孔87从空腔85穿过盖座86提供一个流体通道。阀盖座86有一个引导管92，向下伸出到端盖80的开口凸缘94的下方。穿过引导管92的小孔96有一面向柱塞68的向上收的锥面开口，从而提供了一个引导阀座98。如下面所要描述的，当电磁阀30处于关闭状态时，柱塞密封垫72接合(engage)这个引导阀座98。

弹性材料，如橡胶的膜片100横跨在阀盖痤86的开口凸缘94之间并固定就位，构成引导室115。膜片100的周边被压在阀盖座86和阀体102之间，阀体102由螺纹拧到端盖84上。膜片100有一个穿过中心的通孔104，端盖的引导管92紧紧地固定在中心通孔内。膜片100的中心部分106驻留在阀体102内的入口114中，并有一个泄漏孔107穿过。在闭锁式电磁阀30处于关闭状态时，膜片100的中心部分106贴靠在主阀座108上，该主阀座是围绕从入口114到送水管42的出口110的一个开口构成的。入口114处的水压通过泄漏孔107传递，以致膜片100后面的空腔85的压力大于出口110处的压力，因此，使阀座108的入口和出口之间的小孔关闭。

在电磁阀30的关闭状态，由弹簧70的力或任何存在的气压或水压力，使在引导管92开口处的柱塞68紧靠住引导阀座98。因此，柱塞密封垫72关闭了那个开口。轴向磁力作用把柱塞68拉向永磁体62，该磁力的大小由磁通聚集器58和柱塞之间的可变磁能间隙67的长度，以及磁通量间隙中的磁通密度确定。磁通量间隙67增长或磁通密度减小，则磁力减小。柱塞68、磁通聚集器58和永磁体62的设计使磁通量间隙的磁通密度随间隙长度增加而迅速降低。柱塞68处于关闭位置时，可变磁通量间隙67有足够的长度，以使永磁体62施加的轴向磁力减至最小，并且不能克服弹簧力。因此没有电流通过线圈52，柱塞被锁在关闭位置。

基本上恒定的磁通量间隙69存在于柱塞68和端盖80之间的磁通道中。这个间隙中磁通量产生一个径向力作用于柱塞，能产生不希望的磨擦，妨碍了柱塞68的轴向移动。本结构通过将柱塞68的邻近端支撑在塑料阀盖座86上，降低了这个磨擦力的作用。该支撑使柱塞基本保持在磁通量间隙69中心，径向力被减至最小，因而为柱塞滑动提供了低磨擦、低磨损。通过用塑料绕线轴54和塑料阀盖痤86支撑柱塞，恒定的磁通量间隙69可以制得比较小，因而改善了锁式电磁(螺线管)致动器50的效率。

当使用者按压致动器部件18的顶罩20时，计时器电路起动并对电磁线圈52施以短暂的电流脉冲。该脉冲时间段(例如0.025秒)刚够使线圈52产生一个与永磁体62相同极性的附加磁场，把柱塞68进一步拉向线圈绕线轴中心孔56内，远离在引导管92开口处的引导阀座98，如图3所示。电流脉冲足够大，使柱塞68碰到磁通聚集器58，从而消除了磁通道中的磁通量间隙67，因此使永磁体62的磁力达到最大。该永磁力自身足以克服弹簧70的力，并使柱塞保持离开引导管92的开口。换言之，此时永磁体62的磁力大于弹簧力。因此，在计时器电路29的电脉冲结束时，柱塞被永磁体62锁住处于打开状，此时线圈52产生的磁场消失。

柱塞行程的距离保持较短，以使柱塞在它的行程的两端位置之间移动所需的能量最小。该柱塞行程由将磁极片64移进或移出绕线轴中心孔56调节。

当柱塞68从引导阀座98移开时，阀盖座空腔85通向与送水管42连通的引导通道96。这通过泄漏孔87从空腔85内和膜片100后的引导室115内释放了压力。随着压力的释放，入口114内的压力迫使膜片100离开主阀座108，打开入口40和送水管42之间的通道。这使水流过阀并流出通气装置44。

当阀打开期间(例如3至11秒)已过，计时器电路29自动送出另一个电流脉冲通过电磁线圈52，该电流脉冲与第一个电流脉冲的方向相反，因而产生一个与永磁体62的极性相反的磁场。当电磁阀打开时，使用者通过按压顶罩20操作开关32，计时器电路也产生那样的脉冲。该脉冲产生一个电磁场，基本上抵消了永磁体的磁力，允许弹簧施力给柱塞68，使其移出绕线轴54靠紧盖座86，关闭引导通道96。这个运动也增加了磁通聚集器58和柱塞之间的可变磁通间隙67，所以在电脉冲结束时，电磁场消失，永磁体的磁力被减弱至小于弹簧力。因此，弹簧70使柱塞处于关闭状态。

柱塞68靠紧在引导管96开口处的引导阀座98密封，膜片100后的引导室115内的压力大于出口110处的压力。由于压差，膜片100受力紧靠着主阀座108，从而关闭了入口40和送水管42之间的通道。膜片100保持在此位置直至由于柱塞68再次从引导阀座98上移开而压力相等。因为柱塞68接合刚性盖座86，关闭了引导通道，它不直接施力给膜片100。这产生了一个更柔和、更平静的膜片操作。

Claims (9)

1.一种闭锁式电磁阀，包括：

一个螺线管，它具有一个中心孔和一个线圈，当电流通过该线圈时，产生磁场；

一个永磁***于所述中心孔内；

一个导磁材料的磁通聚集器位于所述中心孔内；

一个导磁材料的柱塞可滑动地定位于所述中心孔内并从所述螺线管向外伸出；

一个其内装有所述螺线管的导磁材料外壳，它具有与所述永磁体和磁通聚集器之一接触的第一元件，和带有一个通孔的第二元件，所述柱塞穿过所述通孔；

一个连接到所述外壳上的非磁性材料的阀盖座，它具有一个凹槽，其容纳并支撑所述柱塞的一端，该阀盖座包括一个引导管，该引导管有一个通到凹槽的第一开口，该引导管还有一个第二开口，所述阀盖座有一个围绕第一开口的引导阀座和从所述凹槽穿过该阀盖座的泄漏孔；

一个连接到外壳上的阀体，它有一个入口和一个出口，出口经一通孔与入口连通，其中所述通孔为一主阀座所围绕；和

一个弹性膜片，与端盖一起构成一个与泄漏孔连通的室，该弹性膜片通过选择性地与主阀座接合而根据该室内的压力关闭与入口和出口相通的孔，该弹性膜片有一个引导孔与出口连通，其内装有所述引导管。

2.如权利要求1所述的闭锁式电磁阀，其中所述螺线管包括一个由非磁性材料构成的绕线轴，所述线圈缠绕其上。

3.如权利要求1所述的闭锁式电磁阀，其中所述柱塞有一个弹性密封垫，选择性地贴合所述引导阀座。

4.如权利要求1所述的闭锁式电磁阀，其中所述磁通聚集器包括一个密封垫圈，防止流体从所述中心孔流到该磁通聚集器。国际初审报告附件译文替换页

5.一种闭锁式电磁阀，包括：

一个磁性材料外壳，它具有一个开口端和一个带有螺纹孔的封闭端；

一个磁极片被旋拧在所述螺纹孔内；

一个在外壳内由非磁性材料构成的绕线轴，它有一个中心孔；

一个缠绕在所述绕线轴上的电磁线圈，当电流通过该线圈时，产生磁场；

一个位于所述绕线轴中心孔内的永磁体，它与所述磁极片贴合；

一个导磁材料的磁通聚集器位于所述绕线轴的中心孔内，与所述永磁体贴合；

一个导磁材料的柱塞可滑动地位于所述绕线轴的中心孔内并从所述绕线轴向外伸出；

一个使所述柱塞偏离磁通聚集器的弹簧；

一个磁性材料的端盖与所述外壳接合并封闭开口端，所述端盖有一个孔，所述柱塞穿过所述孔而不与端盖接触；

一个连接到所述端盖上的刚性非磁性材料的阀盖座，它具有相对的第一和第二侧，第一侧有一个凹槽，其容纳并支撑柱塞的一端，所述阀盖座包括一个引导管，该引导管在通到凹槽中的开口的一端具有一个引导阀座，该引导管还有一个第二端，所述盖座还包括一个在凹槽与第二侧之间扩展的泄漏孔；

一个连接到所述外壳上的阀体，它包括一个入口和一个出口，该出口与入口经一个开口连通，其中所述开口为一主阀座所围绕；和

一个弹性膜片，与所述盖座的第二侧相邻，在它们之间构成引导室，该弹性膜片通过选择性地与主阀座接合而根据该室内的压力来关闭入口与出口之间的连通，该弹性膜片有一个引导孔，其内有引导管，其中所述引导管的第二端与出口连通。

6.如权利要求5所述的闭锁式电磁阀，其中所述弹簧是在绕线轴的中心孔内。

7.如权利要求5所述的闭锁式电磁阀，其中所述永磁体是稀土磁体。

8.如权利要求5所述的闭锁式电磁阀，其中所述柱塞具有选择性贴合引导阀座的弹性密封垫。

9.如权利要求5所述的闭锁式电磁阀，其中所述磁通聚集器包括一个密封垫圈，防止流体从中心孔流到磁通聚集器。

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