CN113090804B - 高可靠磁锁式自锁阀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高可靠磁锁式自锁阀装置，包括线圈组件、簧片组件和阀座。线圈组件和簧片组件均设置在阀座内；簧片组件控制阀座的通断；线圈组件通电时，驱动簧片组件开启或者关闭阀座，线圈组件断电时，簧片组件保持在断电时的位置。衔铁由两个簧片在两端联接夹持，使运动件悬空，实现运动件动作过程中无摩擦，夹持运动件的簧片采用多条S形筋结构，减小了阀门体积和重量，永磁铁、衔铁与线圈组件和阀座共同构成磁回路，控制阀门的开关；所述阀座用于与非金属密封件压紧、贴合，实现关闭状态时的可靠密封，并与线圈组件和簧片组件共同构成磁回路，控制阀门的开关。本发明密封可靠、动作次数多、可靠性高、使用寿命长、重量轻、响应快。

Description

高可靠磁锁式自锁阀装置
技术领域
本发明涉及空间站领域，具体地，涉及一种高可靠磁锁式自锁阀装置。
背景技术
高可靠磁锁式自锁阀装置是空间站、微小卫星轨控***中一个重要的组成部分。
空间站的建设是我国近年来航天领域的重点工程，而无论是近地轨道空间站还是月球、火星轨道空间站，都将要求具有10年以上运行寿命。阀门工作失效会带来致命的后果。因此，需要自锁阀长期工作性能稳定、可靠性高。
此外，微小卫星投资运营成本低、***建设周期短、技术性能高、灵活性强，在科学试验、遥感、通信、导航和战术应用等领域的应用价值和潜力不断提升。国外在上述领域均提出了大规模的小卫星星座计划，星座组网已经成为小卫星发挥效能的重要途径，也是未来卫星推进***发展的主要趋势之一，具备广阔的应用前景。而卫星领域自锁阀的普遍需求也是长寿命和高可靠性。
为满足推进***需求，有必要研制长寿命自锁阀，应用于微小卫星推进***、载人航天和深空探测等领域中。
根据空间站和微小卫星的要求，该阀门工作介质为甲基肼(MMH)和绿色四氧化二氮(MON-1)，累计工作任务寿命次数(≥1×105次)非常多，且密封性要求非常高(内漏率≤1×10-6Pa·m3/s，外漏率≤1×10-7Pa·m3/s)。
高可靠磁锁式自锁阀装置与传统的磁锁式自锁阀不同的是，传统的磁锁式自锁阀工作次数和漏率不能达到如此严酷的要求，不能用于空间站和微小卫星中长寿命和高可靠性的场合。高可靠磁锁式自锁阀装置运动件由簧片在两端联接，使运动件悬空，不与线圈内壁直接接触摩擦，避免了由于表面磨损导致的动作失效。传统的磁锁式自锁阀在工作次数达到1×103次后由于摩擦导致的表面磨损，易发生运动件卡滞，运动件动作不畅，随着动作次数增加而最终动作失效(失效概率随动作次数增加而增加，一般失效次数在1×103次～1×104次之间)。高可靠磁锁式自锁阀装置达到1×105次动作次数以上未失效，
高可靠磁锁式自锁阀装置的簧片采用多条S形筋结构，传统的簧片在产生所需弹力的条件下，若要满足结构应力不超过疲劳极限的要求，所需的体积极大，导致阀门重量过大，不能符合航天器对体积小型化和轻型化的要求，无法应用在航天领域尤其是空间站等长期在轨的航天器。而S形簧片在产生所需弹力的条件下，结构应力远小于传统的簧片，不超过疲劳极限所需的体积远小于传统簧片结构，大大减小了阀门的体积和重量，才能符合航天器对体积小型化和轻型化的要求，应用在空间站领域。
目前国内暂无高可靠磁锁式自锁阀装置，国外类似原理的设计方案暂无公开资料，也暂未发现同本发明类似技术的说明和报道，因此高可靠磁锁式自锁阀装置是一个新的设计领域。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高可靠磁锁式自锁阀装置。
根据本发明提供的一种高可靠磁锁式自锁阀装置，包括阀座、线圈组件以及簧片组件，其中：
簧片组件控制阀座的通断；
线圈组件通电时，驱动簧片组件开启或者关闭阀座，线圈组件断电时，簧片组件保持在断电时的位置。
优选地，所述线圈组件包括正向和反向两个螺旋线圈，分别提供正向和反向螺旋电流。
优选地，所述簧片组件包括密封件、永磁铁、内衔铁、外衔铁以及簧片，其中：
密封件设置在內衔铁上，并与阀座内的通道配合；
簧片在两端联接夹持內衔铁，使內衔铁悬空定中，內衔铁与外衔铁之间无滑动配合；
永磁铁内嵌在外衔铁内。
优选地，所述永磁铁包括多个弧条形永磁铁，多个弧条形永磁铁沿周向方向均匀分布在外衔铁内。
优选地，所述簧片包括多个带多条S形筋结构的多孔挠性弹簧片。
优选地，所述线圈组件还包括罩壳，永磁铁、内衔铁、外衔铁以及簧片均设置在罩壳内。
优选地，所述永磁铁与工作介质隔离。
优选地，断电时，所述內衔铁依靠永磁铁产生的磁场保持开或关的位置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明结构合理，设计巧妙且操作方便；
2、本发明采用运动件悬空设计，无滑动配合，避免由于表面磨损导致的动作失效，能满足密封可靠性高、动作次数多、使用寿命长的要求；
3、本发明采用多条S形筋结构的多孔挠性弹簧片，永磁铁内嵌在簧片组件中，降低自锁阀结构重量，降低响应时间，可以满足重量轻、响应快的要求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的簧片组件的结构示意图。
图3为本发明的S形簧片的结构示意图。
图中示出：
线圈组件1
簧片组件2
密封件201
永磁铁202
内衔铁203
外衔铁204
簧片205
和阀座3
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种高可靠磁锁式自锁阀装置，包括线圈组件1、簧片组件2和阀座3，线圈组件、簧片组件和阀座共同构成开启和关闭两种状态的磁回路。所述线圈组件1包括正反双向两个螺旋线圈，可分别提供正反双向螺旋电流，分别控制装置的开启和关闭。
如图2所示，本发明中的簧片组件集成密封件201、永磁铁202、内衔铁203、外衔铁204、簧片205，嵌入线圈组件内腔。其中：
永磁铁202设置在线圈的一端，多个圆周方向均布的弧条形永磁铁202内嵌在外衔铁204之中，与工作介质隔离；断电时，永磁铁202产生的磁通流经线圈组件的罩壳、壳体内衔铁203、外衔铁204、阀座产生锁闭力，控制内衔铁保持在断电时的位置，开或关状态下位置锁定。
内衔铁203由簧片205在两端联接夹持，使运动件内衔铁203悬空并定中，无滑动配合；簧片205采用带多条S形筋结构的多孔挠性弹簧片。
如图1所示，当需要开启时，给控制线圈组件1中的正向线圈通电，线圈周围产生感应磁场，通过永磁铁和由软磁材料制成的零组件构成磁回路，运动件内衔铁受到有利于阀门开启的电磁吸力的作用克服介质压力而运动，装置开启。断电后，线圈周围感应磁场逐渐减弱直至消失，产生的磁通流经线圈组件的罩壳、壳体内衔铁203、外衔铁204、阀座产生锁闭力，控制内衔铁保持在断电时的位置，开状态位置锁定；
当需要关闭时，给控制线圈组件1中的反向线圈通电，线圈周围产生感应磁场，通过永磁铁和由软磁材料制成的零组件构成磁回路，运动件内衔铁受到有利于阀门关闭的电磁吸力的作用而运动，装置关闭。断电后，线圈周围感应磁场逐渐减弱直至消失，产生的磁通流经线圈组件的罩壳、壳体内衔铁203、外衔铁204、阀座产生锁闭力，控制内衔铁保持在断电时的位置，关状态位置锁定。
簧片通过预紧力将內衔铁抵在金属座上。
在自锁阀开关过程中，由于内衔铁被簧片夹持，始终与外衔铁保持一定的间隙，整个过程中均不接触，不会产生摩擦。
如图3所示，簧片205采用多条S形筋结构，S形筋结构分摊了变形形变，应力较均匀的分布在多条S形筋的筋条弧线上。
本发明利用特殊结构、特殊材料以及特殊弹性元件满足了密封可靠性高、动作次数多、使用寿命长、重量轻、响应快的要求。本发明高可靠磁锁式自锁阀装置开度为0.7mm，开关位置锁闭不需要长时通电，开关瞬时功耗仅为25.2W，阀门的重量仅为600g。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种高可靠磁锁式自锁阀装置，其特征在于，包括阀座、线圈组件以及簧片组件，其中：
簧片组件控制阀座的通断；
线圈组件通电时，驱动簧片组件开启或者关闭阀座，线圈组件断电时，簧片组件保持在断电时的位置；
所述簧片组件包括密封件、永磁铁、内衔铁、外衔铁以及簧片，其中：
密封件设置在內衔铁上，并与阀座内的通道配合；
簧片在两端联接夹持內衔铁，使內衔铁悬空定中，內衔铁与外衔铁之间无滑动配合；
永磁铁内嵌在外衔铁内；
当需要开启时，给线圈组件中的正向线圈通电，正向线圈周围产生感应磁场，通过永磁铁和由软磁材料制成的零组件构成磁回路，内衔铁受到有利于阀门开启的电磁吸力的作用克服介质压力而运动，装置开启；断电后，正向线圈周围感应磁场逐渐减弱直至消失，永磁铁产生的磁通流经线圈组件的罩壳、内衔铁、外衔铁、阀座产生锁闭力，控制内衔铁保持在断电时的位置，开状态位置锁定；
当需要关闭时，给线圈组件中的反向线圈通电，反向线圈周围产生感应磁场，通过永磁铁和由软磁材料制成的零组件构成磁回路，内衔铁受到有利于阀门关闭的电磁吸力的作用而运动，装置关闭；断电后，反向线圈周围感应磁场逐渐减弱直至消失，永磁铁产生的磁通流经线圈组件的罩壳、内衔铁、外衔铁、阀座产生锁闭力，控制内衔铁保持在断电时的位置，关状态位置锁定。
2.根据权利要求1所述的高可靠磁锁式自锁阀装置，其特征在于，所述线圈组件包括正向和反向两个螺旋线圈，分别提供正向和反向螺旋电流。
3.根据权利要求1所述的高可靠磁锁式自锁阀装置，其特征在于，所述永磁铁包括多个弧条形永磁铁，多个弧条形永磁铁沿周向方向均匀分布在外衔铁内。
4.根据权利要求3所述的高可靠磁锁式自锁阀装置，其特征在于，所述簧片为多个带多条S形筋结构的多孔挠性弹簧片。
5.根据权利要求3所述的高可靠磁锁式自锁阀装置，其特征在于，所述线圈组件还包括罩壳，永磁铁、内衔铁、外衔铁以及簧片均设置在罩壳内。
6.根据权利要求3所述的高可靠磁锁式自锁阀装置，其特征在于，所述永磁铁与工作介质隔离。
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