CN1138894A - 磁力闩锁阀 - Google Patents

Abstract

一种磁力闩锁的二位阀利用一普通环状磁路、该环状磁路由带有进口管(10)和出口管(11)的间隔内、外环壁(A、B)构成。内壁在轴由间距第一和第二环极面(17、18)之间具有一间隙。一单一电磁线圈(14)以间隙地一侧上的内环壁搭接的方式与磁路配合。一衔铁(25)在间隙中以轴向往复位移方式安装。固定安装在内环壁内的极化装置以与外环壁构成一磁路。一进口对出口流量通断控制的阀装置按径向地位于极面之一内的环形讹座与衔铁支撑的阀门件(24)相互作用方式设置。

Description

磁力闩锁阀

本发明涉及一种电磁控制阀结构，其中永磁作用对闩锁，即选择保护阀的打开或闭合状态是有效的。

美国专利号3,814,376揭示一磁控双位闩锁阀，它具有可作带有阀动作的可动阀元件的衔铁，及在各轴向端上的进入和输出流量连接，衔铁通过磁通可移动到其两个位置上而仅被闩锁在两个位置之一或另一个位置上。一细长衔铁以第一极性关系激励两个电磁圈而使其从一个位置被推动到另一位置，并通过以第二或反向极性关系激励两个电磁线圈进而从另一所述位置返回到一所述位置。被导引在细长镗孔中的衔铁是一比较重的圆柱体；因此，万一由于阀动作控制的流体带来的砂粒或颗粒就可能成为不可靠的操作源的摩擦作用。衔铁的质量根据机械冲击也可使其结构相对于惯性成为易损坏的，其中，不希望有的打开阀条件是一种疏忽现象，或其中打开阀条件是一种疏忽地停止运转事件。

本发明的目的是为避免上述设备的缺陷，提供一种经改善的电磁控制的磁力闩锁阀。

本发明的特定目标是完成上述目的且基本上减少错误或有害操作的敏感性。

本发明的另一特定目标是完成上述目标且使结构本身小型化。

本发明的又一特定目的是符合上述目的且事实上将结构的摩擦作用减低到绝对的最小程度。

本发明的较佳实施例完成了上述目的，还提供了结构上的特点，其中，环形磁路是通过有间隔(间距)的内、外环壁而建立，内、外环壁各自连接到它们的轴端，轴的一端设有与内壁内部连通的进入口流体流量连接(管)，并设有一来自内壁内部的输出口流体流量连接(管)。内壁在间隔的第一和第二环形极面之间有一间隙。一单一电激励线圈与覆盖在间隙上侧的内环壁上磁路耦合。一盘形衔铁柔性地支承在间隙中作轴向往复运动且交替地贴靠在一个极面上而与另一极面相离开。固定地安装在外环壁内部的径向极化装置根据衔铁的往复位置通过衔铁的周面和一或另一极面完成连通外壁的磁路。用于进口、出口流量的断开和闭合控制的阀装置是按一径向地位于极面之一内的环形阀座与由衔铁支撑的阀元件共同作用而提供的。

本发明将按优先实施例配合附图加以详细说明，其中：

图1是一本发明的一完整独立阀的透视图；

图2是一图1的放大的垂直剖视图，表示阀的闭合位置；

图3是一类似于图2的视图，表示阀的打开位置；

图4是一表示阀运行的电路的示意图；

图5是一作为图1到图3的阀，说明随衔铁位置变化的衔铁作用力的曲线图；

图6是一电气示意图，表示遥控监视回路推导出来的阀的瞬时开启或闭合状态。

目前，本发明的最佳实施例的电磁闩锁阀具有如图1的外形，考虑到通过软性电缆联结13对壳体12内所装的衔铁线圈或绕组14(图2)的电力驱动，其中，流体流动的进口和出口接管10、11设置于圆筒形壳体12的两相对轴向线端上。

在图2中，可看到图1的阀壳包括通常为环状构形的固定磁路，磁路通常包含磁通导电材料的径向内、外壁，而通过这些内、外壁的环形端连接使磁路连通，而所示的励磁线圈14被连接到磁路内壁的上部15。更具体地说，所示的磁路包括两个一般可套筒式装配的环帽状部件A、B，每个部件具有一如上部件A的壁部15那样形式的环形内壁部；下部件B的内壁部16以与内壁部15的环形极面18轴向间隔面对方式向上延伸到一环形极面17，从而在极面17和18之间形成一内壁缝隙。

一般，固定的环形磁路的环形外壁包括一与下部B的裙部20配合有关的上部A环形裙部19；在内和外环形壁部之间的环形轴端连接通过上部A的环形帽接头21和下部B的环形帽接头22得以总成(组装一起)。

一盘形衔铁25装有阀门件24(以后作说明)并轴向柔性地安装在极面1 7、18之间的缝隙中，因而它可在与这些极面相接触的限制点之间进行往复移动。当在衔铁的“上面”位置(见图3)时它具有一与极面18环形区接触的减径状环形轮毂部26，当在衔铁的“下面”位置(见图2)时，它具有一与极面17环形区接触的平底面(内面)27。衔铁25的轴向顺从地悬置和中心定位是由可认为是普通环形的有小孔的膜片件28而保持的，膜片外边沿可在环形外壁部20的孔中得到稳定保持，膜片内边沿在衔铁轮毂26的肩部结构上得到稳定保持，并且在这些内、外边沿之间有整体地形成的挠性的、最好是稍微螺旋状拱弯的腿连接。

衔铁25的周面是圆柱形的并处于与圆环29的圆柱形孔有较紧密径向间隙，而圆环29则以径向向内偏离外壁部20而加以牢固地支承，并且在圆环29的径向偏离外壁20之内，具有多个成角度隔开的永磁化元件30构成作为圆柱极面的圆环29的内圆柱形表面，而该内圆柱形表面被永久地极化成一与外壁20的极性(这里表示为北“N”)相反的极性(这里表示为南“S”)。不管衔铁25在其“上面”位置(图2)还是在其下面位置(图3)圆环29的轴向长度应达到充分围住衔铁25的周面。

在图2和3中，将一种适宜形成环形块31的诸如不锈钢、铝或模压塑料的磁性上的中性的材料装填到部分(下部)B的环形帽的“底部”，提供圆环29的定位保持力以及接纳和固定圆筒状永磁元件30的径向孔。环形块31还有助于轴向顺从件28外边沿的定位支承。

对于图2的“下面”位置，从至此将加以说明的磁路中可了解到来自磁体30的S极的永久极化回路是从圆环29穿过间隙(公隙)达到衔铁25、从衔铁25向下经极面17到达下部B的内环部16、再从那里径向向外经过环形盖22并经由外壁部20中向上到达磁体30的“N”极来连通的。相反地，对于图3的“上面”位置，一来自磁体30的S极的不同永久极化回路是从圆环29穿过间隙(公隙)达到衔铁25、经极面18到达上部A的内环部15，从那里径向向外经环形盖21并向下经外壁部19、20到磁体30的“N”极来连通的。

现在注意流体流动速度的措施不是在进口和出口连接管10、11之间的。应注意到进口管是在一帽盖状组成件33上，该组成件设有一供过滤装置34容纳的放大的腔以便将随流体流经阀的颗粒与流体通道隔开。就某些使用而言，最好是使帽状组成件33可拆卸地固定到端盖21上，但在所示形式帽盖33(并且包括可固定过滤装置34)中是永久地固定到环形盖21上的。对通过内壁部15的内部的过滤流体的始终按径向与在内、外壁部之间的以及按轴向与线圈14和衔铁25之间的较大容积空间35相连通。多个有角度间隔倾斜式流道36给与极面18接合的区域加以旁路，以使保证图3的上面“位置”将不影响这种传输。

对于通-断流量控制，阀门件24具有一抵靠衔铁25的孔的肩部，它通常座落的“下面”位置且阀门件24的底面最好涂覆有或垫有一如聚四氟乙烯那样的弹性材料的衬里，因此可与内壁部16的中心或出口流道37的上端的环形阀座构件作底摩擦相互作用。所示的弹性机构38朝着以衔铁25为基准的座的方向连续地推动阀件24，但内壁部16的阀座构件最好相对于阀座24的衔铁一座位置是如此保证平衡的，即使得刚好在衔铁与固定的下极面17接合之前阀板通过涂覆层24’与阀座构件接合出现阀的关闭。

在图2所示的阀闭合状态下，等待流过阀的的过滤的工作流体由贴着阀座的阀件24、24’的密封闭合所阻挡。而当阀已被驱动到打开状态时，过滤的工作流体马上可流过衔铁25和圆环29之间的径向间隙以及通过在衔铁25盘形部分上的一系列有角度间隔的孔39而流经衔铁25和圆环29之间的径向间隙。

所述阀的驱动只需要电能的作动脉冲瞬时供给予一个极性的单一线圈14以使衔铁25从图2的磁性地闩锁“下面”位置或阀关闭位置移动到图3的磁性闩锁“上面”位置或阀打开位置。相反极的类似瞬时激发脉冲将使衔铁25从图3的“上面”闩锁位置或阀打开位置移动到图2的“下面”闩锁位置或阀闭合位置。

图4是一有关以可选择手动操作为基础通过按钮作动式极性反向双极双投(双刀双掷)(DPDT)装置40激励线圈14的电路装置的示意建议图，但应了解到为支配给定的阀打开或阀闭合脉冲在何时提供和提供哪一个极性的装置可以是计算机或其它驱动器，这取决于本发明的实际(具体)应用的。

图5是一图解显示，从该显示中可定量地了解在所述电磁(磁力)闩锁阀的运转操作(工作)上导出的相对磁性推动力。图5中的数字资料(数据)适用于比较小型阀结构的下列例证数据，具有1.25英寸最大直径和在这种直径下的0.75英寸轴向长度，在进、出口管10、11处提供3.2毫米直径的管路尺寸：

—施加电压脉冲，100毫秒(ms)周期的24至32伏直流电压

—电缆线13，双线变换极性

—通过外部电子设置对关闭位置(图2)的、电子的位置显示

—重量约0.075公斤(0.17磅)，其中0.07磅(约0.0032公斤)可归属于衔铁25的。

图5的曲线图表示作为在衔铁25的总轴向位移中从0.001英寸递增到0.011英寸范围内的函数的以磅为单位的驱动力(净衔铁力)，其中，“正号”力起打开阀的作用，“负号”力起关闭阀的作用，而其中横座标是作动行程，衔铁磁性地闩锁到在0.000英寸行程时“闭合”极底侧27。图5的三条曲线将从含有图注“线圈被激励到打开”的曲线1开始，顺序地加以讨论。

图5中的曲线1显示在线圈14用100毫秒周期的+24伏直流矩形脉冲波被激励(通电)时的净(打开极减去关闭极)作动磁力。在0.002英寸位移处，作动力是阀打开设计点行程中最坏的情况，作动力是+1.9磅，正好超过打开阀所需的力的范围，在阀完全打开的位移位置、0.011英寸处，这种“线圈通电打开”作动力增加到+6.7磅。

在图5中的曲线2仅可归因于上述永久极化情况所表示的净作动力，也就是说无电能提供给作动线圈14。这条曲线确定适宜于保持阀在其打开(图3)和关闭(图2)位置的一个或另一个中锁定的终端位置的磁力是有用的。应该注意在完全关闭位置(0.000英寸)上的闩锁力为-2.9磅，当按打开方向移动衔铁25时，关闭力下降，在中行程(0.0055英寸)达到0(零)，然后改变衔铁的方向，在完全打开位置(0.011英寸)上达到+2.8磅闩锁力。

在图5中的曲线3与曲线1类似，表示当同样地用相反极性的脉冲，即100毫秒周期的-24伏直流矩形脉冲激励(激发)时，线圈14会产生-1.8磅的净磁力，促使阀作关闭移动，而且在适当超过衔铁这个方向移动所需的力情况下，关闭阀。

如上所述，去激励(切断电流)的、完全闭合的磁闩锁力是-2.1磅，而衔铁的重量为0.007磅。这样，衔铁将以高达414高斯(gs)即(2.9/0.007)加速电平仍旧介质闩锁。20g’s(rms)随机振动的例证运载火箭设计准则施加60g最高负荷(即，3sigma)，因在发射振动期间阀紧密地保持自锁，具有高的安全系数。

作为本发明的另一特点，图6揭示一外部电子回路，因此，可通过因阀改变位置时所产生变化检测线圈14中的电感变化来推导和显示衔铁25的磁性闩锁位置(由此，阀的打开和关闭位置)。随着线圈14的直流激励而把阀从闩锁闭合位置驱动到闩锁打开位置之后，去除激磁电流。把来自振荡器50的一交流(a-c)信号施加于线圈14，然而在非常低的功率级和非常高的频率下驱动(作动)阀。一电容器51和用作电感器的线圈14组成的一LC回路设计成在阀打开位置所示的稍减小线圈电感的谐振，以致调谐回路的输出是大的。调谐回路输出在位置52处被整流和集成，这样处理的输出通过比较回路53加以监控，而比较回路可在位置54处产生“阀打开“输出信号。

在操作阀返回到闩锁闭状态并除去直流激磁电流后，可再将低交流电平信号施加到阀的线圈14。因为其频率已起变化且LC回路不再谐振，在关闭位置所见到的线圈电感增加会降低LC回路的输出。这种情况可使一倒相(反相)比较回路55在位置56处产生一“阀关闭”逻辑信号输出。

人们应该看到本发明的所述磁闩锁阀已获得所有上述的目的，尤其是：

1.阀不包含滑动配合作业；

2.阀位置的外部电子分路，不需要任何开关转接和机械检测

3.结构比在此以前的本质上较简单和本成上较少。

4.良好的固有运作能力。

Claims (18)

1.一种磁力闩锁阀，它包括一通常环状磁路，此环状路路在它们的两轴向端上具有可相连接的径向隔开的内、外环壁，一可达到所述两轴向端之一上所述内壁内部的进口连接管、一可达到所述两轴向端之另一上所述内壁内部的出口连接管，所述内环壁在轴向隔开的第一和第二环极面之间具间隙，一与所述间隙的一轴向侧上的所术内环壁配合的电磁线圈、一盘形衔铁，该衔铁柔性地安装在间隙中以与所述两极面的一个成交替贴合而与另一极面相离开方式作轴向往复位移、所述盘形衔铁的装置和径向极化装置，这些装置用来根据所述衔铁的往复位置经所述两极面的一个或另一个通向所述外环壁以构成一磁路；进口对出口流量的通断控制的阀装置，它包括一径向地位于所述两极面之一的环形阀座和一由所述衔铁支撑的阀门件，阀门件在一往复位置与所述阀座构成阀关闭关系，而在另一往复位置与所述构成阀打开关系。

2.根据权利要求1所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述径向极化装置是相对于所述外环壁固定安装的。

3.根据权利要求1所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述径向极化装置包括多个有角度间距的极化磁性元件。

4.根据权利要求3所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述化磁性件是相对于所述外环壁固定安装的。

5.根据权利要求3所述的磁力闩锁阀，其特征在于一磁通导电材料的环形件相对于所述外环壁固定地安装，环形件具有相同的第一极性磁性元件与所述外环壁相接触，具有相反的极性磁性元件与所述环状件相接触，所述衔铁具有一周面，该周面在遍及所述衔铁往复位移的范围内与所述环状件成径向间隙关系。

6.根据权利要求1所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述阀门件具有低摩擦弹性材料的阀闭合面。

7.根据权利要求6所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述低摩擦弹性材料是聚四氟乙烯。

8.根据权利要求1所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述阀门件由所述衔铁支撑且可轴向地移动，一装置可弹性地和轴向地将所述阀门件推进到所述衔铁内的支座位置，以及作为阀闭合面的衔铁往复位置，所述阀门件对抗所述回弹装置的柔性作用而脱离其衔铁支座位置。

9.根据权利要求1所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述衔铁的柔性支承由一轴向柔性环状件所提供，环形件具有轴向固定在所述外环壁的外界限和由所述衔铁轴向固定的内界限。

10.根据权利要求9所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述衔铁具有一作为与所述两极面之一相互作用精加工的减径环形轮毂，其中，所述轴向柔性环状件的内界限是轴向固定在所述环形轮毂上的。

11.根据权利要求1所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述内壁部分轴向地与所述阀座相隔开，并且至少具有一与所述内壁部分的极面成旁通关系的流体流动的流道。

12.根据权利要求11所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述流道为有角度间距的多个同样流道之一。

13.根据权利要求1所述的磁力闩锁阀，其特征在于与所述励磁线圈连接的控制装置可选择地操作来提供足够能量的瞬时脉冲和第一极性以使衔铁与所述两极面之一脱离磁性闩锁关系并进入与所述两极面之另一个磁性闩锁接合，并且提供一足够能量的瞬时脉冲和第二极性以使所述衔铁与所述另一个极面脱离磁性闩锁关系而使衔铁与所述一个极面进入磁性闩锁接合。

14.根据权利要求1所述的磁力闩锁阀，其特征在于过滤装置设置在从进口到所述内壁的内部的所述连接部上。

15.一种磁力闩锁阀，它包括一磁通导电材料的普通环形磁路，其中，一径向外环围绕一径向内环圈并且由轴向端盖完成连通，流体流动进口连接管穿过所述端盖之一，流体出口连接管穿过所述端盖的外部，所述内环在与一端盖连接的第一内环部和与另一端盖连接的第二内环部之间具有一轴向间隙，所述第一内环部具有一环极面形成件与所述第二内环部的环极面形成件成间隙隔开关系以及所述第二内环部具有以轴向间隔面对第一内环部的环形阀座；一磁通导电材料构成的盘形衔铁，它安置于所述第一第二内环部之间，所述衔铁是柔性支承的、交替地在界限之间进行轴向往复位移，该界限是由在内环部上的极面接触情况所确定的，一阀门件，此阀门件安装在衔铁上并在衔铁可位移的所述界限之一上与所述阀座构成阀关闭关系并在衔铁位移的另一界限上与所述阀座成阀打开关系，一轴向永久极化环，此极化环围绕所述衔铁并在整个衔铁的往复位移中与所述衔铁成间隙关系，所述极化环是固定于所述径向外环附近；一装置，它包括电磁性圈，此电磁线圈装在所述径向外环内并与所述内环部之一成感应耦合关系，因而可选择地用一第一极性的脉冲来激发所述线圈以进行单方向的衔铁位移和用一相反极性的脉冲来达到相反方向的衔铁位移。

16.根据权利要求15所述的磁力闩锁阀，其特征在于靠近所述进口连接管的过滤装置为流体流动而设置在所述阀内。

17.根据权利要求1所述的磁力闩锁阀，其特征在于外部电子电路包括一电容器，该电容器横跨所述线圈作电连接和为谐振调整频率作为一个所述阀的衔铁位置和把另一个位置除外的LC电路；一装置，该装置产生一作为在所述一位置上的所述衔铁指示器以反映所述LC电路振荡的一输出信号。

18.根据权利要求17所述的磁力闩锁阀，其特征在于所述最后规定装置进一步包括产生作为所述另一位置中的所述衔铁的指示器的小于振荡频率输出的LC电路振荡的另一个输出信号。

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