SE528932C2 - Elektromagnetisk ventilenhet - Google Patents

Description

25 30 528 952 , 2 kolv (26), alla utformade av magnetiska material. Elektromagnetiska manöverelementet (21), stationära järnkärnan (24), och magnetiska plattan (28) är permanent förenade utvändigt en yttre diameter av elektromagnetiska spolen (22) för att bilda åtminstone en del av magnetiska stommen (29) huvudsakligen av ett U-forrnat snitt vilket utgörs av ett yttre skal av ventilenheten och för att omge yttre diametern av elektromagnetiska spolen (22) med magnetiskt material.

Kolven (26) har en yttre perifier yta som glider inuti hålet av undre änden av magnetiska plattan (28), kolven (26) är utformad att glida uppåtriktat inuti hålet av undre änden av magnetiska plattan (28) och in i hålet av elektromagnetiska spolen (22) till en återdragen position där en övre yta av kolven (26) angränsar intill en samverkande anordnad yta av stationära järnkärnan (24).

Vidare är ett ventilhölje (1) permanent kopplat till undre änden av magnetiska plattan (28), ventilhöljet (1) avgränsar ett ventilsäte (5) som vetter mot en undre änddel av kolven (26) och avgränsar en inloppsport (2) där igenom, ventilhöljet avgränsa: även en utloppsport (3). Undre änden av kolven (26) har ett ventilelernent (27) anordnat att gå i ingrepp och försluta med avseende på ventilsâtet (5) då kolven (26) är i en utsträckt position. En fiäder (25) är anordnad mellan kolven (26) och magnetiska plattan (28) och förspänd att stödja kolven. (26) mot utsträckta positionen med ventilelementet (27) i ingrepp och förslutande mot_venti1sätet (5).

Såsom angivet i Kosugi et al, kolurrm 1 raderna 46-48, kolumn 3 radema 11-15, och kolumn 5 raderna 1-13, är ventilenheten av magnetiskt icke-låsande slag eftersom avstängning av elektriska krafitillförseln får fjädern (25) att förflytta kolven (26) iväg fi'ån stationära (24) så att ventilsätet (5) är stängt av ventilelernentet (27). Andra magnetiska icke-läsande ventiler vilka tenderar att stänga omedelbart efter deaktivering av elektromagnetiska spolen visas i U.S. patent nr. 5,085,402 A utfärdad till uppfinnaren O'Dell den 4 februari 1992 (se kolumn 8 raderna 64-68); och U.S. patent nr. 6,086,042 A utfärdad till uppfinnarna Scott et al den 11 juli zooo (se kølunm 5 raderna 62-63). i Föreliggande uppfinning är en ventilenhet lämplig för tillverkning i miniatyr-format och i stånd för drift med mycket hög hastighet och energieffektivitet där ingen av de föregående konventionella konstruktionerna är ändamålsenliga på grund av påföljdema i) den extra massan som behövs på en ventil, vilken kan isärmonteras och även ii) kravet, att elektromagnetiska spolen måste vara kontinuerligt elektriskt kraflmatad för att bibehålla en av positionema av ventilelementet, påñr på dess prestandaförmåga.

KORT SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ventiler lämpliga för tillverkning som en miniatyrventilenhet är beskrivna. Ventilerna kan innefatta, åtminstone en övre polsko, en undre polsko och ett ankare, alla av magnetiskt material. 10 15 20 25 30 528 932 De två polskorna är permanent förenade såsom genom en presspassning, svetsning och/eller med ett bindemedel för att innesluta en manöverspole och bilda magnetiska kretsen för ett ankare monterat Ett ventilsäteselernent är utformat att med knäppen eller hullingar sitta över ankardelen och är innefattad med ankaret att komplettera enheten. Användning av avsedda permanenta enheterna och användningen av delarna av magnetiska kretsen som yttre ventilhus eller hölje möjliggör förverkligande av ventiler med mindre, lägre massa och högre hastighetsförmåga än vad som skulle vara praktiskt åstadkommet vid användning av ventiler av andra utforrnningar eller användande av andra monteringstekniker. Användning av restmagnetism hos ankaret, övre polskon, och undre polskon som definierar den magnetiska kretsen, tillhandahåller en magnetisk dragningskraft som överskrider returfiäderkrafien fór att rnagnetiskt låsa och hålla ankaret och ventilfórslutningselementet i ett av dess positioner efter avslutning av en elektrisk strömpuls. Elektriska strömpulser kan således användas som annars skulle överhetta och skada manöverspolen om en sådan elektrisk strömnivå skulle bibehållas genom huvudsakliga tidsperioden som ankaret och ventilfórslutningselernentet kvarstår i en av deras positioner. Detta minskar även storleken av den nödvändiga manöverspoldrivkretsen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. 1 är en forsta sidovy av en utfóringsform av en miniatyrtallriksventilenhet i enlighet med föreliggande uppfinning. är en sprängskiss i perspektivvy av rniniatyrtallriksventilenheten enligt fig. 1. är en tvärsnittsvy av miniatyrtallriksventileriheten tagen längs linjen 3-3 enligt fig. 1. är en förstorad delvy av området 4 enligt fig. 3. är en ändvy av rniníatyrtallriksventilenheten tagen längs linjen 5-5 enligt fig. l.

Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 är en lokal tvärsnittsvy av en alternativ utiöringsforrn av föreliggande uppfinning. är en lokal tvärsnittsvy av en annan alternativ uttöringsforrn av föreliggande uppfinning. är en kopia av en faktisk kurva fór elektrisk ström gentemot tid under manövreringen av ventilenheten i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig. 9 är ett blockdiagram av ett typiskt spoldrivsystern innefattande avkänningskrets.

DETALJERAD BESKRIVNING Av DE FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRi/IERNA Föreliggande uppfinning är en elektromagnetisk driven ventilenhet 10 med en unik konstruktion som möjliggör liten storlek och låg massa. I en speciellt fóredragen utföringsform beskriven i detalj häri, är tallriksventilenheten 10 av tvåvägsslag, tvåpositionstypen av flödesventil (tex. pneumatisk). Ventilkroppen är ungetärligen 0,35 tum (ungefárligen 10 mm) i 10 15 20 25 30 528 9s2i diameter och ungefärligen 0,75 tum (ungefärligen 19 mm) lång. I denna utfóringsform är de huvudsakliga delarna av tallriksventileriheten 10 en ankarenhet, en returfiäder, två stationära delar av magnetiska kretsen, ett ventilsäteselement och en elektromagnetisk manöverspole, - monterade med användning av en presspassning fór de två huvudbeståndsdelarrra av magnetiska kretsen, och en enda "snäpp-" eller press - eller hullingpassning, eller en kombination av de föregående, av ventilsätet till den föregående enheten, En ingjutningsprocess säkrar sedan manöverspolen och ett tryckt mönsterkortskontaktdon i läge, kompletterande enheten. i fig. 3 och 6, möjliggörande låg massa och utrymmesbevarande i ventilens inre. Resultatet är en presspassad enhet direkt ansluten till ett tryckt mönsterkort utan ledningar, och med polerna i sig själva utbildande övre delen av omslutningen, och i föredragna utföringsformen allmänt avsedd att vara skyddad mot manipulering även vid tidpunkten för tillverkning.

Nu med hänvisning till fig. 1 kan en sidovy av en föredragen utföringsform av förelig- gande uppfinning iakttagas. Miniatyrtallriksventilerihetenw hos utföringsfonnen visad däri har en cylindrisk kropp 20, en ändlockenhet 22 och ett ventilsäteselement 24. Ventilsäteselementet 24 har en O-ring eller annat förseglingselernent 26 beläget i ett O-ringspår däri och en andra O- Förseglande spetsen formas direkt till ankaret i utföringsformen visad ring eller ytterligare andra fórseglingselernent 28, även beläget i ett O-ringspår däri, med en eller flera (t.ex. fyra) portar 30 avgränsade genom en försänkt sektion 32 av ventilsäteselementet 24 mellan O-ringama 26 och 28 åstadkommande kommunikation av fluid med insidan av ventilsäteselementet 24. Även avgränsat vid botten av ventilsäteselementet 24 är en andra port, allmänt betecknat med siffra 34, vilkens detaljer bättre beskrivs med hänvisning till efterföljande figurer. Montering av ventilen, i sig själv, förbelastar spetsen mot porten för att bilda förseglade förslutningen.

Med hänvisning nn fig. a, kan en wannninnvy av nnniaiynniinknvnnainnieten 10 enligt fig. 1 och 2 iakttagas. Cylindriska kroppen 20 visad fig. 1 är i verkligheten undre polskon 36 enligt fig. 2 och 3, vilken tillsammans med övre polskon 38 bildar det mesta eller en väsentlig del av yttre omslutningen av tallriksventileriheten 10 såväl som stationära delen av magnetiska kretsen, inneslutande elektromagnetiska manöverspolen 40 Beläget inom undre polskon 36 är ett förflyttbart ankare 42 med ett ventiliörsluttriingselernent 44 integrerat vid undre änden därav. Ventilförslutrringselementet, företrädesvis utfonnat med ett eftergivligt och/eller lättviktsgunirni eller plastmaterial såsom nitril eller viton, som kan vara format in i, eller pressat, sammanfogat eller på annat sätt anslutet till ankaret 42. En returfjäder 46, som verkar mellan undre polskon 36 och en ringformig klack 47 utbildad på undre änden av ankaret, fórspäriner ankaret till slutna ventilpositionen visad i fig. 3, avstängande fluidkommunikation mellan port 34 10 15 20 25 30 528 952 och portar 30. Elektrisk aktivering av manöverspolen 40 kommer emellertid åstadkomma en magnetisk attraktionskraft på övre änden av ankaret för att dra ankaret plant mot angränsande ytan av övre polskon 38, dragande ventilförslutiiingselernentet 44 bort fiån angränsande ventilsätet 49 i ventilsåteselernentet 24 för att upprätta fluidkommunikation mellan port 34 och port (portama) 30. "Pressningen" och/eller svetsningen av delarna 38, 36 och 24 skapar en "läckagefri" ventil så att all fluid som passerar genom 34 går ut genom 30.

Detaljer av ändlocksenheten 22 (fig. 1), vilken innefattar övre polskon 38, kan ses i spräng- . skissvyn enligt fig. 2. Övre polskon 38 i denna utföringsform har ett relativt stort spår 48 utbildat tvärs överdelen därav, med två hål 50 därigenom (endast en är synlig i fig. 2) för de två elekt- riska ledningstrâdarna (icke visade) av manöverspolen 40. Dessa ledningar är anslutna till kabel- fästen 52, bildande ett niiniatyrkontalctdon 54 som passar inom spåret 48 i övre polskon 38. I ~ detta avseende kan spolen 40 vara lindad på en fixtur utan en spolstomme eller kan, såsom i en föredragen utföringsform, en spolstomme såsom spolstommen 36 (fig. 2) användas.

Kontaktdonet 54 passar inom spåret 48 i övre polskon 38, med resterande delen av spåret ingjutet, typiskt med en lämplig värmehärdande plast för att hålla kvar kontaktdonet,. innesluta ledningstrådarna för spolen 40 och för att binda spolstommen 56 på plats genom hålen 50 i övre polskon 38 för att förhindra någon rörelse av manöverspolen 40 i slutliga monteringen. Inut- ningen, allmänt illustrerad av siffran 58 i fig. 2, kan göras i en fixtur, eller alternativt i ett förfonnat lock, såsom ett sprutfonnat lock i allmänt visade formen och kan användas både som 'ingjutningsfixtur för vardera respektive tallriksventil och som en permanent del av ventilen.

Företrädesvis är locket och/eller ingjutningen avgränsad till spåret 48 (fig. 2). Efter ingjutning kan ventilen direkt (med tappar) anslutas till ett tryckt mönsterkort. Inga ledningar eller mellan- liggande kontaktdon behövs.

Nu med hänvisning till fig. 5, kan en bottenvy av ventilsäteselementet 24 betraktas.

Ventilsäteselernentet har en öppning eller port 34 (se även fig. 1 och 3), avslutande vid inre änden därav för bildande av ett ventilsäte samverkande anordnat med hänsyn till ventilfórslutningsdelen 44. Spår 60 utsträcker sig i ett flertal (t.ex. 4) radiella riktningar från port 34 (se fig. 1, 3 och 5), bildade i ventilsäteselementet 24 för att åstadkomma fluidströmrringspassager som kommunicerar med port 34, även om tallriksventilen lO används i ' en applikation med änden 62 därav plan mot en monteringsyta för ventilen. Dessa spår tjänar vidare till att minska längden .av ventilen genom att göra fluidpassagen som en integrerad del av sätet.

Med hänvisning till nu till fig. 4 kan detaljer av området 4-4 enligt fig. 3 iakttagas. Undre kanten av undre polskon 36 har ett relativt litet ringforrnigt utsprång 62 bildat vid undre änden 10 15 20 25 30 528 932 därav. Ventilsäteselernent 24 har ett samverkande anordnat ringformigt urtag 64 för mottagande och kvarhållande av ringforrniga utsprånget 62 på undre polskon 36. I föredragna utföringsformen är ventilsäteselement 24 ett format ickernetalliskt element med tillräcklig fjädringsmjukhet för att tillåta pressning av undre änden av undre polskon 36 in i överdelen av ventilsäteselementet för att åstadkomma en tättsittande snäppassning av dessa tvâ delar. Delrin- material används i en utföringsform.

Den undre polskon 36, övre polskon 38' och ankaret 42 är utformade av magnetiska material, typiskt men inte nödvändigt, alla av samma rnaterial, och företrädesvis ett ferro- magnetiskt material företrädesvis valt delvis för att åstadkomma minimala nötningsegenskaper och hög magnetisk hysteres. Medan vilket som helt antal material kan användas, är ett användbart material 4140 stål.

Nu med hänvisning återigen till fig. 2, för rnonteringsändamäl enligt denna utföringsform, är övre polskon 38 och undre polskon 36 dimensionerade att åstadkomma en presspassning där- emellan. Således, med manöverspolen 40 i position (i utföringsformen visad, redan monterad som en del av ändlocksenheten 22), kan övre polskon 38 och undre polskon 36 vara permanent sammantryck. Om så önskas kan en lämplig sammanbindningstekrrik såsom lasersvetsning eller ett bindemedel användas för att förbättra förbindningen av dessa två delar, eller användas som ett alternativt till en presspassning. Såsom ytterligare ett vidare alternativ, eller därjämte, kan överdelen av undre polskon 36 eller underdelen av övre polskon 38 valsas med ett litet spår åstadkommet för detta ändamål, även om åtminstone i vissa applikationer, för minskad nötning, magnetiska materialen mekaniskt kan vara för hårda för normala valsningsprocesser. Oavsett vilken ßrbindningsmetod som används är det emellertid för avsikt att denna förbindig företrädesvis skall betraktas som en permanent förbindning, eftersom delarna är för små och/eller av relativt liten kostnad för att innefatta fästanordningar eller fastsättrringstekníker som tillåter demontering och ätermontering som önskat. t När väl övre polskon 38 och undre polskon 36 är permanent monterade, sätts ankar- enheten (ankare 42 med ventilförslutrringselement 44 därpå) och mekaniska returfiäder 46 i position. Sedan trycks ventilsäteselernentet 24 på undre änden av undre polskon 36 för att "snäppa" in i dess slutliga enhetsposition. O-ringama 26 och 28 påförs sedan typisk därtill.

Naturligtvis möjliggör O-ringarna ett speciellt slag av montering, fastän andra slag av montering och försegling av ventilerna kan innefattas såsom önskas. Genom dock ett exempel kan en flänsmontering med röranslutnirrgar användas, företrädesvis genom tillhandahållande av en fläns på typiskt den undre polskon 36 eller ventilsäteselementet 24. Alternativt kan gummi formas till 34 istället för O-ringarna för att bilda ett stycke. 10 15 20 25 30 528 932 Resultatet av det hela är en solenoid-driven pnemnatisk ventilenhet 10 i miniatyrfonnat med ett minimalt antal av delar och permanent monterad, lämplig för användning i styrning av flöden av gaser eller vätskor, beroende på användningen av ventilen. I detta hänseende, medan undre änden av ankaret 42 visas med ett ringformigt flänsliknande utsprårig för ingripande av returfiädern 46, kan flänsliknande utsprånget vara utformat med uddformad kant eller på annat sätt diskontinuerlig i områdena för att öka inre fluidströmriingsarean inom ventilsäteselementet 24 och minska trögflytande effekter som begränsar flödet och/eller driften av ventilen.

Medan det är inte är nödvändigt att införliva alla särdragen enligt något av exemplifierade utföringsforrnerna i en speciell utformning, förenar avsaknaden av yttre anslutningsmedel eller mekanismer, integrerat ankare och säte, användningen av ickemetaller utvändigt av magnetiska kretsen, och integrerat tryckt mönsterkortsanslutning med magnetisk låsningsförmåga till möjliggörande av en ventilutformning med mycket låg massa i stånd att drivas med hög hastighet, med god fjädring till hög "g" belastning.

Ventilenhetema 10 enligt föreliggande uppfinning kan användas ñr höghastighetsstyming av fluidflöden i någondera riktning. Om det relativa högre fluidtrycket är på port 34 med ventilen stängd, måste då retur-fjädern 46 ha en avpassad kraft att hålla ventiltillslutningselementet 44 stängt mot dess säte trots tryckskillnaden som främjar.ventilförslutningselernentet 44 mot den öppna positionen, men likväl inte så hög kraft för att förhindra oemotståndlig kraft av retur-fjädern 46 medelst magnetiska krafiema alstrade av manöverspolen 40 för att öppna ventilen. Om det relativt lägre fluidtrycket är på port 34 med ventilförslutningselementet stängt ' måste då magnetiska lcrafterna alstrade av manöverspolen 40 för att öppna ventilförslutningsele- mentet 44 överskrida kraften som håller ventilförslutningselementet 44 stängt mot tryckskill- naden tvärs ventilförslutningselementet samt kraften av returfiädern. I vissa utföringsformer väljs returljädem så att manöverspolen 40 kan vara pulsad med en elektrisk strömpuls för att öppna ventilförslutningselementet 44 mot ett fluidskillnadstryck somphjälper att hålla ventilför- slutningselementet 44 sfingt. Ankaret 42 och ventilförslutningselementet 44 är i stånd för drift med mycket höga hastigheter och frekvenser mellan deras öppna och stängda positioner. Efter avslutning av elektriska strömpulsen, åstadkommer resterande magnetismen av beståndsdelama av magnetiska kretsen en magnetisk dragningskraft överskridande returfiäderlaaften för att hålla (dvs. magnetiskt låsa) ankaret 42 (och följaktligen ventilförslutningselementet 44) öppet. Detta möjliggör öppning av ventilen för en huvudsaklig tidsperiod användande endast en kort elektrisk strömpuls för maximal öppningslaafi. Elektriska strömpulser kan således användas som annars skulle överhetta och skada manöverspolen 40 om en sådan elektrisk strömnivå bibehölls genom en huvudsaldig ventilöppningsperiod. Detta minskar även storleken av manöverspoldrivnings- 10 15 20 25 30 528 932 lcretssysternet som behövs. För att stänga ventilen som en gäng magnetiskt lästs upp, kan en kort, låg amplitud elektrisk strömpuls i motsatta riktningen användas för-att huvudsakligen avmagne- tisera beståndsdelarna av magnetiska kretsen, därmed möjliggörande returfiädem att stänga ventilen. Alternativa utföringsformer kan använda en snabbavtagande sinuskurva för ström för att avsluta låsningslcrafien och tillåta ventilen att stänga. , Dessutom, medan utföringsforrrien beskriven häri är ungefärligen 0,35 tum (ungefärligen 10 mm) i diameter och ungefårligen 0,75 tum (ungefärligen 19 mm) lång, kan likande utforrn- ningar och monteringstekniker användas för ventiler av andra storlekar, såsom exempelvis ventiler av ungefärligen 0,5 tum (ungefärligen 13 mm) i diameter och ungefárligen 1,0 tum (ungefárligen 25 mm) lång. Även större ventiler kan tillverkas i enlighet med föreliggande uppfinning, fastän i synnerhet större ventiler är mer medgörliga, fysiskt och ekonomiskt, för omvända monteringstelmiker.

Nu med hänvisning till fig. 6, kan ett tvärsnitt liknande till tvärsnittet enligt fig. 4 betraktas, men enligt en alternativ uttöringsfonn. Denna utföringsform kan annars vara identisk till utföringsforrnen enligt fig. l till 5 och fig. 7. I denna utföringsform enligt fig. 6 är plastelement 70 och 72 insatta mellan fjädern 46 och undre polskon 36, respektive fjädern 46 och flyttbara ankaret 42'. Dessa plastelement förhindrar metall-till-metall-kontalct mellan fiädern och respektive angränsande elementen och därmed undviks möjlig nötning och bildning av skräp genom någon rörelse mellan respektive metallelementen.

I utföringsfonnen enligt fig. 6 har undre polskon 36' en integrerad hulling 74 utbildad på ringformíga utsprånget 76, vilken hulling 74 har en presspassning med inre diametern av ventilsäteselementet 24'. I detta hänseende skall det observeras att tvärsnittet enligt fig. 6 är ett tvärsnitt liknande till det i fig. 4 för tidigare utföringsforrnen, fastän tagen med 45° vinkel mellan ' portarna 30, dvs. halvvägs mellan portarna 30 (se fig. 1, 3 och 4) i ventilsäteselementet 24'. same: mig: fig. 6 ä; taget vid 4s° vinkeln fisf an illustrera sätter på vilket hullingen 74, visat något förstorad för tydlighets skull, griper in i och låser med hänsyn till ventilsäteselementet 24' då ventilsäteselementet 24' och undre polskon 36' tvingas tillsammans under montering för att permanent hålla delarna tillsammans. Ventilsäteselementet 24' kan i sig själv initialt ha eller inte ha en motsvarande fördjupning, och följaktligen kommer hullingen automatiskt fästa med delama vid fullständigt monterade positionen. Om så önskas kan insättningen av hullingen underlättas genom tryckning eller valsning, eller genom användning av ultraljudsenergi runt periferin av ventilsâteselementet 24'. l utföringsformen enligt fig. 6har inre diametern av ventilsäteselementet 24' ingjutna vertikal spår i områdena av portarna 30 (fig.l) för att åstad- 10 15 20 25 30 35 528 932 komma en större strömningsarea genom ventilen, och följaktligen samverkar hullingama med inre diametern av ventilsäteselementet 24' endast i områdena mellan portarna.

Nu med hänvisning till fig. 7 kan en ytterligare utföringsform av föreliggande uppfinning betraktas. I denna utföringsform kan övre polskon 78 och undre polskon 80 vara svetsade tillsammans med användning av en lämplig fixtur för att bibehålla inriktning av de 'två delarna under svetsning. Det som var ventilsäteseleinentet i föregående utföringsformer innefattas av två ' element 82 och 84, med element 80 med en O-ring 86 som begränsar eller förhindrar luftflöde förbi O-ringen. F örflyttbara ankaret 42" innefattar ett integrerat undre paraplylilcnande utsprång 88 som kvarhåller och tillhandahåller förslutningen på ventiltillslutningen. I denna utföringsforrn kan elementen 82 och 84 och undre polskon 80 fästas elastomer-O-ringen 90 sarnmananvändande en presspassning, fast andra former av montering av dessa delar, och/eller av övre och undre polskoma kan användas såsom önskas. - En annan aspekt av föreliggande uppfinning är möjligheten att avkänna ankomsten av flyttbara ankaret 42 (eller 42' eller 42") i dess manövrerade position. Principer som tillåter avkänningen kan visas såsom följer. Anta för tillfället att motståndet av manöverspolen 40 (se x fig. 2 och 3) är ett speciellt värde, permeabiliteten av magnetiska kretsen är mycket hög, och mättning och läckageeffekter försummas. I en krets vari induktansen av en ideal spole ändras beroende på kretsgeometrin, ges spänningen e tvärs induktansen L som en funktion av strömmen i induktom vid någon tidpunkt t genom ekvationen: _ n . _ i - di e- dt (Liy- Ld: +1 dt Induktansen av spolen kommer vara: L=kfx = kr* Där: k=enkonstant , x = spalten i magnetiska kretsen Värdet av ändringen av induktansen vid tidpunkten t är: dL_ _25!! 'E{“'1°* dt Således: _ .di dL ' ._ 5115 e-Ldt+1~dT = dt -ikxz dt 10 15 20 25 30 528 932 10 Notera att vid manövrering (applicering av en spänning e till manöverspolen 40), kommer spalten x minska, minskande mot huvudsakligen noll, och strömmen i kommer initialt öka från noll. Följaktligen kommer dx/di vara negativt under manöverrörclsen, så att dL/dt-termen kommer vara positiv och öka. Om dL/dt-termen överskrider applicerade spänningen e, kommer då di/dt bli negativt under delar av manöverrörelsen. Då spalten blir huvudsakligen noll, kommer ankaret stoppa. Nu blir dL/dt-termen noll, så att med tidigare antagandena, återigen värdet av ändringen av strömmen (di/dt) blir positivt såsom följer: ele- e=L Nu med hänvisning till fig. 8, kan en kopia av en verklig kurva visande strömvågforrnen gentemot tiden under manövreringen av ventilen i enlighet med föreliggande uppfinning betraktas. Det minskande di/dt under initiala rörelsen, faktiskt senare blivande negativt, är mycket tydlig. Även mycket tydligt är slutet av manöverförflyttningen, vid vilken punkt di/dt omvänds, för att avta till en stationär tillståndsmanövreringsström begränsad av motståndet av spolen (eller genom andra medel).

Värdet av ändringen av strömmen i manövreringsorganet (di/dt) kan enkelt avkännas genom olika medel. T.ex. kan man avkänna strömmen i spolen, såsom genom ett seriemotstånd, och med analogt kretssystem, avkänna plötsliga ändringar i di/dt genom avkänning »av dzi/dtz med användning av ett par av serieanslutna differentieringskretsar. Plötsliga ändringen i di/dt från ett huvudsakligt negativt värde till ett mycket huvudsakligt positivt värde kommer uppvisa sig själv som en stor spets i dzi/dtz. Det kan även avkärmas medelst toppdetektorer genom avkänning av första toppen i strömmen för att möjliggöra en andra detektor att detektera följ ande minimala ström. I i I andra utfonnningar och applikationer blir eventuellt dL/dt-termen inte större än applice- rade spänningen töre manöverorganet når manövrerade positionen. Emellertid kommer även då di/dt-termen minska (men inte gå till negativt) till dess mariöverorganet når manövrerade positionen, efter vilken di/dt-termen kommer ta ett steghopp till ett mer positivt värde. Följ- aktligen indikeras ankomsten av manöverorganet vid manövrerande positionen genom en plötslig ökning i di/dt-termen efter manövreringen har börjat, återigen indikerat genom en spets i dzi/dtz. I vardera fallet, kan indikeringen av ankomst användas för att avsluta strömmen till ventilen om magnetiska läsningen används, typiskt efter tillåtande av en »möjlig kontakt- studselimineringstid. I annat fall, om fiäderlcrafien överskrider någon magnetisk låsningstendens, kan manövreringsströmmen reduceras till en mycket lägre hållström. Detta reducerar 10 15 20 25 30 528 932 ll strömförbnilmingen och möjliggör en överstyrning av spolen, om önskat eller behövs för hastighetssyften, utan överhettning av spolen. Avkänning av full manövrering på detta sätt kan även användas för diagnostiska ändamål genom observering av en ökning eller ojämnhet i manövreringstidema för varje ventil Ett blockdiagram för en typisk spolaktiveringsstyrkrets innefattande detta särdrag kan ses i fig. 9.Manövereringskommandot tillhandahålls till spoldrivkretsen, vilken tillhandahåller elektrisk ström till en seriekombination av t spolen och ett avkänningsmotstånd, avkän- ningsmotståndet är mellan spolen och jord av lärnplighetsskäl. Avkänningskretsen avkärmer spänningen tvärs avkänningsmotständet fór att bestämma ankomsten av förflyttbara ankaret 42 (42', 42") vid manövrerade positionen, och tillhandahåller en återkopplingssigrral, företrädesvis efter en lärnplig kontaktstudselimineringstid för att stänga av spoldrivningen om magnetisk låsning används., eller för att minska utmatningen av spoldrivkretsen om magnetisk låsning inte används, i vilket fall avslutningen av hållströmmen fiisläpper förflyttbara ankaret 42 (42', 42").

Vissa föredragna utföringsforrner av föreliggande uppfinning har blivit beskrivna i detalj häri vilka inbegriper många särdrag vilka kan användas för att producera miniatyrventiler i stånd att drivas med en hög frekvens (såsom upp till 1000 Hz), som har en snabb reaktion (såsom 0,4 p till 0,6 millisekunder), som har en låg energiförbrukning (såsom 0,125 W vid drift vid 100 Hz) som har en liten storlek och har lågt läckage (värdena i parentes är representativa värden för ett exempel på en magnetisk låsventil, och behöver inte nödvändigtviss representera prestandagrän- sema som kan uppnås). Det skall emellertid inses att det inte är nödvändigt att införliva alla sär- dragen i varje utföringsform av uppfinningen, då individuella särdrag och delkombinationer av särdrag kan med fördel vara kombinerade såsom önskas. T.ex. är föredraget användning av per- manenta monteringstekniker, fastän halvpermanenta tekniker även kan användas om så önskas.

Dessutom är det en fördel med avkänning av fiillgörandet av manövreringen, fastän det inte oumbärligt vid praktiseringen av föreliggande uppfinning, och kan altemativt tillämpas med andra ventiler än de i enlighet med föreliggande uppfinning. Således är den föregående beskriv'- ningen endast avsedd att vara i illustrerande syfte och inte begränsande för uppfinningen, då många vidare alternativa utföringsfonner i enlighet med uppfinningen kommer vara uppenbart för fackmärmen. Då vissa föredragna utföringsfonner av föreliggande uppfinning således har blivit beskrivna häri, är det uppenbart för fackmärmen att olika ändringar i form och detalj kan göras i uppfinningen utan att frångå andemeningen och omfånget av uppfinningen såsom fram- fört i fulla omfånget av följande patentkraven.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 528 952 12 PATENTKRAV

1. Fnndventiiennei (io) innefattande; en elektrisk manöverspole (40) med ett hål; en övre polsko (38), en undre polsko (36) med ett hål, och ett ankare (42), alla utformade av magnetiska material; övre och undre polskoma är permanent förenade utvändigt en yttre diameter av manöverspolen för att bilda åtminstone en del av yttre höljet (20) av Ventilenheten och för att omsluta yttre diametern av manöverspolen med magnetiskt material; ankaret har en yttre perifer yta som glider inuti hålet av undre änden av undre polskon, ankaret är utformat att glida uppån-iktat inuti hålet av undre änden av undre polskon och in i hålet av manöverspolen till en tillbakadragen position där en övre yta av ankaret angränsar intill en samverkande anordnande yta av övre polelementet; ett ventilsäteselement (24), permanent kopplat till undre änden av undre polskon, ventil- säteselementet avgränsar ett ventilsäte (49) som vetter mot en undre änddel av ankaret och avgränsar en första port (30) därigenom. Ventilsäteselementet avgränsat även åtminstone en andra port (34); undre änden av ankaret har ett ventilfiirslutnirigselement (44) anordnat att gå i ingrepp med och täta med avseende på ventilsätet då ankaret äri en utsträckt position; och en returfiäder (46) anordnad mellan ankaret och undre polskon och forspänd att stödja ankaret mot utsträckta positionen med ventiliörslumingselement i ingrepp och i tätning mot ventilsätet, kännetecknad av att returljädern (46), då ankaret (42) är i utsträckta positionen, har en fiäderkraft större än vad som behövs fór att hålla ventilfórslumingselementet (44) i ingrepp med ventilsätet (49) mot fluidskillnadstrycken tvärs ventilsätet under användning, och då den år i âterdragen position med en fiäderkrafi mindre än kraften som följer från restmagnetismen i övre och undre polskorna (3836) och ankaret, tillåtande ankaret att magnetiskt låsa i ankarets återdragna position.

2. Ventilenheten (10) enligt patentkrav 1 där ventilfórslutningselementet (44) är fasthållet i ankaret (42) och utskjuter nedåtriktat för ingrepp och tätning med avseende på ventilsätet (49).

3. Ventilenheten (10) enligt patentkrav 1 där ventiltörslumingselementet (44) är en O- ring (90) fasthållet av en utsträckning (88) av ankaret (42").

4. Ventilenheten (10) enligt patentkrav 1, där övre och undre polskoma (3836) är press- passade tillsammans. 10 15 20 528 932 _' 13

5. Ventilenheten (10) enligt patentkrav 1, där övre och undre polskoma (38,36) är förenade tillsammans.

6. Ventilenheten (10) enligt patentkrav 1, där övre och undre polskoma (38,36) är press- passade och sammanfogade tillsammans.

7. Ventilenheten ( 10) enligt patenthav 1, där ventilsäteselernentet (24) är utformat av ett ~ plastmaterial.

8. Ventilenheten (10) enligt patentkrav 7, där ventilsäteselenientet (24) är permanent kopplat till undre änden av undre polskon (3 6) med en snäppassning.

9. Ventilenheten (10) enligt patentkravl, vidare innefattande ett elektriskt kontaktdon (54) på översidan av övre polskon (38) och kopplat till manöverspolen (40).

10. Ventilenheten (10) enligt patentkrav 9, där kontaktdonet (54) är format in i översidan av övre polskon (38). _ _

11. Ventilenheten (10) enligt patentkrav 1, där övre polskon (38), undre polskon (3 6) och ankaret (42) är utformade av 4140 stållegeringsmaterial.

12. Ventilenheten (10) enligt patentkrav 1, där ventilenheten är mindre än ungefárligen 1 tum (mindre än ungefárligen 25 mm) lång och mindre än ungefárligen 0,5 tum (mindre än unge- fárligen 13 mm) i diameter.

13. Ventilenheten (10) enligt patentkrav 1, där fluidventilenheten är ungetärligen 0,75 tum (ungetärligen 19 mm) lång och ungeiärligen 0,35 tum (ungefárligen 10 mm) i diameter.