CN101225888B - 一种双稳态脉冲电磁阀及其驱动电路 - Google Patents
一种双稳态脉冲电磁阀及其驱动电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种具有开关位置状态反馈的双稳态脉冲电磁阀和这种双稳态脉冲电磁阀的驱动电路。该电磁阀通过设置一个开关位置传感器，使在开阀状态和关阀状态时输出不同的开关信号。当开阀时阀芯推动开关位置传感器使触点导通，当关阀时阀芯离开开关位置传感器使其触点断开，根据开关位置传感器的导通或断开判断电磁阀处于何种状态，用恒定电流驱动脉冲电磁阀，用开关位置传感器发出的状态信号来关断恒定电流，使形成一个可靠的驱动脉冲。本发明可反馈双稳态脉冲电磁阀工作过程中的真实阀位状态，如果双稳态脉冲电磁阀工作过程中的真实阀位状态产生了不应有的改变，驱动电路能立即纠正错误，并且具有极高的可靠性，同时大大简化了驱动电路结构。
Description
技术领域
本发明属于电磁阀及其驱动方法技术领域，具体涉及一种双稳态脉冲电磁阀及其驱动电路。
背景技术
双稳态脉冲电磁阀由于比传统电磁阀具有节能、寿命长等特点，在国民生产及生活中的一些领域得到了一些应用，但是到目前为止还没有得到大面积的普及推广，其主要原因是可靠性不太高所致。
目前使用的双稳态脉冲电磁阀的工作原理是：用一个固定时间宽度的脉冲电流流过脉冲电磁阀的线圈，对阀芯产生一个上拉电磁力，使阀芯向上运动到永磁铁处，电磁阀被打开，该脉冲电流消失后，依靠永磁铁的永磁力将阀芯保持在该工作位置，从而维持电磁阀的开启工作状态。当需要关闭电磁阀时，用一个固定时间宽度的脉冲电流反向流过脉冲电磁阀的线圈，对阀芯产生一个下拉电磁力，使阀芯挣脱永磁力的吸引向下运动，关闭电磁阀，反向脉冲电流消失后，借助弹簧力的作用将阀芯保持在该工作位置，从而维持电磁阀的关闭工作状态。
这种双稳态脉冲电磁阀主要有两个应用缺陷：第一，由于没有阀位状态反馈，所以无法准确判断电磁阀的真实开关状态，因而限制了其应用范围。例如发出了关闭电磁阀的驱动电流给电磁阀的线圈，而由于种种原因电磁阀没有关闭，或者电磁阀在开启状态由于种种原因变为了关闭状态，这些在实际运行中使用者是没办法知道的，这在有些使用场合是不允许的，轻则产生浪费，重则发生危险，所以在一些要求高可靠性的使用场合目前这种双稳态脉冲电磁阀难以得到广泛应用。第二，由于脉冲电磁阀不同于传统电磁阀的驱动方式，是用定宽度脉冲电流驱动，然而驱动脉冲的宽度与很多因素有关，因此时常出现发出了驱动脉冲电流而电磁阀未动作的情况，这给脉冲电磁阀的推广应用带来了较大难度。
发明内容
本发明正是为了克服上述技术缺陷而提出一种具有开关位置状态反馈的双稳态脉冲电磁阀和这种双稳态脉冲电磁阀的驱动电路。
本发明的技术方案具体为：
一种双稳态脉冲电磁阀，包括阀芯1、弹簧2、永磁铁3、脉冲线圈5、进水口23、阀缸24、阀盘25、出水口26，所述阀芯1通过阀缸24的密封开口部分插入在阀缸24内并且位于阀盘25的上方，阀盘25位于阀缸24内，阀盘25上有两个通道分别与进水口23和出水口26相连，永磁铁3与所述阀芯1相对，弹簧2两端分别连接所述永磁铁3和所述阀芯1，脉冲线圈5缠绕在所述阀芯1和永磁铁3的外围；在电磁阀所述永磁铁3面向阀芯1一侧安装一片开关位置传感器4，当开启所述双稳态脉冲电磁阀时，脉冲线圈5流过正向电流，所述阀芯1向上运动被永磁铁3吸住，同时阀芯1压迫开关位置传感器4使其接通，该接通信号表示双稳态脉冲电磁阀位处于开状态；当关闭所述双稳态脉冲电磁阀时，脉冲线圈5流过反向电流，所述阀芯1向下运动脱离永磁铁3的吸引，所述开关位置传感器4断开，该断开信号表示双稳态脉冲电磁阀位于关状态；所述双稳态脉冲电磁阀通过开关位置传感器4的接通和断开状态反馈该双稳态脉冲电磁阀的开/关状态，并且将开关位置传感器4连接至双稳态脉冲电磁阀驱动电路实现双稳态脉冲电磁阀的反馈可靠控制。
该双稳态脉冲电磁阀驱动电路用恒定电流驱动所述双稳态脉冲电磁阀，然后用反应所述双稳态脉冲电磁阀开/关状态信号的开关位置传感器4通过驱动电路来关断恒定电流，从而形成一个可靠的驱动脉冲。
这种双稳态脉冲电磁阀的结构思想是：在双稳态脉冲电磁阀上，设置一个开关位置传感器(如薄膜开关等触点开关或其他位置传感器)，使在开阀状态和关阀状态时输出不同的开关信号。比如可以把它安装在脉冲电磁阀开闭时，阀芯运动能够触及的位置，当开阀时阀芯推动开关位置传感器使触点导通，当关阀时阀芯离开开关位置传感器使其触点断开，根据开关位置传感器的导通或断开即可准确而真实地判断电磁阀处于何种状态。
这种双稳态脉冲电磁阀的驱动原理是：用恒定电流驱动脉冲电磁阀，然后用开关位置传感器发出的状态信号来关断恒定电流，使形成一个最可靠的驱动脉冲。具体工作过程为：当需要开启电磁阀时，向脉冲线圈输入一个开启电磁阀的恒定控制电流，使阀芯向上运动被永磁铁吸住，同时阀芯推动开关位置传感器使其接通，然后利用这个接通信号关断驱动电磁阀的恒定控制电流，使电磁阀可靠开启。当需要关闭电磁阀时，向脉冲线圈输入一个反向恒定控制电流，阀芯向下运动脱离永磁铁吸引，开关位置传感器断开，然后利用这个断开信号关断驱动电磁阀的恒定控制电流，使电磁阀可靠关闭。
采用本发明，如果电磁阀在开启状态下由于种种原因变动为关闭状态，开关位置传感器立即发出断开信号，则驱动电路会再次产生恒定电流驱动脉冲电磁阀，重复运行本发明的开阀过程，自动打开电磁阀。相应在电磁阀关闭状态下由于种种原因变为了开启状态，也会立即自动关闭电磁阀。
本发明与现有技术相比具有如下显著优点：一，可反馈双稳态脉冲电磁阀工作过程中的真实阀位状态。二，如果双稳态脉冲电磁阀工作过程中的真实阀位状态由于种种原因产生了不应有的改变，驱动电路能立即纠正错误。三，采用恒定电流驱动反馈信号终止的方法驱动双稳态脉冲电磁阀，达到极高的可靠性，同时大大简化了驱动电路结构。
附图说明
图1是本发明的双稳态脉冲电磁阀的结构示意图；
图中：1.阀芯、2.弹簧、3.永磁铁、4.开关位置传感器、5.脉冲线圈、23.进水口、24.阀缸、25.阀盘、26.出水口
图2是本发明的双稳态脉冲电磁阀的驱动电路原理图；
图中：6.电阻、7.第一反向器、8.控制开关、9.电阻、10.第二反向器、11.异或门、12.第一与非门、13.第三反向器、14.第二与非门、15.第一电阻、16.第一PNP三极管、17.第二PNP三极管、18.第二电阻、19.第三电阻、20.第四电阻、21.第一NPN三极管、22.第二NPN三极管
具体实施方式
下面根据说明书附图对本发明的技术方案进行详细表述。
图1所示为本发明的双稳态脉冲电磁阀的结构示意图。阀芯1通过阀缸24的密封开口部分插入在阀缸24内并且位于阀盘25的上方，阀盘25位于阀缸24内，阀盘25上有两个通道分别与进水口23和出水口26相连。在电磁阀所述永磁铁3面向阀芯1一侧安装一片开关位置传感器4，当开启所述双稳态脉冲电磁阀时，脉冲线圈5流过正向电流，所述阀芯1向上运动被永磁铁3吸住，同时阀芯1压迫开关位置传感器4使其接通，该接通信号表示双稳态脉冲电磁阀位处于开状态；当关闭所述双稳态脉冲电磁阀时，脉冲线圈5流过反向电流，所述阀芯1向下运动脱离永磁铁3的吸引，所述开关位置传感器4断开，该断开信号表示双稳态脉冲电磁阀位于关状态；所述双稳态脉冲电磁阀通过开关位置传感器4的接通和断开状态反馈该双稳态脉冲电磁阀的开/关状态，并且将开关位置传感器4连接至双稳态脉冲电磁阀驱动电路实现双稳态脉冲电磁阀的反馈可靠控制。
该双稳态脉冲电磁阀驱动电路用恒定电流驱动所述双稳态脉冲电磁阀，然后用反应所述双稳态脉冲电磁阀开/关状态信号的开关位置传感器4通过驱动电路来关断恒定电流，从而形成一个可靠的驱动脉冲。该开关位置传感器4的直径应小于弹簧2的直径，目的是弹簧2形变时不能使开关位置传感器4的通断发生变化。工作过程为：当开启电磁阀时，即脉冲线圈5正向流过电流，阀芯1向上运动被永磁铁3吸住，同时阀芯1压迫开关位置传感器4使其接通，该接通信号表示阀位开状态。当关闭电磁阀时，即脉冲线圈5反向流过电流，阀芯1向下运动脱离永磁铁3吸引，开关位置传感器4断开，该断开信号表示阀位关状态。开关位置传感器可以为薄膜开关等触点开关或其他位置传感器，使在开阀状态和关阀状态时输出不同的开关信号。可以把它安装在脉冲电磁阀开闭时，阀芯运动能够触及的位置，当开阀时阀芯推动开关位置传感器使触点导通，当关阀时阀芯离开开关位置传感器使其触点断开，根据开关位置传感器的导通或断开即可准确而真实地判断电磁阀处于何种状态。
图2所示为本发明的双稳态脉冲电磁阀的驱动电路原理图。该驱动电路包括，控制开关8、开关位置传感器4、第一反相器7、第二反相器10、第三反相器13、异或门11、第一与非门12、第二与非门14、第一电阻15、第二电阻18、第三电阻19、第四电阻20、第一PNP三极管16、第二PNP三极管17、第一NPN三极管21、第二NPN三极管22组成；所述控制开关8一端接地，另一端通过一电阻接至直流电源V，控制开关8与该电阻相连的一端接第一反相器7的输入端，所述开关位置传感器4的一端接地，另一端通过另一电阻接至直流电源V，所述开关位置传感器4与该另一电阻相连的一端接第二反相器10的输入端，第一反相器7的输出端分别接至异或门11的一输入端和第一与非门12的一输入端，第二反相器10的输出接至异或门11的另一输入端，异或门11的输出端分别与第一与非门12的另一输入端和第二与非门14的一输入端相连，第一反相器7的输出通过第三反相器13后与第二与非门14的另一输入端相连，第一与非门12的输出经第一电阻15后与第一PNP三极管16的基极连接，第二与非门14的输出经第二电阻18后与第二PNP三极管17的基极连接，第一PNP三极管16的发射极与第二PNP三极管17的发射极相连并且与直流电源连接，第一PNP三极管16的集电极与第一NPN三极管21的集电极相连并且通过第四电阻20连接至第二NPN三极管22的基极，第二PNP三极管17的集电极与第二NPN三极管22的集电极相连并且通过第三电阻19连接至第一NPN三极管21的基极，第一NPN三极管21的发射极和第二NPN三极管22的发射极相连并且接至直流电源地端，第一PNP三极管16的集电极和第一NPN三极管21的集电极的连接端接至双稳态脉冲电磁阀脉冲线圈5的一端，第二PNP三极管17的集电极和第二NPN三极管22的集电极的连接端接至双稳态脉冲电磁阀脉冲线圈5的另一端。
控制开关8是手动开关，需要开启双稳态脉冲电磁阀时就合上控制开关8，需要关闭双稳态脉冲电磁阀时就断开控制开关8。异或门11的作用是根据控制开关8和开关位置传感器4的状态，判断是否该驱动双稳态脉冲电磁阀。第一与非门12是开启双稳态脉冲电磁阀的驱动脉冲闸门。第二与非门14是关闭双稳态脉冲电磁阀的驱动脉冲闸门。第一PNP三极管16和第二NPN三极管22是开启双稳态脉冲电磁阀的脉冲线圈5的电流开关。第二PNP三极管17和第一NPN三极管21是关闭双稳态脉冲电磁阀的脉冲线圈5的电流开关。
欲开启电磁阀，就合上控制开关8，由于此刻开关位置传感器4没有接通，所以111为高112为低，异或门11的输出113为高，113和111输入到第一与非门12，则第一与非门12的输出121由高变低，第一PNP三极管16的基极电流经第一电阻15流向121，使第一PNP三极管16由截止变为导通，继而经第四电阻20向第二NPN三极管22提供基极电流使第二NPN三极管22由截止变为导通，从而形成从V→第一PNP三极管16发射极161→第一PNP三极管16集电极162→脉冲线圈5正端51→脉冲线圈5负端52→第二NPN三极管22集电极221→第二NPN三极管22发射极222→地的电流通路，即脉冲线圈5流过正向电流，阀芯1受到上拉电磁力的作用向上运动被永磁铁3吸住，同时阀芯1压迫开关位置传感器4使其接通，此时112由低变高，由于111和112均为高，异或门11的输出113由高变低，即与非门12的输入变为一高一低，第一与非门12的输出121由低变高，使第一PNP三极管16截止，继而使第二NPN三极管22截止，结果使脉冲线圈5失去电流，完成双稳态脉冲电磁阀的脉冲开阀过程，之后依靠永磁铁3的永磁力将阀芯1保持在开启位置，使双稳态脉冲电磁阀一直处于开阀状态。
如果在电磁阀开启状态下，由于意外因素使双稳态脉冲电磁阀关闭，即阀芯1变动为关闭状态，开关位置传感器4发出断开信号，则112由高变低，由于在开阀工况下111恒为高，所以驱动电路立即再次执行上述开阀过程，使双稳态脉冲电磁阀恢复开阀状态。
欲关闭电磁阀，就断开控制开关8，由于此刻开关位置传感器4没有断开，所以111为低112为高，异或门11的输出113为高，第三反向器13的输出131为高，113和131输入到第二与非门14，则第二与非门14的输出141由高变低，第二PNP三极管17的基极电流经第二电阻18流向141，使第二PNP三极管17由截止变为导通，继而经第三电阻19向第一NPN三极管21提供基极电流使第一NPN三极管21由截止变为导通，从而形成从V→第二PNP三极管17发射极171→第二PNP三极管17集电极172→脉冲线圈5负端52→脉冲线圈5正端51→第一NPN三极管21集电极211→第一NPN三极管21发射极212→地的电流通路，即脉冲线圈5流过反向电流，阀芯1受到下拉电磁力的作用向下运动脱离永磁铁3吸引，开关位置传感器4断开，此时112由高变低，由于111和112均为低，异或门11的输出113由高变低，即第二与非门14的输入变为一高一低，第二与非门14的输出141由低变高，使第二PNP三极管17截止，继而使第二NPN三极管21截止，结果使脉冲线圈5失去电流，完成双稳态脉冲电磁阀的脉冲关阀过程，之后借助弹簧2的弹簧力将阀芯1保持在关闭位置，使双稳态脉冲电磁阀一直处于关闭状态。
如果在电磁阀关闭状态下，由于意外因素使双稳态脉冲电磁阀开启，即阀芯1变动为开启状态，开关位置传感器4发出接通信号，则112由低变高，由于在关闭工况下111恒为低，所以驱动电路立即再次执行上述关阀过程，使双稳态脉冲电磁阀关闭。
上述仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (4)
1.一种双稳态脉冲电磁阀，包括阀芯(1)、弹簧(2)、永磁铁(3)、脉冲线圈(5)、进水口(23)、阀缸(24)、阀盘(25)、出水口(26)，所述阀芯(1)通过阀缸(24)的密封开口部分插入在阀缸(24)内并且位于阀盘(25)的上方，阀盘(25)位于阀缸(24)内，阀盘(25)上有两个通道分别与进水口(23)和出水口(26)相连，永磁铁(3)与所述阀芯(1)相对，弹簧(2)两端分别连接所述永磁铁(3)和所述阀芯(1)，脉冲线圈(5)缠绕在所述阀芯(1)和永磁铁(3)的外围，其特征为：在电磁阀所述永磁铁(3)面向阀芯(1)一侧安装一开关位置传感器(4)，当开启所述双稳态脉冲电磁阀时，脉冲线圈(5)流过正向电流，所述阀芯(1)向上运动被永磁铁(3)吸住，同时阀芯(1)压迫开关位置传感器(4)使开关位置传感器(4)接通，该接通信号表示双稳态脉冲电磁阀位处于开状态；当关闭所述双稳态脉冲电磁阀时，脉冲线圈(5)流过反向电流，所述阀芯(1)向下运动脱离永磁铁(3)的吸引，所述开关位置传感器(4)断开，该断开信号表示双稳态脉冲电磁阀位于关状态；所述双稳态脉冲电磁阀通过开关位置传感器(4)的接通和断开状态反馈该双稳态脉冲电磁阀的开/关状态，并且将开关位置传感器(4)连接至双稳态脉冲电磁阀驱动电路实现双稳态脉冲电磁阀的反馈可靠控制。
2.根据权利要求1所述的双稳态脉冲电磁阀，其特征为：所述开关位置传感器(4)的直径小于双稳态脉冲电磁阀内弹簧(2)的直径。
3.根据权利要求1所述的双稳态脉冲电磁阀，其特征为：开关位置传感器(4)为薄膜开关或其它触点开关。
4.根据权利要求1至3之任一项所述的双稳态脉冲电磁阀，其驱动电路用恒定电流驱动所述双稳态脉冲电磁阀，反应所述双稳态脉冲电磁阀开/关状态信号的开关位置传感器(4)通过驱动电路来关断恒定电流，从而形成一个可靠的驱动脉冲；其特征为：该驱动电路包括，控制开关(8)、开关位置传感器(4)、第一反相器(7)、第二反相器(10)、第三反相器(13)、异或门(11)、第一与非门(12)、第二与非门(14)、第一电阻(15)、第二电阻(18)、第三电阻(19)、第四电阻(20)、第一PNP三极管(16)、第二PNP三极管(17)、第一NPN三极管(21)、第二NPN三极管(22)组成；所述控制开关(8)一端接地，另一端通过一电阻接至直流电源V，控制开关(8)与该电阻相连的一端接第一反相器(7)的输入端，所述开关位置传感器(4)的一端接地，另一端通过另一电阻接至直流电源V，所述开关位置传感器(4)与该另一电阻相连的一端接第二反相器(10)的输入端，第一反相器(7)的输出端分别接至异或门(11)的一输入端和第一与非门(12)的一输入端，第二反相器(10)的输出接至异或门(11)的另一输入端，异或门(11)的输出端分别与第一与非门(12)的另一输入端和第二与非门(14)的一输入端相连，第一反相器(7)的输出通过第三反相器(13)后与第二与非门(14)的另一输入端相连，第一与非门(12)的输出经第一电阻(15)后与第一PNP三极管(16)的基极连接，第二与非门(14)的输出经第二电阻(18)后与第二PNP三极管(17)的基极连接，第一PNP三极管(16)的发射极与第二PNP三极管(17)的发射极相连并且与直流电源连接，第一PNP三极管(16)的集电极与第一NPN三极管(21)的集电极相连并且通过第四电阻(20)连接至第二NPN三极管(22)的基极，第二PNP三极管(17)的集电极与第二NPN三极管(22)的集电极相连并且通过第三电阻(19)连接至第一NPN三极管(21)的基极，第一NPN三极管(21)的发射极和第二NPN三极管(22)的发射极相连并且接至直流电源地端，第一PNP三极管(16)的集电极和第一NPN三极管(21)的集电极的连接端接至双稳态脉冲电磁阀脉冲线圈(5)的一端，第二PNP三极管(17)的集电极和第二NPN三极管(22)的集电极的连接端接至双稳态脉冲电磁阀脉冲线圈(5)的另一端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100929 Termination date: 20130204 |