CN101960540A - 电磁驱动器及阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁驱动器(7)，具有线圈(8)和至少两个电枢(12、17)，该至少两个电枢(12、17)能沿轴线(16)移动且由线圈(8)产生的磁场作用。本发明的目的是通过简单的方式实现大的控制机会。为此目的，设置成，相比较另一个电枢(17)，一个电枢(12)受到来自磁场更大的力。

Description

电磁驱动器及阀

技术领域

本发明涉及一种电磁驱动器，其具有一线圈及至少两个电枢(磁芯)，所述电枢(armature)能够沿轴线移动并由线圈所产生的磁场作用。

进一步，本发明涉及一种阀，其具有进口、出口，且在进口与出口之间具有与阀芯相互作用的阀座。

背景技术

例如从EP 0 763 683 A1已知这种电磁驱动器及阀。在线圈内布置有两个电枢，当线圈通电并因而产生磁场时，两个电枢可沿线圈的中心线移动。磁场使得两个电枢相互吸引。关于此点，一个电枢使其自身离开阀芯的驱动杆，因而释放压力平衡开口。通过隔离物(spacer)，另一电枢连接到驱动杆。该驱动杆连接到阀芯。一旦在阀芯上产生压力平衡，弹簧的力足以进一步打开阀。

US 6 814 339B2公开了一种电磁阀，其包括两个磁路，每一个都包括线圈和电枢。两个线圈可以彼此独立地控制，从而两个阀芯可控以更大或更小地释放阀开口。事实上，这提供了扩大的控制机会。然而，花费在制造中的努力相对高。

发明内容

本发明的任务是以简单方式提供扩展的控制机会。

利用引言中所述的电磁驱动器，该任务通过以下方式解决：相比较另一电枢，一个电枢由来自磁场的更大的驱动力作用。

利用此实施例，由来自磁场的更大的力作用的电枢将比另一电枢更早或更快地移动。这些不同的运动可用于多种应用，例如阀的驱动。

优选地，设置传动件以由任意可移动电枢所驱动。通过传动件，磁场产生的驱动作用可传递到外部。由于传动件可以由任意电枢所驱动，确保磁场对每一电枢的作用可传递到外部，因此更大或更小的力可用于控制连接到传动件的控制元件。

优选地，每一可移动电枢仅沿一个运动方向作用于传动件。沿另一移动方向，例如复位装置、例如回位弹簧可作用于传动件。因此可通过选择对应的几何形状来实现对一个运动方向的限制。

在优选实施例中，设置成连接件布置在两个可移动电枢之间，所述连接件相对于至少一个可移动电枢具有沿拉动方向和压力方向减弱的可移动性。也利用这样的连接件，运动可被控制，从而首先一个可移动电枢被移动，然后第二可移动电枢被移动。通过两个可移动电枢中的一个，可实现将运动传递到外部。

优选地，设置一固定电枢。该固定电枢也可称为“轭(yoke)”。驱动器具有至少三个电枢。因而，作用于可移动电枢的力可被更好地控制。

优选地，可移动电枢布置在固定电枢的一侧上。传动件优选地自电枢叠而作用于背离固定电枢的一侧。

在尤其优选的实施例中，设置成气隙设置在电枢之间，所述气隙的几何形状彼此互不相同。使用不同设计的气隙可以简单地实现不同大小的磁力作用于可移动电枢。这些不同的力然后产生不同的运动。

优选地，一个气隙的电枢侧边界表面相对于轴线比另一气隙的电枢侧边界表面更倾斜。形象地说，磁场找寻阻力最小的路径。因而，磁场将找寻最短可能的气隙路径，并因此以实际垂直的方式离开或进入边界表面。边界表面相对于轴线的不同倾斜引起不同方向的磁场。由于仅磁场的分量会产生平行于运动方向的轴线的力，因此这是对电枢产生不同力影响的简单方式。

优选地，气隙的电枢侧边界表面垂直于轴线延伸。在此气隙中，产生磁场的主要分量，其方向平行于轴线，因此以最大力作用于邻接该气隙的可移动电枢。

优选地，气隙具有电枢侧边界表面，其至少部分地具有锥形套的形状。在气隙中，磁场和轴线包围较大角或较小角，从而平行于轴线延伸的分量更小。

优选地，通过气隙的磁通量相同。这并不意味着它们必须在数学意义上相等。在线圈的轴向延伸内，通量被视为“相等”。因此，可以使用具有相对简单实施例的线圈和磁路。

优选地，一个电枢上的驱动力比另一个电枢上的驱动力大30％-70％。具有更大驱动力的电枢将明显先于另一电枢移动，这可用于控制由电磁驱动器驱动的装置。

利用上述阀，可以通过以下方式解决上述任务，即阀芯连接到上述驱动器。

驱动器可以提起阀芯离开阀座，或使其回到阀座。关于此点，可以实现多级驱动，即使仅设置一个线圈。可以通过提供不同强度的电流到线圈来容易地设定阀芯的各运动阶段。

尤其优选的是，由较大力作用的可移动电枢用作开/关换控制器，而由较小力作用的可移动电枢用作比例控制器。在阀中，初始打开阀所需的力通常远大于当阀打开时移动阀芯所需的力。采用有利的方式，可采用上述概念，以使由较大力作用的电枢用于提起阀芯离开阀座。在此状态下，大致相同的力将沿两个运动方向作用于阀芯。然后，由较小力作用的电枢可用于调节阀芯相对于阀座的精确位置，并因而调整打开度及通过阀的流量。

优选地，关闭弹簧经由传动件作用于阀芯，且磁场产生沿打开方向作用的力。当电流通到线圈时，两个电枢由打开方向上的力作用。当切断电流时，关闭弹簧使阀芯再被按压向阀座。

优选地，阀芯布置在进口和阀座之间。进口中的压力另外地沿关闭方向作用于阀芯。这使得需要更大的力来提起阀芯离开阀座。由于实施例中电枢由不同大小力作用，但这并非十分关键的。

附图说明

以下，基于优选实施例并参照附图说明本发明，其中：

图1显示了具有驱动器的阀的示意图，其中阀关闭；

图2显示了根据图1的阀处于略微打开位置的视图；

图3显示了根据图1的阀处于进一步打开位置的视图；

图4显示了根据图1的阀处于最大可能打开位置的视图；

图5显示了较小力下阀芯穿过磁通量的运动；

图6显示了较大力下阀芯穿过磁通量的运动；

图7显示了说明阀芯在阀中的运动的示意图；和

图8显示了修改的实施例。

具体实施方式

图1是阀1的示意图，阀1具有阀套，包括进口3、出口4和进口3与出口4之间的阀座5。当关闭阀1时，阀芯6靠在阀座5上。当阀打开时，阀芯6不同程度地从阀座5抬起(图2到4)。

为了驱动阀芯6，设置一电磁驱动器7，其连接到阀套2。

驱动器7包括一个单线圈8，该单线圈8可通过未详细显示的方式供电，电流强度可调。通过电流强度可以调整由线圈8所产生的磁场强度及磁通量强度。

在线圈8的前端布置有也称为“轭”的固定电枢(stationary armature)9。电枢9用作关闭弹簧10的反向凸缘，该关闭弹簧10作用于连接到阀芯6的传动件11。这意味着关闭弹簧10沿阀座5的方向加载阀芯6。

在线圈8内设置有第一可移动电枢(movable armature)12，其与固定电枢9形成气隙13。气隙13由电枢侧边界表面14、15限定，边界表面14、15的方向垂直于线圈8的轴线16。

第二可移动电枢17与第一可移动电枢12形成第二气隙18，所述气隙18的电枢侧边界表面19、20具有锥形套表面形状，即边界表面19、20与线圈8的轴线16形成锐角。

第一电枢12具有阶梯孔21，传动件11引导穿过该阶梯孔21。关于此点，传动件11具有第一部分22，其直径对应于阶梯孔21的最大直径。进一步，传动件具有第二部分23，其直径对应于阶梯孔21的最小直径。因此，在第一电枢12沿固定电枢9的方向移动期间，传动件11沿电枢9的方向被拉动。另一方面，传动件11也可沿固定电枢9的方向进一步移动，而不用第一可移动电枢12驱动，例如在第二可移动电枢17的控制下。

传动件11具有引导穿过第二可移动电枢17的第三部分24。第三部分24的直径比第二部分23的直径更小。因此，第二部分23利用台阶靠在第二可移动电枢17上。当第二可移动电枢17沿固定电枢9的方向移动时，其拉动传动件11。然而，传动件11也可沿固定电枢9的方向移动，而不需要第二可移动电枢17的移动。

两个气隙13、18布置在线圈8内侧，因此两个气隙内具有大致相同的磁通量。

然而，由于气隙13、18的不同形状，气隙中的磁场或磁通量的主要方向不同。在第一气隙13中，磁场方向大致平行于轴线16，即磁力线平行于轴线16移动。在第二气隙18中，磁力线垂直于边界表面19、20延伸，即磁场及磁通量的方向相对于轴线16与锐角。利用与气隙13中相同的磁通量，这产生更小的平行于轴线16的磁通量的分量，因此其引起的、作用在第一可移动电枢12和第二可移动电枢17之间的力小于作用在第一可移动电枢12和轭之间的力。

如果线圈8通电且产生磁场，如图2中所示，在第一气隙13的减小下第一可移动电枢12被拉向轭9。这压缩了关闭弹簧，且阀芯6提起离开阀座5。这使得阀芯6两侧的压力平衡，因此进口3中的压力并不以关闭方式更多作用于阀芯6。

由于磁力也作用于第二气隙18，第二可移动电枢17已跟随第一可移动电枢12。然而，利用图2中所示配置产生的电流强度，其不会靠在第一可移动电枢12上。

当电流强度进一步增大时，图3中所示的情况出现。此处，第二可移动电枢17在第二气隙18的减小下进一步靠近第一可移动电枢12，因此相比如图2中所示的情形，阀芯6到阀座5的距离更远。

当线圈8中的电流强度进一步增大时，第二可移动电枢17将靠在第一可移动电枢12上，因此第二气隙18也消失了。在此情况下，阀芯6处于距离阀座5的最大可能距离，因此进口3和出口4之间的通道最大限度地打开。

当切断通过线圈8的电流时，关闭弹簧10确保阀芯6重新靠到阀座5上。

目前，驱动器7可被驱动以便第一可移动电枢12的运动作为开/关运动，即，第一电枢12仅确保阀1的打开和关闭。为此，电流强度由线圈8调整，因此作用于轭9与第一可移动电枢12之间的第一气隙13的吸引力足够大到提起阀芯6离开阀座5。然而，它们未大到使第二电枢17也相对于第一电枢12移动相当距离。

然而，可移动电枢17可以由线圈8中的电流控制，以便实现阀1的打开的比例控制。

图5中，向上方向表示阀芯6相对于阀座5的位置P，而向右方向表面由线圈8中的电流产生的磁通量F。磁通量F1产生第一可移动电枢12的驱动，即“开/关”运动，该“开/关”运动提起阀芯6离开阀座5。在磁通量F大于F1的部分中，磁通量F的大小可以允许阀芯6的位置P相对于阀座5的大致比例控制。

图6显示了相似实施例，然而其中，作用于阀芯6的力大到打开运动仅在磁通量F2时开始，而此处也是“开/关”运动。在超过F2的部分，然后产生比例控制。

可以通过选择不同强度的关闭弹簧10来产生不同的作用于阀芯6的力。当阀1关闭时，沿关闭方向作用于阀芯6的进口3和出口4之间的压力差也产生实质影响。

这产生了图7中所示的情形。线圈首先必须产生磁通量F2以能够打开阀，即提起阀芯6离开阀座5。一旦阀被打开，在磁通量大于F1的区域内可实现阀芯6的位置P的比例调整。当磁通量下降到F1以下时，阀1再次关闭。

可以在许多方面对所示实施例进行修改。边界表面14、15并不必须是平面。只要它们与轴线16形成更大锥角即可。

本领域技术人员可根据需要的力确定气隙13、18的尺寸。

两个气隙13、18在它们整个轴向延伸上不必具有相同的方向。因此，例如，第二气隙18可设计有数个不同的圆锥部分。

也可以使第二气隙18的锥形相反，即使其朝阀芯6的方向开口。

进一步，可以设置“对顶圆锥(double cone)”，从而，第二可移动电枢17的面对第一可移动电枢12的前侧设置有V形凹槽，当第一可移动电枢12包括对应的V形突出几何结构。

在一定条件下，轭、即固定电枢9可以省略，只要以其它方式实现在一定电流影响下第一电枢12移开阀座5。

作用在第一可移动电枢12上的力比作用在第二可移动电枢17上的力大30％-70％、例如50％。因而，第一可移动电枢12比第二电枢17更早克服关闭弹簧10的力以及阀芯6上的压力差，第一电枢12因而在一短暂运动后靠在轭上。它一直在此处直到阀1关闭。因而，通过线圈8的电流的增加将仅影响第二电枢17的运动。

图8显示了具有修改的驱动器7的阀1。与图1-4中相同及功能相同的元件以相同的附图标记标出。

利用图8中的驱动器，阀芯6直接地布置于第二可移动电枢17，即，第二可移动电枢17的运动直接传递到阀芯6。

第一可移动电枢12经由连接件25连接到第二可移动电枢17。连接件25固定在第一可移动电枢12中。连接件25包括头部26，所述头部26位于第二可移动电枢17内的凹部29中。在拉动方向上，当第一可移动电枢12向上移动时，头部26靠在第一支承表面27上，而当第一可移动电枢12相对于第二可移动电枢17向下移动时，头部26靠在第二支承表面28上。方向的描述参照图8中视图。

因此，连接件25相对于第二可移动电枢17具有受限的可移动性，所述可移动性被两个支承表面27、28限制。

当然，也可以将连接件25固定在第二可移动电枢中，并允许相对于第一可移动电枢的可移动性。也可以想像在一个实施例中，连接件25相对于两个可移动电枢12、27都具有受限的可移动性。

以其它方式地，驱动器7的功能与图1-4中所述的相似。

Claims (16)

1.一种电磁驱动器，具有线圈和至少两个电枢，该至少两个电枢能够沿轴线移动、并由所述线圈所产生的磁场作用，其特征在于，与另一电枢(17)相比，一个电枢(12)由来自所述磁场的更大的驱动力所作用。

2.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，设置传动件(11)，所述传动件(11)由任意的所述可移动电枢(12、17)驱动。

3.根据权利要求2所述的驱动器，其特征在于，每一可移动电枢(12、17)仅在一个移动方向上作用于所述传动件(11)。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的驱动器，其特征在于，连接件(25)设置在所述两个可移动电枢(12、17)之间，所述连接件(25)相对于至少一个可移动电枢(17)在推拉方向上具有受限的可移动性。

5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的驱动器，其特征在于，设置固定电枢(9)。

6.根据权利要求5所述的驱动器，其特征在于，所述可移动电枢(12、17)布置在所述固定电枢(9)的一侧上。

7.根据权利要求5或6所述的驱动器，其特征在于，气隙(13、18)设置在所述电枢(9、12、17)之间，所述气隙的几何结构彼此不同。

8.根据权利要求7所述的驱动器，其特征在于，一个气隙(18)所具有的电枢侧边界表面(19、20)相对于所述轴线(16)比另一气隙(13)的电枢侧边界表面(14、15)更倾斜。

9.根据权利要求7或8所述的驱动器，其特征在于，气隙(13)具有垂直于所述轴线(16)延伸的电枢侧边界表面(14、15)。

10.根据权利要求7-9中的一项所述的驱动器，其特征在于，气隙(18)具有电枢侧边界表面(19、20)，所述电枢侧边界表面(19、20)至少部分地具有锥形套形状。

11.根据权利要求1-10中的一项所述的驱动器，其特征在于，通过所述气隙(13、18)的磁通量是相同的。

12.根据权利要求1-11中的一项所述的驱动器，其特征在于，作用在一个电枢(12)上的驱动力比作用在另一个电枢(17)上的力大30％-70％。

13.一种阀，具有进口和出口，及进口和出口之间的阀座，所述阀座与阀芯相互作用，其特征在于，所述阀芯(6)连接到根据权利要求1-12中一项所述的驱动器(7)。

14.根据权利要求13所述的驱动器，其特征在于，由较大力作用的可移动电枢(12)用作开/关控制器，而受较小力作用的可移动电枢(17)用作比例控制器。

15.根据权利要求13或14所述的驱动器，其特征在于，关闭弹簧(10)经由所述传动件(11)作用于所述阀芯(6)，且所述磁场产生沿打开方向作用的力。

16.根据权利要求13-15中的一项所述的驱动器，其特征在于，所述阀芯(6)布置在所述进口(3)和所述阀座(5)之间。

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