CN102003565B - 一种超磁致伸缩驱动器及其驱动的高速电磁阀 - Google Patents

一种超磁致伸缩驱动器及其驱动的高速电磁阀 Download PDF

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Abstract

一种超磁致伸缩驱动器及其驱动的高速电磁阀，所述驱动器的磁致伸缩棒(14)安装在直径最小的一个热补偿管内，热补偿管外套磁致伸缩管，磁致伸缩管外套热补偿管，依此类推，最外层的磁致伸缩管外面套上线圈骨架(7)，线圈骨架(7)上缠绕着线圈(15)，线圈(15)引线通过导磁壳体(16)上的引线孔(11)引出，与外部驱动电路相连；将上述所有安装好的部件装在导磁壳体(16)内部，并通过导磁端盖(12)将导磁壳体(16)开口端密封，导磁端盖(12)内表面中心突出圆柱插入所有热补偿管封闭端所开圆孔中，导磁输出杆(17)安装在导磁壳体(16)封闭端所开圆孔内，并与安装在导磁壳体(16)内部的磁致伸缩棒(14)一端接触。

Description

一种超磁致伸缩驱动器及其驱动的高速电磁阀
技术领域
本发明涉及超磁致伸缩材料及其驱动器装置的应用，属于微驱动技术领域，特别适合于用做高速电磁阀、电液伺服阀、比例阀等的驱动装置。
背景技术
目前高速电磁阀、电液伺服阀、比例阀等的驱动器通常采用电磁铁或是压电晶体材料制作而成；对于这种液压阀来说，普遍存在的问题是其响应时间长，一般为几个毫秒，为提高其快速响应性需要较多的安匝数，较高的驱动电压，故使得线圈发热严重，结构复杂，体积较大，功耗大等，限制了进一步提高其频响。而超磁致伸缩材料(Terfemol-D)是一种新型的功能材料，在磁场激励下，它能产生比传统磁致伸缩材料(如镍、铁等)大几个数量级的应变输出，由于其具有很大的磁致伸缩应变、特高的储能密度、响应快、工作电压低、稳定性与可靠性高、线性度好等特点，是制作高速电磁阀、电液伺服阀、比例阀等驱动器的理想材料。但是相对于液压阀对阀芯的位移要求来说，超磁致伸缩材料的磁致伸缩应变还是太小，如果完全采用超磁致伸缩材料来达到所需要的位移则需要较长的超磁致伸缩材料棒，导致阀的总体长度较长，体积过大，限制了它的实际应用；如果采用放大机构对微位移进行放大，如专利号为ZL200820233841.7和专利号为CN200320110969.1的专利公布了一种通过杠杆进行位移放大8～10的放大机构；由于采用放大机构进行位移放大，故在位移放大的同时输出力将缩小相应倍数，故这类阀，虽然开启时间很短，可是复位时由于相应的预紧力较小(一般情况下超磁致伸缩材料在预压力大约10MPa左右时，其磁致伸缩系数到达最大，而采用棒的直经一般在10mm左右，则相应的弹簧预紧力只能大约为78.5N左右)，则会导致阀芯关闭速度下降，复位时间较长。另外专利号为ZL200820233841.7和CN200320110969.1的专利，当线圈发热使得超磁致伸缩材料温度升高膨胀伸长时，因为没有相应的热位移补偿装置，则使得驱动器的初始位置会随着超磁致伸缩材料温度的变化而变化，从而造成阀芯位置的变化，影响阀的正常使用。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种输出力和位移都较大、热补偿性好、结构简单、成本低、使用寿命长的超磁致伸缩驱动器及其驱动的高速电磁阀。
本发明的技术解决方案是：一种超磁致伸缩驱动器，包括骨架、导磁端盖、磁致伸缩棒、线圈、导磁壳体、导磁输出杆、至少两个热补偿管和至少两个磁致伸缩管；所述的热补偿管为一中空的圆管，其中心截面为
Figure BSA00000290381400021
形，
Figure BSA00000290381400022
形的封闭端开一圆孔，
Figure BSA00000290381400023
形的开口端向外弯曲，与形的竖直边构成L形，每个热补偿管的直径不同，但上端所开圆孔大小相同；所述的导磁壳体为一中空的圆管，其中心截面为
Figure BSA00000290381400025
形，
Figure BSA00000290381400026
形的封闭端开一圆孔，该圆孔直径与磁致伸缩棒直径一致，导磁端盖轴向断面设置引线孔；磁致伸缩棒安装在直径最小的一个热补偿管内，热补偿管外套磁致伸缩管，磁致伸缩管外套热补偿管，依此类推，最外层的磁致伸缩管外面套上线圈骨架，线圈骨架上缠绕着线圈，线圈引线通过导磁壳体上的引线孔引出，与外部驱动电路相连；将上述所有安装好的部件装在导磁壳体内部，并通过导磁端盖将导磁壳体开口端密封，导磁端盖内表面中心突出圆柱插入所有热补偿管封闭端所开圆孔中，导磁输出杆安装在导磁壳体封闭端所开圆孔内，并与安装在导磁壳体内部的磁致伸缩棒一端接触。
所述的热补偿管采用高强度结构材料，热膨胀系数为11～13ppm/℃。
所述的热补偿管采用25Cr2MoVA。
所述的磁致伸缩棒、磁致伸缩管的材料热膨胀系数为11～12ppm/℃。
所述的磁致伸缩棒、磁致伸缩管的材料为Terfemol-D。
所述的导磁端盖上设计有加强筋。
一种高速电磁阀，包括上述超磁致伸缩驱动器和液压阀，液压阀安装在导磁壳体外部；所述的液压阀包括螺堵、复位弹簧、密封圈、阀体、阀芯；
阀芯安装在阀体的阀腔内，阀芯与阀体之间密封，阀芯的右端与导磁输出杆的左端接触，阀芯的左端与复位弹簧接触，复位弹簧左端安装有螺堵；螺堵通过其上的螺纹与阀体相连接并密封；阀体与导磁壳体相连接，线圈通断电时，实现阀体上的油口交替通断。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明的热补偿管采用高强度材料加工成特殊的形状，具有受力后变形小的特点，磁致伸缩棒安装在热补偿管内，热补偿管的外面嵌套安装着磁致伸缩管，磁致伸缩管外面再套装一个热补偿管，则依次类推每一个磁致伸缩管上的微小变形通过一层层的热补偿管进行叠加起来，并通过磁致伸缩棒输出到阀芯上，实现阀芯较大位移的运动，在不显著增加驱动器长度的情况下，明显增大了驱动器的输出位移，从而简化了驱动器的结构，达到了输出位移增大的同时输出力不会减小的目的。
(2)本发明采用的热补偿管具有与超磁致伸缩材料(磁致伸缩棒、磁致伸缩管)大致一样的热膨胀系数，故在驱动器温度升高后，热补偿套管与超磁致伸缩材料一样伸长，从而不会导致阀芯位置的改变，起到了位移热补偿的效果。
(3)现有技术中驱动器中一般都会自带一个弹簧，再加上液压阀中的弹簧，其弹簧数量至少两个，采用本发明结构仅采用一个弹簧就能够对超磁致伸缩材料进行预压力加载和同时也供阀芯复位用，从而简化了结构设计，并且提高了阀的可靠性和降低了加工制造成本。
(4)本发明的导磁端盖采用加强筋设计，受力后变形小，使得受力变形对输出位移的影响减小。
(5)本发明的超磁致伸缩材料除了加工成棒料外(磁致伸缩棒)，还有薄璧形的管状结构(磁致伸缩管)，与以往的技术中全部采用的棒状有所区别，并且正是由于本发明将磁致伸缩材料加工成管状结构，结合特殊形状的热补偿管，实现了本发明在输出力不降的情况下，增加输出位移的目的，并且实现整个驱动器体积小的技术效果。
附图说明
图1为本发明电磁阀结构示意图的主视剖图；
图2为图1的左视图；
图3为图1的右视图；
图4为本发明热补偿管示意图，其中图4a为中心剖视图，图4b为图4a的左视图；
图5为本发明导磁端盖的结构示意图，其中图5a为主视图，图5b为图5a的左视中心剖视图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，一种高速电磁阀，电磁阀包括右部分的超磁致伸缩驱动器和左部分的液压阀，其中超磁致伸缩驱动器包括骨架7、至少两个热补偿管和磁致伸缩管，本实施例中以两个为例，分别采用图中标号进行表示，热补偿管8、13、磁致伸缩管9、10、导磁端盖12、磁致伸缩棒14、线圈15和导磁壳体16，导磁输出杆17；液压阀包括螺堵1、复位弹簧2、密封圈3、4、6、阀体21、阀芯20、和连接螺钉22。如图4所示，热补偿管为一中空的圆管，其中心截面为
Figure BSA00000290381400041
形，
Figure BSA00000290381400042
形的封闭端开一圆孔，形的开口端向外弯曲，与
Figure BSA00000290381400044
形的竖直边构成L形，每个热补偿管的直径不同，但上端所开圆孔大小相同；所述的导磁壳体16为一中空的圆管，其中心截面为
Figure BSA00000290381400045
形，
Figure BSA00000290381400046
形的封闭端开一圆孔，该圆孔直径与磁致伸缩棒14直径一致，导磁端盖12轴向断面设置引线孔11。
磁致伸缩棒14安装在形热补偿管13内，磁致伸缩棒14的一端与热补偿管13的端面25接触，其另一端与导磁输出杆17接触；而热补偿管13的外面嵌套装着磁致伸缩管10，热补偿管13的端面24与磁致伸缩管10的一端接触；磁致伸缩管10的另一端与热补偿管8的端面25接触；磁致伸缩管9套装在热补偿管8的外面，其一端与热补偿管8的端面24接触，其另一端与导磁端盖12接触；磁致伸缩管9外面装着线圈骨架7，线圈骨架7上缠绕着线圈15；线圈15引线通过导磁壳体16上的引线孔11引出，与外部驱动电路相连；上述部件一起安装在导磁壳体16中，十字槽沉头螺钉23通过导磁端盖12上的螺钉孔27与导磁壳体16相连；如图5所示，导磁端盖12上设计了加强筋26，优化了导磁端盖12的结构设计，使得导磁端盖12受力后变形最小。
液压阀的阀芯20安装在阀体21的阀腔内，阀芯20与阀体21之间油口两端分别安装密封圈4、6；阀芯20的右端与导磁输出杆17的左端接触，阀芯20的左端与复位弹簧2接触，复位弹簧2左端安装有螺堵1；螺堵1通过其上的螺纹与阀体21相连接并通过密封圈3密封；阀体21则通过螺钉23与导磁壳体16相连接。
当线圈15通过一定大小的电流时，线圈产生磁动势，使得磁致伸缩棒14和磁致伸缩管9、10中产生大约0.3T左右的磁场；在磁场的作用下，磁致伸缩棒14和磁致伸缩管9、10产生变形伸长，带动热补偿管8、13向左运动，并通过导磁输出杆17输出一定的位移；导磁输出杆17同时推动阀芯20向左运动，从而使得油口5与油口18相连通，使得油口5与油口19被切断。
当线圈15断电时，磁致伸缩棒14和磁致伸缩管9、10中的磁场消失，则其磁致变形消失，磁致伸缩棒14和磁致伸缩管9、10缩回原长；于是在复位弹簧2的作用下，推动阀芯20、导磁输出杆17、磁致伸缩棒14和磁致伸缩管9、10向右运动；从而使得油口5与油口18被切断，使得油口5与油口19相连通。线圈在控制信号的作用下，如此反复通、断电，则实现了油口5与油口18和油口5与油口19的交替通、断。
当磁致伸缩驱动器连续工作时，因为线圈15电阻产生的热，一边通过导磁壳体16向环境散热，而另一边则通过线圈骨架7向内传递，使得磁致伸缩棒14、磁致伸缩管9、10和热补偿管8、13的温度升高；导致磁致伸缩棒14和磁致伸缩管9、10受热膨胀变长，使得导磁输出杆17有向左运动的趋势；而同时热补偿管8、13也会受热膨胀变长，使得导磁输出杆17有向右运动的趋势；最终这两种趋势叠加使得磁致伸缩棒14和磁致伸缩管9、10与热补偿管8、13的热膨胀变形相互抵消，使得磁致伸缩驱动器的初始位置不会随着温度升高而发生变化，达到了热补偿的目的。
采用本实施例结构实现的电磁阀，大小φ42×105，其中，驱动器大小φ42×50，输出力可以达到1000N左右，输出位移达到0.2～0.3mm，远远的超过现有技术中的0.05mm。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种超磁致伸缩驱动器，其特征在于：包括线圈骨架(7)、导磁端盖(12)、磁致伸缩棒(14)、线圈(15)、导磁壳体(16)、导磁输出杆(17)、至少两个热补偿管和至少两个磁致伸缩管；所述的热补偿管为一中空的圆管，其中心截面为形，
Figure FSB00000785037500012
形的封闭端开一圆孔，
Figure FSB00000785037500013
形的开口端向外弯曲，与
Figure FSB00000785037500014
形的竖直边构成
Figure FSB00000785037500015
形，每个热补偿管的直径不同，但上端所开圆孔大小相同；所述的导磁壳体(16)为一中空的圆管，其中心截面为
Figure FSB00000785037500016
形，
Figure FSB00000785037500017
形的封闭端开一圆孔，该圆孔直径与磁致伸缩棒(14)直径一致，导磁端盖(12)轴向断面设置引线孔(11)；磁致伸缩棒(14)安装在直径最小的一个热补偿管内，热补偿管外套磁致伸缩管，磁致伸缩管外套热补偿管，依此类推，最外层的磁致伸缩管外面套上线圈骨架(7)，线圈骨架(7)上缠绕着线圈(15)，线圈(15)引线通过导磁壳体(16)上的引线孔(11)引出，与外部驱动电路相连；将上述所有安装好的部件装在导磁壳体(16)内部，并通过导磁端盖(12)将导磁壳体(16)开口端密封，导磁端盖(12)内表面中心突出圆柱插入所有热补偿管封闭端所开圆孔中，导磁输出杆(17)安装在导磁壳体(16)封闭端所开圆孔内，并与安装在导磁壳体(16)内部的磁致伸缩棒(14)一端接触。
2.根据权利要求1所述的一种超磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述的热补偿管采用高强度结构材料，热膨胀系数为11～13ppm/℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种超磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述的热补偿管采用25Cr2MoVA。
4.根据权利要求1所述的一种超磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述的磁致伸缩棒(14)、磁致伸缩管的材料热膨胀系数为11～12ppm/℃。
5.根据权利要求1或4所述的一种超磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述的磁致伸缩棒(14)、磁致伸缩管的材料为Terfenol-D。
6.根据权利要求1所述的一种超磁致伸缩驱动器，其特征在于：所述的导磁端盖(12)上设计有加强筋。
7.一种高速电磁阀，其特征在于：包括权利要求1所述的超磁致伸缩驱动器和液压阀，液压阀安装在导磁壳体(16)外部；所述的液压阀包括螺堵(1)、复位弹簧(2)、密封圈、阀体(21)、阀芯(20)；
阀芯(20)安装在阀体(21)的阀腔内，阀芯(20)与阀体(21)之间密封，阀芯(20)的右端与导磁输出杆(17)的左端接触，阀芯(20)的左端与复位弹簧(2)接触，复位弹簧(2)左端安装有螺堵(1)；螺堵(1)通过其上的螺纹与阀体(21)相连接并密封；阀体(21)与导磁壳体(16)相连接，线圈(15)通断电时，实现阀体(21)上的油口交替通断。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103016796B (zh) * 2012-12-28 2014-10-22 大连理工大学 一种高压大流量快速响应两位两通阀的阀体组件
CN104575478B (zh) * 2013-10-11 2018-03-20 有研稀土新材料股份有限公司 一种驱动元件及包含该驱动元件的稀土超磁致伸缩换能器
US10030781B2 (en) * 2014-06-30 2018-07-24 Dana Heavy Vehicle Systems Group, Llc Valve assembly for a tire pressure management system
CN107035889B (zh) * 2017-05-10 2023-11-10 常州市康士达机电有限公司 工程车用的电磁换向阀
CN112013150A (zh) * 2019-05-30 2020-12-01 宁波方太厨具有限公司 电磁阀及包含其的热水器
CN111504442B (zh) * 2020-04-27 2022-02-22 天津恒立远大仪表股份有限公司 一种音叉开关探头结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101225881A (zh) * 2007-12-19 2008-07-23 哈尔滨工业大学 超磁致伸缩致动器直接驱动的高速电液开关阀
JP2008232359A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Namiki Precision Jewel Co Ltd 磁歪式ガスバルブ
CN101382209A (zh) * 2008-10-17 2009-03-11 北京工业大学 双相对置超磁致伸缩自传感驱动直接力反馈伺服阀
CN201326808Y (zh) * 2008-12-29 2009-10-14 中国航天科技集团公司烽火机械厂 超磁致伸缩高速开关阀

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008232359A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Namiki Precision Jewel Co Ltd 磁歪式ガスバルブ
CN101225881A (zh) * 2007-12-19 2008-07-23 哈尔滨工业大学 超磁致伸缩致动器直接驱动的高速电液开关阀
CN101382209A (zh) * 2008-10-17 2009-03-11 北京工业大学 双相对置超磁致伸缩自传感驱动直接力反馈伺服阀
CN201326808Y (zh) * 2008-12-29 2009-10-14 中国航天科技集团公司烽火机械厂 超磁致伸缩高速开关阀

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