CN102568739A - 用于直动阀的具有阶梯状导管的螺线管 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于直动式电磁阀的螺线管，其使线圈中的铜被减少。螺线管利用其导管的阶梯状外形，这减小了磁路中的磁阻，以便能够使用具有较少的铜的绕线的线圈。还提供了一种直动式电磁阀，其利用了这种铜减少的螺线管。

Description

用于直动阀的具有阶梯状导管的螺线管
技术领域
本发明一般地涉及这样一种类型的电致动阀，该电动阀用于控制流入(例如用于饮水机和冰箱的制冰机以及用于洗碗机和洗衣机的)一装置的水。
背景技术
用于装置的水阀通常使用螺线管型直动阀。螺线管组件产生线性力以移动衔铁，用于打开和关闭阀的孔。
在开始位置，衔铁借助重型弹簧(heavy spring)的力而受迫处于关闭位置。为了打开阀，螺线管的磁力必须克服弹簧的重力和压力。在这种情况下，螺线管依靠适当尺寸的铜线圈。
磁阻是磁路中的磁通量的阻碍。对磁通量产生阻碍的一个原因能由磁路中的间隙引起。一个特定的间隙能直接涉及引导衔铁的导管的壁厚。这是因为导管的壁厚直接涉及围绕导管的磁极元件的内径和在导管的内部的衔铁的外径之间的距离。
当磁阻增大时，需要较大的螺线管致动器线圈(其由铜线绕组形成)来形成充分的磁力以致动衔铁，从而控制阀组件。
遗憾的是，最近几年中铜的成本增加了超过百分之三百。这种明显的价格增长显著地增加了螺线管致动器线圈的成本，产生了目前螺线管线圈使阀的整体的成本大大增加(约百分之五十)的情况。遗憾的是，在这种竞争性产业中，仅几分的差别就能形成或破坏主要的销路。由于预计铜以及用于构造螺线管致动器的其他原材料的成本持续增加，本领域需要新的螺线管线圈的设计，这种螺线管线圈通过减少用于形成螺线管线圈的铜的量来降低材料的成本。但是，与减少铜相反的是，要求在每次致动时有可靠的工作以及要求这种阀有连续的长的使用期限。
本发明的实施例提供了这种螺线管致动的水阀，其具有降低的材料成本，但仍提供可靠的致动和长的工作寿命。参考这里提供的本发明的描述，本发明的这些和其他优点以及额外的创造性特征将变得明显。
发明内容
如上所述，本发明的实施例提供了用于螺线管型直动阀的新的以及改进的螺线管。更具体地，本发明的实施例提供了用于螺线管型直动阀的新的以及改进的螺线管，该螺线管通过减少在其内的螺线管线圈中使用的铜的量使材料成本降低。本发明的其他实施例提供新的以及改进的螺线管型直动阀，其使用根据本发明的教导的螺线管。
在一个实施例中，提供一种用于在一装置中使用的直动式电磁阀的螺线管，该螺线管包括导管，导管具有阶梯状的外表面，阶梯状的外表面包括上部和下部。衔铁可滑动地承载在导管中。优选地，上部具有相对于下部的外径减小的外径。
在一个特定实施例中，阶梯状的导管具有邻近上部的闭合端。在阶梯状的导管内的弹簧将衔铁偏压离开闭合端。
在一个实施例中，螺线管还包括大致圆筒形的上部磁极元件和大致圆筒形的下部磁极元件。导管的下部穿过下部磁极元件，导管的上部穿过上部磁极元件。上部磁极元件和下部磁极元件减小了磁阻并增加了磁路的效率。
在一个实施例中，上部磁极元件的内径小于下部磁极元件的内径。
在一个实施例中，上部磁极元件的内径小于下部的外径。
在一个实施例中，上部磁极元件的壁厚大于下部磁极元件的壁厚。
在一个实施例中，导管的上部的壁厚小于导管的下部的壁厚。
在另外的实施例中，提供一种电磁阀，其包括上述的螺线管的任一个实施例。
在另外的实施例中，提供了一种用于在一装置中使用的直动式电磁阀的螺线管，该螺线管包括：衔铁；铜线的线圈；导管；上部磁极元件和下部磁极元件。导管在其中承载有衔铁。上部磁极元件具有导管从其中延伸穿过的一部分。上部磁极元件具有内径。下部磁极元件具有导管从其中延伸穿过的一部分。下部磁极元件的内径大于上部磁极元件的内径。
在另外的实施例中，导管在其中可滑动地承载有衔铁。衔铁与线圈的磁轴线同轴并且在线圈不通电时的不通电位置和线圈通电时的通电位置之间可滑动，在不通电位置处衔铁的远端抵靠阀座以封闭阀座，在通电位置处衔铁的远端与阀座间隔开以打开阀座。
根据下面的详细说明，当结合附图时，本发明的其他方面、目的和优点将变得更明显。
附图说明
被合并并且形成说明书的一部分的附图示出了本发明的一些方面，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是合并有根据本发明的实施例的教导而构成的螺线管的水阀的剖视图；
图2是图1的水阀的螺线管的简化的、放大视图。
虽然将结合确定的优选实施例来描述本发明，但并不希望将本发明限制于那些实施例。相反地，希望覆盖被包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的全部替代、修改和等效物。
具体实施方式
现在参考附图，并且特别参考图1，以部分剖视的形式示出了水阀10的实施例，水阀10用于控制向一装置内的两个分开的功能部分供水。在这一实施例中，水阀10包括一对螺线管型直动阀100、101。螺线管型直动阀100、101控制来自普通水源103水流。这一实施例设置成螺线管型直动阀100控制通向冰箱内的制冰机的水流。
两个螺线管型直动阀100、101在结构和工作方面是基本相同的。因此，将只描述螺线管型直动阀100，并且为了简单起见在这里也将被称为“电磁阀100”。对电磁阀100的下面的描述将同样适用于螺线管型直动阀101。
电磁阀100包括根据本发明的教导而构造的螺线管102。
但是，应该注意，虽然下面的描述将讨论在特定的工作环境中的本发明的各种实施例，以说明用于消费品装置的螺线管型直动阀，但对本发明的教导的应用可使用在其他环境中，并且根据这里所附的权利要求其专利权被保留。换句话说，下面的示例性实施例应被认为是实例而不是限制。
电磁阀100包括阀部分104和螺线管102。阀部分104可采取现有技术中所示的各种方式和结构，因此将只以有限的细节描述。
电磁阀100的螺线管102在通电时沿压缩弹簧106的方向移动衔铁105以打开阀孔108，从而以已知的方式打开阀。螺线管102包括缠绕在绕线管112上的螺线管线圈110。
线圈110和绕线管112接着被包覆模制(over molded)在封装件114内，封装件114可以是塑料、树脂或其他基于电磁阀100被安装在其中的工作环境的合适的封装材料。
螺线管102还包括铁磁体磁极的配置，该配置包括铁磁体上部磁极元件116和铁磁体下部磁极元件118，铁磁体上部磁极元件116和铁磁体下部磁极元件118在其磁路中具有气隙119。铁磁体上部磁极元件116和铁磁体下部磁极元件118被绕线管112和线圈110包围。
衔铁105被承载在大致圆筒形的导管120的内腔中，导管120具有封闭端和开口端。导管120定位在上部磁极元件116和下部磁极元件118的内径内。盘簧106定位在由导管120形成的腔内，并且在导管120的封闭端和衔铁105的远端之间被偏压。
在工作时，线圈110通电从而产生磁场，磁场部分地由上部磁极元件116和下部磁极元件118承载，上部磁极元件116和下部磁极元件118将衔铁向导管的封闭端缩回，并压缩弹簧106。这一动作打开了阀孔108以允许流体流经阀部分104，当线圈110不通电时，磁场消失，盘簧106驱动衔铁105向阀孔108返回，以封闭阀孔108。
在所示的实施例中，衔铁105具有附接至衔铁105的远端的密封活塞122，这在密封活塞122被偏压成抵靠阀座124时增强了阀部分104的密封作用，阀座124包括阀体126的凸起的密封部分。
电磁阀100包括由U形上部框架部件128形成的框架，U形上部框架部件128附接至下部框架部件130。上部磁极元件116延伸入并安装在(形成在上部框架部件128中的)安装孔132中。导管轴向延伸穿过上部磁极元件116，并且导管120的封闭端定位在安装孔132内。
下部磁极元件118延伸入并安装在(形成在下部框架部件130中的)安装孔134中。导管120轴向延伸穿过下部磁极元件118和安装孔134。
虽然示出为分开的构件，但上部磁极元件116和上部框架部件128能形成为由连续的金属件形成的单一的构件。同样地，下部框架部件130和下部磁极元件118能形成为由连续的金属件形成的单一的构件。如在这里所使用的，连续的金属件不应包括焊接的或以其他方式结合在一起的两个金属件。例如，上部磁极元件116和下部磁极元件118能分别形成为由形成上部框架部件128和下部框架部件130的材料制成的圆筒形拉拔件。
另外参考图2，导管120的圆筒形侧壁140具有阶梯状外形。更具体地，侧壁140包括上部142和下部144，上部142和下部144由形成在导管120的外表面148中的径向延伸的台阶部146分开。径向延伸的台阶部146轴向定位在上部磁极元件116和下部磁极元件118的向内面对的远端之间。
因而，上部142的外径OD1小于下部144的外径OD2。在优选的实施例中，外径OD1在大约0.316英寸和0.320英寸之间，外径OD2在大约0.342英寸和0.351英寸之间。
但是，因为导管的内表面150沿圆筒形侧壁140的整个轴向长度具有基本恒定的内径ID1，所以上部142具有比下部144的壁厚T2小的壁厚T1。壁厚T1在大约0.037英寸和0.041英寸之间，壁厚T2在大约0.050英寸和0.056英寸之间。
导管120的这种阶梯状外形允许上部磁极元件116相比于类似设计的现有技术的螺线管具有较大的壁厚W1和(特别地)较小的内径ID2。壁厚W1在大约0.050英寸和0.056英寸之间，内径ID2在大约0.324英寸和0.334英寸之间。
通过使上部磁极元件116具有减小的内径ID2，在上部磁极元件116和衔铁150之间的间隙距离GD相对于先前的设计(具有恒定的内径的导管)被减小了。间隙距离GD被减小到在大约0.041英寸和0.048英寸之间。
通过减小上部磁极元件116和衔铁105之间的间隙距离GD，由该间隙距离GD产生的磁阻被减小，从而通过产生改进的磁通量允许磁路以更高的效率工作。这种改进的效率允许线圈110中的铜的量被减少。这改进了线圈的电效率，减小了设备的重量，但仍保持所需的作动力以驱动衔铁105。因此，较小的螺线管能给(使用较少的铜并显著降低了电磁阀的成本的)电磁阀100提供动力。
下部磁极元件118的壁厚W2在大约0.036英寸和0.040英寸之间，下部磁极元件118的内径ID3在大约0.361英寸和0.370英寸之间。
更具体地，在现有技术的设计中导管具有恒定的壁厚，设备将使用规格为35的电线的4100圈绕线，这导致大约33.11克的铜。但是，通过改成阶梯状的外形，设备能使用规格为37的电线的3800圈绕线，这具有重量为大约20.70克的铜，并且还具有足够的功率来致动衔铁。铜的这种大量的减少导致线圈110的成本显著降低，特别是考虑到目前的环境中铜的价格很高。
导管的阶梯状外形通过提供具有较大壁厚T2的下部144而有助于保持圆筒形侧壁140的结构刚性。由下部144提供的额外的材料防止导管140在受到来自经过电磁阀100的水的流体压力时弯曲和胀开，特别是在关闭位置。图1中的箭头160示出了该水。更具体地，在电磁阀100处于关闭状态和打开状态的过程中，水160都流入导管120并围绕衔铁105。
在描述本发明的上下文中(特别是下面的权利要求的上下文中)所使用的术语“一个”、“一种”和“这种”等类似表述被解释为覆盖单数和复数，除非这里另有说明或上下文明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”被解释为开放性的术语(即，表示“包括但不限于”)，除非另有说明。这里对数值范围的记载只用作个别地提及落在范围内的每个单独的数值的速记法，除非这里另有说明，每个单独的数值都合并入说明书，就像在这里被个别地记载。这里描述的所有方法能以任何合适的顺序执行，除非另有说明或以其他方式在上下文中明显矛盾。这里提供的对任何以及所有的实例或示例性表述(例如，“例如”)的使用都只用于更好地说明本发明而不是对本发明的范围加以限制，除非另有要求。说明书中没有表述应解释为将任何未要求的要素看作对本发明的实践是必要的。
这里描述的本发明的优选实施例包括用于执行本发明的为发明人已知的最佳模式。那些优选实施例的变型在本领域的技术人员阅读前述的描述时能变得明显。发明人希望本领域的技术人员使用合适的变型，并且发明人的意图是使本发明能以除了这里详细描述的之外的其他方式来实践。所以，本发明包括了专利法所允许的、所附权利要求中记载的主题的全部改变和等效物。而且，本发明的全部可能的变型中上述部件的任何结合都被本发明包含，除非这里另有说明或以其他方式在上下文中明显矛盾。

Claims (19)

1.一种用于在一装置中使用的直动式电磁阀的螺线管，其包括：
衔铁；
铜线的线圈；
导管，所述导管在其中承载有衔铁，所述导管具有阶梯状的外表面，所述阶梯状的外表面包括上部和下部，所述上部具有相对于所述下部的外径减小的外径。
2.根据权利要求1所述的螺线管，其中，阶梯状的所述导管具有邻近所述上部的闭合端。
3.根据权利要求2所述的螺线管，其还包括在阶梯状的所述导管内的弹簧，所述弹簧将所述衔铁偏压离开所述闭合端。
4.根据权利要求1所述的螺线管，其还包括大致圆筒形的上部磁极元件和大致圆筒形的下部磁极元件，所述导管的所述下部穿过所述下部磁极元件，所述导管的所述上部穿过所述上部磁极元件。
5.根据权利要求4所述的螺线管，其中，所述上部磁极元件的内径小于所述下部磁极元件的内径。
6.根据权利要求5所述的螺线管，其中，所述上部磁极元件的内径小于所述下部的外径。
7.根据权利要求4所述的螺线管，其中，所述上部磁极元件的内径小于所述下部的外径。
8.根据权利要求4所述的螺线管，其中，所述上部磁极元件的壁厚大于所述下部磁极元件的壁厚。
9.根据权利要求1所述的螺线管，其中，所述导管的所述上部的壁厚小于所述导管的所述下部的壁厚。
10.一种直动式电磁阀，其包括：
阀座；
铜线的线圈；
衔铁；
导管，所述导管在其中可滑动地承载有衔铁，所述衔铁与所述线圈的磁轴线同轴，并且在线圈不通电时的不通电位置和线圈通电时的通电位置之间可滑动，在不通电位置处所述衔铁的远端抵靠所述阀座以封闭所述阀座，在通电位置处所述衔铁的远端与所述阀座间隔开以打开所述阀座，所述导管具有阶梯状的外表面，所述阶梯状的外表面包括上部和下部，所述上部具有相对于所述下部的外径减小的外径；
在阶梯状的所述导管内的弹簧，所述弹簧将所述衔铁偏压成抵靠所述阀座并进入不通电位置。
11.根据权利要求10所述的直动式电磁阀，其中，阶梯状的所述导管具有邻近所述上部的闭合端，所述弹簧在所述闭合端和所述衔铁之间作用。
12.根据权利要求10所述的直动式电磁阀，其还包括大致圆筒形的上部磁极元件和大致圆筒形的下部磁极元件，所述导管的所述下部穿过所述下部磁极元件，所述导管的所述上部穿过所述上部磁极元件。
13.根据权利要求12所述的直动式电磁阀，其中，所述上部磁极元件的内径小于所述下部磁极元件的内径。
14.根据权利要求13所述的直动式电磁阀，其中，所述上部磁极元件的内径小于所述下部的外径。
15.根据权利要求12所述的直动式电磁阀，其中，所述上部磁极元件的内径小于所述下部的外径。
16.根据权利要求12所述的直动式电磁阀，其中，所述上部磁极元件的壁厚大于所述下部磁极元件的壁厚。
17.根据权利要求10所述的直动式电磁阀，其中，所述导管的所述上部的壁厚小于所述导管的所述下部的壁厚。
18.根据权利要求13所述的直动式电磁阀，其中，在直动式电磁阀中，所述导管的所述上部的壁厚小于所述导管的所述下部的壁厚。
19.一种用于在一装置中使用的直动式电磁阀的螺线管，其包括：
衔铁；
铜线的线圈；
导管，所述导管在其中承载有衔铁；
上部磁极元件，其具有所述导管从其中延伸穿过的一部分，所述上部磁极元件具有内径；和
下部磁极元件，其具有所述导管从其中延伸穿过的一部分，所述下部磁极元件的内径大于所述上部磁极元件的内径。
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