CN102734535A - 提升电枢致动器 - Google Patents

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Abstract

一种电磁提升电枢致动器，特别地用于阀(12)，该电磁提升电枢致动器包括：电枢杆(14)，电枢杆(14)能够沿其纵向轴线(A)的方向移动；以及磁轭(16)，磁轭(16)包括第一轭腿(18)和与电枢杆(14)同轴的第二轭腿(20)，第一励磁线圈(22)包围第一轭腿(18)，第二励磁线圈(24)包围第二轭腿(20)和电枢杆(14)二者，其特征在于，励磁线圈(22、24)中的一个是工作和测量线圈，该工作和测量线圈能够被选择性地用于增强磁力或用于确定能够运动的电枢杆(14)的位置。

Description

提升电枢致动器
技术领域
本发明涉及一种电磁提升电枢致动器，特别地用于阀，该电磁提升电枢致动器包括：电枢杆，该电枢杆能够沿其纵向轴线的方向移动；以及磁轭，该磁轭包括第一轭腿和与电枢杆同轴的第二轭腿，第一励磁线圈包围第一轭腿，第二励磁线圈包围第二轭腿和电枢杆二者。
背景技术
提升电枢致动器在阀和继电器中是非常常见的，并且特别适合于小型化设计。
类专利EP 2189992A1示出这种用于阀的提升电枢致动器，利用该提升电枢致动器能够以小的结构尺寸实现高磁力，并且该提升电枢致动器的部件可以在多种变型中相互自由地组合。因此，可以在无需制造特定部件的情况下适用于给定的安装空间。相同的标准化部件仅仅以不同的方式相互组合。
发明内容
本发明的目的是提供一种紧凑的提升电枢致动器，其中，可以以小的费用确定可运动电枢杆的位置。
根据本发明，通过最初提到的类型的电磁提升电枢致动器来实现该目的，其中，励磁线圈中的一个是工作和测量线圈，该工作和测量线圈可以被选择性地用于增强磁力或用于确定可运动电枢杆的位置。
本发明基于以下认知，用于将电枢杆从其第一轴向端部位置(静止位置)运动到其相对的第二轴向端部位置(致动位置)所需的(吸引)力大于用于将电枢杆固定在第二轴向端部位置所需的(保持)力。结果是，在电枢杆的端部位置中，励磁线圈中的一个能够被用作用于确定可运动电枢杆的位置的测量线圈，这是由于可能需要的保持力可以由另一个励磁线圈施加。当两个励磁线圈进一步布置在公共的铁磁路中时，可以通过测量线圈信号以特别高的精度确定电枢杆的位置。
优选地，两个轭腿排列成相互平行并彼此间隔开。考虑到特别是沿轴向方向通常非常有限的安装空间，这允许具有小的轴向高度的极其紧凑的致动器构造。
在提升电枢致动器的一个实施方式中，磁轭包括至少一个横向腹板，横向腹板被第一轭腿以及被第二轭腿接合。存在这样的简单可能性，在保持轴向紧凑构造的同时在横向腹板的区域中闭合由磁轭限定的磁路或铁磁路，由此增强致动器的可获得的磁力。
特别优选地，磁轭包括：彼此间隔开的两个平行的横向腹板；第一轭腿，该第一轭腿连接两个横向腹板并与横向腹板垂直地延伸；以及第二轭腿，该第二轭腿与第一轭腿间隔开并同样与横向腹板垂直地延伸，电枢杆被引导以便能够轴向地运动以穿过横向腹板伸出，并且电枢杆与第二轭腿一起限定气隙。该构造使得能够以低费用生产能够提供高磁力的极其紧凑的提升电枢致动器。
具体地，第一励磁线圈可以是工作和测量线圈，第二励磁线圈可以是工作线圈。因此，包围可运动电枢杆的励磁线圈始终是(真正的)工作线圈，该工作线圈在提升电枢致动器的致动时立即作用在电枢杆上，使得功率损耗最小化。可替代地，也可能第一励磁线圈是(真正的)工作线圈，第二励磁线圈是工作和测量线圈。
在提升电枢致动器的一个实施方式中，两个励磁线圈具有相同的构造。这使得能够减少用于提升电枢致动器的不同的单独部件的数量，从而对组装费用以及库存保管具有有益效果。
在提升电枢致动器的另外的实施方式中，励磁线圈各自经由电连接器连接至控制设备，精密电阻器和伏特计或安培计设置在用作工作和测量线圈的励磁线圈的连接器上。在励磁线圈中的仅一个的连接器中的精密电阻器和伏特计或安培计对提升电枢致动器的最小程度的增加——结合由控制设备实现的可变、适当的控制方案——已足以能够选择性地使用该励磁线圈作为工作或测量线圈。
本发明还涉及一种阀，特别是一种小型化磁阀，该阀包括如上所述的提升电枢致动器，电枢具有设置有密封体的外轴向端面，密封体与阀的密封座协作。
可替代地，本发明还涉及一种包括如上所述的提升电枢致动器的阀，电枢杆具有用于致动摇臂开关的外轴向端面，该摇臂开关又致动与阀的两个密封座协作的隔膜。
在阀的设计变体中，在提升电枢致动器与阀的流体侧之间设置有隔离介质，磁轭的部件由诸如钴-铁的具有高饱和磁化强度的材料构成。使用这种类型的材料对可以在电枢杆上获得的磁力具有积极的影响。材料对于腐蚀的不利的特性由于隔离介质的存在是可以接受的，因为没有对应部分与阀流体接触。
在提升电枢致动器与流体侧之间没有隔离介质的阀的情况下，磁轭的与流体接触的部件由诸如钢的耐腐蚀材料构成。由于因流体接触所需要的耐腐蚀性，在此情况下必须接受在磁性能方面更不利的所述材料以及因而导致的电枢杆上的可获得的磁力更小。
与由具有高饱和磁化强度的材料制成的设计相比，磁轭的与流体接触的部件优选地实现有更大的物理尺寸，以便至少部分地补偿磁力的减小。
附图说明
从参照附图的对优选实施方式的以下描述中将理解本发明的进一步的特征和优点，在附图中：
图1是根据本发明的包括本发明的提升电枢致动器的磁阀的示意图；
图2是根据图1的提升电枢致动器的示意截面图；以及
图3是根据另外的实施方式的包括根据本发明的提升电枢致动器的本发明的磁阀的示意图。
具体实施方式
图1示出用于阀12的电磁提升电枢致动器10，该电磁提升电枢致动器10包括电枢杆14和磁轭16，电枢杆14能够沿其纵向轴线A的方向移动，磁轭16包括第一轭腿18和与电枢杆14同轴的第二轭腿20。提升电枢致动器10还包括两个励磁线圈22、24，第一励磁线圈22包围第一轭腿18，第二励磁线圈24包围第二轭腿20以及电枢杆14。
彼此间隔开的两个轭腿18、20排列成以便平行并通过磁轭16的横向腹板26连接。
在根据图1的示例性实施方式中，磁轭16包括彼此间隔开的两个平行的横向腹板26、28、第一轭腿18以及第二轭腿20，第一轭腿18连接两个横向腹板26、28并与横向腹板26、28垂直地延伸，第二轭腿20与第一轭腿18间隔开并同样与横向腹板26、28垂直地延伸。电枢杆14能够轴向地运动，并被引导以便穿过横向腹板28伸出，并且电枢杆14与第二轭腿20一起限定气隙30。
横向腹板26具有以形状配合(form-fitting)的方式被第一轭腿18和第二轭腿20接合的开口。横向腹板28设置有以形状配合的方式被第一轭腿18接合的开口，并设置有磁极套管32插入其中的开口。能够轴向地运动的电枢杆14穿过横向腹板28的该开口伸出并被磁极套管32轴向地引导。
因此，磁轭16构成铁磁路，该铁磁路仅被第二轭腿20与电枢杆14之间的具有轴向间隙尺寸h的气隙30中断。
励磁线圈22、24可以以平行或串联连接的方式操作。图1中指定的极性引起用箭头34表示的磁通量Φ的通量方向。
电枢杆14从邻接气隙30的端面轴向地穿过插入在横向腹板28中的磁极套管32延伸直到承载密封体36的相对的端面。密封体36与阀12的密封座38协作，阀12在图1中仅用该密封座38表示。
压缩弹簧40支承在电枢杆14的端面上的肩部与磁极套管32之间，并对着密封座38偏压电枢杆14。
提升电枢致动器10的不同部件可以以不同的尺寸和设计来实现，并且可以以各种方式彼此组合。这从EP 2189992A1中是已知的，在这方面中，对该文献进行全文引用。
根据图1的电磁提升电枢致动器10的特点在于，励磁线圈22、24中的一个是工作和测量线圈，该工作和测量线圈选择性地用于增强电枢杆14上的磁力或用于确定可运动电枢杆14的轴向位置。
具体地，第一励磁线圈22是“真正的”工作线圈，第二励磁线圈24是已经提到的工作和测量线圈。原则上，也能够设想，第一励磁线圈22作为工作和测量线圈，第二励磁线圈24作为纯工作线圈。
为了简化提升电枢致动器10的构造，两个励磁线圈22、24可以在构造上是相同的。
励磁线圈22、24各自经由电连接器42、44连接至控制设备46，工作和测量线圈的连接器42设置有精密电阻器48以及测量装置，特别地，该测量装置是伏特计50。
在第二励磁线圈24起工作线圈作用的情况下，电控制设备46向第二励磁线圈24输送直流(DC)电压，在第二励磁线圈24起测量线圈作用的情况下，电控制设备46向第二励磁线圈24输送矩形波电压。
在第二励磁线圈24起工作线圈作用的情况下，第二励磁线圈24支持同样被设计为工作线圈的第一励磁线圈22，使得高轴向磁力作用在电枢杆14上。每当电枢杆14从其静止位置(图1中示出的被弹簧偏压的下端位置)朝向其致动位置(上端位置，未示出)轴向地运动时，特别地需要该高磁力。与此相比，将电枢杆14保持在其端部位置需要显著地减小的磁力或没有磁力，使得在电枢杆14的端部位置中可以免除由第二励磁线圈24产生的另外的磁力，并且第二励磁线圈24可以被用作用于确定电枢杆14的位置的测量线圈。因此，测量线圈由电控制设备46供给例如矩形波电压。尽管矩形波电压已证明是特别适合的，但不言而喻的是，测量线圈可以通过对于本领域技术人员常见的其他适合的电压波形来激励。在此，测量线圈的驱动信号的频率可以最优地适用于测量工作。由于在任何时候都与测量线圈中的测量过程无关地由另一个励磁线圈即第一励磁线圈确保对电枢杆14的保持功能，因此对电枢杆14的保持功能不受影响。由于测量线圈的激励，在伏特计50处产生作为气隙30的间隙尺寸h的函数的特征符号。基于该测量信号，可以容易地检查出电枢杆14是否位于其静止位置、位于其致动位置或者位于通常不期望的中间位置。
当两个励磁线圈22、24布置在公共的磁路或铁磁路中时，第二励磁线圈24在其起工作线圈作用的情况下能够以非常高效地产生磁力的方式支持第一励磁线圈22，并且第二励磁线圈24在其起测量线圈作用的情况下能够输送非常精确的测量信号，根据该测量信号能够高精度地确定电枢杆14的轴向位置。
在提升电枢致动器10用于根据图1的座阀的致动的情况下，在提升电枢致动器10的致动或失效之后，电枢杆14的中间位置通常指示故障，因为阀12未完全打开或关闭。该故障通过伏特计50上的测量信号由电控制设备46识别，并且例如视觉地和/或听觉地显示该故障。
图1的由提升电枢致动器10致动的阀12可以在利用或不利用隔离介质的情况下实现。
在提升电枢致动器10与阀12的流体侧之间存在隔离介质的情况下，提升电枢致动器10的部分不与阀流体接触。因此，磁轭16的部件可以由诸如钴-铁的具有高饱和磁化强度的材料制成，例如，因为这种材料的相对较高的易腐蚀性由于隔离介质而是可忽略的。
在提升电枢致动器10与阀12的流体侧之间不具有隔离介质的阀12的情况下，提升电枢致动器10的在图2中用虚线标记的区域52与阀流体接触。在此情况下，提升电枢致动器10的与流体接触的诸如电枢杆14和第二轭腿20的部件由耐腐蚀材料制成，例如由钢制成。必要时，这种材料的较差的磁性能可以通过与由具有高饱和磁化强度的材料制成的设计相比，以更大的物理尺寸实现提升电枢致动器10的与流体接触的部件来得到弥补。
在不具有隔离介质的阀12中，电枢杆14的位置的检测是特别重要的。尤其在小型化结构形状的情况下，气隙30的间隙尺寸h非常小，例如0.2至0.6mm。在来自阀流体的沉积物形成在第二轭腿20的与电枢杆14相对的端面上的情况下，气隙30的间隙尺寸h将不期望地减小，这会引起阀12的功能削弱，在极端情况下导致阀12的功能丧失。由于根据本发明的确定电枢杆14的位置的过程，这种沉积物的早期检测是可能的，并且涉及的阀12可以被及时地更换。
图3示出根据另一个实施方式的作为阀12的致动器的提升电枢致动器10的使用。在此情况下，阀12包括两个壳体部分54、56，两个壳体部分54、56被夹在它们之间的隔膜58分开，使得阀12是具有隔离介质的阀12。摇臂开关60枢转地支承在壳体部分54中。提升电枢致动器10的电枢杆14压靠摇臂60的一端，摇臂60的另一端被压缩弹簧62偏压。两个密封座64、66形成在壳体部分56中。枢转摇臂开关60使得隔膜58朝向一个密封座64或另一个密封座66运动。

Claims (13)

1.一种电磁提升电枢致动器，特别地用于阀(12)，所述电磁提升电枢致动器包括：
电枢杆(14)，所述电枢杆(14)能够沿其纵向轴线(A)的方向移动；以及
磁轭(16)，所述磁轭(16)包括第一轭腿(18)和与所述电枢杆(14)同轴的第二轭腿(20)，
第一励磁线圈(22)和第二励磁线圈(24)，所述第一励磁线圈(22)包围所述第一轭腿(18)，所述第二励磁线圈(24)包围所述第二轭腿(20)和所述电枢杆(14)二者，
其特征在于，所述励磁线圈(22、24)中的一个是工作和测量线圈，所述工作和测量线圈能够被选择性地用于增强磁力或用于确定能够运动的所述电枢杆(14)的位置。
2.根据权利要求1所述的提升电枢致动器，其特征在于，两个所述轭腿(18、20)排列成相互平行并且彼此间隔开。
3.根据权利要求1或2所述的提升电枢致动器，其特征在于，所述磁轭(16)包括至少一个横向腹板(26)，所述横向腹板(26)被所述第一轭腿(18)以及被所述第二轭腿(20)接合。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的提升电枢致动器，其特征在于，所述磁轭(16)包括：彼此间隔开的两个平行的横向腹板(26、28)；所述第一轭腿(18)，所述第一轭腿(18)连接两个所述横向腹板(26、28)并且与所述横向腹板(26、28)垂直地延伸；以及所述第二轭腿(20)，所述第二轭腿(20)与所述第一轭腿(18)间隔开并且同样与所述横向腹板(26、28)垂直地延伸，所述电枢杆(14)被引导以便能够轴向地运动以穿过横向腹板(28)伸出，并且所述电枢杆(14)与所述第二轭腿(20)一起限定气隙(30)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的提升电枢致动器，其特征在于，所述第一励磁线圈(22)是所述工作和测量线圈，所述第二励磁线圈(24)是工作线圈。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的提升电枢致动器，其特征在于，两个所述励磁线圈(22、24)具有相同的构造。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的提升电枢致动器，其特征在于，所述励磁线圈(22、24)各自经由电连接器(42、44)连接至控制设备(46)，精密电阻器(48)和伏特计或安培计(50)设置在所述工作和测量线圈的所述连接器(42)上。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的提升电枢致动器，其特征在于，设置有电控制设备(46)，所述电控制设备(46)在所述工作和测量线圈起工作线圈作用的情况下向所述工作和测量线圈施加直流电压，并且在所述工作和测量线圈起测量线圈作用的情况下向所述工作和测量线圈施加矩形波电压。
9.一种阀，特别是小型化磁阀，所述阀包括：
根据前述权利要求中的任一项所述的提升电枢致动器(10)，
所述电枢杆(14)具有设置有密封体(36)的外轴向端面，所述密封体(36)与所述阀(12)的密封座(38)协作。
10.一种阀，特别是小型化磁阀，所述阀包括：
根据前述权利要求中的任一项所述的提升电枢致动器(10)，
所述电枢杆(14)具有用于致动摇臂开关(60)的外轴向端面，所述摇臂开关(60)又致动与所述阀(12)的两个密封座(64、66)协作的隔膜(58)。
11.根据权利要求9或10所述的阀，在所述提升电枢致动器(10)与流体侧之间具有隔离介质，其中，所述磁轭(16)的部件由诸如钴-铁的具有高饱和磁化强度的材料构成。
12.根据权利要求9或10所述的阀，在所述提升电枢致动器(10)与流体侧之间不具有隔离介质，其中，所述磁轭(16)的与流体接触的部件由诸如钢的耐腐蚀材料构成。
13.根据权利要求12所述的阀，其特征在于，所述磁轭(16)的与流体接触的部件用与由具有高饱和磁化强度的材料制成的设计相比更大的物理尺寸实现。
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