CN102869910A - 先导电磁阀 - Google Patents

Abstract

电磁阀包括由扁平可移动芯体(10)、固定芯体(3)和线圈(17)组成的电磁铁(17，4，3，10)，电磁阀包括阀体(4)，所述阀体也属于所述电磁铁并包括开口(23)，所述开口位于阀体(4)的后部、与供气孔(18)相对、能够使扁平可移动芯体(10)、固定芯体(3)和线圈(17)插入，所述阀体(4)与用非磁性材料制成的保持环(8)连在一起，片弹簧(9)被压缩在保持环(8)和扁平可移动芯体(10)之间。

Description

先导电磁阀

技术领域

发明涉及经常用于控制具有型芯滑块或活门的压缩空气分配系统的小型电磁阀。这些小型电磁阀起功率倍增器和控制器的作用。事实上，对于经常小于1W的小电功率的输入，出口的控制气动功率大于1kW。

背景技术

小型电磁阀的结构原理基于电磁铁，其可移动元件可以有两种结构类型。

第一种结构类型的特征在于圆柱形芯体，其深深地进入属于该电磁铁的线圈的中央部分。该结构一般称为伸进式芯体电磁阀。

第二种结构类型的特征在于扁平形状的芯体，其不进入线圈的中央部分。该结构一般称为扁平可移动芯体电磁阀。

在利用伸进式芯体的第一种结构类型中，可以用文献EP 1536169举例说明现有技术的现状。该结构的特征在于磁通的优化受到伸进式芯体的大质量的损害。摩擦力用两个特别是用来引导伸进式芯体的片弹簧消除。

在利用扁平可移动芯体的第二种结构类型中，可以用文献EP 0549490举例说明现有技术的现状。这种结构的特征在于扁平可移动芯体质量小。圆柱形弹簧用作复位弹簧。

扁平可移动芯体在其两个稳定位置之间经过的距离称为行程。

要注意，在这两种结构的每一种中，都存在两个主气隙：

-垂直于电磁阀的主轴的气隙。该气隙是主动气隙。它直接确定芯体的行程，并因而确定该电磁阀的流量。因而，宜控制该气隙处的分散性(dispersion)。

-与电磁阀的主轴成径向的气隙。该气隙不是主动气隙。但为了允许芯体在其凹槽中运动它是必需的。还宜控制该气隙，以便限制它对电磁铁的磁通回路的影响。

在这两种结构类型中，芯体行程都取决于大量工件的尺寸，而且取决于弹簧工作点随着电磁铁磁力特征的可变性。这时生产流量值可重复的小型电磁阀并保证小吸收功率，变得非常困难。

发明内容

本发明的目的在于，特别是提出一种小吸收功率的小型电磁阀，其可移动件可以类似于扁平可移动芯体，并且该扁平可移动芯体的行程和恢复力可以更好地控制，以便使流量值可重复。

按照本发明，电磁阀包括一个由扁平可移动芯体、固定芯体和线圈组成的电磁铁，其特征在于，所述电磁阀包括阀体，所述阀体也属于该电磁铁并包括开口，所述开口位于阀体的上端、与供气孔相对、能够使扁平可移动芯体、固定芯体和线圈插入，该阀体与用非磁性材料制成的保持环连在一起，片弹簧被压缩在所述保持环和所述扁平可移动芯体之间。

有利地，与保持环相关联的所述片弹簧，当电磁阀处于静止位置时允许调整用来封闭供气孔的预加载力，这与扁平可移动芯体的行程的调整无关。

扁平可移动芯体的行程可以在放置线圈和固定芯体构成的组件时获得调整。

供气孔和该一个或多个使用孔可以在阀体的下部实施。

该保持环可以允许固定芯体对中。

供气孔和该一个或多个使用孔在与阀体连在一起的底部中实施。

该线圈架可以具有多个凸起部分。

该活门可以呈多边形。

该活门可以呈圆柱形，扁平可移动芯体中的凸肩这时组成保持机构(officede retenue)。

活门可以具有凸肩。

锥形弹簧可以插入在活门的凸肩和扁平可移动芯体的凸肩之间。

与预加载的片弹簧相关联的对中垫圈可以允许对扁平可移动芯体的对中和引导，同时用对中垫圈非常小的厚度限制摩擦力。

该对中垫圈可以用硬度小的借助于阀体中的凸肩被预加应力的第二片弹簧代替，允许保证扁平可移动芯体与复位片弹簧相关联地既与阀体没有摩擦力也与任何其他内部构件没有摩擦力地引导。

该扁平可移动芯体和固定芯体可以具有一个接近气隙的区域，其几何形状呈阶梯形。

可以减小扁平可移动芯体的外径，以限制其质量，所述扁平可移动芯体配设有代替引导垫圈的凸缘。

这时不用对中垫圈，而用直接实施在扁平可移动芯体的外径上的凸缘，获得扁平可移动芯体的对中功能。

阀体的截面的外部形状可以在至少两个相对的面上被截短，因此形成扁平面。

电磁阀的流体回路相对于外部的密封性，按照结构可以通过集成在先导电磁阀上的O形圈，或者通过形成接纳先导电磁阀的设备或装置的组成部分的封装装置(garniture)获得。

有利地，将电磁阀连接至外部装置的所有流体槽道都是直的并因而不具有流体方向的突然改变，没有附加的局部负载的损失，使得对于小的压力差空气流量是最大的。

所使用的扁平可移动芯体具有一种特定的形状，允许实现随着所占据的位置，受气隙几何参数影响而变化的力特征。这个形状允许减小磁气隙而不改变有效行程以及允许改变该扁平可移动芯体的吸引力特征。

所得的动态力的优化同样通过尽可能减小扁平可移动芯体的体积，因而减小其质量获得。片弹簧工作点的可变性通过其“就地”调整加以限制，保证小吸收功率的数值。

按照本发明的小型电磁阀也可以包括将电磁部分连接至流体部分——在这里是气动部分——的阀体的单体结构。这样，电磁阀的几个主要功能用一个单体件实现，允许限制组件数目和减少装配的分散性。因此这种优化可以对产品价格具有不可忽略的影响。

在这种结构类型中，供气孔的流量由电磁和气动系统的元件——扁平可移动芯体——的位置直接控制。

附图说明

在以下参照附图对一优选实施方式进行的但不具有任何限制性特征的描述中，本发明的其他特征和优点将显现出来。

附图中：

图1是按照本发明的电磁阀断电时沿着平面B-B的纵剖面图；

图2是按照本发明的电磁阀断电时沿着平面A-A的纵剖面图；

图3是图2的电磁阀通电时的纵剖面图；

图4是示出图1的电磁阀的线圈的结构的详图；

图5是示出图1的电磁阀的线圈组件的详图；

图6是示出图5的线圈组件的组装的详图；

图6b是示出集成到图4中定义的托架的主镗孔的凸起部分的详图；

图6c是沿着图6b的平面A-A的纵剖面图；

图7示出图1的电磁阀的采用扁平可移动芯体形式的一个替代实施方式；

图7b示出图1的电磁阀的采用扁平可移动芯体形式的一个替代实施方式；

图8是图1的电磁阀中所使用的活门的透视图；

图9是插入在图1的电磁阀的扁平可移动芯体中的图8的活门沿着平面A-A的纵剖面图；

图9b示出图1的电磁阀的采用图9所示的活门形式的一个替代实施方式；

图9c示出图1的电磁阀的采用图9所示的活门形式的另一个替代实施方式；

图9d示出锥形弹簧在图9所示的活门和图1的电磁阀的芯体之间的存在；

图10是插入在图1的电磁阀的扁平可移动芯体中的图9的装在扁平可移动芯体中的活门沿着平面B-B的纵剖面图；

图11是图1的电磁阀的阀体的第一实施方式的透视图；

图12是图11的俯视图；

图13是图1的电磁阀的阀体的第二实施方式的透视图；

图14是图13的俯视图；

图15和16是类似于图2的剖面图，示出替代的内部密封技术方案；

图17示出采用图1的电磁阀的阀体和扁平可移动芯体形式的一个替代实施方式；

图18是示意性曲线图，示出磁气隙的形状对扁平可移动芯体吸引力曲线的影响；和，

图19是图18的接近工作气隙的区域的放大图。

具体实施方式

图1和图2示出本发明的电磁阀。

允许由线圈17产生磁通回路的该电磁阀的磁部分由阀体4、固定芯体3和由铁磁性材料制成的扁平可移动芯体10组成。

扁平可移动芯体10沿着电磁阀的主轴在固定芯体3和阀体4的下部之间移动。

沿着电磁阀的主轴移动的扁平可移动芯体10经受来自片弹簧9的弹性恢复力。这个在安装时可以调节的力称为预加载。

由阀体4、固定芯体3和扁平可移动芯体10组成的电磁阀的流体部分(partiefluidique)包括双面活门12。电磁阀的流体部分允许控制从供气孔18处开始向该一个或多个使用孔19或者从该一个或多个使用孔19开始向排气孔20的空气流量。一个替代结构包括只控制流体在供气孔18和使用孔19之间的通过。

电磁阀的液体回路的密封性，一方面由限制于线圈架5和保证内部密封性的保持环8之间的长椭圆形密封圈7，另一方面由保证外部密封性的四个O形圈2、13、15和26获得。

这个外部密封性功能同样可以由一个或多个外部装置(未示出)实现，它们组成接纳控制电磁阀的设备或者装置的一整体部分并因此代替一个或多个O形圈2、13、15和26。

要注意，保持环8由非磁性材料制成，以便不影响磁场的特征。

供气孔18和该一个或多个使用孔19在称为底部4D的阀体4的下部实施。与在现有技术中广泛采用的实施方式相反，该底部4D与阀体4连在一起。这特别是允许限制装配的分散性，并因此实现更精确地调整环8的位置和扁平可移动芯体10的行程。

图3示出通电时的电磁阀。这时设有活门12的芯体10处于高位并止挡在固定芯体3上。这样，排气孔20在阀座22上被活门12的动作封闭。

从图4可以看到线圈17的结构。线圈17由线圈架5、绕组6和两个电连接凸起(picot)1组成。

线圈17、长椭圆形密封垫7和固定芯体3形成线圈组件30，其结构更具体地示于图5。线圈17沿着固定芯体3的轴滑动直至止挡在固定芯体上。长椭圆形密封垫7安装在固定芯体3上，以便将线圈17保持在固定芯体3上。

线圈组件30的连接区域更具体地在图6上可见。设置在线圈架5中的连接凸起1以及其支架24借助于两个为此设置的通孔25穿过固定芯体3。树脂16可以注入在固定芯体3和线圈架5之间，以便将线圈17和固定芯体3连在一起。这个操作在线圈组件30插入阀体4之后进行。

利用树脂16的替代方案包括将多个凸起部分33集成在托架5的主镗孔中，正如在图6b和6c中描述的，使得固定芯体3在压力下(sous contrainte)安装在线圈17中。

图7示出采用扁平可移动芯体10的形式的替代实施方式10B。在这里目的在于在扁平可移动芯体10B和固定芯体的端部3B之间实现特定的磁力特征。为此目的在接近主动气隙的区域中使用特定的几何形状。与传统的扁平主动气隙和与在静止位置附近相比，该磁通事实上，对于锥形形状(图1)或阶梯形状(图7)更明显，它对于小的电能消耗允许相同吸引特征。换句话说，利用这两个几何形状中的一个或另一个，在工作气隙附近电磁铁的效率更高。

不排除部分地实现这两个气隙几何形状中的一个或另一个，与传统的扁平部分被此结合，目的在于在产品的可行性、可靠性和性能之间获得合理的折衷。在扁平可移动芯体10C和固定芯体3C上施加的锥形气隙和扁平气隙的结合示于图7b。

在图8中示出，更具体地在图9和图10中示出活门12插入扁平可移动芯体10中。多边形活门12插入扁平可移动芯体10的圆形钻孔中。有利地，这种插入圆形孔中的特定形状，多边形，允许将该活门保持在其凹槽中，同时防止阀座21、22上的支撑表面的任何变形，并保证与活门铸型的关闭相关的任何飞边的释出。

更传统地，活门12B可以呈圆柱形，这时扁平可移动芯体10D中的凸肩34组成保持机构。这个选项示于图9b。

还可以实现活门12C的使凸肩35露出的另一种几何形状，以便使活门12C在扁平可移动芯体10E内部获得更大的灵活性，当线圈17通电时允许有利于扁平可移动芯体10E和固定芯体3之间接触。这个选项示于图9c。

还可以在压力下将锥形弹簧36插入在活门12C的凸肩35和扁平可移动芯体10D的凸肩34之间。这个替代方案示于图9d。

电磁阀的这种构思允许借助于开口23由阀体4后部安装所有内部组件，特别能够插入扁平可移动芯体10、固定芯体3和线圈17。电磁阀的这种构思还允许行程和预加载的调整的独立性。电磁阀的不同元件的安装在下文中解释。

将对中垫圈11和扁平可移动芯体组件10、12设置在阀体4的下部。这时片弹簧9接着被插入并与扁平可移动芯体组件10、12接触。

保持环8被插入阀体4中直至与片弹簧9接触。片弹簧9在扁平可移动芯体组件10、12上施加预加载，扁平可移动芯体组件10、12与供气孔18接触。这时用适当的装置校验预加载的载荷。

当保持环8的位置使得预加载的载荷达到预定的正确值时，保持环8被压接在阀体4上。

接着线圈组件30被插入阀体4中，直至行程达到一个令人满意的数值的位置为止。在这个操作中通过交替地使之处于线圈断电的静止位置和线圈通电的工作位置之间，校验行程的数值，使得能以约几十微米的精度限定该行程。

当线圈组件30插入阀体4时，保持环8还起使固定芯体3下部相对于扁平可移动芯体10对中的功能。

阀体4和线圈组件30这时通过固定芯体3压接在电磁阀的上部。

在线圈断电的静止位置，由于片弹簧9在扁平可移动芯体10上施加的预加载，供气孔18被活门12封闭，在供气孔18的阀座21上允许保持一个保证供气孔相对于其它孔19和20隔离所需要的力。这时该一个或多个使用孔19和排气孔20借助于扁平可移动芯体10的一个或几个连接孔14连接。要注意，片弹簧9以及对中垫圈11为了不干扰流体的通过是足够地通透的。

在线圈通电的工作位置，扁平可移动芯体10被固定芯体3磁吸引，直至这两个构件之间接触，称为粘贴。这时排气孔20被活门12封闭。由来自供气孔18的压缩空气施加在活门上的压力允许在排气孔20的阀座22上保持一个保证排气孔相对于孔18和19隔离所需要的力。这时供气孔18和该一个或多个使用孔19连接。

图11至14示出阀体4的实施例，其侧面可以在两个相对的面上(图13和14)或者在四个面(图11和12)被截短。于是侧面变成扁平面。这样引起的阀体4厚度局部减小允许优化线圈组件30和阀体4以及保持环与该同一阀体4的压接操作，同时在这些厚的区域中保持磁性材料的所需的和足够的截面积，来保证磁通循环不饱和。这些实施方式还允许产品在至少一个方向上限制侧向外廓尺寸。

图15和16示出与利用长椭圆形密封垫7保证产品内部密封性的替代实施方式。这时该长椭圆形密封垫7被两个O形圈31和32代替，其各自的凹槽41和42在线圈架5中(图15)、在保持环8(图16)中实施。

图17举例说明阀体4的替代实施方式4C和扁平可移动芯体10的替代实施方式10C。在该实施方式中，扁平可移动芯体10C外径减小，以便更多地限制该扁平可移动芯体10C的质量对产品性能的影响。这时取消引导垫圈11，而这时扁平可移动芯体10C的引导功能由在扁平可移动芯体10C上实施的凸缘28代替。该凸缘28定尺寸成最大限度地限制扁平可移动芯体10C和阀体4C之间的摩擦力。在该实施方式中，该一个或多个连接孔14、19在阀体4C中实施。

图18示出气隙几何形状对扁平可移动芯体的吸引力曲线的影响。吸引力在纵坐标上表示，而气隙在横坐标中表示。考虑了三种几何形状：具有扁平气隙的扁平可移动芯体、具有锥形气隙的扁平可移动芯体、具有阶梯形气隙的扁平可移动芯体。

在利用具有扁平气隙的扁平可移动芯体的技术方案中，除气隙数值极小的非常特殊的情况外，粘贴之前没有饱和。该曲线代表具有双曲线分支形状的吸引力。粘贴时吸引力非常大，但是工作气隙(静止位置)小。

在利用具有锥形气隙的扁平可移动芯体的技术方案中，锥形部分的磁通水平都差不多，与气隙间距无关。这种作用的结果是在整个行程上吸引力实际上是恒定的，在粘贴和最大气隙之间吸引力总的变化与利用具有扁平气隙的扁平可移动芯体的技术方案相比减小一半。反之，若考虑0.25mm的工作气隙，则芯体的吸引力比具有扁平气隙的可移动扁平芯体的吸引力约大18％。

在利用具有阶梯形气隙的扁平可移动芯体的技术方案中，对于约50％的行程同样获得几乎恒定的吸引力。但是形成芯体等级(étagement)的梯级磁通的不同分布，对于非常小的气隙，导致粘贴力提高。但当粘贴时吸引力仍旧小于利用具有扁平气隙的扁平可移动芯体。但是，这种技术方案的主要好处在于，与具有扁平气隙的扁平可移动芯体的技术方案相比，同样考虑0.25mm的工作气隙，具有约33％的力增益。

Claims (15)

1.电磁阀，其包括由扁平可移动芯体(10)、固定芯体(3)和线圈(17)组成的电磁铁(17，4，3，10)，其特征在于，所述电磁阀包括阀体(4)，所述阀体也属于所述电磁铁并包括开口(23)，所述开口位于所述阀体(4)的后部、与供气孔(18)相对、能够使所述扁平可移动芯体(10)、固定芯体(3)和线圈(17)插入，所述阀体(4)与用非磁性材料制成的保持环(8)连在一起，片弹簧(9)被压缩在所述保持环(8)和所述扁平可移动芯体(10)之间。

2.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，与所述保持环(8)相关联的所述片弹簧(9)，当所述电磁阀处于静止位置时允许调整用来封闭供气孔(18)的预加载力，这与所述扁平可移动芯体(10)的行程的调整无关。

3.根据权利要求1或2所述的电磁阀，其特征在于，所述扁平可移动芯体(10)的行程在放置所述线圈(17)和固定芯体(3)时获得调整。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述保持环(8)允许所述固定芯体(3)对中。

5.根据上述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述供气孔(18)和使用孔(19)在与所述阀体(4)连在一起的底部(4D)中实施。

6.根据上述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述线圈(17)的托架(5)具有多个凸起部分(33)。

7.根据上述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，活门(12)具有多边形。

8.根据上述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，活门(12B)呈圆柱形，凸肩(34)在所述扁平可移动芯体(10D)中因此构成保持机构。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，活门(12C)具有凸肩(35)。

10.根据上述利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，锥形弹簧(36)被插入活门(12C)的凸肩(35)和所述扁平可移动芯体(10D)的凸肩(34)之间。

11.根据上述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，借助于所述阀体(4)中的凸肩(27)被预加应力的第二片弹簧，允许保证所述扁平可移动芯体(10)与片弹簧(9)相关联地既与阀体(4)没有摩擦力也与任何其他内部构件没有摩擦力地引导。

12.根据上述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述扁平可移动芯体(10)和固定芯体(3)在气隙附近具有阶梯形区域。

13.根据上述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述扁平可移动芯体(10)的外径减小，以限制其质量；并且，所述扁平可移动芯体(10)配设有代替引导垫圈(11)的凸缘(28)。

14.根据上述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述阀体(4)的截面的外部形状在至少两个相对的面上被截短，因此形成扁平面。

15.根据上述权利要求中任一项所述的电磁阀，其特征在于，将所述电磁阀连接到外部装置的所有流体槽道(18)、(19)、(20)都是直的。

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