CN103671952A - 一种轻质小型化超高速开关电磁阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轻质小型超高开关电磁阀，包括阀座、钢球、保持架、顶杆、轴承座、阀体、衔铁、挡铁、弹簧、线圈、弹簧座、第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第一滑动轴承和第二滑动轴承，所述轻质小型超高开关电磁阀体积不大于11.7
Figure 254277DEST_PATH_IMAGE001
，所述轻质小型超高开关电磁阀直径方向不大于19mm,所述轻质小型超高开关电磁阀重量不大于52g，所述轻质小型超高开关电磁阀在2MPa压力下对气体和液体介质均可实现密封、且响应速度小于0.9ms；本发明专利产品具有体积小，重量轻，驱动力大，响应速度快的特点。

Description

一种轻质小型化超高速开关电磁阀
技术领域
本发明专利涉及一种卡关电磁阀，尤其是使用常规PWM信号控制的一种轻质小型化超高速开关电磁阀。
背景技术
开关电磁阀在各领域均广泛应用，如飞行器流体控制系统、发动机燃烧系统和各类行驶机械的变速系统等等。
随着脉宽调制信号的发展和控制策略的改进，PWM信号广泛用于驱动开关电磁阀，以实现开关电磁阀出口流量的和压力的可控，实现类似与比例电磁阀的控制量和输入信号之间的比例调节作用。并且由于高速开关电磁阀响应速度约为比例电磁阀的1/5～1/10，在某些应用方面比比例电磁阀更为实用。开关电磁阀的响应速度越快，PWM控制的方法获得的控制量就越精确，控制量对信号的响应时间久越小，PWM信号的可控范围就越快，因此PWM控制技术在开关电磁阀方面的应用对开关电磁阀的响应速度提出更高的要求，因此提高开关电磁阀的响应速度一直是电磁阀领域长久的研究课题。
由于开关电磁阀多由螺线管电磁铁驱动，绕制成螺线管的漆包线存在电感，使电磁阀的响应速度变慢。在很多应用时，需要开关电磁阀具有更小的体积，更轻的重量和更快的响应速度，这就导致开关电磁阀的设计和制造变得尤为困难。一般来说工作压力达到1MPa以上的高速开关阀已经十分难于实现，对于工作压力达到2MPa以上，液体流通能力达到5L/min以上，气体流通能力达到200L/min的响应速度在1ms以内的超高速开关电磁阀，目前未见成功案例资料。
现有的高速开关电磁阀主要有以下几点不足：
1）额定使用压力达到1MPa以上时，体积均较大，一般直径均在20mm以上。
2）额定使用压力达到1MPa以上时重量均较大，一般重量均在70g以上。
3） 额定使用压力达到1MPa以上是时响应速度均在2ms以上。
发明内容
本发明专利目的是提供一种体积小，重量轻，驱动力大，响应速度快的轻质小型化超高速开关电磁阀。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种轻质小型化超高速开关电磁阀，包括阀座、钢球、保持架、顶杆、轴承座、阀体、衔铁、挡铁、弹簧、线圈、弹簧座、第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、轭铁第一滑动轴承和第二滑动轴承，所述阀座为圆环形，所述阀座内设有圆孔状介质入口、且与阀体过盈连接，所述保持架与阀体连接为一体，所述轴承座为圆环状，所述第一滑动轴承和第二滑动轴承安装在轴承座内孔上、且与阀体连接为一体，所述顶杆与衔铁铆接为一体，所述阀体为多段圆柱型结构、且径向设置有介质出口，所述衔铁位于轴承座和挡铁之间，所述线圈上设置有信号输入用的第一电插针和第二电插针，所述第二电插针上设置有环形槽，所述轻质小型超高开关电磁阀体积不大于11.7                                                
Figure 312415DEST_PATH_IMAGE001
，所述轻质小型超高开关电磁阀直径方向不大于19 mm, 所述轻质小型超高开关电磁阀重量不大于52g，所述轻质小型超高开关电磁阀在2MPa压力下对气体和液体介质均可实现密封、且响应速度小于0.9ms。
作为优选，所述阀体为软磁阀体，其左端设置有用于安装定位的螺纹结构，表面设有防腐蚀层。
作为优选，所述衔铁为软磁衔铁，所述挡铁为软磁挡铁，表面均涂有非导磁防腐层，且非导磁防腐层厚度为0.02～0.04mm。
作为优选，钢球与阀座之间为金属线密封，且阀座经加硬防腐处理。
本发明的有益技术效果是：
1、 本发明专利产品体积小，体积不大于11.7
Figure 263053DEST_PATH_IMAGE001
，电磁铁直径不大于19mm。
2、本发明专利产品重量轻，重量不大于52g。
3、本发明专利产品响应速度快，在额定2MPa工作压力和24V驱动信号下，响应速度达0.9ms。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明专利一种轻质小型超高速开关电磁阀的结构示意图；
图2为本发明专利一种轻质小型超高速开关电磁阀的通电介质流通示意图；
图3为本发明专利一种轻质小型超高速开关电磁阀的通电时工作原理示意图；
其中附图标记为：1-阀座，1a-介质入口，2-钢球，3-保持架，4-顶杆，5-轴承座，6-阀体，6a-介质出口，7-衔铁，8-挡铁，9-弹簧，10-线圈，第一电插针10a，第二电插针10b，11-弹簧座，12a-第一密封圈，12b-第二密封圈，12c-第三密封圈，13-轭铁，13a-第一滑动轴承，13b-第二滑动轴，P-流体入口，A-流体出口，F L -流体作用力，F t  -密封弹簧力，F I  -电磁力。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图1所示，本发明提供一种小型化超高速螺线管电磁铁，包括阀座1、钢球2、保持架3、顶杆4、轴承座5、阀体6、衔铁7、挡铁8、弹簧9、线圈10、弹簧座11、第一密封圈12a、第二密封圈12b、第三密封圈12c、轭铁13、第一滑动轴承14a和第二滑动轴承14b，阀座1为圆环形，内设圆孔状介质入口1a，且与阀体6通过过盈配合连接；所述保持架3与阀体6连接为一体，所述轴承座5为圆环状，第一滑动轴承14a和第二滑动轴承14b安装在轴承座内孔上并通过配合与阀体6连接为一体，所述顶杆4与衔铁7铆接为一体，所述轻质小型超高开关电磁阀体积不大于11.7
Figure 207876DEST_PATH_IMAGE001
，所述轻质小型超高开关电磁阀直径方向不大于19 mm, 所述轻质小型超高开关电磁阀重量不大于52g，所述轻质小型超高开关电磁阀在2MPa压力下对气体和液体介质均可实现密封、且响应速度小于0.9ms。
阀体6由软磁材料构成，为多段圆柱结构，径向设置有介质出口6a，外圆设置有用于安装定位的螺纹结构，表面经防腐蚀处理。衔铁7位于轴承座5和挡铁8之间，且可沿轴向移动。线圈10设置有信号输入第一电插针10a和第二电插针10b，第二电插针10b上设置有环形槽（未图示），用于放置第一密封圈12a。衔铁7和挡铁8由软磁材料制成，表面均涂有非导磁防腐层，且防腐层厚度为0.02～0.04mm。钢球2与阀座1之间为金属线密封，且阀座1经加硬防腐处理。
如图2和图3所示，不通电时，工作介质由进口P通过阀座（图1中序号1）上的介质入口（图1中序号1a）作用在钢球（图1中序号2）上，产生向右的介质压力F t ，弹簧（图1中序号9）作用在衔铁上产生向左的弹簧力F t ，通过与衔铁（图1中序号7）连接为一体的顶杆（图1中序号4）作用在钢球上（图1中序号2）。由于F t 远大于F L ，二者产生向左的合力（称为密封力）将钢球（图1中序号2）压在阀座（图1中序号1）上。由于钢球与阀座之间为圆环状线接触，接触面积很小，向左的密封力在钢球与阀座之间的接触面上产生很大的压强，即密封比压，实现介质由进口P到出口A之间的密封。钢球（图1中序号2）为近似正球型，密封的效果一方面取决于向左的密封合力的大小，另一方面取决于阀座（图1中序号1）与钢球（图1中序号2）接触面的加工质量，由于密封合力较大，实际使用时会压缩金属产生一定变形，达到较好的密封效果。由于密封面为金属结构，且钢球（图1中序号2）和阀座（图1中序号1）均经过加硬处理提高了硬度，因此这样的金属密封结构可以实现1000万次以上的撞击而不使密封失效。
当通电时，电磁铁产生向右的电磁力F I 作用在衔铁（图1中序号7）上，F I 远大于向左的弹簧力F t ，推动衔铁（图1中序号7）向右运动贴合在挡铁（图1中序号8）上。顶杆（图1中序号4）右移，钢球（图1中序号2）在介质压力F L 的作用下向右移动，介质如入口P和介质出口A之间的连通，介质由A口流出供给下游机构。保持架（图1中序号3）的设置用于保证钢球（图1中序号2）在电磁阀工作时始终处于一定范围，在这样的范围内，钢球（图1中序号2）可以在电磁阀断电时始终作用在阀座（图1中序号1）上而不使密封失效。轭铁（图1中序号13）与阀体（图1中序号6）之间为金属平面接触，经过铆接变形轭铁（图1中序号13），使阀体（图1中序号6）紧密贴合在轭铁（图1中序号13）上实现密封。同样，挡铁（图1中序号8）和轭铁（图1中序号13）之间也实现密封。线圈（图1中序号10）右端设置有第一密封圈（图1中序号12a），使得线圈（图1中序号10）与挡铁（图1中序号8）之间实现了端面密封，挡铁（图1中序号8）与弹簧座（图1中序号11）之间由机械结构实现密封，这种机械结构可以是过盈配合或者是螺纹连接加结构胶填充螺纹间隙实现。由此，电磁阀在通电工作时，介质仅可通过电磁阀的出口A流出。由于电磁阀具有小于1ms的响应速度，采用PWM信号控制时，例如采用200Hz的频率，随着信号占空比的不同，钢球（图1中序号2）快速往复移动实现P口和A口之间的交替通断且通断时间虽真空比信号的不同成一定比例，介质流入A口后机构的流量随信号呈一定比例关系。当A口后机构容腔一定时，可以实现A口后机构容腔内压力随电磁阀输入信号的比例关系。例如采用定值占空比时，如50%占空比，则A口后容腔的压力由于电磁阀的高速通断以及电磁阀密封性，可以维持在一个稳定的值。
实际应用表明，该电磁阀在2MPa压力下，使用气体作为介质或液体作为介质均可有效工作，密封可靠。电磁阀体积仅11.7
Figure 373409DEST_PATH_IMAGE001
，最大直径19mm，重量52g。对液体介质，额定压力下流量大于5L/min，对气体介质额定压力下流量大于200L/min，且响应速度小于0.9ms。采用高电平24V、频率为200Hz的PWM信号驱动时，其占空比工作范围为16%～84%。其体积小、重量轻、响应速度快的特点可广泛用于对体积和重量有严格限制又要求电磁铁具有超高速响应速度的装置，如飞行器姿态、轨道控制系统等。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围内的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.本发明涉及一种轻质小型超高开关电磁阀，其特征在于：包括阀座、钢球、保持架、顶杆、轴承座、阀体、衔铁、挡铁、弹簧、线圈、弹簧座、第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、轭铁第一滑动轴承和第二滑动轴承，所述阀座为圆环形，所述阀座内设有圆孔状介质入口、且与阀体过盈连接，所述保持架与阀体连接为一体，所述轴承座为圆环状，所述第一滑动轴承和第二滑动轴承安装在轴承座内孔上、且与阀体连接为一体，所述顶杆与衔铁铆接为一体，所述阀体为多段圆柱型结构、且径向设置有介质出口，所述衔铁位于轴承座和挡铁之间，所述线圈上设置有信号输入用的第一电插针和第二电插针，所述第二电插针上设置有环形槽，所述轻质小型超高开关电磁阀体积不大于11.7                                                
Figure 454220DEST_PATH_IMAGE001
，所述轻质小型超高开关电磁阀直径方向不大于19 mm, 所述轻质小型超高开关电磁阀重量不大于52g，所述轻质小型超高开关电磁阀在2MPa压力下对气体和液体介质均可实现密封、且响应速度小于0.9ms。
2.根据权利要求1所述的一种轻质小型超高开关电磁阀，其特征在于：所述阀体为软磁阀体，其左端设置有用于安装定位的螺纹结构，表面设有防腐蚀层。
3.根据权利要求1所述的一种轻质小型超高开关电磁阀，其特征在于：所述衔铁为软磁衔铁，所述挡铁为软磁挡铁，表面均涂有非导磁防腐层，且非导磁防腐层厚度为0.02～0.04mm。
4.根据权利要求1到所述的的一种轻质小型超高开关电磁阀，其特征在于：钢球与阀座之间为金属线密封，且阀座经加硬防腐处理。
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