CN103697216A - 一种低功耗电磁阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低功耗电磁阀其包括阀体，设置于阀体内的阀芯，设置于阀芯两侧的推杆以及围绕推杆设置的弹簧，推杆外侧均设置有电磁铁，阀体底面设置有与阀芯连通的两个进油口与两个出油口；所述电磁铁包括磁芯管、围绕磁芯管外围设置的线圈、将线圈包覆的磁轭以及用于给线圈提供电流的接线组件；所述磁芯管内部设置有衔铁，衔铁与推杆抵顶以推动阀体移动；所述接线组件与线圈之间还设置有电路控制模块。本发明在现有的电磁阀的线圈与接线组件之间增设电路控制模块，在电磁铁开启需要较大电压时输出高电压，在电磁铁开启后仅需低电压维持时，切换输出电压至低电压从而降低线圈功耗、减小发热量。

Description

一种低功耗电磁阀
技术领域
本发明涉及电磁铁技术领域，尤其涉及一种低功耗电磁阀。
背景技术
电磁阀是电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件。电磁阀一般包括密封的腔室，开设在腔室不同位置的油孔，设置于腔室中部的活塞以及设置于活塞两侧的电磁铁。电磁铁一般包括衔铁以及线圈，通过控制线圈上电流的大小或者通断进而控制衔铁位移来控制阀体移动，阀体移动使得不同的油孔开启或关闭从而通过油压推动油缸动作。
现有的电磁阀均采用简单结构的线圈和衔铁使得电磁铁的功率较大、线圈发热大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种不改变原有电磁阀结构且功耗降低、发热减小的低功耗电磁阀。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种低功耗电磁阀，其包括阀体，设置于阀体内的阀芯，设置于阀芯两侧的推杆以及围绕推杆设置的弹簧，推杆外侧均设置有电磁铁，阀体底面设置有与阀芯连通的两个进油口与两个出油口；所述电磁铁包括磁芯管、围绕磁芯管外围设置的线圈、将线圈包覆的磁轭以及用于给线圈提供电流的接线组件；所述磁芯管内部设置有衔铁，衔铁与推杆抵顶以推动阀芯移动；所述接线组件与线圈之间还设置有电路控制模块，所述电路控制模块包括输入模块、降压模块、延时切换模块以及输出模块；所述输入模块从接线组件接入的初始电压一路经过降压模块降压后输入至延时切换模块，另一路直接输入至延时切换模块；延时切换模块接收初始电压和降压电压后，先输出初始电压值至输出模块以带动电磁铁开启；电磁铁开启后，延时切换模块延时预设时间后将输出电压切换至降压电压。
进一步地，所述电路控制模块还包括降压电流检测模块与浪涌电流抑制模块；所述降压电流检测模块与延时切换模块相连，用于检测延时切换模块输出的降压电流的电流值，该降压电流通过浪涌电流抑制模块反馈至降压模块，降压模块根据该降压电流值判断输入至延时切换模块的降压电压是否符合要求；所述浪涌电流抑制模块用于防止降压电流检测模块输出的降压电流值突变而引起降压模块误动作。
进一步地，还包括整流电路，设置于输入模块与降压模块之间。
进一步地，还包括过温保护模块、防振荡模块以及短路保护模块；所述过温保护模块与降压模块双向连接，用于防止降压模块温度过高；所述防振荡模块设置于延时切换模块与输出模块之间，用于防止延时切换输出模块输出电压波动；所述短路保护模块与降压电流检测模块相连，用于防止电路短路。
进一步地，所述降压模块、降压电流检测模块、浪涌电流抑制模块、过温保护模块、防振荡模块以及短路保护模块集成于XL2009芯片及外围电路中；所述外围电路包括电感L1、MOS管Q1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；电感L1一端接入XL2009芯片第五端口、第六端口以及二极管D2反向端，另一端分别接入电容C3第一端、二极管D3反向端以及输出降压电压；二极管D2正向端分别接入C3第二端以及二极管D3正向端；初始电压接入XL2009芯片第四端口并分别接入电容C2和电容C4第一端；电容C4第二端接入XL2009芯片第三端口；电阻R2一端接入XL2009芯片第四端口，另一端分别接入电容C1第一端、电阻R3第一端、二极管D1反向端以及MOS管Q1栅极；二极管D1正向端、电阻R3第二端、电容C1第二端以及MOS管源级均接地；MOS管Q1漏极接入电容C2第二端；XL2009芯片第二端通过电阻R1接入初始电压；XL2009芯片第一端通过电阻R4输出降压电压。
进一步地，所述初始电压为24V，降压电压为8V，所述电感L1取值40-50uH,所述电容C1取值0.5-2uF,电容C2取值70-120uF,电容C3取值70-100uF,电容C4取值0.5-1uF,电阻R1取值15-16.5K欧姆，电阻R2取值40-50K欧姆，电阻R3取值19-19.5欧姆，电阻R4取值40-50K欧姆。
本发明在现有的电磁阀的线圈与接线组件之间增设电路控制模块，在电磁铁开启需要较大电压时输出高电压，在电磁铁开启后仅需低电压维持时，切换输出电压至低电压从而降低线圈功耗、减小发热量。
附图说明
图1为本发明一实施例中低功耗电磁阀的剖视示意图；
图2为图1所示低功耗电磁阀的俯视示意图；
图3为图2中电磁铁的剖视示意图；
图4图3中电路控制模块的原理框图；
图5为图4中XL2009芯片及外围电路图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
请参照图1、图2、图3，本发明一实施例中，低功耗电磁阀，其包括阀体100，设置于阀体100内的阀芯200，设置于阀芯200两侧的推杆300以及围绕推杆300设置的弹簧400，推杆300外侧均设置有电磁铁500，阀体100底面设置有与阀芯200连通的两个进油口（A、B）与两个出油口（P、T）。
阀体100在电磁铁500的推动下移动从而使得进油口与出油口切换实现油路的切换。
电磁铁500包括磁芯管501、围绕磁芯管501外围设置的线圈502、将线圈包覆的磁轭503以及用于给线圈提供电流的接线组件504；磁芯管内部设置有衔铁（图中未示），衔铁与推杆抵顶以推动阀芯移动；接线组件与线圈之间还设置有电路控制模块（图中未示）。
接线组件504从外部接入电流后通过电路控制模块输送至线圈502，线圈502得电后产生磁场推动磁芯管内的衔铁运动从而带动推杆300运动。磁轭503可防止线圈502产生的磁场外泄。
请参照图3，电路控制模块，其包括输入模块1、降压模块2、延时切换模块3以及输出模块4；输入模块1从接线组件接入的初始电压一路经过降压模块2降压后输入至延时切换模块3，另一路直接输入至延时切换模块3；延时切换模块接收初始电压和降压电压后，先输出初始电压值至输出模块4以带动电磁铁开启；电磁铁开启后，延时切换模块3延时预设时间后将输出电压切换至降压电压。
在电磁铁开启时一般需要较大的作用力，此时电磁铁的线圈相应需要较大的电压才能产生较大的磁力以驱动电磁铁顶杆动作；然而当电磁铁开启后，仅需要较小的作用力即可维持电磁铁的开启状态，此时若线圈上流经的电压仍未开启时的高电压时，则会一方面造成功耗损失变大，另一方面也使得线圈发热量增大。
本发明在线圈通电前增加电路控制模块，使得线圈开启前通过高电压开启，线圈开启后通过低电压维持进而减小功耗、减小线圈发热量。
为了使得电路控制模块通过降压模块降压后的降压电压以及通过延时切换模块输出的电压稳定，本发明的电路控制模块包括有降压电流检测模块5以及浪涌电流抑制模块6；降压电流检测模块5与延时切换模块4相连，用于检测延时切换模块4输出的降压电流的降压电流值，该降压电流值通过浪涌电流抑制模块6反馈至降压模块2，降压模块2根据该降压电流值判断输入至延时切换模块3的降压电压是否符合要求。
浪涌电流抑制模块6主要用于防止降压电流检测模块5输出的降压电流由于各种原因发生突变时引起降压模块误动作。降压模块2一旦误动作将会使得电磁铁的线圈的电压产生变化从而使得电磁铁控制不稳定，在某些场合会造成重大影响，因此降压电流检测模块5与浪涌电流抑制模块6在电磁铁的电路控制模块中也至关重要。
优选地，为了进一步加强电路的稳定性，在输入模块1输入电压值降压模块2和延时切换模块3之前，先通过整流模块7整流。整流模块7可使用现已成熟的各种整流方案，例如全桥整流等。
优选地，本实施例的电路控制模块还包括过温保护模块8、防振荡模块9以及短路保护模块10。过温保护模块8与降压模块2双向连接，用于防止降压模块2温度过高；防振荡模块9设置于延时切换模块3与输出模块4之间，用于防止延时切换输出模块输出的电压波动；短路保护模块10与降压电流检测模块5相连，用于防止电路短路。
整流模块7、降压电流检测模块5、浪涌电流抑制模块6、过温保护模块8、防振荡模块9以及短路保护模块10使得本实施例的电路控制模块通过多种方式保证了电压稳定和电路安全，该电路控制模块可以直接运用于实际的电磁铁中。
进一步地，所述降压模块2、降压电流检测模块5、浪涌电流抑制模块6、过温保护模块8、防振荡模块9以及短路保护模块10集成于XL2009芯片及外围电路中。
XL2009芯片是上海芯龙半导体技术股份有限公司生产的高性能DC-DC转换芯片。现有的XL2009芯片是专为车载充电开发的芯片，主要应用于各类车载充电器中，本实施例中，将XL2009芯片创造性地应用于电磁铁的电路控制模块中作为主要的降压模块，同时为了使得XL2009芯片更适合于电磁铁的使用，还对XL2009芯片的外围电路进行具体设计。
具体地，请参照图2，所述外围电路包括电感L1、MOS管Q1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；电感L1一端接入XL2009芯片第五端口、第六端口以及二极管D2反向端，另一端分别接入电容C3第一端、二极管D3反向端以及输出降压电压；二极管D2正向端分别接入C3第二端以及二极管D3正向端；初始电压接入XL2009芯片第四端口并分别接入电容C2和电容C4第一端；电容C4第二端接入XL2009芯片第三端口；电阻R2一端接入XL2009芯片第四端口，另一端分别接入电容C1第一端、电阻R3第一端、二极管D1反向端以及MOS管Q1栅极；二极管D1正向端、电阻R3第二端、电容C1第二端以及MOS管源级均接地；MOS管Q1漏极接入电容C2第二端；XL2009芯片第二端通过电阻R1接入初始电压；XL2009芯片第一端通过电阻R4输出降压电压。
在图2中，电感L1及周边电路构成了降压电流检测电路；MOS管Q1及周边电路构成了浪涌电流抑制电路，过温保护电路、短路保护电路以及防振荡电路则由XL2009内部模块以及外围的各类电阻、电容以及二极管构成。
将原专用于车载充电器的XL2009芯片创造性的应用于电磁铁中并配以外围电路使之更加适合电磁铁的使用场所，使得电磁铁的电路控制模块的重要组成部分：降压模块无需自行设计电路，仅需设计外围电路即可，节省了开发成本。
进一步地，现有常规的电磁铁的开启电压一般为24V，现有常规的电磁铁的使用电压也均为24V。经过严格计算和实验得知，常规电磁铁的维持电压为8V，为保持降压模块输出的降压电压，也即8V电压稳定，图2中，XL2009芯片的外围电路中各电子元件的取值为：电感L1取值40-50uH,所述电容C1取值0.5-2uF,电容C2取值70-120uF,电容C3取值70-100uF,电容C4取值0.5-1uF,电阻R1取值15-16.5K欧姆，电阻R2取值40-50K欧姆，电阻R3取值19-19.5欧姆，电阻R4取值40-50K欧姆。
电路元件采用上述取值，使得经过降压模块降低的电压十分稳定，非常符合对稳定性要求很高的电磁铁使用。
延时切换模块3可采用现有的延时电路和切换电路，其主要工作原理为:初始电压和降压电压分别输入至延时切换模块3，先使得初始电压通过，延时一段时间后，将输出电压切换至降压电压。延时电路可采用常规的555延时电路或RC延时电路等，切换电路可采用常规的多个接触器互锁构成的电路或者由控制芯片通过软件算法控制的切换电路等。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种低功耗电磁阀，其特征在于：包括阀体、设置于阀体内的阀芯、设置于阀芯两侧的推杆以及围绕推杆设置的弹簧，推杆外侧设置有电磁铁，阀体底面设置有与阀芯连通的两个进油口与两个出油口；所述电磁铁包括磁芯管、围绕磁芯管外围设置的线圈、将线圈包覆的磁轭以及用于给线圈提供电流的接线组件；所述磁芯管内部设置有衔铁，衔铁与推杆抵顶以推动阀芯移动；所述接线组件与线圈之间还设置有电路控制模块，所述电路控制模块包括输入模块、降压模块、延时切换模块以及输出模块；所述输入模块从接线组件接入的初始电压一路经过降压模块降压后输入至延时切换模块，另一路直接输入至延时切换模块；延时切换模块接收初始电压和降压电压后，先输出初始电压值至输出模块以带动电磁铁开启；电磁铁开启后，延时切换模块延时预设时间后将输出电压切换至降压电压。
2.根据权利要求1所述的低功耗电磁阀，其特征在于：所述电路控制模块还包括降压电流检测模块与浪涌电流抑制模块；所述降压电流检测模块与延时切换模块相连，用于检测延时切换模块输出的降压电流的电流值，该降压电流通过浪涌电流抑制模块反馈至降压模块，降压模块根据该降压电流值判断输入至延时切换模块的降压电压是否符合要求；所述浪涌电流抑制模块用于防止降压电流检测模块输出的降压电流值突变而引起降压模块误动作。
3.根据权利要求1所述的低功耗电磁阀，其特征在于：还包括整流电路，设置于输入模块与降压模块之间。
4.根据权利要求2所述的低功耗电磁阀，其特征在于：还包括过温保护模块、防振荡模块以及短路保护模块；所述过温保护模块与降压模块双向连接，用于防止降压模块温度过高；所述防振荡模块设置于延时切换模块与输出模块之间，用于防止延时切换输出模块输出电压波动；所述短路保护模块与降压电流检测模块相连，用于防止电路短路。
5.根据权利要求4所述的低功耗电磁阀，其特征在于：所述降压模块、降压电流检测模块、浪涌电流抑制模块、过温保护模块、防振荡模块以及短路保护模块集成于XL2009芯片及外围电路中；所述外围电路包括电感L1、MOS管Q1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；电感L1一端接入XL2009芯片第五端口、第六端口以及二极管D2反向端，另一端分别接入电容C3第一端、二极管D3反向端以及输出降压电压；二极管D2正向端分别接入C3第二端以及二极管D3正向端；初始电压接入XL2009芯片第四端口并分别接入电容C2和电容C4第一端；电容C4第二端接入XL2009芯片第三端口；电阻R2一端接入XL2009芯片第四端口，另一端分别接入电容C1第一端、电阻R3第一端、二极管D1反向端以及MOS管Q1栅极；二极管D1正向端、电阻R3第二端、电容C1第二端以及MOS管源级均接地；MOS管Q1漏极接入电容C2第二端；XL2009芯片第二端通过电阻R1接入初始电压；XL2009芯片第一端通过电阻R4输出降压电压。
6.根据权利要求5所述的低功耗电磁阀，其特征在于：所述初始电压为24V，降压电压为8V，所述电感L1取值40-50uH,所述电容C1取值0.5-2uF,电容C2取值70-120uF,电容C3取值70-100uF,电容C4取值0.5-1uF,电阻R1取值15-16.5K欧姆，电阻R2取值40-50K欧姆，电阻R3取值19-19.5欧姆，电阻R4取值40-50K欧姆。
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