CN105090596B - 电磁阀及双稳态电磁线圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双稳态电磁线圈，用于控制电磁阀的开启和闭合，包括线圈部件、嵌置于线圈部件环形槽内的永磁体及设于永磁体与线圈部件之间的导磁部件，导磁部件包括与永磁体的一侧磁极端面配合的第一导磁部、与永磁体的侧壁配合的第二导磁部。通过上述设置，有效增强磁场强度，提升永磁体磁场的利用率，并降低永磁体材质、磁性能的要求，节约成本。在此基础上，本发明还提供一种具有该双稳态电磁线圈的电磁阀。

Description

电磁阀及双稳态电磁线圈

技术领域

本发明涉及电磁阀设计领域，特别涉及一种双稳态电磁线圈。此外，本发明还涉及一种具有该双稳态电磁线圈的电磁阀。

背景技术

空调、压缩机、冷冻机等设备中控制气体或液体的电磁阀、四通换向阀广泛采用双稳态电磁线圈。与应用常规线圈的电磁阀相比，双稳态电磁阀只需通过控制器切换脉冲的电极触点来改变阀的开启、闭合状态。其具有响应迅速、使用简单快捷、高效节能等优点。

双稳态电磁线圈在电磁阀中的安装如图1所示，双稳态电磁线圈的线圈部件01上的环形槽011与永磁体02的外周配合，永磁体02能够嵌入该环形槽011内。如图2所示，装配时，首先永磁体02的某一极(N磁极或S磁极)吸附具有一定厚度的导磁垫片03，然后，将吸附有导磁垫片03的永磁体02一侧插装入环形槽011内，将其再装配入导磁体04的腔体内，构成一个完整的双稳态电磁线圈。

再一并结合图3、图4和图5所示，现行的双稳态电磁线圈中圆环形的导磁垫片03设置在线圈部件01的环形槽011底部与永磁体02的一侧磁极之间，通过吸附作用直接与永磁体02连接。如此，如图6所示，仅使永磁体02发散于四周的空闲磁场得以利用，却无法聚集永磁体中心孔021和永磁体外缘022部位的磁力线，利用此处的磁场。并且，现行双稳态电磁线圈通过螺钉与阀体固定连接，该螺钉插穿过永磁体中心孔021，两者之间存在一定的间隙，如此，填充于该间隙中的空气，严重增大了整个此路的磁阻，降低了磁导。

另外，结合图7和图8所示，沿永磁体02的磁极方向，导磁体04的开口部位高度h₀₄小于线圈部件高度h₀₁，且与开口部位相对侧的底部高度h′₀₄大于线圈部件高度h₀₁，从而使导磁体04开口部位与线圈部件01过盈配合，确保压紧线圈部件01。如此，将导致永磁体02的另一磁极(S磁极或N磁极)受到对应侧的导磁体04内端面的挤压，存在紧压破坏永磁体02的危险。当电磁阀的导阀05上的芯铁051吸合撞击封头052时，同样会对永磁体02产生冲击。显然，现行双稳态线圈在工作过程中受到多重的挤压或冲击力，使永磁体02存在较大的破裂风险，降低了双稳态电磁阀的工作性能和使用寿命。

鉴于上述问题，亟待优化设计双稳态电磁线圈，有效增强磁场强度，提升永磁体磁场的利用率，并降低永磁体材质、磁性能的要求，节约成本。

发明内容

针对上述存在的缺陷，本发明要解决的技术问题在于提供一种结构优化的双稳态电磁线圈，有效增加有效磁场的强度，提升永磁体磁场的利用率，并降低永磁体材质、磁性能的要求，节约成本。在此基础上，本发明还提供一种具有该双稳态电磁线圈的电磁阀。

本发明提供的双稳态电磁线圈，用于控制电磁阀的开启和闭合，包括线圈部件、嵌置于所述线圈部件环形槽内的永磁体及设于所述永磁体与所述线圈部件之间的导磁部件，所述导磁部件包括与所述永磁体的一侧磁极端面配合的第一导磁部、与所述永磁体的侧壁配合的第二导磁部。

优选地，所述双稳态电磁线圈还包括设置于所述第一导磁部与所述永磁体之间的弹性件，所述弹性件的两端面分别与所述第一导磁部的配合面和所述永磁体的配合磁极端面贴合固定。

优选地，所述第二导磁部为与所述永磁体的内周壁贴合配合的导磁套管。

优选地，所述第二导磁部为与所述永磁体的外周壁贴合配合的导磁套筒。

优选地，所述第二导磁部包括与所述永磁体的内周壁贴合配合的导磁套管、与所述永磁体的外周壁贴合配合的导磁套筒。

优选地，沿所述永磁体的轴线方向，所述第二导磁部的长度尺寸大于所述永磁体的轴向尺寸。

优选地，所述弹性件的材质为硅胶。

优选地，所述第二导磁部的长度尺寸与所述永磁体的轴向尺寸之差在0.01mm～0.5mm之间。

优选地，所述第一导磁部与所述第二导磁部形成一体式的所述导磁部件。

本发明还提供一种电磁阀，包括阀体、连接所述阀体的双稳态电磁线圈，所述双稳态电磁线圈为以上任一项所述的双稳态电磁线圈。

优选地，所述电磁阀为四通电磁阀。

本发明提供的双稳态电磁线圈，用于控制电磁阀的开启和闭合，包括线圈部件、嵌置于线圈部件的环形凹槽内的永磁体、设于该永磁体与线圈部件之间的导磁部件。与现有技术相比，该导磁部件包括第一导磁部和第二导磁部，其中，第一导磁部与永磁体的一侧磁极端面配合，即第一导磁部聚集永磁体两磁极的外侧分散的磁力线，提高磁通密度，即可增强主磁场的强度；而第二导磁部与永磁体的侧壁配合，使分散于永磁体侧壁的磁力线通过该第二导磁部，聚集此处的磁力线，从而将靠近侧壁处的无效磁场转化为有效磁场，增强永磁体的主磁场的强度，提升永磁体的有效工作性能。

在本发明的优选方案中，该双稳态电磁线圈还包括弹性件，该弹性件设置于第一导磁部与永磁体之间，并使该弹性件的两端面分别与第一导磁部的配合面和永磁体的配合磁极端面贴合固定。当电磁阀工作时，阀芯铁的吸合过程会撞击封头，传递给导磁部件的冲击力由弹性件的缓冲作用吸收，从而，有效降低永磁体受压破裂的风险，提高永磁体的使用寿命。

附图说明

图1为现有技术中双稳态电磁线圈与阀体组装的结构示意图；

图2为图1中所示双稳态电磁线圈的结构剖视图；

图3为图2中所示导磁垫片的结构示意图；

图4为图2中所示永磁体结构的轴向剖视示意图；

图5为图4所示永磁体的结构示意图；

图6为采用现有技术中的导磁垫片的磁场分布示意图；

图7为图2中所示线圈部件的结构示意图；

图8为图2中所示导磁体的结构示意图；

图9为第一实施例中所述双稳态电磁线圈与阀体组装的结构示意图；

图10为第一实施例中所述双稳态电磁线圈的结构示意图；

图11为第一实施例中所述导磁部件的结构示意图；

图12为第一实施例中所述导磁部件与永磁体装配的结构示意图；

图13为图12中A处局部放大示意图；

图14为图12中B处局部放大示意图；

图15为采用第一实施例中导磁部件的磁场分布示意图；

图16为第二实施例中所述双稳态电磁线圈的结构示意图；

图17为第二实施例中所述导磁部件的结构示意图；

图18为第二实施例中所述导磁部件与永磁体装配的结构示意图；

图19为图17中C处局部放大示意图；

图20为采用第二实施例中导磁部件的磁场分布示意图；

图21为第三实施例中所述双稳态电磁线圈的结构示意图；

图22为第三实施例中所述导磁部件的结构示意图；

图23为第三实施例中所述导磁部件与永磁体装配的结构示意图；

图24为采用第三实施例中导磁部件的磁场分布示意图。

其中，图1至图8中：

线圈部件01、永磁体02、导磁垫片03、导磁体04、环形槽011、永磁体中心孔021、永磁体外缘022、开口部位高度h₀₄、底部高度h′₀₄、线圈部件高度h₀₁；

导阀05、芯铁051、封头052。

图9至图24中：

线圈部件1、永磁体2、导磁部件3、弹性件4、导阀5、导磁体6、永磁体内周壁21、永磁体外周壁22、第一导磁部31、导磁套管32、导磁套筒33、芯铁51、封头52、回复弹簧53；

伸出长度△h、永磁体的轴线方向D。

具体实施方式

基于现有技术中的双稳态电磁线圈存在的问题，本发明的核心在于针对现行的双稳态电磁线圈进行优化设计，提供一种有效增强磁场强度，提升永磁体磁场的利用率的双稳态电磁线圈，并能够有效降低永磁体材质、磁性能的要求，节约成本。在此基础上，本发明的另一核心在于提供一种应用上述双稳态电磁线圈的电磁阀。

不失一般性，以四通电磁阀为例进行阐述说明，可以理解的是，电磁阀并不局限于四通电磁阀，还可具体为其他应用该双稳态电磁线圈的电磁阀。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，本文中限定的“主磁场”是指永磁体2产生的磁场中对电磁阀的工作起到作用的磁场；“空闲磁场”是指永磁体2产生的磁场中磁力线处于发散状态，对电磁阀的工作无效的磁场，例如，具体实施例中靠近永磁体2侧壁处分布的磁场；“有效磁场”是指空闲磁场通过一定的作用，转化为与主磁场方向相同，起到能够增强主磁场强度的磁场。

本文中，双稳态电磁线圈中的永磁体2采用与现有技术相同的结构，如图所示，该永磁体2的一侧圆环端面为S极，另一侧圆环端面为N极。其中，安装时，永磁体2的S磁极和N磁极的方向应根据线圈绕线的方向而定，本文中仅以永磁体2的S磁极朝向线圈内部安装进行说明，应当理解，永磁体2的磁极安装方向并不对本申请请求保护的技术方案构成限制。

另外，永磁体2的周壁指的是除永磁体2磁极端面之外的表面，该永磁体2的周壁包括永磁体内周壁21和永磁体外周壁22，其中，永磁体内周壁21指的是永磁体2中心孔的壁面，永磁体外周壁22指的是永磁体2的外周壁面；应当理解，对永磁体2周壁的限定依据说明书附图中永磁体2的结构为基准，其“内、外”的限定不应当影响本发明的保护范围。

特别解释说明的是，导磁部件3由导磁材料制成，由于导磁材料的导磁率远远大于空气，能够聚集磁力线使磁力线穿过导磁部件3，从而起到集束磁力线，改变磁力线的分布，进而控制发散的磁力线的方向趋于一致。

实施例1：

请参见图10至图14所示，图10为第一实施例中所述双稳态电磁线圈的结构示意图；图11为第一实施例中所述导磁部件的结构示意图；图12为第一实施例中所述导磁部件与永磁体装配的结构示意图；图13为图10中A处局部放大示意图；图14为图10中B处局部放大示意图；图15为采用第一实施例中导磁部件的磁场分布示意图。

与现有技术相同，该双稳态电磁线圈用于控制电磁阀的开启和闭合，具体地，包括线圈部件1、嵌置于线圈部件1环形槽内的永磁体2及设于永磁体2与线圈部件1之间的导磁部件3。请一并结合图9和图10所示。

本发明中，导磁部件3包括第一导磁部31和第二导磁部。其中，第一导磁部31与永磁体2的S磁极端面配合，主要聚集永磁体2两磁极侧的磁力线，使分散的各个方向的磁力线束集，从而使该部分的空闲磁场的方向与主磁场方向相对一致，成为增强主磁场强度的有效磁场。第二导磁部与永磁体2的侧壁配合，进一步地，沿永磁体的轴线方向D，还可使该第二导磁部的长度尺寸大于永磁体2的轴向尺寸，也就是说，当导磁部件3安装于永磁体2时，第二导磁部与永磁体2的周壁配合，其中一端伸出永磁体2的N磁极的端面。

具体地，如图11所示，第二导磁部为与永磁体内周壁21贴合配合的导磁套管32。也就是说，该导磁套管32能够插装入永磁体2的中心孔，并使该导磁套管32的外周壁与永磁体2中心孔的内周壁配合，束集靠近永磁体内周壁21的空闲磁场中的磁力线，使分散于空气中的磁力线聚集，将无效磁场转化为有效磁场，增强主磁场的强度。可一并参见图15所示。

同时，为了提升永磁体2的使用寿命，确保双稳态电磁线圈的有效工作性能，可使导磁套管32的一端伸出永磁体2的N磁极的端面0.2mm，具体如图12和图13所示。如此设置，当永磁体2装配于线圈部件1时，导磁套管32伸出端与导磁体6的壁面抵接，从而规避永磁体2的N磁极端面与导磁体6的直接接触，消除导磁体6对永磁体2的挤压破坏，进而提升永磁体2的可靠使用寿命。

需要说明的是，导磁套管32伸出永磁体2的N磁极的长度不仅局限于0.2mm，根据线圈磁路中气隙对磁路的影响作用及安装的尺寸要求，该伸出长度△h可优选在0.01mm～0.5mm之间，显然，本文中将导磁套管32的伸出长度△h设定为0.2mm并不对本申请请求保护的技术方案构成限制。

另外，本实施例中导磁套管32即为第二导磁部，由此可知，第二导磁部伸出永磁体2的N磁极的长度同样满足上述要求。

需要说明的是，第二导磁部可通过拉伸形成导磁套管32，当然也可由其他加工工艺形成。并且，本实施例中第一导磁部31与第二导磁部兵不仅限于一体式结构，还可设计为分体式结构，第一导磁部31与第二导磁部的连接只需满足永磁体2周壁附近的磁力线完全穿过导磁部件3，规避磁力线由空气穿过的形式均可。

根据导磁材料的特性可知，导磁部件3的尺寸，特别是第二导磁部的径向尺寸应使对应的空闲磁场的磁力线充分穿过，也就是说，应避免导磁部件3的磁饱和现象，以确保导磁部件3最大限度的有效聚集作用。

显然，通过上述对导磁部件3结构的优化设计，增强了双稳态电磁线圈的强度。由此可知，在双稳态电磁线圈的磁场强度与阀体的回复弹簧53的回复力相匹配的条件下，即可通过增设该导磁部件3来降低对永磁体2材质、磁性能的要求，从而，有效降低双稳态电磁线圈的生产成本。

进一步地，可一并参见图12和图14所示，该双稳态电磁线圈还包括设置于第一导磁部31与永磁体2的S磁极之间的硅胶件，该硅胶件的两侧面可分别与第一导磁部31的配合面和永磁体2的配合磁极端面贴合固定；也就是说，在装配时，将硅胶件设置于第一导磁部31与永磁体2的S磁极之间的相配合面上，并使该硅胶件有效贴合于两配合面。该硅胶件可通过在第一导磁部31与永磁体2之间加涂硅胶，再固化后而形成。

当四通电磁阀工作时，四通阀中导阀5的芯铁51吸合过程中会撞击封头52，将该冲击力传递给第一导磁部31后，再传至硅胶件，通过硅胶件的弹性缓冲作用，有效吸收该部分冲击力，显著降低永磁体2受压破裂的风险，提升永磁体2的使用寿命。

其中，硅胶件为设置于的第一导磁部31与永磁体2之间的弹性件4的一种具体实施例，当然，弹性件4的材质并不局限于硅胶，还可为氯丁胶、聚氨酯等，其他能够固定与第一导磁部31与永磁体2之间，且具有弹性缓冲作用的弹性件4均可。

本文中，优选弹性件4的材质为硅胶，其硅胶的弹性件4能够利用吸附作用设置于第一导磁部31与永磁体2之间，进一步限定第一导磁部31与永磁体2之间的径向移动和减少永磁体2的磨损。

另外，对于该双稳态电磁线圈的第二导磁部不仅可设置为上述与永磁体内周壁21贴合配合的导磁套管32，还可设置为与永磁体外周壁22贴合配合的导磁套筒33，或是还可设置为包括与永磁体内周壁21贴合配合的导磁套管32和与永磁体外周壁22贴合配合的导磁套筒33。下面以第二实施例、第三实施例进行详细说明。

实施例2：

请一并参见图16至图19所示，图16为第二实施例中所述双稳态电磁线圈的结构示意图；图17为第二实施例中所述导磁部件的结构示意图；图18为第二实施例中所述导磁部件与永磁体装配的结构示意图；图19为图17中C处局部放大示意图。

为清楚示出本方案与第一实施例的区别联系，同样功能的构件及结构均采用相同附图标记进行标示。

本实施例与第一实施例相比，两者的主体构成及相关部件的设计要求完全相同，区别在于，本方案针对第二导磁部的结构进行改进设计。

结合图16和图17所示，将第二导磁部设置为与永磁体外周壁22贴合配合的导磁套筒33，使永磁体2能够容置于具有腔体结构的导磁部件3中，并且该导磁套筒33的内周壁与永磁体外周壁(22)配合。如此，可聚集永磁体外周壁22附近处的空闲磁场中的磁力线，从而将该部分无效磁场转化为有效磁场，如图20所示。

请一并参见图18和图19所示，该导磁套筒33与永磁体2装配后，同样伸出永磁体2的N磁极长度为0.2mm，其作用可参见上述实施例中导磁套管32的阐述。可以理解的是，该伸出长度△h同样不局限于0.2mm，也可根据线圈磁路中气隙对磁路的影响作用及安装的尺寸要求，优选0.01mm～0.5mm区间内的其他取值。

本实施例中，导磁部件3及双稳态电磁线圈的其他设计要求可一并参见第一实施例中的阐述，在此不再赘述。

结合第一实施例和第二实施例的导磁部件3的设计，还可对导磁部件3作进一步地改进设计。下述第三实施例可理解为对第一实施例或第二实施例中导磁部件3的第二导磁部的进一步优化设计。

实施例3：

请参见图21至图23所示，图21为第三实施例中所述双稳态电磁线圈的结构示意图；图22为第三实施例中所述导磁部件的结构示意图；图23为第三实施例中所述导磁部件与永磁体装配的结构示意图。

为清楚示出本方案与第一、第二实施例的区别联系，同样功能的构件及结构均采用相同附图标记进行标示。

本实施例与第一、第二实施例相比，其主体构成及相关部件的设计要求完全相同。区别在于，本方案中，针对双稳态电磁线圈的导磁部件3作进一步的改进设计，特别针对第二导磁部的结构形式进行优化。

如图所示，该第二导磁部包括与永磁体内周壁21贴合配合的导磁套管32和与永磁体外周壁22贴合配合的导磁套筒33；也就是说，在永磁体内周壁21和永磁体外周壁22上均设置第二导磁部，使该两处的空闲受到导磁部件3的束集作用。参见图24所示，如此可使永磁体侧壁处的磁力线方向与主磁场方向趋于一致，从而有效利用永磁体内周壁21和永磁体外周壁22的空闲磁场，提高永磁体2磁场的利用率，降低对永磁体2材质及磁性能的要求，进而降低双稳态电磁线圈的成本。

同样地，第二导磁部伸出永磁体2的N磁极的长度为0.2mm，如图23所示，优选将导磁套管32与导磁套筒33的端部均伸出永磁体2的N磁极，为避免永磁体2受到导磁体6挤压提供更可靠的保证；当然，其中任一者的端部伸出永磁体2的N磁极端面仍可起到保护永磁体2的作用。

可以理解的是，本实施例中的导磁部件3为对第一实施或第二实施例中导磁部件3的进一步的改进，更加充分有效的提高第一实施例和第二实施例的主磁场强度，提升永磁体2磁场的利用率。

本实施例中，导磁部件3及双稳态电磁线圈的其他设计要求可一并参见第一实施例和第二实施例中的阐述，在此不再赘述。

除了上述双稳态电磁线圈外，本发明还提供一种电磁阀，该电磁阀包括阀体、与阀体连接的具有上述结构功能的双稳态电磁线圈。该电磁阀本文不再赘述。

以上对本发明所提供的双稳态电磁线圈及电磁阀进行了详细介绍。本文中仅针对本发明的具体例子进行了阐述，以上具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明特点的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双稳态电磁线圈，用于控制电磁阀的开启和闭合，包括线圈部件(1)、嵌置于所述线圈部件(1)内的永磁体(2)及设于所述永磁体(2)与所述线圈部件(1)之间的导磁部件(3)，其特征在于，所述导磁部件(3)包括与所述永磁体(2)的一侧磁极端面配合的第一导磁部(31)、与所述永磁体(2)的周壁配合的第二导磁部；

所述第二导磁部包括与所述永磁体的内周壁贴合配合的导磁套管(32)、与所述永磁体的外周壁贴合配合的导磁套筒(33)。

2.根据权利要求1所述的双稳态电磁线圈，其特征在于，所述双稳态电磁线圈还包括设置于所述第一导磁部(31)与所述永磁体(2)之间的弹性件(4)，所述弹性件(4)的两端面分别与所述第一导磁部(31)的配合面和所述永磁体(2)的配合磁极端面贴合固定。

3.根据权利要求1或2所述的双稳态电磁线圈，其特征在于，沿所述永磁体的轴线方向D，所述第二导磁部的长度尺寸大于所述永磁体(2)的轴向尺寸。

4.根据权利要求2所述的双稳态电磁线圈，其特征在于，所述弹性件(4)的材质为硅胶。

5.根据权利要求3所述的双稳态电磁线圈，其特征在于，所述第二导磁部的长度尺寸与所述永磁体(2)的轴向尺寸之差在0.01mm～0.5mm之间。

6.根据权利要求1或2所述的双稳态电磁线圈，其特征在于，所述第一导磁部(31)与所述第二导磁部形成一体式的所述导磁部件(3)。

7.一种电磁阀，包括阀体、与所述阀体连接的双稳态电磁线圈，其特征在于，所述双稳态电磁线圈为权利要求1至6中任一项所述的双稳态电磁线圈。

8.根据权利要求7所述的电磁阀，其特征在于，所述电磁阀为四通电磁阀。