CN105299295A - 自保持型电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供无论电池的消耗程度如何都能够闭阀的自保持型电磁阀。在向电磁线圈施加用于使电磁阀闭阀的驱动电压时，在规定期间内施加电压值被保持住的闭阀电压之前或者在施加闭阀电压后，向电磁线圈施加比闭阀电压低的电压值的中间电压。若如此，即使没有预先将闭阀电压设定为较低，也能够通过施加中间电压使电磁阀闭阀。另外，在电池已消耗的情况下，能够以闭阀电压使电磁阀闭阀。因此，无论电池的消耗程度如何，都能始终可靠地使电磁阀闭阀。

Description

自保持型电磁阀

技术领域

本发明涉及一种电磁阀(自保持型电磁阀)，该电磁阀在向电磁线圈通电并切换开闭状态后，即使停止通电也能够维持切换后的开闭状态。

背景技术

自保持型电磁阀虽然需要在切换开阀状态/闭阀状态时向电磁线圈通电，但是具有在切换结束后即便不使电流继续流动也能够保持电磁阀的状态的这样的优异特性。因此，能够抑制电力消耗，尤其广泛用作使用电池进行动作的电磁阀。

该自保持型电磁阀基于以下原理进行动作。首先，当向电磁线圈通电时，被闭阀弹簧施力的可动铁心被电磁线圈拉近，设置于可动铁心的端部的阀芯开阀。并且，此时，可动铁心的相反一侧的端部与设置在电磁线圈的中心轴上的固定铁心接触，借助固定铁心被永磁铁磁力吸附。因此，之后即使停止向电磁线圈通电，也能够保持可动铁心被电磁线圈拉近的状态(开阀状态)。

另一方面，在保持开阀状态的状况下，使与上述开阀时的方向相反的方向的电流向电磁线圈通电时，电磁线圈产生抵消永磁铁磁力的方向的磁力。因此，永磁铁磁力吸附可动铁心的力减弱，与固定铁心接触的可动铁心的端部借助闭阀弹簧的作用力而被分开，设置于可动铁心的另一端侧的阀芯被按压于阀座，自保持型电磁阀闭阀。之后，即使停止向电磁线圈通电，也保持着借助闭阀弹簧的作用力阀芯被按压于阀座的状态(闭阀状态)。

在自保持型电磁阀基于以上原理进行动作的关系方面，若在闭阀时电磁线圈所产生的磁力过大，则电磁线圈会想要利用抵消永磁铁的磁力后的剩余的磁力拉近可动铁心。并且，若该剩余的磁力高于闭阀弹簧的作用力，则随即会形成可动铁心的端部因电磁线圈的磁力而保持磁力吸附于固定铁心的状态，从而无法使电磁阀闭阀。因此，提出为了使电磁阀可靠地闭阀而将在闭阀时施加于电磁线圈的电压设定在规定的上限电压以下的自保持型电磁阀(专利文献1)

专利文献1：日本特开2009－63060号公报

但是，对于以上提出的自保持型电磁阀，在闭阀时施加于电磁线圈的电压设定为较低的关系方面，存在如下问题：若电池继续消耗，则在闭阀时施加于电磁线圈的电压降低，难以使电磁阀闭阀。

发明内容

发明要解决的问题

本发明是为了应对现有技术中的上述课题而完成的，其目的在于提供无论电池是否消耗都能够闭阀的自保持型电磁阀。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，本发明的自保持型电磁阀采用以下结构。即，

一种自保持型电磁阀，其具有：

可动铁心，使流路开闭的阀芯形成于该可动铁心的一端侧，且该可动铁心设为能够在轴向上移动；

闭阀弹簧，其用于沿该阀芯关闭该流路的方向对上述可动铁心施力；

电磁线圈，其用于沿该阀芯打开该流路的方向拉入上述可动铁心；

永磁铁，其用于保持利用该电磁线圈拉入的上述可动铁心；以及

电压施加部，其用于向上述电磁线圈施加驱动电压，

其特征在于，

上述电压施加部在从利用上述永磁铁保持上述可动铁心的开阀状态使上述自保持型电磁阀闭阀时，在规定期间内向上述电磁线圈施加电压值被保持住的闭阀电压，并且，在施加该闭阀电压之前或者在施加该闭阀电压后，向上述电磁线圈施加比该闭阀电压低的电压值的中间电压。

在本发明的自保持型电磁阀中，在向电磁线圈施加规定期间的闭阀电压而使开阀状态的自保持型电磁阀闭阀时，在施加闭阀电压之前或者施加闭阀电压后，向电磁线圈施加比闭阀电压低的电压值的中间电压。若如此，即使没有预先将闭阀电压设定为较低，也能够通过施加中间电压使电磁阀闭阀。另外，在电池已消耗的情况下，能够以闭阀电压使电磁阀闭阀。因此，无论电池的消耗程度如何都能够始终可靠地使电磁阀闭阀。

另外，在上述本发明的自保持型电磁阀中，也可以使闭阀电压的电压值以及中间电压的电压值分别为以下电压值。即，闭阀电压的电压值为比能够使电磁阀闭阀的上限电压值高的电压值。另外，中间电压的电压值也可以是比能够使电磁阀闭阀的下限电压值与上限电压值之间的中间值高的电压值。

若如此，能够使中间电压低于下限电压值之前的电压降低量足够大。因此，在因电池的消耗所导致的电压降低而能够以闭阀电压使电磁阀闭阀之前的期间，能够避免中间电压低于下限电压值而无法使电磁阀闭阀的情况。

另外，在上述本发明的自保持型电磁阀中，也可以是，切换电压值不同的多个中间电压并施加于电磁线圈。

详细内容后述，在自保持型电磁阀中存在向电磁线圈施加电压时使电磁阀闭阀的力最强时的最佳电压值。因此，若切换电压值不同的多个中间电压并施加于电磁线圈，则无论电池的消耗程度如何，都能够施加接近最佳电压值的中间电压，因此能够使电磁阀可靠地闭阀。

另外，在上述本发明的自保持型电磁阀中，也可以是，向电磁线圈施加电压值在闭阀电压与接地电压之间的至少一部分连续变化的中间电压。

如此，若使中间电压的电压值连续变化，则无论电池的消耗程度如何，中间电压都能够通过最佳电压值(使电磁阀闭阀的力最强时的电压值)。因此，能够进一步可靠地使电磁阀闭阀。

附图说明

图1是本实施例的锁定阀(ラッチ弁)100的内部构造以及动作原理的说明图。

图2示出使用于使锁定阀100闭阀的电压被限制在规定的电压范围内的理由的说明图。

图3是示出向电磁线圈102施加驱动电压的电压波形的说明图。

图4是示出若使用本实施例的电压波形、则无论电池的消耗程度如何都能够使锁定阀100闭阀的理由的说明图。

图5是例示了第1变形例的电压波形的说明图。

图6是示出使用第1变形例的电压波形的优点的说明图。

图7是例示了第2变形例的电压波形的说明图。

图8是例示了第3变形例的电压波形的说明图。

具体实施方式

图1是示出本实施例的自保持型电磁阀(以下称作锁定阀)100的内部构造以及动作原理的说明图。图1(a)示出闭阀状态的锁定阀100的剖视图，图1(b)示出开阀状态的锁定阀100的剖视图。首先，参照图1(a)对锁定阀100的大体的内部构造进行说明。

如图1的(a)所示，锁定阀100具备：电磁线圈102，其通过卷绕电线而形成为中空的大致圆柱形状；可动铁心104，其以能够滑动的状态插入到电磁线圈102的中心轴内；固定铁心106，其在电磁线圈102的中心轴内固定在比可动铁心104靠上方的位置；圆板形状的永磁铁108，其设为与固定铁心106的上端接触；阀芯110，其安装在可动铁心104的下端；闭阀弹簧112，其沿着从电磁线圈102的中心轴内拉出可动铁心104的方向施力；以及电压施加部114，其向电磁线圈102施加驱动电压。另外，在与阀芯110相对的位置设有流路200的开口部202，在图1(a)所示的锁定阀100的闭阀状态下，利用被闭阀弹簧112施力的阀芯110封堵开口部202，流路200形成为关闭的状态。

这样构造的锁定阀100以如下方式动作。首先，在图1(a)所示的闭阀状态下，从电压施加部114向电磁线圈102施加正方向的驱动电压。这里，所谓“正方向的电压”指的是电磁线圈102所产生的磁力的方向与永磁铁108的磁力的方向相同的方向的电压。于是，被闭阀弹簧112施力的可动铁心104借助电磁线圈102的磁力被上拉，其结果，阀芯110离开流路200的开口部202，使锁定阀100形成开阀状态(参照图1(b))。

另外，若利用电磁线圈102上拉可动铁心104，则可动铁心104的上端与固定铁心106的下端抵接。于是，永磁铁108的磁力经由固定铁心106高效地作用于可动铁心104，可动铁心104利用永磁铁108的磁力被磁力吸附于固定铁心106。如此，即使在可动铁心104被磁力吸附后停止从电压施加部114向电磁线圈102通电，也如图1(b)所示那样保持着可动铁心104被上拉后的状态(开阀状态)。

另一方面，在利用永磁铁108的磁力上拉可动铁心104后的状态下，从电压施加部114向电磁线圈102施加负方向的驱动电压。这里，所谓“负方向的电压”指的是电磁线圈102所产生的磁力的方向与永磁铁108的磁力的方向相反的方向的电压。于是，由于永磁铁108的磁力被电磁线圈102的磁力抵消，因此能够克服闭阀弹簧112的作用力对可动铁心104进行磁力吸附。其结果，被磁力吸附于固定铁心106的可动铁心104的上端借助闭阀弹簧112的作用力从固定铁心106被拉离，形成可动铁心104的下端的阀芯110被按压于流路200的开口部202的状态(闭阀状态)。如此，即使在锁定阀100成为闭阀状态后停止向电磁线圈102通电，也可以利用闭阀弹簧112的作用力保持闭阀状态(参照图1(a))。

基于以上锁定阀100的动作原理，在从开阀状态切换到闭阀状态时，需要使施加于电磁线圈102的驱动电压处于规定的电压范围内，即使施加该范围外的驱动电压，也无法使锁定阀100闭阀。使用图2对这点进行说明。

图2示出在使利用开阀状态的锁定阀100施加于电磁线圈102的驱动电压缓慢增加时，作用于可动铁心104的磁吸附力(使可动铁心104磁力吸附于固定铁心106的力)变化的状态。此外，此时，在电磁线圈102中流动的线圈电流是驱动电压的电压值除以电磁线圈102的电阻R而得到的电流值。

如公知那样，由于电磁线圈102所产生的磁力与线圈电流成正比，因此与施加于电磁线圈102的驱动电压成正比。另外，如前所述，在锁定阀100处于开阀状态时，向电磁线圈102施加负方向的驱动电压，因此电磁线圈102所产生的磁力的方向成为抵消永磁铁108的磁力的方向。因此，如图2中空心圆圈所示，在电磁线圈102的驱动电压为“0”的情况下，永磁铁108所产生的磁吸附力作用于可动铁心104，但若使驱动电压增加，则如图2中实线所示，永磁铁108的磁力因电磁线圈102的磁力而减弱，作用于可动铁心104的磁吸附力线性地减少。并且，在电磁线圈102的磁力成为等于永磁铁108的磁力的时刻，作用于可动铁心104的磁吸附力为“0”。若从该状态开始进一步增加驱动电压，则电磁线圈102的磁力高于永磁铁108的磁力，随即电磁线圈102所产生的磁吸附力作用于可动铁心104。其结果，之后的情况如图2中虚线所示，随着使驱动电压增加，作用于可动铁心104的磁吸附力线性地增加。

另外，闭阀弹簧112的作用力也沿从固定铁心106拉离可动铁心104的方向作用于可动铁心104。由于该作用力的大小由可动铁心104的位置确定，因此，也可以认为在锁定阀100处于开阀状态(可动铁心104的上端抵接于固定铁心106的状态)的期间，该作用力恒定。图2中利用点划线示出闭阀弹簧112所产生的作用力。理所当然，为了使处于开阀状态的锁定阀100闭阀，需要使闭阀弹簧112的作用力超过作用于可动铁心104的磁吸附力。结果，施加于闭阀时的电磁线圈102的驱动电压必须处于从图2所示的下限电压值Vmin到上限电压值Vmax的范围内。另外，作用于可动铁心104的磁吸附力为“0”时的电压值(因此，即下限电压值Vmin与上限电压值Vmax之间的中间值)是使锁定阀100闭阀的力最强时的最佳电压值。

尽管如此，在将驱动电压限制在该电压范围内时，在电池消耗时，驱动电压脱离电压范围内，变得无法使锁定阀100闭阀。因此，在本实施例中，为了即使在电池已消耗的情况下也能够使锁定阀100闭阀，按照以下的电压波形向电磁线圈102施加驱动电压。

图3是示出在本实施例中向电磁线圈102施加驱动电压的电压波形的说明图。如图所示，本实施例的电压波形设定为，在时间T0期间，电压值维持在Va，但此前在时间T1的期间内，电压值维持在比电压值Va低的电压值Vb。若采用这样的电压波形，能够基于以下理由无论电池的消耗程度如何都能够使锁定阀100闭阀。此外，在本实施例中，保持为最高电压值(图3中的电压值Va)的部分的电压对应于本发明的“闭阀电压”，保持为比最高电压值低的电压值(图3中的电压值Vb)的部分的电压对应于本发明的“中间电压”。另外，本实施例的中间电压的电压值Vb设定为比闭阀电压的电压值Va的一半高的电压值，因此，电压值Vb是比下限电压值Vmin与上限电压值Vmax之间的中间值高的电压值。将中间电压的电压值Vb设定为这样的电压值的理由也之后叙述。

图4是示出通过以本实施例的电压波形施加驱动电压，无论电池的消耗程度如何都能够使锁定阀100闭阀的理由的说明图。首先，参照图4(a)对电池没有全部消耗的情况进行说明。如图所示，在电池没有消耗的状态下，闭阀电压的电压值Va设定为比使用图2前述的上限电压值Vmax高的电压值。但是，中间电压的电压值Vb设定为比闭阀电压低的电压值，且存在于从图2的下限电压值Vmin到上限电压值Vmax之间的电压范围(能够闭阀的电压范围)。在图4中，以标记斜线的方式示出能够使锁定阀100闭阀的电压范围。因此，在电池没有消耗的状态下，在施加中间电压的阶段，锁定阀100闭阀。

当电池继续消耗时，电池所产生的电压逐渐降低，开始无法产生规定的电压值。因此，电压施加部114施加于电磁线圈102的闭阀电压也无法维持最初的电压值Va。图4(b)示出因电池消耗，从而闭阀电压降至比上限电压值Vmax低的电压值Va1后的状态的电压波形。这样，若闭阀电压的电压值Va1成为比上限电压值Vmax低，即使无法以中间电压使锁定阀100闭阀，也能够以闭阀电压使锁定阀100闭阀。

另外，如前所述，在本实施例的电压波形中，中间电压设定为比下限电压值Vmin与上限电压值Vmax之间的中间值高的电压值。因此，在闭阀电压因电池的消耗而降低至上限电压值Vmax以下的电压值Va1之前的期间，能够将中间电压的电压值Vb1保持在比下限电压值Vmin更高的值(能够开阀的电压范围内)。此外，随着电池进一步消耗，如图4(c)所示，在中间电压的电压值Vb2低于下限电压值Vmin时，无法以中间电压使锁定阀100闭阀，但在此之后，在闭阀电压的电压值Va2处于从下限电压值Vmin到上限电压值Vmax的范围内的期间，能够以闭阀电压使锁定阀100闭阀。

如以上所说明的那样，若能够以图3所示的电压波形施加驱动电压，则在电池没有被大量消耗的期间，能够以中间电压的部分使锁定阀100闭阀，在电池进一步消耗的情况下，能够以闭阀电压的部分使锁定阀100闭阀，因此无论电池的消耗程度如何都能够使锁定阀100可靠地闭阀。

在上述的本实施例的基础上存在几个变形例。以下，以与本实施例不同之处作为中心简单地说明这些变形例。

在上述实施例中，说明了接地电压与闭阀电压之间的中间电压为一个的情况。但是，也可以使用具有多个中间电压的电压波形来施加驱动电压。在图5中例示出具有多个中间电压的第1变形例的电压波形。在图示的电压波形中具有电压值Vc以及电压值Vb(其中，Vc＜Vb)这两个中间电压。若如此设置多个中间电压，能够基于以下理由进一步可靠地使锁定阀100闭阀。此外，在需要在图5例示的电压波形中区别两个中间电压的情况下，将电压值Vc的中间电压称作“低电压侧的中间电压”，将电压值Vb的中间电压称作“高电压侧的中间电压”。另外，在图5例示的电压波形中，低电压侧的中间电压(在存在三个以上中间电压的情况下，最低电压为中间电压)的电压值(图示例中的电压值Vc)设定为下限电压值Vmin与上限电压值Vmax之间的大致中间值。其理由也之后叙述。

图6是示出能够使用第1变形例的电压波形更可靠地使锁定阀100闭阀的理由的说明图。图6(a)示出电池没有完全消耗的情况。如上所述，由于低电压侧的中间电压的电压值Vc设定为下限电压值Vmin与上限电压值Vmax之间的大致中间值，因此在电池没有消耗的状态下，能够以电压值Vc的中间电压使锁定阀100闭阀。另外，如使用图2说明的那样，使锁定阀100闭阀的力在施加于电磁线圈102的电压值为下限电压值Vmin与上限电压值Vmax之间的大致中间值的情况下最大。因此，在第1变形例的电压波形中，能够在电池没有消耗的期间以较强的力使锁定阀100闭阀。

在图6(b)中例示出在电池已消耗的情况下的电压波形。在图示的例子中，由于闭阀电压的电压值Va1比上限电压值Vmax还高，因此无法以闭阀电压的部分使锁定阀100闭阀。另外，虽然低电压侧的中间电压的电压值Vc1处于能够闭阀的电压范围内而能够闭阀，但由于电压值Vc1接近下限电压值Vmin，因此使锁定阀100闭阀的力并不大。但是，高电压侧的中间电压因电池的消耗而降低至下限电压值Vmin与上限电压值Vmax的中间附近的电压值Vb1。因此，即使在无法以低电压侧的中间电压(电压值Vc1的部分)使锁定阀100闭阀的情况下，也能够以高电压侧的中间电压(电压值Vb1的部分)可靠地使锁定阀100闭阀。

随着电池进一步消耗，在以高电压侧的中间电压使锁定阀100闭阀的力减弱的情况下，此时的闭阀电压的电压值降低至下限电压值Vmin与上限电压值Vmax的中间附近的电压值。因此，能够利用闭阀电压产生较强的闭阀力，从而能够使锁定阀100可靠地闭阀。如此，若使用第1变形例的电压波形，由于能够始终以强力使锁定阀100闭阀，因此无论电池的消耗程度如何，都能够可靠地使锁定阀100闭阀。

另外，在上述的实施例以及变形例中，说明了施加于电磁线圈102的电压波形使用在施加中间电压后施加闭阀电压那样的电压波形的情况。但是，只要能够施加中间电压与闭阀电压即可，例如，能够使用图7所例示的第2变形例的电压波形。即，能够使用如图7(a)例示的那样在施加电压值Va的闭阀电压之后施加电压值Vb的中间电压的电压波形、如图7(b)例示的那样在闭阀电压的前后施加中间电压那样的电压波形。或者也能够使用如图7(c)例示的那样在中间电压的前后施加闭阀电压那样的电压波形。

另外，在上述的实施例以及变形例中，说明了中间电压被保持为恒定的电压值的情况。但是，中间电压是比闭阀电压低的电压值即可，也可以是电压值连续变化的电压。例如，也可以是如图8(a)例示的那样随着从接地电压(图中的电压值0)趋近闭阀电压(图中的电压值Va)而电压值连续增加那样的中间电压，或者也可以是如图8(b)例示的那样随着从闭阀电压趋近接地电压而电压值连续减少那样的中间电压。

在使用这样的第3变形例的电压波形的情况下，中间电压通过锁定阀100的闭阀力最强时的最佳电压值(下限电压值Vmin与上限电压值Vmax之间的中间值)。因此，至少在随着电池进一步消耗而闭阀电压的电压值降低至最佳电压值之前的期间，中间电压一定通过最佳电压值，因此无论电池的消耗程度如何都能够进一步可靠地使锁定阀100闭阀。

另外，在上述第3变形例的电压波形中，中间电压并非随着从接地电压(图中的电压值0)趋近闭阀电压而连续增加(或者减少)，也可以是，中间电压如图8(c)例示的那样随着从比接地电压高的电压(图中的电压值Vd)趋近闭阀电压(图中的电压值Va)而连续增加(或者减少)。另外，优选此时的电压值Vd是从下限电压值Vmin到最佳电压值(下限电压值Vmin与上限电压值Vmax之间的中间值)的范围内的值。

在连续变化的中间电压中，电压值比下限电压值Vmin低的部分对于锁定阀100的闭阀没有帮助。因此，若中间电压如图8(c)例示的那样随着从比接地电压高的电压(图中的电压值Vd)趋近闭阀电压(图中的电压值Va)而连续增加(或者减少)，则能够在中间电压的施加过程中增加有助于锁定阀100的闭阀的时间比例。因此，能够进一步可靠地使锁定阀100闭阀。

另外，电压值比下限电压值Vmin略高的部分在电池没有消耗的期间有助于锁定阀100的闭阀，但若电池消耗则对闭阀没有帮助。因此，若将图8(c)中的电压值Vd设定为从下限电压值Vmin到最佳电压值(下限电压值Vmin与上限电压值Vmax之间的中间值)的范围内的值，即使在电池已消耗的状态下，也能够在中间电压的施加过程中增加有助于锁定阀100的闭阀的时间比例。因此，即使在电池进一步消耗的情况下，也能够进一步可靠地使锁定阀100闭阀。

以上，虽说明了本实施例以及变形例的锁定阀100，但本发明并不限定于上述实施例以及变形例，能够在不脱离其宗旨的范围内以各种方式实施。

附图标记说明

100...锁定阀；102...电磁线圈；104...可动铁心；106...固定铁心；108...永磁铁；110...阀芯；112...闭阀弹簧；114...电压施加部；200...流路；202...开口部。

Claims (4)

1.一种自保持型电磁阀，其具有：

可动铁心，使流路开闭的阀芯形成于该可动铁心的一端侧，且该可动铁心设为能够在轴向上移动；

闭阀弹簧，其用于沿该阀芯关闭该流路的方向对上述可动铁心施力；

电磁线圈，其用于沿该阀芯打开该流路的方向拉入上述可动铁心；

永磁铁，其用于保持利用该电磁线圈拉入的上述可动铁心；以及

电压施加部，其用于向上述电磁线圈施加驱动电压，

其特征在于，

上述电压施加部在从利用上述永磁铁保持上述可动铁心的开阀状态使上述自保持型电磁阀闭阀时，在规定期间内向上述电磁线圈施加电压值被保持住的闭阀电压，并且，在施加该闭阀电压之前或者在施加该闭阀电压后，向上述电磁线圈施加比该闭阀电压低的电压值的中间电压。

2.根据权利要求1所述的自保持型电磁阀，其特征在于，

在为了使上述自保持型电磁阀从上述开阀状态闭阀而应当施加于上述电磁线圈的电压值中，存在规定的下限电压值以及规定的上限电压值，

上述电压施加部向上述电磁线圈施加比上述上限电压值高的电压值的上述闭阀电压、比上述下限电压值与上述上限电压值之间的中间值高的电压值的上述中间电压。

3.根据权利要求1或2所述的自保持型电磁阀，其特征在于，

上述电压施加部切换电压值不同的多个上述中间电压并施加于上述电磁线圈。

4.根据权利要求1所述的自保持型电磁阀，其特征在于，

上述电压施加部向上述电磁线圈施加电压值在上述闭阀电压与接地电压之间的至少一部分连续变化的上述中间电压。