CN105822809A - 一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，包括外壳组件、先导头组件(1)、电磁线圈(4)、衔铁组件(6)和端盖(8)，先导头组件(1)的轴向设有气体流道，先导头组件(1)一端用于与集成瓶阀对接，另一端与衔铁组件(6)一端活动连接，衔铁组件(6)另一端与端盖(8)的一端通过弹性结构连接，端盖(8)另一端与外壳组件固定连接，电磁线圈(4)环绕在衔铁组件(6)和端盖(8)外部，外壳组件包覆在先导头组件(1)和电磁线圈(4)外部。与现有技术相比，本发明具有气密性、可控性和稳定性好、可靠性高、使用寿命长的优点。

Description

一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器

技术领域

本发明涉及一种电磁执行器，尤其是涉及一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器。

背景技术

随着国际上燃料电池汽车的发展，越来越多的公司已经或正在开发高压储气及加注技术，由于加拿大Dynetek公司开发成功70MPa车载储气瓶、德国WEH公司推出70MPa加气枪，使得70MPa气体的存储、加注技术应用于燃料电池汽车成为可能。

由于燃料电池汽车的使用工况要求，作为燃料箱输出控制器的高压储气瓶阀需要拥有更多的功能，且需要连入整车的控制系统中，所以传统的手动控制的瓶阀不再能够满足汽车的使用要求，一体式集成瓶阀成为燃料电池汽车储气瓶的主流瓶阀，这种瓶阀是一种多功能集成式的瓶阀，集成了电磁执行器、过滤器、组合式安全泄压装置、压力传感器、温度传感器、过压保护器等。该产品既能够简化系统，提高可靠性能，且体积小，重量低即可适应小型机车内部的狭小空间，又可满足航空、航天系统的低重量要求。

高压储气瓶的集成瓶阀壳体沿径向设有气体出口，电磁执行器未通电时，其将气体出口与储气瓶内部腔体隔离，实现高压储气瓶中气体的密封；电磁执行器通电后，发生动作，令气体出口与储气瓶内部腔体连通，实现高压储气瓶与外界的连通。因此对电磁执行器外周的密封性、以及电磁执行器复位的可靠性有较高要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种密封性好、可靠性高的安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，包括外壳组件、先导头组件、电磁线圈、衔铁组件和端盖，所述的先导头组件的轴向设有通向集成瓶阀内部的气体流道，所述的先导头组件一端用于与集成瓶阀对接，先导头组件另一端与所述的衔铁组件一端活动连接，衔铁组件另一端与所述的端盖的一端通过弹性结构连接，端盖另一端与外壳组件固定连接，所述的电磁线圈整体呈筒状，环绕在衔铁组件和端盖外部，所述的外壳组件包覆在先导头组件和电磁线圈外部，外壳组件与先导头组件之间、先导头组件与衔铁组件之间留有与外界气体连通的间隙；

电磁线圈通电后产生电磁回路，令导磁的衔铁组件和导磁的端盖相互吸引，使衔铁组件远离先导头组件向端盖运动，弹性结构被压缩，气体通过外壳组件与先导头组件之间以及先导头组件与衔铁组件之间的间隙进入气体流道；

电磁线圈断电后，弹性结构回弹，使衔铁组件向先导头组件运动，直到先导头组件的气体流道一端与衔铁组件密封接触，使先导头组件内的气体流道封闭。

所述的先导头组件包括第一O型密封圈、密封堵头、第二O型密封圈和先导头壳体，所述的先导头壳体的内壁与密封堵头的外壁连接，所述的第二O型密封圈设置在先导头壳体与密封堵头之间，先导头壳体和密封堵头均中空，形成气体流道，密封堵头一端从先导头壳体中伸出，用于与集成瓶阀对接，所述的第一O型密封圈与集成瓶阀连接，用于密封堵头与集成瓶阀之间的密封。

所述的第一O型密封圈和第二O型密封圈为弹性材料，所述的密封堵头和先导头壳体为刚性材料，密封堵头为铜，先导头壳体为不锈钢。

所述的衔铁组件一端带有可拉动先导头组件的限位结构，电磁线圈通电后，衔铁组件远离先导头组件滑动，滑动一段距离后，限位结构拉动先导头组件移动，使先导头组件上的第一O型密封圈与集成瓶阀分离，气体通过第一O型密封圈与集成瓶阀之间的间隙进入集成瓶阀内部。限位结构还能防止先导头组件与衔铁组件完全脱离。

所述的先导头壳体与衔铁组件连接的一端设有先导孔，所述的先导孔与先导头壳体内的气体流道连通，与衔铁组件相对设置，且孔径小于气体流道的直径。

所述的衔铁组件和端盖的外壁与电磁线圈之间设有用于限定衔铁组件和端盖滑动轨迹的不锈钢连接套。

所述的衔铁组件包括衔铁芯体、密封垫块和凸头，所述的密封垫块设置在衔铁芯体一端，于电磁线圈断电后与先导头组件的气体流道一端密封连接，所述的凸头为非导磁材料，设置在衔铁芯体另一端且从衔铁芯体的端面凸出，以调整衔铁芯体运动距离，从而达到调整电磁力性能的功能。

所述的密封垫块为弹性材料，例如橡胶，所述的衔铁芯体和凸头为刚性材料，例如不锈钢。

所述的电磁线圈带有过电压保护结构带有过电压保护结构，所述的过电压保护结构为线圈内集成的双向瞬态抑制二极管。

所述的弹性结构为弹簧，优选为螺旋弹簧。

所述的外壳组件包括导磁前头、外导磁壳体，所述的导磁前头包覆在先导头组件和衔铁组件的连接处，且三者之间留有与气体连通的间隙，导磁前头外壁设有用于与电磁执行器固定连接的台阶或凸起，所述的外导磁壳体包覆在电磁线圈和端盖外部，且与导磁前头卡合连接，使电磁线圈和端盖位置固定，先导头组件和衔铁组件能沿不锈钢连接套在外壳组件中滑动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过将气体流道设置在先导头组件内部，利用电磁线圈的通断电及弹簧结构的回弹力控制衔铁组件的运动方向，使先导头组件内的气体流道一端密封或流通，从而控制气体进出集成瓶阀，气密性好；由于气体是从外壳组件与先导头组件之间、先导头组件与衔铁组件之间的间隙进入先导头组件内的气体流道，流道路径长，易于控制，防止集成瓶阀内的气压突变。

(2)先导头组件中，通过在先导头壳体与密封堵头之间以及密封堵头一端分别设置O型密封圈，实现先导头组件自身密封以及先导头组件与集成瓶阀之间的密封。

(3)第一O型密封圈和第二O型密封圈为弹性材料，密封堵头和先导头壳体为刚性材料，采取软、硬密封同时密封的形式，既可以应对高压力的使用环境，又可针对分子量较小的气体实施密封，泄漏量小。

(4)通过设置衔铁组件一端的限位结构拉动先导头组件移动，使先导头组件上的第一O型密封圈与集成瓶阀分离，气体通过第一O型密封圈与集成瓶阀之间的间隙进入集成瓶阀内部，使集成瓶阀完全打开，作为集成瓶阀打开的第二阶段；集成瓶阀打开的第一阶段为电磁线圈刚通电时，气体通过外壳组件与先导头组件之间的间隙进入气体流道；两个阶段的气体流速由慢变快，防止高压气体集成瓶内的气压突变，延长集成瓶阀的使用寿命。

(5)先导头壳体与衔铁组件连接的一端设有先导孔，先导孔孔径小于气体流道的直径，便于先导孔的密封。

(6)衔铁组件和端盖的外壁与电磁线圈之间设有不锈钢连接套，限定了衔铁组件和端盖的滑动轨迹，提高电磁执行器的稳定性。

(7)通过在衔铁芯体一端设置非导磁的凸头，以调整衔铁芯体运动距离，从而达到调整电磁力性能的功能。

(8)在衔铁芯体一端设置密封垫块，密封垫块为弹性材料，提高密封垫块与先导孔之间的密封性能。

(9)电磁线圈带有过电压保护结构，提高电磁执行器工作电压范围，延长工作时间。

附图说明

图1为本实施例电磁执行器的整体结构剖视图；

图2为本实施例的先导头组件结构剖视图；

图3为本实施例的导磁衔铁芯组件结构剖视图；

图4为本实施例在高压气体集成瓶阀内的安装方式示意图；

图5为本实施例工作原理示意图；

附图标记：

1为先导头组件；11为第一O型密封圈；12为密封堵头；13为第二O型密封圈；14为先导头壳体；15为先导孔；2为导磁前头；3为外导磁壳体；4为电磁线圈；5为不锈钢连接套；6为衔铁组件；61为衔铁芯体；62为密封垫块；63为凸头；7为弹簧；8为端盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，包括外壳组件、先导头组件1、电磁线圈4、衔铁组件6和端盖8，先导头组件1的轴向设有通向集成瓶阀内部的气体流道，先导头组件1一端用于与集成瓶阀对接，先导头组件1另一端与衔铁组件6一端活动连接，衔铁组件6另一端与端盖8的一端通过弹簧7连接，端盖8另一端与外壳组件固定连接，电磁线圈4整体呈筒状，环绕在衔铁组件6和端盖8外部，外壳组件包覆在先导头组件1和电磁线圈4外部，外壳组件与先导头组件1之间、先导头组件1与衔铁组件6之间留有与气体连通的间隙。

如图2所示，先导头组件1包括第一O型密封圈11、密封堵头12、第二O型密封圈13和先导头壳体14，先导头壳体14的内壁与密封堵头12的外壁连接，第二O型密封圈13设置在先导头壳体14与密封堵头12之间，先导头壳体14和密封堵头12均中空，形成气体流道，密封堵头12一端从先导头壳体14中伸出，用于与集成瓶阀对接，第一O型密封圈11与密封堵头12的用于与集成瓶阀对接的一端连接，用于密封堵头12与集成瓶阀之间的密封；其中，第一O型密封圈11和第二O型密封圈13的材料为软性材料，密封堵头12和先导头壳体14为刚性材料，电磁执行器与集成瓶阀壳体密封处，先导头组件上的软性的第一O型密封圈11和刚性的密封堵头12均与集成瓶阀壳体接触，全方位密封，泄漏量低。

为限制气流速度，先导头壳体14与衔铁组件6连接的一端设有先导孔15，先导孔15与先导头壳体14内的气体流道连通，与衔铁组件6相对设置，且孔径小于气体流道的直径。

如图3所示，衔铁组件6包括衔铁芯体61、密封垫块62和凸头63，密封垫块62设置在衔铁芯体61一端，于电磁线圈4断电后与先导头组件1的气体流道一端密封连接，凸头63为非导磁材料，设置在衔铁芯体61另一端且从衔铁芯体61的端面凸出，以调整衔铁芯体运动距离，从而达到调整电磁力性能的功能。

密封垫块62的材料为橡胶，衔铁芯体61材料为导磁不锈钢，凸头63材料为不锈钢。

电磁线圈4带有过电压保护结构，具体通过在线圈内集成一个双向瞬态抑制二极管实现。当二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。双向瞬态抑制二极管与普通瞬态抑制二极管相比没有正负极的限制，不管电流从其哪个电极流入均能够形成保护功能。

外壳组件包括导磁前头2、外导磁壳体3，导磁前头2包覆在先导头组件1和衔铁组件6的连接处，且三者之间留有与气体连通的间隙，导磁前头2外壁设有用于与电磁执行器固定连接的台阶或凸起，外导磁壳体3包覆在电磁线圈4和端盖8外部，且与导磁前头2卡合连接，使电磁线圈4和端盖8位置固定，先导头组件1和衔铁组件6能沿不锈钢连接套5在外壳组件中滑动。

衔铁组件6和端盖8的外壁与电磁线圈4之间设有用于限定衔铁组件6和端盖8滑动轨迹的不锈钢连接套5。

如图4所示，将本电磁执行器安装在高压气体集成瓶阀内。

如图5所示，集成瓶阀开启过程：

工作原理为先导式，由外部供电输入(电磁线圈4供电电压可以为5-24V之间，功率可以为6-12W)，电磁线圈4通电后导通电磁回路令衔铁组件6和端盖8之间产生电磁吸力，使衔铁组件6远离先导头组件1向端盖8运动，使先导头壳体14上的先导孔15与衔铁芯体61上的密封垫块62分离，弹簧7被压缩，同时，气体依次通过导磁前头2与先导头壳体14之间的间隙、先导头壳体14与衔铁芯体61之间的间隙、先导孔15进入气体流道，该气流即图5中的第一阶段气流A，该气流使先导头背腔压力与集成瓶阀压力趋于平衡；

衔铁芯体61的一端带有空腔，空腔截面呈T型，或者做成内大外小的形状，先导头壳体14的一端形状与该空腔匹配并可在该空腔中移动，受空腔形状限制，先导头壳体14不会脱离空腔，衔铁芯体61和先导头壳体14只能相对滑动一定距离；当衔铁组件6远离先导头组件1滑动一段距离后，衔铁组件6拉动先导头组件1移动，使先导头组件1上的第一O型密封圈11与集成瓶阀分离，气体通过第一O型密封圈11与集成瓶阀之间的间隙进入集成瓶阀内部，该气流即为图5中的第二阶段气流B，此时衔铁芯体61在电磁吸力的作用下与端盖8吸合，整个集成瓶阀完全打开。

集成瓶阀关闭过程：

电磁线圈4断电后，弹簧7回弹，使衔铁组件6向先导头组件1运动，直到先导头组件1的气体流道一端的先导孔15与衔铁组件6密封接触，使先导头组件1内的气体流道封闭，同时推动先导头组件1，将组件上的第一密封O圈11和密封堵头12重新与集成阀体接触，形成密封从而阻断瓶内气流流出。

Claims (10)

1.一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，包括外壳组件、先导头组件(1)、电磁线圈(4)、衔铁组件(6)和端盖(8)，所述的先导头组件(1)的轴向设有通向集成瓶阀内部的气体流道，所述的先导头组件(1)一端用于与集成瓶阀对接，先导头组件(1)另一端与所述的衔铁组件(6)一端活动连接，衔铁组件(6)另一端与所述的端盖(8)的一端通过弹性结构连接，端盖(8)另一端与外壳组件固定连接，所述的电磁线圈(4)环绕在衔铁组件(6)和端盖(8)外部，所述的外壳组件包覆在先导头组件(1)和电磁线圈(4)外部，外壳组件与先导头组件(1)之间、先导头组件(1)与衔铁组件(6)之间留有与气体连通的间隙；

电磁线圈(4)通电后产生电磁回路，令衔铁组件(6)和端盖(8)相互吸引，使衔铁组件(6)远离先导头组件(1)向端盖(8)运动，弹性结构被压缩，气体进入气体流道；

电磁线圈(4)断电后，弹性结构回弹，使衔铁组件(6)向先导头组件(1)运动，直到先导头组件(1)的气体流道一端与衔铁组件(6)密封接触，使先导头组件(1)内的气体流道封闭。

2.根据权利要求1所述的一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，所述的先导头组件(1)包括第一O型密封圈(11)、密封堵头(12)、第二O型密封圈(13)和先导头壳体(14)，所述的先导头壳体(14)的内壁与密封堵头(12)的外壁连接，所述的第二O型密封圈(13)设置在先导头壳体(14)与密封堵头(12)之间，先导头壳体(14)和密封堵头(12)均中空，形成气体流道，密封堵头(12)一端从先导头壳体(14)中伸出，用于与集成瓶阀对接，所述的第一O型密封圈(11)与集成瓶阀连接，用于密封堵头(12)与集成瓶阀之间的密封。

3.根据权利要求2所述的一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，所述的第一O型密封圈(11)和第二O型密封圈(13)为弹性材料，所述的密封堵头(12)和先导头壳体(14)为刚性材料。

4.根据权利要求2所述的一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，所述的衔铁组件(6)一端带有可拉动先导头组件(1)的限位结构，衔铁组件(6)远离先导头组件(1)滑动一段距离后，所述的限位结构拉动先导头组件(1)移动，使先导头组件(1)上的第一O型密封圈(11)与集成瓶阀分离，气体通过第一O型密封圈(11)与集成瓶阀之间的间隙进入集成瓶阀内部。

5.根据权利要求2所述的一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，所述的先导头壳体(14)与衔铁组件(6)连接的一端设有先导孔(15)，所述的先导孔(15)与先导头壳体(14)内的气体流道连通，与衔铁组件(6)相对设置，且孔径小于气体流道的直径。

6.根据权利要求1或2所述的一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，所述的衔铁组件(6)和端盖(8)的外壁与电磁线圈(4)之间设有用于限定衔铁组件(6)和端盖(8)滑动轨迹的不锈钢连接套(5)。

7.根据权利要求1所述的一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，所述的衔铁组件(6)包括衔铁芯体(61)、密封垫块(62)和凸头(63)，所述的密封垫块(62)设置在衔铁芯体(61)一端，于电磁线圈(4)断电后与先导头组件(1)的气体流道一端密封连接，所述的凸头(63)设置在衔铁芯体(61)另一端且从衔铁芯体(61)的端面凸出。

8.根据权利要求7所述的一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，所述的密封垫块(62)为弹性材料，所述的衔铁芯体(61)和凸头(63)为刚性材料。

9.根据权利要求1所述的一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，所述的电磁线圈(4)内集成有双向瞬态抑制二极管。

10.根据权利要求1所述的一种安装于高压气体集成瓶阀的电磁执行器，其特征在于，所述的弹性结构为弹簧(7)。