CN106134413B - 磁锁式高反向承压电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁锁式高反向承压电磁阀，包括，阀体上具有一个线圈骨架，绕制着驱动线圈，驱动线圈外装有罩壳、阀体入口为工作介质进口通道，阀体内腔安装有过滤器组件、磁锁式高反向承压电磁阀采用单线圈极性切换驱动方式，即只使用一个线圈，通过改变线圈中电流的方向来改变阀门状态。本发明由于结构巧妙布置，使得高压工作介质无论从阀门正向还是反向通入，均有助于阀芯关闭，解决了阀门承受反向高压的问题，适用于高压气路的管理，作为高压气瓶间的隔离和沟通装置，有效实现了双阀芯的双稳态工作。

Description

磁锁式高反向承压电磁阀

技术领域

本发明涉及双稳态电磁阀技术，尤其是一种新型的磁锁式高反向承压电磁阀。

背景技术

磁锁式高反向承压电磁阀在空间飞行器推进系统中一般是作为系统管理阀门，常作为主系统和备份系统之间进行切换的工具。磁锁式高反向承压电磁阀在结构上的特点是有一个状态保持机构，不需要电源提供能量就能保持阀门开启或关闭的稳定工作状态。由于磁锁式高反向承压电磁阀的这种无电自保持特性，使它成为一种节能型阀门，非常适合对功耗有严格要求的领域，所以它被广泛的应用在各种空间飞行器的推进系统之中。

充分调研国内、外空间飞行器推进系统用双稳态自锁阀，普遍采用的结构形式为双线圈、单阀芯、单阀座。该结构形式虽然能够在高压下正常工作，但无法承受反向高压。

目前，参阅现有的国内、外文献，尚无既能在高压下正常工作，又能承受反向高压的磁锁式高反向承压电磁阀。

发明内容

本发明目的在于解决现有磁锁式高反向承压电磁阀无法承受反向高压的不足，提出一种新型的磁锁式高反向承压电磁阀，既能在高压下正常工作，又能承受反向高压。

本发明一种磁锁式高反向承压电磁阀，主要包括：阀体1、罩壳6、第二阀芯11、第一阀芯9、第二吸合台座12、第一吸合台座8、阀座10、线圈4、第一锁闭磁环3、第二锁闭磁环5、第三锁闭磁环7、过滤器2；其结构连接方式为：所述的阀体1入口为工作介质进口通道，其阀体1外侧装有第一锁闭磁环3、第二锁闭磁环5、第三锁闭磁环7，阀体1上绕制着线圈4，线圈4外装有罩壳6，阀体1内腔装有过滤器2、第二吸合台座12、第二阀芯11、第一阀芯9、第一吸合台座8；所述的第二阀芯11和第一阀芯9既是阀门中的运动件，同时也是工作介质的通道，在线圈磁场和和锁闭磁环磁场的叠加作用下，分别在阀座10与第二吸合台座12、阀座10与第一吸合台座8之间运动；所述的过滤器2滤网采用三层网结构，螺接在阀体1内腔；所述的第一锁闭磁环3、第二锁闭磁环5、第三锁闭磁环7均由两个半圆环永磁铁构成，包覆在阀体1外侧，作为第二阀芯11和第一阀芯9的锁位机构，实现磁锁功能；所述的线圈4缠绕在阀体1外侧，通过给线圈4通电来改变第二阀芯11和第一阀芯9的运动位置；所示的阀座10上有两个刃口，与阀体1焊接为一体，作为工作介质的通道。

与现有技术相比，本发明有以下创新及突出的进步：

1.新颖的结构形式：双阀芯的巧妙布置，使得高压工作介质无论从阀门正向还是反向通入，均有助于阀芯关闭，解决了阀门承受反向高压的问题；

2.全新的磁路设计：三个锁闭磁环的组合使用，实现了双阀芯的磁锁功能，其中锁闭磁环5用来将第二阀芯11和第一阀芯9保持在关闭状态，第一锁闭磁环3和锁闭磁环7用来分别将第二阀芯11和第一阀芯9保持在开启状态，有效实现了双阀芯的双稳态工作；

3.采用单线圈极性切换的驱动方式，使得阀门结构紧凑，重量轻；

4.双阀座集成在一个零件上，简化了阀门结构。

附图说明

图1是磁锁式高反向承压电磁阀的结构示意图

图2是磁锁式高反向承压电磁阀稳态时原理图

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

图1是磁锁式高反向承压电磁阀的结构示意图。如图1的实施例所示，该装置包括：阀体1、罩壳6、第二阀芯11、第一阀芯9、第二吸合台座12、第一吸合台座8、阀座10、线圈4、第一锁闭磁环3、第二锁闭磁环5、第三锁闭磁环7、过滤器2。其连接配置关系如下：

所述的阀体1入口为工作介质进口通道，其材料为软磁合金Cr17NiTi，其阀体1外侧装有第一锁闭磁环3、第二锁闭磁环5、第三锁闭磁环7，阀体1上绕制着线圈4，线圈4外装有罩壳6，阀体1内腔装有过滤器2、第二吸合台座12、第二阀芯11、第一阀芯9、第一吸合台座8；所述的第二阀芯11和第一阀芯9既是阀门中的运动件，同时也是工作介质的通道，在线圈磁场和和锁闭磁环磁场的叠加作用下，分别在阀座10与第二吸合台座12、阀座10与第一吸合台座8之间运动，第二阀芯11和第一阀芯9与阀座10贴合，将实现阀门的关闭，阻断阀门进、出口端工作介质的流动，实现高反向承压功能，第二阀芯11和第一阀芯9分别与第二吸合台座12和第一吸合台座8吸合，将实现阀门的开启，连通阀门进、出口端工作介质的流动，所述的第二阀芯11和第一阀芯9采用机械压制式结构，其材料选用具有较高许用密封压力的聚三氟氯乙烯，以保证可靠的密封性能；所述的过滤器2滤网采用两层粗网，中间夹一层细网的三层网结构，粗网用于支承高压工作介质，细网用于过滤高压工作介质，此结构可供介质双向流动使用，过滤器2螺接在阀体1内腔；所述的第一锁闭磁环3、第二锁闭磁环5、第三锁闭磁环7均采用分体组合结构形式，由两个半圆环永磁铁构成，包覆在阀体1外侧，作为第二阀芯11和第一阀芯9的锁位机构，实现磁锁功能，其材料选用高强度永磁材料钕铁硼Nd-Fe-B，此材料不但具有较高的、稳定的磁性能，而且有良好的工艺加工性能；所述的线圈4缠绕在阀体1外侧，通过给线圈4通电来改变第二阀芯11和第一阀芯9的运动位置，以实现阀门的开启和关闭；所示的阀座10上设有两个刃口，与阀体1焊接为一体，阀座10的材料为软磁合金Cr17NiTi。

图2是磁锁式高反向承压电磁阀磁路原理图。阀芯在阀体内运动，阀芯的位置决定了阀门的开启和关闭。当线圈不通电时，阀门的磁通量由锁闭磁环提供，该阀门有4个主工作气隙，即第二阀芯11与第二吸合台座12之间的气隙为δ₁，第二阀芯11与阀座10之间的气隙为δ₂，第一阀芯9与阀座10之间的气隙为δ₃，第一阀芯9与第一吸合台座8之间的气隙为δ₄。第一锁闭磁环3产生的磁通Φ₁从气隙δ₁通过，第二锁闭磁环5产生的磁通从气隙δ₂和δ₃通过，通过气隙δ₂的磁通为Φ₂，通过气隙δ₃的磁通为Φ₃，第三锁闭磁环7产生的磁通Φ₄从气隙δ₄通过。

当阀门处于关闭状态时，δ₂≈δ₃≈0，δ₁＞＞δ₂，δ₄＞＞δ₃，所以Φ₂＞＞Φ₁，Φ₃＞＞Φ₄，即第二阀芯11上气隙δ₂间永磁力远大于气隙δ₁间永磁力，第二阀芯11保持在关闭状态，第一阀芯9上气隙δ₃间永磁力远大于气隙δ₄间永磁力，第一阀芯9保持在关闭状态。

当需要打开阀门时，给线圈4正向通电，线圈在气隙δ₁和δ₄间产生的磁通Φ_I1和Φ_I4分别与Φ₁和Φ₄同向，线圈在气隙δ₂和δ₃间产生的磁通Φ_I2和Φ_I3分别与Φ₂和Φ₃反向。因此，气隙δ₁、δ₂、δ₃和δ₄间通过的磁通分别为(Φ_I1+Φ₁)、(Φ_I2-Φ₂)、(Φ_I3-Φ₃)和(Φ_I4+Φ₄)。在设计上通过确定线圈的安匝数，使(Φ_I1+Φ₁)＞＞(Φ_I2-Φ₂)、(Φ_I4+Φ₄)＞＞(Φ_I3-Φ₃)，则第二阀芯11在阀体内向第二吸合台座12运动，第一阀芯9在阀体内向第一吸合台座8运动，使得阀门开启。接着线圈断电，此时，δ₁≈δ₄≈0，δ₂＞＞δ₁，δ₃＞＞δ₄，所以Φ₁＞＞Φ₂，Φ₄＞＞Φ₃，第二阀芯11和第一阀芯9均保持在开启状态。同样，当需要关闭阀门时，给线圈4反向通电，气隙δ₁、δ₂、δ₃和δ₄间通过的磁通分别为(Φ_I1-Φ₁)、(Φ_I2+Φ₂)、(Φ_I3+Φ₃)和(Φ_I4-Φ₄)，由于(Φ_I2+Φ₂)＞＞(Φ_I1-Φ₁)、(Φ_I3+Φ₃)＞＞(Φ_I4-Φ₄)，则第二阀芯11和第一阀芯9在阀体内向阀座10运动，使得阀门关闭。

下面进一步对本发明的工作过程进行描述。

本发明的新型磁锁式高反向承压电磁阀，如图1所示，当线圈4正向通电时，阀体1、罩壳6、第一吸合台座8、第一阀芯9、阀座10、第二阀芯11、第二吸合台座12被磁化，构成电磁回路，与第一锁闭磁环3、第二锁闭磁环5、第三锁闭磁环7生产的永磁回路叠加作用下，第二阀芯11和第一阀芯9分别与第二吸合台座12和第一吸合台座8吸合，实现阀门的开启，连通阀门进、出口端工作介质的流动；当线圈4断电时，第二阀芯11和第一阀芯9在第一锁闭磁环3、第二锁闭磁环5和第三锁闭磁环7的作用下保持在开启位置，实现开位磁锁功能；当线圈4反向通电时，第二阀芯11和第一阀芯9在线圈磁场和锁闭磁环磁场的叠加作用下，第二阀芯11和第一阀芯9与阀座10贴合，实现阀门的关闭，阻断阀门进、出口端工作介质的流动，实现高反向承压功能；当线圈4断电时，第二阀芯11和第一阀芯9在第一锁闭磁环3、第二锁闭磁环5和第三锁闭磁环7的作用下保持在关闭位置，实现关位磁锁功能。

Claims (3)

1.一种磁锁式高反向承压电磁阀，主要包括：阀体[1]、罩壳[6]、第二阀芯[11]、第一阀芯[9]、第二吸合台座[12]、第一吸合台座[8]、阀座[10]、线圈[4]、第一锁闭磁环[3]、第二锁闭磁环[5]、第三锁闭磁环[7]、过滤器[2]；其特征在于：所述的阀体[1]入口为工作介质进口通道，其阀体[1]外侧装有第一锁闭磁环[3]、第二锁闭磁环[5]、第三锁闭磁环[7]，阀体[1]上绕制着线圈[4]；所述的线圈[4]外装有罩壳[6]；所述的阀体[1]内腔装有过滤器[2]、第二吸合台座[12]、第二阀芯[11]、第一阀芯[9]、第一吸合台座[8]；所述的第二阀芯[11]安装在第二吸合台座[12]和阀座[10]之间，所述的第一阀芯[9]安装在第一吸合台座[8]和阀座[10]之间；所述的过滤器[2]的滤网采用三层网结构，螺接在阀体[1]内腔；所述的第一锁闭磁环[3]、第二锁闭磁环[5]、第三锁闭磁环[7]均由两个半圆环永磁铁构成，包覆在阀体[1]外侧；所述的阀座[10]上设有两个刃口，与阀体[1]焊接为一体，作为工作介质的通道。

2.根据权利要求1所述的一种磁锁式高反向承压电磁阀，其特征在于：磁锁式高反向承压电磁阀的锁位机构采用三个锁闭磁环，选用高强度永磁材料NdFeB，有效的实现了双阀芯的双稳态工作。

3.根据权利要求1所述的一种磁锁式高反向承压电磁阀，其特征在于：磁锁式高反向承压电磁阀采用单线圈极性切换驱动方式。