CN1094577C - 绿色电磁闸、阀 - Google Patents

Abstract

一种电磁阀、阀。在U形铁芯的端面放置一个永磁体，端面间保持有小磁隙，永磁体通过U形铁芯，构成一个封闭的环形磁路。在永磁体上套置有线圈，对电磁线圈施加交替的正、负脉冲，使铁芯端面与永磁体产生相互的作用力。对两者的夹角和旋转弧度进行控制，使其产生往复旋转的运动矢量，就可以在电磁闸、阀中实现开通和关闭的控制。本装置结构十分简单，无需单独的密封，在开启和锁定状态下无电能消耗、无噪音。

Description

绿色电磁闸、阀

本发明涉及电磁闸和控制油、气、水等介质的电动阀门。

机电控制领域中电磁闸、电动阀门是采用十分广泛的一种机电元件。电子控制设备需要采用继电器来实现电子信号的导通和关闭。电力线路的开通/切断也需要大功率电磁闸。另一方面，在控制气体和水、油、酸、碱等液体传输的场合，在采用流动的介质进行动力传递的液压、气压和水压管路都需要要用阀门进行控制。电动阀门广泛运用于自来水、油田、炼油厂、车辆、机床、建筑机械和飞机之中……。采用电信号控制的电磁闸、阀是实现操作过程机电一体化和计算机、微电脑控制的关键环节。

但是电磁闸在实现开通和闭合，两个不同的稳定状态中，为了保证电磁闸在通/断两种状态下接点的压力，都采用加弹簧的机械结构。因此电磁闸的动作需要克服弹簧力，保持其中一个稳定状态，就需要通过持续加电来维持。电磁线圈和铁芯在长时间的工作中产生损耗发热，这不但消耗了能源，也降低了设备的可靠性。交流电磁闸在工作过程中还会产生对环境有害的噪音。

直接采用电磁线圈控制的液压阀、气压阀和水的电磁阀(以下简称电磁阀)也有与上述相类似的弹簧结构。除此之外，电磁阀所控制的介质要求严密的密封，阀体处在一种高压的环境之中。电磁线圈拉动阀芯作开通和关闭的换向运动时，必然存在一个拉杆与阀体之间的密封问题。从而增加了工艺的复杂性和材料的消耗。

以上这些就是电磁闸、阀目前较为普遍的现状。

本发明的目的在于提供一种低能耗、低加工成本、无单独密封要求、无噪音的新型绿色电磁闸、阀。

本发明是通过以下方法实现的：一种绿色电磁闸、阀，其控制部分包括：U形铁芯及套置其上的线圈、由阀芯和壳体构成的阀体，和一个用于使所述永磁体和U形铁芯端面克服旋转运动的死角、限定旋转运动的行程的阀芯定位装置；所述永磁体放置于所述U形铁芯的端面之中，永磁体和U形铁芯之间保持有小磁隙，所述阀芯和所述壳体之间为滑动密封配合，且在所述阀芯上设有通孔，该通孔在当所述阀门处于开通位置时与该阀体上的介质进/出口相通，所述阀芯与所述永磁体固定连接在一起并设置在所述阀体内。

所述定位装置为：安装在所述壳体上的销钉以及设置在所述阀芯上的与该销钉配合的销钉槽。

所述永磁体嵌入所述阀芯中。

所述控制部分同时控制两个电磁阀，且该两个电磁阀的通、断状态正好相反。

永磁体发出的磁力线对周围的铁磁材料会有很强的吸力，如果在一个U形铁芯的端面中放置一个永磁体。永磁体和U形铁芯之间保持有小磁隙(磁隙中的介质是由相对导磁率μ＝1的介质构成，如铜、铝、不锈钢、陶瓷、玻璃和塑料等)，永磁体通过U形铁芯构成一个封闭的环形磁路，只有通过外力才能强行将它们彼此分开。

如果给U形铁芯套上一个线圈，给线圈通以直流电时，在铁芯的两端会分别呈现N极和S极。它和永磁体的两极端面产生很大的同性相斥和异性相吸的作用力。从这一效应出发，利用永磁体的两极对于电磁线圈中的铁芯所同时产生的一端排斥，另一端吸引的推挽作用力，就可以产生相对运动，使永磁体在其中心产生旋转的运动矢量。使用定位装置再对旋转角度进行有效的控制，使永磁体和U形铁芯端面克服旋转运动的死角，限定旋转运动的行程，就可以在电动闸、阀的领域实现开通和关闭的控制。

旋转运动是在线圈通电的瞬间完成的。断电之后，永磁体的两个端面与U形铁芯从新构成磁通路与之相吸，构成磁路的新稳态。如果对电磁线圈施加反向的(关闭)电脉冲，同样在反向的推挽作用力下，使受控部件产生相反方向的旋转运动，带动闸、阀返回原来的关闭稳态。

上述绿色电磁闸、阀中的铁芯和永磁体的运动过程是相对的，固定其中之一即可在线圈通电时使得另外一个产生旋转，所述永磁体和铁芯的外形结构也是可以互换的。

本发明所述的电磁闸、阀机械结构比传统的设计方法简单、电路控制十分容易，电磁线圈要求的功率低，通电脉冲时间短，阀芯翻转动作时间不大于1秒，受控运动部件与外部控制部件无直接接触，无单独密封要求。这在许多涉及高压液体的传输控制和化工酸碱溶液的流程控制方面有特别重要的意义。本发明不但在电磁闸、阀的领域中实现了低成本、低能耗、无噪音的绿色环保要求，也可以用于其它领域的旋转运动控制部件。

图面说明：

图1-图4是本发明电磁阀的实施例。

图5是本发明电磁闸的实施例。

图6、图7是本发明电磁线圈的控制电路。

本发明的实施例如下：

例一：以设计一个控制液压开关的单路液压阀门为例(见图1、图2、图3)图1所示是一个液压阀门，阀芯通过旋转实现液压介质的开/关，阀芯和壳体是滑动密封配合。1-8是液压阀门的壳体，1-1是安装于其中的阀芯，(壳体和阀芯的主体部分采用导磁率＝1的材料)，1-2是镶嵌在阀芯中的永磁体，1-9是壳体的密封堵头，销钉1-3固定在壳体右端(销钉有效地保证阀芯旋转后的定位)。在U形铁芯1-13上安装有电磁线圈1-12，U形铁芯紧密固定在壳体1-8的垂直线上。为了使得永磁体与铁芯在线圈通电时能够发生旋转，必须使永磁体的中心线与铁芯端面的垂直线保持一个夹角，该夹角可以在大于0度和小于90度之间进行选择，以克服旋转运动的死角。1-10、1-11是液压油的进/出通路。由于阀芯中的通油孔1-5不在导通的位置，阀芯1-1封闭了液压油的进出通路。此时液压阀门处于关闭的状态。

1、液压阀门当前稳态的形成；

在阀芯的圆柱体的左端放置有磁铁1-2，与对应安装在壳体外部的U形铁芯1-13构成一个磁力线的环路。在永磁体1-2强磁场的吸引力作用下，本应和U形铁芯的端面处于同一条垂直线上，但由于受到销钉1-3的阻挡，使得永磁体所带动的阀芯只能仪在1-7所示的位置上。永磁体的N极与U形铁芯的垂直线构成一个夹角“a”。它们之间通过磁隙有很强的吸引力，因而保持了阀芯在壳体中的相对位置，使得液压阀门形成当前关闭的稳态。

2、液压阀门的开通；

当电磁线圈1-14接通直流电，并根据右手法则使得U形铁芯的上端成为N极，下端成为S极，此时永磁代表的N、S两极在强力的排斥和吸引的推挽作用下，阀芯1-1在壳休中迅速发生旋转。但是阀芯右部的销钉槽1-4限制了销钉1-3的行程，销钉槽的弧度为“b”，因而阀芯旋转的角度受到了制约。从而阻止了运动的死角。图2指明了阀体旋转后的新位置，阀芯中的通油孔此时与进/出油孔处于同一条直线上。

电磁线圈直流脉冲结束以后，永磁体与外部的U形铁芯构成一个磁力线的新环路，它们之间有很强的吸引力。由于受到销钉1-3的阻挡，使得永磁体所带动的阀芯只能停留在图2所示新的位置上，1-14是电磁线圈的控制信号引出线。图3是电磁线圈与永磁体以及阀体的装配关系图。

例二：具有双路通断控制功能的电磁阀

图4是采用上述原理而设计的具有两路通断控制功能的电磁阀。4-1、4-3是进油口，4-2、4-4是出油口，4-5是一个阀芯。从所示的图可以看到4-1-4-2口是关闭的，4-3-4-4是开通的。

例三：三相电磁阀图5是采用上述原理所设计的三相电磁闸。

5-11是电磁闸的三相接点，5-5是安装动接点的滑动轴，5-5是滑动轴的支架并且固定在电磁闸的固定板5-7上，5-11是销钉，5-12是滑动轴上的销钉槽。5-9，5-10是电磁闸的引出线。电磁闸的稳态和旋转动作过程与上述的电磁阀的原理相同。

图6是电磁线圈控制开关的接线图。

图中的电磁线圈6-3是采用中心抽头的方式，6-1、6-2是按钮式单刀单掷常开开关，分别按下时可控制电磁线圈(1-2)、(2-3)的工作，使得线圈中的铁芯6-4分别产生N极或S极(电流流经线圈时根据右手法则确定端面的极性)。从而完成一个电磁闸阀的开通或闭合的操作。

图7是另外一种控制电磁线圈的接线图。

图中7-3仅采用一组电磁线圈就同样可以完成控制极性的翻转，7-1、7-2是两个按钮式单刀双掷开关，常态时中心接点接地。仅仅按动左边开关按钮(此时右边的开关是接地的)电流从1流向3、如果仅按劝右边开关时，电流从3流向1。使得线圈7-3中的铁芯端面分别产生N极或S极(电流流经线圈时同样由右手法则来确定)。在使用交流电的场合，仅需要将交流电简单地整流后采用脉动直流就同样可以给电磁线圈供电。

上述两种电磁线圈的控制方法，可以很容易地通过计算机的控制，采用电子元件进行连接，实现多个电磁闸、阀复杂的过程控制。

Claims (4)

1、一种绿色电磁闸、阀，其控制部分包括：U形铁芯及套置其上的线圈、由阀芯和壳体构成的阀体，和一个用于使所述永磁体和U形铁芯端面克服旋转运动的死角、限定旋转运动的行程的阀芯定位装置；所述永磁体放置于所述U形铁芯的端面之中，永磁体和U形铁芯之间保持有小磁隙，其特征在于：所述阀芯和所述壳体之间为滑动密封配合，且在所述阀芯上设有通孔，该通孔在当所述阀门处于开通位置时与该阀体上的介质进/出口相通，所述阀芯与所述永磁体固定连接在一起并设置在所述阀体内。

2、根据权利要求1所述的一种绿色电磁闸、阀，其特征在于：所述定位装置为：安装在所述壳体上的销钉以及设置在所述阀芯上的与该销钉配合的销钉槽。

3、根据权利要求1所述的一种绿色电磁闸、阀，其特征在于：所述永磁体嵌入所述阀芯中。

4、根据权利要求1所述的一种绿色电磁闸、阀，其特征在于：所述控制部分同时控制两个电磁阀，且该两个电磁阀的通、断状态正好相反。

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