CN109958816A - 控制系统、电磁阀及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种控制系统、电磁阀及其控制方法，该电磁阀包括线圈，线圈包括线圈架、第一线圈、第二线圈，其中，控制系统包括控制器，控制器可以使得第一线圈与第二线圈并联、串联、或单独工作，以产生相应的电磁力。本发明实施例提供的控制系统、电磁阀及其控制方法，能够实现线圈中第一线圈与第二线圈的并联、串联或单独工作，进而在启动阶段为电磁阀的动、静铁芯吸合提供足够的电磁力，在维持阶段降低了线圈的功耗。

Description

控制系统、电磁阀及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及控制领域，尤其涉及一种控制系统、电磁阀及其控制方法。

背景技术

电磁阀采用电磁对控制系统中介质的方向、流量、速度、以及其他的参数进行调整。在电磁阀中，一般设置有动铁芯和静铁芯，动、静铁芯依靠电磁力吸合，以实现其控制功能。因而，电磁阀的电磁力(开阀能力)和线圈功耗是衡量其性能的两个重要技术指标。

通常，通常电磁阀的控制至少分为两个阶段，在线圈通电瞬间，即动、静铁芯稳定吸合前需要产生较大的电磁力，保证动、静铁芯能够吸合；而在动、静铁芯吸合后，使得线圈中的电流平均值下降，进而降低线圈功耗。

如何同时满足两个阶段的要求是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种控制系统、电磁阀及其控制方法，使得线圈能有至少两个工作模式可以选择，比如：其中一个模式在电磁阀动、静铁芯吸合前提供较大电磁力，另外一个模式在维持吸合阶段降低线圈功耗。

第一方面，本发明实施例提供了一种控制系统，包括控制器和电磁阀，所述控制器能够控制电磁阀，所述电磁阀包括线圈，所述控制器能够控制所述线圈与驱动电源通断，其特征在于，所述线圈包括：线圈架、第一线圈以及第二线圈；

所述线圈架设置为中空结构，包括第一端面、第二端面、以及绕线柱，所述第一线圈和所述第二线圈缠绕在所述线圈架的绕线柱上；

所述第一线圈的第一端与所述驱动电源的第一端电连接，所述第二线圈的第二端与所述驱动电源的第二端电连接；

所述控制器控制所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端导通，并且使得所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端导通，以使所述第一线圈和所述第二线圈并联；或者控制器控制所述第一线圈的第二端和所述第二线圈的第一端断开，所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端导通或所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端导通，以使所述第一线圈或所述第二线圈工作；或者所述控制器控制所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的第一端导通，以使所述第一线圈和所述第二线圈串联。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电磁阀，包括线圈、动铁芯、静铁芯、阀芯、套管、阀口以及密封件，所述线圈包括：线圈架、第一线圈以及第二线圈；所述线圈架设置为中空结构，包括第一端面、第二端面、以及绕线柱，所述第一线圈和所述第二线圈缠绕在所述线圈架的绕线柱上；

所述套管设置于所述线圈的线圈架中空结构内，至少部分所述动铁芯和所述静铁芯设置于所述套管内腔，其中，所述动铁芯与所述静铁芯之间设置有空隙，且所述动铁芯滑动设置在所述套管内，所述静铁芯固定设置于所述套管内；

所述阀芯的一端固定于所述动铁芯内、另一端穿过所述静铁芯与所述密封件的一端连接；

所述动铁芯和所述静铁芯的吸合动作带动所述阀芯移动，以使所述密封件控制所述阀口的关闭与打开；

所述第一线圈的第一端与一驱动电源的第一端电连接，所述第二线圈的第二端与所述驱动电源的第二端电连接；

所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端通过一控制器导通，所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端通过所述控制器导通，所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的通过所述控制器第一端断开，使所述第一线圈和所述第二线圈并联，所述动铁芯与所述静铁芯进行吸合；

或者，所述第一线圈的第二端和所述第二线圈的第一端通过所述控制器断开，所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端或所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端通过所述控制器导通，所述第一线圈或所述第二线圈上电工作，所述动铁芯与所述静铁芯维持吸合状态；

或者，所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的第一端通过所述控制器导通，所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端通过所述控制器断开，所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端通过所述控制器断开，所述第一线圈和所述第二线圈串联，所述动铁芯与所述静铁芯维持吸合状态。

第三方面，本发明实施例还提供了一种控制方法，所述控制方法能够控制以上所述的电磁阀，包括：动铁芯与静铁芯吸合前时间段、以及动铁芯和静铁芯吸合维持时间段；

所述动铁芯和静铁芯吸合前时间段，所述电磁阀中的第一线圈的第二端与驱动电源的第二端导通，第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端导通，所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的第一端断开，以使所述第一线圈和所述第二线圈并联，所述动铁芯与所述静铁芯进行吸合；

所述动铁芯和静铁芯吸合维持时间段，所述电磁阀中的所述第一线圈的第二端和所述第二线圈的第一端断开，所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端或所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端导通，以使所述第一线圈或所述第二线圈上电工作；或者，所述电磁阀中的所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的第一端导通，所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端断开，所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端断开，以使所述第一线圈和所述第二线圈串联，所述动铁芯与所述静铁芯维持吸合状态。

本发明实施例提供了一种控制系统、电磁阀及其控制方法，电磁阀包括线圈，线圈包括第一线圈和第二线圈，其中，控制系统包括控制器，控制器能够控制第一线圈与第二线圈并联、串联或单独工作，这样可以根据不同的工况，对线圈有三种连接方式进行选择，有利于满足电磁力或者降低能耗的需要；比如：在电磁阀的启动阶段选择第一线圈与第二线圈并联为电磁阀的提供足够的电磁力，在维持阶段选择第一线圈与第二线圈串联降低了线圈的功耗。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种控制系统的连接示意图；

图2是本发明实施例提供的一种线圈中线圈架的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种线圈连接方式结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种线圈连接方式的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的再一种线圈连接方式的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种控制电路的结构框图；

图7是本发明实施例提供的一种控制电路的具体电路图；

图8是本发明实施例提供的一种第一线圈与第二线圈并联的示意图；

图9是本发明实施例提供的一种第一线圈与第二线圈串联的示意图；

图10是本发明实施例提供的一种电磁阀部分结构的剖面示意图；

图11-图14是本发明实施例提供的两个线圈不同绕线方式的结构示意图；

图15是本发明实施例提供的一种线圈中电流的时序图；

图16是本发明实施例提供的一种线圈中电压的时序图；

附图标记：

10、线圈，11、线圈架，111、线圈架的第一端面，112、线圈架的第二端面，113、线圈架的绕线柱，12、第一线圈，13、第二线圈，14、控制电路，141、控制开关，K1、第一开关，K2、第二开关，K3、第三开关，142、驱动电源，21、动铁芯，22、静铁芯，23、阀芯，24、套管，25、阀口，26、密封件，27、弹簧，28、导磁支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供的电磁阀能够采用其线圈为其动铁芯和静铁芯吸合提供合适电磁力的应用场景。图1是本发明实施例提供的一种控制系统的连接示意图，

图2是本发明实施例提供的一种线圈中线圈架的结构示意图。参考图1所示，本发明实施例提供的控制系统，控制系统包括控制器和电磁阀，控制器能够控制电磁阀的工作，控制器可以与电磁阀集成为一体或者与电磁阀分开设置。控制器包括控制电路，本实施例中控制电路和电磁阀单独设置，当然在其他实施方式中控制电路也可以集成于电磁阀内部。电磁阀包括线圈10，一驱动电源142用于给线圈10供电，控制器控制线圈10与驱动电源142通断，可选地，可以通过控制器中的控制电路14控制线圈10与驱动电源142通断。其中，线圈10中设置有线圈架11、第一线圈12、以及第二线圈13。

结合参考图1和图2所示，线圈架11设置为中空结构，包括第一端面111、第二端面112、以及绕线柱113，第一线圈12和第二线圈13缠绕在线圈架11的绕线柱113上。

参考图1所示，第一线圈12的第一端121与驱动电源142的第一端U1电连接，第二线圈13的第二端132与驱动电源142的第二端U2电连接。可选地，可以通过控制器对线圈10中第一线圈12和第二线圈13的工作状态进行控制。其中，线圈10中第一线圈12和第二线圈13的工作状态包括：第一线圈12单独工作，第二线圈13单独工作，第一线圈12和第二线圈13串联工作，以及第一线圈12和第二线圈13并联工作。

可选地，参考图1，可以通过控制器中的控制电路14实现对第一线圈12和第二线圈13的工作状态的控制，即，控制电路14对驱动电源142、第一线圈12、以及第二线圈13的连接方式进行控制。第一线圈12的第二端122通过控制电路14与驱动电源142的第二端U2电连接；第二线圈13的第一端131通过控制电路14分别与第一线圈12的第二端122和驱动电源142的第一端U1电连接，第二线圈13的第二端132与驱动电源142的第二端U2电连接。控制电路14对驱动电源142、第一线圈12、以及第二线圈13的连接方式进行控制的过程可以为，控制电路14能够使第一线圈12的第二端122与驱动电源142的第二端U2导通，以及使第二线圈13的第一端131与驱动电源142的第一端U1导通，以使第一线圈12和第二线圈13并联；或者控制电路14能够使第一线圈12的第二端122和第二线圈13的第一端131断开，第一线圈12的第二端122与驱动电源142的第二端U2或第二线圈13的第一端131与驱动电源142的第一端U1导通，以使第一线圈12或第二线圈13上电工作；或者控制电路14能够使第一线圈12的第二端122与第二线圈13的第一端131导通，以使第一线圈12和第二线圈13串联。控制电路14还可以在第一线圈12和第二线圈13并联时使第一线圈12的第二端122与第二线圈13的第一端131断开；在第一线圈12和第二线圈13串联时使第一线圈12的第二端122与驱动电源142的第二端U2断开，第二线圈13的第一端131与驱动电源142的第一端U1断开。

需要说明的是，本发明实施例提供的线圈中第一线圈和第二线圈的连接方式，以及绕线方式仅为示例性的说明，在实际线圈的设计中，可根据实际所需进行相应的调整，其技术原理与本发实施例提供的线圈相似即可，在此不做限定。

电磁阀通过电磁控制，能够用于控制流体流动，其中流体可以是但不限于液体、气体等。通常，电磁阀依靠线圈通电产生电磁力，致使其各个部件连动，从而达到控制流体流动的目的。鉴于线圈产生的电磁力的大小与其内部的导通电流的平方正相关，因而在需要较大电磁力时，应适当增大线圈中的导通电流，而在需要较小电磁力时，应适当减小线圈中的导通电流。

继续参考图1，本发明实施例提供的线圈10通过控制电路14改变第一线圈12、第二线圈13、以及驱动电源142的连接关系，实现第一线圈12与第二线圈13的并联、串联或单独工作。

当第一线圈12或第二线圈13单独工作，由于线圈中产生的电流与线圈导线的电阻率ρ、截面积s、以及绕线长度l相关。若第一线圈12与第二线圈13导线的电阻率、截面积、以及绕线长度相同，则第一线圈12的电阻Ra1和第二线圈13的电阻Rb1相同，即：

此时，第一线圈12或第二线圈13中产生的电流I1为：

其中，U为第一线圈12或第二线圈13两端的电压，即在不计其它损耗时，U为驱动电源的电压。相应的，在只考虑电磁力与电流正相关的情况下，第一线圈12产生的电磁力F1为：

其中，N1为第一线圈12的匝数，若第一线圈12的匝数N1与第二线圈13的匝数N2相同，则第二线圈13产生的电磁力与第一线圈12产生的电磁力相同。同时，线圈10中产生的功耗P1为

由此可知，第一线圈12或第二线圈13单独工作时，线圈10产生的电磁力F1和功耗P1均与第一线圈12或第二线圈13两端的电压、以及导线电阻率、截面积、绕线长度、以及匝数相关。此处，以第一线圈12与第二线圈13导线的电阻率、截面积、绕线长度、以及匝数相同的情况为例进行说明，在实际应用中第一线圈12与第二线圈13导线的电阻率、截面积、以及绕线匝数可以部分相同或全不相同，可依据实际需要进行设计，其技术原理与本发明实施例所述的原理相似，在此不做限定，以下均以第一线圈12与第二线圈13参数相同的情况为例进行说明。

第一线圈12和第二线圈13产生的磁场方向相同，当第一线圈12与第二线圈13并联时，第一线圈12两端的电压Ua2与第二线圈两端的电压Ub2相等，即应有：

U＝Ua2＝Ub2

由第一线圈12的电阻Ra1，可计算得知第一线圈12中的电流I21为：

此时，第二线圈13中产生的电流I22为：

相应的，线圈10中产生的电磁力F1与其电流的平方成正比，即电磁力F2：

F2∝(N1×I21+N2×I22)²

其中，N1为第一线圈12的匝数，N2为第二线圈13的匝数，当第一线圈12与第二线圈13的匝数相同，则第一线圈12与第二线圈13并联时，电磁力F2为：

同时，线圈10中产生的功耗P2为

由此可知，第一线圈12与第二线圈13并联时，若只考虑电流对电磁力的影响，则有线圈10产生的电磁力F1为第一线圈12单独工作产生的电磁力或第二线圈13单独工作产生的电磁力的4倍，而功耗P1仅是第一线圈12单独工作产生的功耗或第二线圈13单独工作产生的功耗的两倍，但是由于动静铁芯吸合前的时间段很短，所以此阶段的功耗影响不是关键因素。

若第一线圈12和第二线圈13串联，则第一线圈12与第二线圈13中产生相同的电流I3，而不计其它损耗时第一线圈12两端的电压为Ua3与第二线圈13两端的电压Ub3之和即为驱动电源的电压U，此时，线圈10中产生的电流I3为：

相应的，第一线圈12和第二线圈13产生的总电磁力F3与第一线圈12和第二线圈13中电流I3的平方成正比，当第一线圈12的匝数N1和第二线圈13的匝数N2相等时，电磁力F3为：

同时，线圈10中产生的功耗P3为：

由此可知，第一线圈12与第二线圈13串联时，在只考虑电流对电磁力影响的前提下，线圈10产生的电磁力F3与第一线圈12或第二线圈13单独工作产生电磁力F1相同，功耗P3为第一线圈12或第二线圈13单独工作时功耗P1的1/2。

因此，本发明实施例提供的线圈10通过控制电路14控制第一线圈和第二线圈的并联、串联、或单独工作，改变线圈10中产生的电磁力大小，从而能够保证其在实际应用过程中，在降低线圈功耗，减少线圈使用成本的前提下为电磁阀提供合适的电磁力。

图3是本发明实施例提供的一种线圈连接方式结构示意图，参考图1和图3所示，控制器包括控制电路14，控制电路14包括控制开关141，第一线圈12的第二端122可以通过控制开关141与驱动电源142的第二端U2或第二线圈13的第一端131电连接，第二线圈12的第一端121通过控制开关141与驱动电源142的第一端U1或与第一线圈12的第二端122电连接。因此上述对于第一线圈12和第二线圈13的工作状态进行的控制可以由包括控制开关141的控制电路14来实现。

图4是本发明实施例提供的又一种线圈连接方式的结构示意图，图4所示线圈连接方式仅为一种实现方式的示例，在其他实施例中例如可以通过对多个晶体管的开关状态的控制实现特定晶体管的导通，从而实现对线圈中第一线圈和第二线圈的工作状态进行控制。结合参考图1和图4所示，线圈10中控制电路14的控制开关141包括第一开关K1、第二开关K2、以及第三开关K3，而其中第一开关K1、第二开关K2、以及第三开关K3均可以为半导体电子开关，从而使得控制开关141具有较高的灵敏度、较快的响应速度、以及较小的体积、较轻的重量，从而便于线圈10中控制电路的集成化和智能化。其中第一线圈12的第二端122通过第一开关K1与驱动电源142的第二端U2电连接，第一线圈12的通过第三开关K3与第二线圈13的第一端131电连接；第二线圈13的第一端131通过第二开关K2与驱动电源142的第一端U1电连接。

另外，图5是本发明实施例提供的再一种线圈连接方式的结构示意图。结合参考图1和图5所示，控制开关141包括延时继电器。其中，延时继电器可用于线路保护和自动控制，同时具有低功耗和延时控制精确的优点，从而能够精准控制线圈10的第一线圈12、第二线圈13、以及驱动电源142之间的连接关系。示例性的，延时继电器包括第一动触点a、第二动触点b、第一常闭触点c、第二常闭触点d、第一常开触点e、以及第二常开触点f，延时继电器的第一动触点a与第一线圈12的第二端122电连接、第二动触点b与第二线圈13的第一端131电连接、第一常闭触点c与其第二常闭触点d电连接、第一常开触点e与驱动电源142的第二端U2电连接、第二常开触点f与驱动电源142的第一端U1电连接。此外，延时继电器的控制端与输入电源VCC连接。

此外，对于电磁阀中线圈与驱动电源的连接方式的具体控制方法可采用具体的控制电路来实现。图6是本发明实施例提供的一种控制电路的结构框图。结合参考图1和图6所示，本发明实施例提供的控制电路14包括：稳压电源电路144、微处理器143、以及串并联切换电路140。其中，串并联切换电路140包括控制开关141。

控制电路14中稳压电源电路144的输入端与供电电源VCC电连接，稳压电源电路144的输出端与微处理器143的供电端VDD电连接，用于将输入的供电电源VCC转换为稳压电源VDD，以向微处理器143的提供稳压电源VDD；微处理器143的接地端GND接地，微处理器143的第一控制信号输出端P1与串并联切换电路140的第一控制信号输入端Hc1电连接，微处理器143的第二控制信号输出端P2与串并联切换电路140的第二控制信号输入端Hc2电连接，微处理器143接收稳压电源VDD进行上电工作，以控制串并联切换电路140中控制开关141的通断，以使第一线圈12与第二线圈13串联或并联；串并联切换电路140的第一电源输入端H1通过第一线圈12与驱动电源142的第一端U1电连接，串并联切换电路140的第二电源输入端H2通过第二线圈13与驱动电源142的第二端U2电连接，串并联切换电路140的第一控制信号输出端H3与驱动电源142的第二端U2电连接，串并联切换电路140的第二控制信号输出端H4与驱动电源142的第一端U1电连接。

控制电路14中所采用的微处理器143可以为实现其功能的单片机、控制芯片等。由于，微处理器143需要稳定的电源才能够正常的上电工作，因而可采用稳压电源电路144对输入的供电电源VCC进行转换，示例性的，该转换过程可以为降压稳压的转换，例如稳压电源电路144可将输入的9～16V的供电电源VCC转换为微处理器143所需的5V的稳压电源VDD。微处理器143上电工作后，将通过其第一控制信号输出端P1和第二控制信号输出端P2向串并联切换电路140分别输出第一控制信号和第二控制信号，并控制该第一控制信号和第二控制信号的开通与关断时间，以使串并联切换电路140控制第一线圈12和第二线圈13串联或并联，以及控制第一线圈12和第二线圈13的串联或并联的时间。

相应的，稳压电源电路144和串并联切换电路140均可采用具体的电子元器件来实现。图7是本发明实施例提供的一种控制电路的具体电路图。结合参考图6和图7所示，串并联切换电路140配置有控制开关141，该控制开关141包括第一开关Q1、第二开关Q2、以及第三开关Q3，且该串并联切换电路140还设置有第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第四开关Q4、以及第五开关Q5。

其中，第一开关Q1的控制端通过第一电阻R1与微处理器143的第二控制信号输出端P2电连接，第一开关Q1的第一端通过第一线圈12与驱动电源142的第一端U1电连接，第一开关Q1的第二端与驱动电源142的第二端电连接；第二开关Q2的控制端通过第六电阻R6与第五开关Q5的第一端电连接，第二开关Q2的第一端通过第五电阻R5与第二开关Q2的控制端电连接，第二开关Q2的第一端还与驱动电源142的第一端U1电连接，第二开关Q2的第二端通过第二线圈13与驱动电源142的第二端U2电连接，第五开关Q5的控制端通过第七电阻R7与微处理器143的第二控制信号输出端P2电连接，第五开关Q5的第二端接地；第三开关Q3的控制端通过第三电阻R3与第四开关Q4的第一端电连接，第三开关Q3的第一端通过第一线圈12与驱动电源142的第一端U1电连接，第三开关Q3的第一端还通过第二电阻R2与第三开关Q3的控制端电连接，第三开关Q3的第二端通过第二线圈13与驱动电源142的第二端U2电连接，第四开关Q4的控制端通过第四电阻R4与微处理器143的第一控制信号输出端P1电连接，第四开关Q4的第二端接地。

需要说明的是，此处驱动电源142的第一端U1可以为驱动电源的正极，驱动电源142的第二端U2可以为驱动电源的负极，而在具体电路实现时，驱动电源142的正极输入高电平信号，而驱动电源142的负极输入低电平信号，在本发明实施例中驱动电源142的第一端U1为供电电源VCC，而驱动电源142的第二端U2接地。以下均以此为例，但不限于此种形式，在此不再赘述。

由微处理器143的第一控制信号输出端P1和第二控制信号输出端P2输出的控制信号，通过串并联切换电路140控制第一线圈12和第二线圈13的串联或并联时间，以使第二线圈12与第二线圈13产生相应的电磁力，以保证电磁阀中动铁芯与静铁芯的吸合。

示例性的，将第一开关Q1、第四开关Q4、以及第五开关Q5优选为NPN型晶体管，而将第二开关Q2、以及第三开关Q3优选为PNP型晶体管。由此，可通过微处理器143的第一控制信号输出端P1和第二控制信号输出端P2输出的控制信号分别控制第一线圈12与第二线圈13的串联或并联。

图8是本发明实施例提供的一种第一线圈与第二线圈并联的示意图。如图8中所示，微处理器143接收稳压电源电路144输出的稳压电源VDD进行上电工作，可使其第二控制信号输出端P2输出高电平信号，而第一控制信号输出端P1不输出控制信号，从而使得NPN型晶体管的第一开关Q1和第五开关Q5导通，并在第五开关Q5导通后，通过第五电阻和第六电阻的下拉作用，使得PNP型晶体管的第二开关Q2导通，其它开关不导通。此时，如图8中的粗线条所示，由驱动电源142的第一端U1输出的供电电源VCC分别经过第二开关Q2和第二线圈13接地，以及经过第一线圈12和第一开关Q1接地，致使第一线圈12与第二线圈13并联。

图9是本发明实施例提供的一种第一线圈与第二线圈串联的示意图。如图9中所示，微处理器143接收稳压电源电路144输出的稳压电源VDD进行上电工作，可使其第一控制信号输出端P1输出高电平信号，而第二控制信号输出端P2不输出控制信号，从而使得NPN型晶体管的第四开关Q4导通，并由第二电阻R2和第三电阻R3的下拉作用，使得PNP型晶体管的第三开关Q3导通，而其它开关不导通。此时，如图9中粗线条所示，由驱动电源142的第一端U1输出的供电电源VCC经第一线圈12、第三开关Q3、以及第二线圈13接地，致使第一线圈12与第二线圈13串联。

若第一线圈12与第二线圈13并联时，电磁阀中的动铁芯与静铁芯处于开始进行吸合至完全吸合的状态，而第一线圈12与第二线圈13串联时为保持动铁芯与静铁芯吸合状态时，微处理器143可根据实际需要控制第二控制信号输出端P2输出的高电平信号的时间。当在T时间后，动铁芯与静铁芯完全吸合时，微处理器143关闭其第二控制信号输出端P2输出高电平信号，并使得其第一控制信号输出端P1输出相应的高电平信号，使得动铁芯与静铁芯保持吸合状态。

本发明实施例还提供了一种电磁阀，该电磁阀能够适用于对流体进行控制的应用场景。图10是本发明实施例提供的一种电磁阀部分结构的剖面示意图。结合参考图1、图2和图10所示，本发明实施例提供的电磁阀100中还设置有动铁芯21、静铁芯22、阀芯23、套管24、阀口25、以及密封件26。线圈10包括：线圈架11、第一线圈12以及第二线圈13；线圈架11设置为中空结构，包括第一端面111、第二端面112、以及绕线柱113，第一线圈12和第二线13圈缠绕在线圈架11的绕线柱113上。

其中，套管24设置于线圈10的线圈架11中空结构内，至少部分动铁芯21和静铁芯22设置于套管24内腔，且动铁芯21与静铁芯22之间设置有空隙，同时，动铁芯21与套管24可滑动设置，静铁芯22与套管24固定设置；阀芯23的一端固定于动铁芯21内，阀芯23的另一端穿过静铁芯22可与密封件26的一端连接；根据动铁芯21和静铁芯22的吸合动作带动阀芯23移动，以使密封件26可以关闭或打开阀口25。

需要说明的是，上述各实施例中提供的控制器能够控制电磁阀，控制器使得第一线圈12的第二端122与驱动电源142的第二端U2导通，第二线圈12的第一端121与驱动电源142的第一端U1导通，第一线圈12的第二端122与第二线圈12的第一端121断开，此时第一线圈12和第二线圈13并联，动铁芯21与静铁芯22进行吸合；或者，控制器使得第一线圈12的第二端122和第二线圈13的第一端131断开，第一线圈12的第二端122与驱动电源142的第二端U2或第二线圈13的第一端131与驱动电源142的第一端U2导通，以使第一线圈12或第二线圈13上电工作，动铁芯21与静铁芯22维持吸合状态；或者，控制器使得第一线圈12的第二端121与第二线圈13的第一端131导通，第一线圈12的第二端122与驱动电源142的第二端U2断开，第二线圈13的第一端131与驱动电源142的第一端U1断开，以使第一线圈12和第二线圈13串联，动铁芯21与静铁芯22维持吸合状态。

结合参考图1、图3和图10所示，由于线圈10中设置的控制电路14能够控制第一线圈12和第二线圈13的串联、并联或单独工作，使得线圈10中产生不同的电磁力，从而适应电磁阀100中动铁芯21与静铁芯22的吸合。

当控制开关141使得第一线圈12的第二端122与驱动电源142的第二端U2导通，第二线圈13的第一端131与驱动电源142的第一端U1导通，第一线圈12的第二端122与第二线圈13的第一端131断开，以使第一电磁线12圈和第二线圈13并联，此时，可使动铁芯21与静铁芯22进行吸合。

或者，控制开关141控制第一线圈12的第二端122和第二线圈13的第一端131断开，第一线圈12的第二端122与驱动电源142的第二端U2或第二线圈13的第一端131与驱动电源142的第一端U1导通，以使第一线圈12或第二线圈13上电工作，电磁阀100的动铁芯21与静铁芯22维持吸合状态。

或者，控制开关141使得第一线圈12的第二端122与第二线圈13的第一端131导通，第一线圈12的第二端122与驱动电源142的第二端U2断开，第二线圈13的第一端131与驱动电源142的第一端U1断开，以使第一线圈12和第二线圈13串联，电磁阀100的动铁芯21与静铁芯22维持吸合状态。

示例性的，线圈中产生的电磁力是使得电磁阀中动铁芯和静铁芯进行吸合或维持吸合状态的动力。在动铁芯与静铁芯进行吸合时，需要较大的电磁力驱动动铁芯移动靠近静铁芯。而当动铁芯与静铁芯之间的距离缩短时，电磁力增加很快动铁芯与静铁芯吸合所需电流相对减小，即当动铁芯与静铁芯吸合后，动铁芯与静铁芯之间的间距最小，因而所需的电磁力能够维持其吸合状态即可。

由上述本发明实施例对线圈10中第一线圈12与第二线圈13的并联、串联、以及单独工作过程中，线圈中产生的电流与电磁力之间的关系可知，当第一线圈12与第二线圈13并联时，所能产生的电流I2和电磁力F2最大，而第一线圈12与第二线圈13串联时，所产生的电流I3和功耗P3最小。由此，可以在动铁芯21与静铁芯22进行吸合时，控制第一线圈12和第二线圈13并联；而在动铁芯21与静铁芯22维持吸合状态时，控制第一线圈12和第二线圈13串联。此外，第一线圈12或第二线圈13单独工作所产生的电磁力F1与第一线圈12和第二线圈13串联时产生的电磁力F3相当，因而第一线圈12或第二线圈13单独工作时也可使得动铁芯21与静铁芯22维持吸合状态。

本发明实施例提供的电磁阀，通过线圈中第一线圈、第二线圈的并联、串联、或单独工作，为电磁阀中的动铁芯与静铁芯进行吸合或维持吸合状态提供合适的电磁力，从而能够在降低功耗、节省成本的前提下，提高线圈中产生的电磁力。

继续参考图10所示，本发明实施例提供的电磁阀100还设置有弹簧27。其中，弹簧27一端与静铁芯22固定、另一端抵触动铁芯21向静铁芯22移动，且阀芯23通过弹簧27穿过静铁芯22与密封件26的一端连接。由此，能够在线圈10中产生的电磁力消失时，弹簧27产生的弹力使得动铁芯21恢复原状，从而使阀口25打开。

此外，电磁阀100还设置有导磁支架28，该导磁支架28设置于线圈10的外侧，由此能够对线圈起到支撑以及传导电磁场中电磁的作用。

在上述实施例的基础上，第一线圈12和第二线圈13在线圈架11的绕线柱113上的缠绕方式可以为多种多样。如图11所示，第一线圈12和第二线圈13可以上下分层排布缠绕于线圈架11的绕线柱113；或者，如图12所示，第一线圈12和第二线圈13可以交叉缠绕于线圈架11的绕线柱113上；或者，如图13所示，第一线圈12和第二线圈13可以内外分层排布设置于线圈架11的绕线柱113上；或者，如图14所示，第一线圈12和第二线圈13可以由一条导线构成，该导线缠绕于所述绕线柱，并设置有抽头C，其中该导线的第一端A为第一线圈12的第一端121，该导线的第二端B为第二线圈的第二端132，以及该导线的抽头C分别为第一线圈12的第二端122和第二线圈13的第一端131。

本发明实施例提供的线圈，通过控制第一线圈与第二线圈并联、串联或单独工作，无需特定的脉宽调制芯片，而是采用简单的电源开关控制电路实现线圈中第一线圈与第二线圈的并联、串联或单独工作，进而为电磁阀的提供合适的电磁力，降低了线圈的功耗，有利于减少电磁阀的成本。

本发明实施例还提供了一种电磁阀的控制方法，该电磁阀的控制方法适用于本发明实施例提供的电磁阀。图15是本发明实施例提供的一种线圈中电流的时序图，图16是本发明实施例提供的一种线圈中电压的时序图。参考图14和图16所示，根据电磁阀中动铁芯与静铁芯的状态可分为动铁芯与静铁芯吸合前时间段T1、以及动铁芯与静铁芯吸合维持时间段T2。

在动铁芯和静铁芯吸合前时间段T1，电磁阀中的第一线圈的第二端与驱动电源的第二端导通，第二线圈的第一端与驱动电源的第一端导通，第一线圈的第二端与第二线圈的第一端断开，以使第一线圈和第二线圈并联，动铁芯与静铁芯进行吸合。由于动铁芯与静铁芯吸合前时间段T1一般为较短的时间段，例如可以为毫秒级别，所以T1时间段的功耗非常小，对于电磁阀整个过程的功耗的影响较小，可以忽略不计。

示例性的，线圈中第一线圈与第二线圈并联，对动铁芯和静铁芯的吸合前时间段进行说明。第一线圈与第二线圈并联，则第一线圈与第二线圈两端施加的电压相同。t1时刻，线圈中的第一线圈与第二线圈并联上电，第一线圈与第二线圈两端的电压均为U，线圈中开始产生电流，并在一段时间内呈线性增加，然后维持平衡直至t2时刻。此为动铁芯与静铁芯吸合前时间段T1，而在电流维持平衡时，若第一线圈与第二线圈参数相同，即，第一线圈与第二线圈的电阻R相同，匝数N相同，两端的电压U相同，则导通的电流I2相同，此时，电磁阀中产生的电磁力F2为：

此时，电磁阀中产生的功耗P2为：

其中，S₀为动铁芯与静铁芯之间的气隙面积，即动铁芯与静铁芯的接触面的面积，δ为动铁芯与静铁芯之间的间距，ρ为线圈中线圈导线电阻率，s为线圈的截面积，l为其中一个线圈的绕线长度。由于动铁芯与静铁芯吸合前时间段T1较短，因而可以忽略线圈中所产生的功耗。此处，第一线圈和第二线圈的导线电阻率、截面积、以及绕线长度相同，在实际设计中也可设置为不同的情况，其技术原理与此相似，在此不做限定。

在动铁芯和静铁芯吸合维持时间段T2，电磁阀中的第一线圈的第二端和第二线圈的第一端断开，第一线圈的第二端与驱动电源的第二端或第二线圈的第一端与驱动电源的第一端导通，以使第一线圈或第二线圈上电工作；或者，电磁阀中的第一线圈的第二端与第二线圈的第一端导通，第一线圈的第二端与驱动电源的第二端断开，第二线圈的第一端与驱动电源的第一端断开，以使第一线圈和第二线圈串联，动铁芯与静铁芯维持吸合状态。通常吸合维持时间段T2比吸合前时间段T1长，因而吸合维持时间段T2对于电磁阀中线圈的温升起着决定作用，即此时段的功耗为电磁阀的主要功耗。

示例性的，当第一线圈或第二线圈单独工作时，为动铁芯和静铁芯维持吸合状态提供相应的电磁力F1，该电磁力的大小与线圈的匝数及产生的电流相关。因而，如上例中，当第一线圈或第二线圈单独工作时，此时所产生的电磁力F1为：

此时，电磁阀中产生的功耗P2为：

由此，可知第一线圈或第二线圈单独工作时，所产生的电磁力较第一线圈与第二线圈并联时产生的电磁力小，但只要能满足电磁阀中动铁芯与静铁芯维持吸合状态所需的电磁力即可。

而当线圈中第一线圈与第二线圈串联时，对动铁芯和静铁芯维持吸合状态的时间段进行说明。第一线圈与第二线圈串联，则第一线圈或第二线圈两端施加的电压U3为总电压U的1/2倍。t2时刻，线圈中的第一线圈与第二线圈串联，第一线圈与第二线圈两端的总电压为U，线圈中产生的电流开始降低直至维持平衡至t3时刻。此为动铁芯与静铁芯维持吸合时间段T2，而在电流维持平衡时，即电流为I3，电磁阀中产生的电磁力F3为：

而此时，所产生的功耗P3为：

由此可知，在动铁芯与静铁芯吸合前状态时间段T1，第一线圈和第二线圈并联所产生的电磁力最大；而在动铁芯与静铁芯维持吸合状态时间段T2，第一线圈和第二线圈串联产生的功耗最小。因而，使得电磁阀能在进行吸合前时间段动铁芯与静铁芯的间距较大时，能够产生合适的电磁力；而在电磁阀维持吸合时间段动铁芯与静铁芯的间距较小时，能够降低电磁阀的功耗。

另外，对于第一线圈和第二线圈单独工作的情况，在满足电磁阀所需电磁力的前提下，可以合理选择第一线圈和第二线圈的工作方式，在此不做限定。

本发明实施例提供的电磁阀的控制方法，应用于本发明实施例提供的电磁阀，能够通过线圈中控制电路控制第一线圈和第二线圈的并联、串联、或单独工作，将动铁芯和静铁芯的状态分为吸合前时间段和维持吸合状态时间段，从而在降低电磁阀功耗和使用成本的前提下，使得动铁芯与静铁芯吸合能够选择合适的电磁力。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种控制系统，包括控制器和电磁阀，所述控制器能够控制电磁阀，所述电磁阀包括线圈，所述控制器能够控制所述线圈与驱动电源通断，其特征在于，所述线圈包括：线圈架、第一线圈以及第二线圈；

所述线圈架设置为中空结构，包括第一端面、第二端面、以及绕线柱，所述第一线圈和所述第二线圈缠绕在所述线圈架的绕线柱上；

所述第一线圈的第一端与所述驱动电源的第一端电连接，所述第二线圈的第二端与所述驱动电源的第二端电连接；

所述控制器控制所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端导通，并且使得所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端导通，以使所述第一线圈和所述第二线圈并联；或者控制器控制所述第一线圈的第二端和所述第二线圈的第一端断开，所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端导通或所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端导通，以使所述第一线圈或所述第二线圈工作；或者所述控制器控制所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的第一端导通，以使所述第一线圈和所述第二线圈串联。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述控制器包括控制电路，所述控制电路包括控制开关，所述第一线圈的第二端通过所述控制开关与所述驱动电源的第二端或所述第二线圈的第一端电连接，所述第二线圈的第一端通过所述控制开关与所述驱动电源的第一端或与所述第一线圈的第二端电连接。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制电路包括：稳压电源电路、微处理器、以及串并联切换电路，所述串并联切换电路包括所述控制开关；

所述稳压电源电路的输入端与供电电源电连接，所述稳压电源电路的输出端与所述微处理器的供电端电连接，用于将输入的所述供电电源转换为稳压电源，以向所述微处理器的提供稳压电源；

所述微处理器的接地端接地，所述微处理器的第一控制信号输出端与所述串并联切换电路的第一控制信号输入端电连接，所述微处理器的第二控制信号输出端与所述串并联切换电路的第二控制信号输入端电连接，所述微处理器接收所述稳压电源进行上电工作，以控制所述串并联切换电路中所述控制开关的通断，以使所述第一线圈与所述第二线圈串联或并联；

所述串并联切换电路的第一电源输入端通过所述第一线圈与所述驱动电源的第一端电连接，所述串并联切换电路的第二电源输入端通过所述第二线圈与所述驱动电源的第二端电连接，所述串并联切换电路的第一控制信号输出端与所述驱动电源的第二端电连接，所述串并联切换电路的第二控制信号输出端与所述驱动电源的第一端电连接。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制开关包括第一开关、第二开关、以及第三开关，所述串并联切换电路还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第四开关、以及第五开关；

所述第一开关的控制端通过所述第一电阻与所述微处理器的第二控制信号输出端电连接，所述第一开关的第一端通过所述第一线圈与所述驱动电源的第一端电连接，所述第一开关的第二端与所述驱动电源的第二端电连接；

所述第二开关的控制端通过所述第六电阻与所述第五开关的第一端电连接，所述第二开关的第一端通过所述第五电阻与所述第二开关的控制端电连接，所述第二开关的第一端还与所述驱动电源的第一端电连接，所述第二开关的第二端通过所述第二线圈与所述驱动电源的第二端电连接，所述第五开关的控制端通过所述第七电阻与所述微处理器的第二控制信号输出端电连接，所述第五开关的第二端接地；

所述第三开关的控制端通过所述第三电阻与所述第四开关的第一端电连接，所述第三开关的第一端通过所述第一线圈与所述驱动电源的第一端电连接，所述第三开关的第一端还通过所述第二电阻与所述第三开关的控制端电连接，所述第三开关的第二端通过所述第二线圈与所述驱动电源的第二端电连接，所述第四开关的控制端通过所述第四电阻与所述微处理器的第一控制信号输出端电连接，所述第四开关的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述第一开关、所述第四开关、以及所述第五开关为NPN型晶体管；所述第二开关、以及所述第三开关为PNP型晶体管。

6.根据权利要求3-5任一项所述的控制系统，其特征在于，所述稳压电源电路包括：第一二极管、第二二极管、第八电阻、第一电容、第二电容、第三电容、以及稳压器；

所述第一二极管的第一端与所述供电电源电连接，所述第一二极管的第二端接地；所述第二二极管的第一端与所述供电电源电连接，所述第二二极管的第二端通过所述第八电阻与所述稳压器的输入端电连接，所述稳压器的输出端与所述微处理器的供电端电连接，以及所述稳压器的接地端接地；

所述第一电容的第一端与所述稳压器的输入端电连接，所述第二电容的第一端和所述第三电容的第一端与所述稳压器的输出端电连接，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第二端、以及所述第三电容的第二端均接地。

7.根据权利要求2-5任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制开关包括第一开关、第二开关、以及第三开关；

所述第一线圈的第二端通过所述第一开关与所述驱动电源的第二端电连接、以及通过所述第三开关与所述第二线圈的第一端电连接；

所述第二线圈的第一端通过所述第二开关与所述驱动电源的第一端电连接；

所述第一开关、所述第二开关、以及所述第三开关均为半导体电子开关。

8.根据权利要求2-5任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制开关包括延时继电器；

所述延时继电器的第一动触点与所述第一线圈的第二端电连接、第二动触点与所述第二线圈的第一端电连接、第一常闭触点与其第二常闭触点电连接、第一常开触点与所述驱动电源的第二端电连接、第二常开触点与所述驱动电源的第二端电连接。

9.一种电磁阀，其特征在于，包括线圈、动铁芯、静铁芯、阀芯、套管、阀口以及密封件，所述线圈包括：线圈架、第一线圈以及第二线圈；所述线圈架设置为中空结构，包括第一端面、第二端面、以及绕线柱，所述第一线圈和所述第二线圈缠绕在所述线圈架的绕线柱上；

所述套管设置于所述线圈的线圈架中空结构内，至少部分所述动铁芯和所述静铁芯设置于所述套管内腔，其中，所述动铁芯与所述静铁芯之间设置有空隙，且所述动铁芯滑动设置在所述套管内，所述静铁芯固定设置于所述套管内；

所述阀芯的一端固定于所述动铁芯内、另一端穿过所述静铁芯与所述密封件的一端连接；

所述动铁芯和所述静铁芯的吸合动作带动所述阀芯移动，以使所述密封件控制所述阀口的关闭与打开；

所述第一线圈的第一端与一驱动电源的第一端电连接，所述第二线圈的第二端与所述驱动电源的第二端电连接；

所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端通过一控制器导通，所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端通过所述控制器导通，所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的通过所述控制器第一端断开，使所述第一线圈和所述第二线圈并联，所述动铁芯与所述静铁芯进行吸合；

或者，所述第一线圈的第二端和所述第二线圈的第一端通过所述控制器断开，所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端或所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端通过所述控制器导通，所述第一线圈或所述第二线圈上电工作，所述动铁芯与所述静铁芯维持吸合状态；

或者，所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的第一端通过所述控制器导通，所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端通过所述控制器断开，所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端通过所述控制器断开，所述第一线圈和所述第二线圈串联，所述动铁芯与所述静铁芯维持吸合状态。

10.根据权利要求9所述的电磁阀，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈上下分层排布缠绕于所述线圈架的绕线柱上。

11.根据权利要求9所述的电磁阀，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈交叉缠绕于所述线圈架的绕线柱上。

12.根据权利要求9所述的电磁阀，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈内外分层排布设置于所述线圈架的绕线柱上。

13.根据权利要求10-12任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈由一条导线构成，所述导线缠绕于所述绕线柱，并设置有抽头；

所述导线的第一端为所述第一线圈的第一端，所述导线的第二端为所述第二线圈的第二端，以及所述导线的抽头分别为所述第一线圈的第二端和所述第二线圈的第一端。

14.根据权利要求10～12任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述第一线圈与所述第二线圈产生的磁场方向相同。

15.一种控制方法，所述控制方法能够控制权利要求9-14任一项所述的电磁阀，其特征在于，包括：动铁芯与静铁芯吸合前时间段、以及动铁芯和静铁芯吸合维持时间段；

所述动铁芯和静铁芯吸合前时间段，所述电磁阀中的第一线圈的第二端与驱动电源的第二端导通，第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端导通，所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的第一端断开，以使所述第一线圈和所述第二线圈并联，所述动铁芯与所述静铁芯进行吸合；

所述动铁芯和静铁芯吸合维持时间段，所述电磁阀中的所述第一线圈的第二端和所述第二线圈的第一端断开，所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端或所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端导通，以使所述第一线圈或所述第二线圈上电工作；或者，所述电磁阀中的所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的第一端导通，所述第一线圈的第二端与所述驱动电源的第二端断开，所述第二线圈的第一端与所述驱动电源的第一端断开，以使所述第一线圈和所述第二线圈串联，所述动铁芯与所述静铁芯维持吸合状态。