CN110173567B - 双稳态两端口阀 - Google Patents

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Abstract

一种电子可切换的双稳态两端口阀，包括套筒；第一极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中并连接到电源的第一绕线线圈；第二极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中并连接到电源的第二绕线线圈；以及永磁体，其限定电枢并可移动地安装在第一和第二极靴之间。第一极靴安装在套筒的第一端，且第二极靴安装在套筒的第二端。

Description

双稳态两端口阀
技术领域
本发明总体涉及一种用于控制空气流动的阀。特别地，本发明涉及一种用于配置成控制空气流动的电子可切换的双稳态两端口阀的改进结构。
背景技术
极小且可靠的空气流动阀不适用于某些应用，尤其是低压应用，例如在压力为约1个大气压或更小的应用中，例如可能在至约海平面为约12000至约30000英尺之间的高度变化中发生。因此，期望提供一种用于低压应用的空气流动阀的改进的小型结构。
发明内容
本发明涉及一种用于电子可切换的双稳态两端口阀的改进结构。电子可切换的双稳态两端口阀包括：套筒；第一极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中的第一绕线线圈；以及第二极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中的第二绕线线圈。所述第一极靴安装在套筒的第一端，且所述第二极靴安装在套筒的第二端；并且永磁体限定电枢并可移动地安装在第一和第二极靴之间。
当根据附图阅读时，通过优选实施例的以下详细描述，本发明的各个方面对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的改进的电子可切换的双稳态两端口阀的局部分解透视图。
图2是图1中所示的电子可切换的双稳态两端口阀的侧视图。
图3是沿图2的线3-3截取的剖视图，示出了处于关闭位置的电子可切换的双稳态两端口阀。
图4是图1至3中所示的电子可切换的双稳态两端口阀的透视图，示出了其第一端。
图5是图1至4中所示的电子可切换的双稳态两端口阀的透视图，示出了其第二端。
具体实施方式
现在参考附图，在图1至5中示出了改进的移动电磁阀(MMV)10。MMV 10是电子可切换的双稳态两端口阀，其可以配置为常闭阀或常开阀。电子可切换的双稳态两端口阀10具有轴线A、第一端10A(观察图1至5时的上端)和第二端10B(观察图1至5时的下端)。永磁体限定电枢12。电枢12包括大致盘形的主体14，其具有第一平坦表面16A(观察图1和3时的上端)、第二平坦表面16B(观察图1和3时的下端)以及穿过其形成的纵向延伸的孔13。
轴向延伸构件18附接在孔13内并且包括从第一平坦表面16A向外延伸的第一轴向延伸部分18A以及从第二平坦表面16B向外延伸的第二轴向延伸部分18B。第一轴向延伸部分18A和第二轴向延伸部分18B的形状大致为圆柱形。轴向延伸构件18的中心部分18C的直径可以大于第一和第二轴向延伸部分18A和18B的直径。轴向延伸构件18优选地由非磁性材料形成，比如黄铜或塑料，并且可以通过所需的方式附接在电枢12的主体14的孔13内，比如通过压配合、铆接、用粘合剂等。
环形弹性密封件42可以附接到第二平坦表面16B。类似地，环形弹性构件43可以附接到第一平坦表面16A。密封件42和弹性构件43可以由弹性材料形成，比如橡胶。可替代地，密封件42和弹性构件43可以由任何其他可变形材料形成，比如聚氨酯、腈或其他聚合物。
如本文所用，永磁体被定义为由硬磁材料或铁磁材料形成的磁体，其在没有外部磁场的情况下表现出强磁化。一旦被磁化，永磁体就会保持磁化。
第一极靴20大致是圆柱形的，并且具有圆形线圈凹槽22、形成在其中的中心形成且轴向延伸的电枢接收孔24。第一极靴20的外表面包括形成在其中的多个轴向延伸的凹槽26。凹槽26限定空气入口端口或空气出口端口。第一极靴20的外表面还包括形成在其中的至少一个导线凹槽30，其目的将在下面详细说明。导线凹槽30的径向长度可以大于轴向延伸的凹槽26的径向长度。在所示的实施例中，凹槽26具有大致半圆形的横截面形状和约0.25mm的半径。可替代地，凹槽26可以具有任何所需的尺寸，比如半径在约0.25mm至约0.3mm的范围内。
磁场产生构件配置为第一绕线线圈28并且位于线圈凹槽22中。
第二极靴32大致是圆柱形的，并且具有圆形线圈凹槽34和形成在其中的中心形成且轴向延伸的电枢接收孔36。多个轴向延伸的通道38穿过第二极靴32围绕电枢接收孔36形成。通道38限定空气入口端口或空气出口端口。轴向延伸的导线孔39也可以穿过线圈凹槽34的轴向端壁形成，其目的将在下面详细说明。在所示实施例中，通道38的直径约为0.75mm。可替代地，通道38具有任何所需的尺寸，比如直径在约0.75mm至约1.0mm的范围内。
第二绕线线圈40类似于第一绕线线圈28并且位于线圈凹槽34中。第一和第二绕线线圈28和40在本领域中可以是传统的，因此包括将第一和第二绕线线圈28和40电连接到电源(未示出)的导线(未示出)。连接到第一绕线线圈28的导线(未示出)可以延伸穿过形成在第一极靴20中的导线凹槽30，并且从MMV 10延伸向外。类似地，连接到第二绕线线圈40的导线(未示出)可以延伸穿过形成在第二极靴32中的导线孔39，并且从MMV 10延伸向外。
第一极靴20和第二极靴32可以由任何所需的铁磁材料形成，比如钢，包括软钢。可替代地，第一极靴20和第二极靴32可以由任何其他所需的材料形成，比如低碳钢和硅钢。
圆柱形阀壳体或套筒44包括壁46。壁46的内表面具有形成在其中的第一周向延伸的肩部48和第二周向延伸的肩部50。当组装MMV 10时，第一极靴20抵靠着第一肩部48就位，第二极靴32抵靠着第二肩部50就位。如图3中最佳所示，第一轴向延伸部分18A可滑动地安装在电枢接收孔24内，并且第二轴向延伸部分18B可滑动地安装在电枢接收孔36内。套筒44可以由钢制成，比如软钢。可替代地，套筒44可以由任何其他所需的材料形成，比如低碳钢和硅钢。
轴向延伸的槽47可以形成在壁46中并且与导线凹槽30径向对齐。在所示实施例中，套筒44具有约6.0mm的高度和约8.0mm的直径。可替代地，套筒44可以具有任何所需的尺寸，比如在约4.0mm至约6.0mm范围内的高度，和在约8.0mm至约9.0mm范围内的直径。
在图3所示的实施例中，MMV 10示出为处于关闭位置，其中电枢12的第二平坦表面16B和附接的弹性密封件42被推动与第二极靴32的轴向端部(观察图3时的上端)接触，以关闭通道38。在打开位置(未示出)，电枢12的第一平坦表面16A和附接的弹性构件43被推动抵靠第一极靴20。电枢12与第一极靴20或第二极靴32之间的磁引力将电枢12保持在固定位置，直到电流分别通过第二绕线线圈40或第一绕线线圈28。
在第一或第二绕线线圈28和40中的任一个没有电流的情况下，电枢12分别与极靴20或32中的一个形成磁路，以将电枢12保持在打开或关闭位置(参见图3)。电枢12与第一极靴20或第二极靴32之间的力足以保持电枢12抵抗试图移动电枢12的振动和/或流动或压力，但是足够低，使得力可以被第一和/或第二绕线线圈28和40的磁动势(magnimotive)克服，以在打开和关闭位置之间切换。
如图3中进一步所示，通过MMV 10的气流沿箭头54的方向。因此，凹槽26限定空气入口端口，通道38限定空气出口端口。可替代地，MMV 10可以配置成使得气流的方向反转并且沿箭头52的方向。在这种布置中，通道38限定空气入口端口，凹槽26限定空气出口端口。
以常规方式，第一和第二绕线线圈28和40可以配置成产生期望的磁场，比如约140到约180安培匝的磁动势。
在第一或第二绕线线圈28和40中的任一个没有电流的情况下，电枢12将保持在打开位置(未示出)或关闭位置(参见图3)。在图3中，MMV 10示出处于关闭位置，其中电枢12的第二平坦表面16B和附接到其上的密封件42被推动与第二极靴32的轴向端部(观察图3时的上端)接触。
在打开位置(未示出)，电枢12的第一平坦表面16A被推动抵靠第一极靴20。电枢12与第一极靴20或第二极靴32之间的磁引力将电枢12保持在固定位置，直到电流分别通过第二绕线线圈40或第一绕线线圈428。
在操作中，MMV 10可以在如图3所示的关闭位置和打开位置(未示出)之间切换或移动。在关闭位置，电枢12和与其附接的密封件42被推动与第二极靴32的轴向端部(观察图3时的上端)接触。因此，电枢12关闭通道38，从而防止空气流通过。由于通过凹槽26施加到MMV 10的空气压力以及电枢12和第二极靴32之间的磁力引起的力将MMV 10保持在关闭位置。
将电流短暂(比如在约50毫秒至约200毫秒的范围内)施加到MMV线圈28和40足以使MMV 10在打开和关闭位置之间移动。
当MMV 10处于如图3所示的关闭位置，并且电流已经从第二绕线线圈40移除时，电枢12和第二极靴32之间的磁力将MMV 10保持在关闭位置。当电流然后短暂地通过第一绕线线圈28时，第一极靴20被磁化，并且电枢12和第一极靴20之间的磁力强度相对于电枢12和第二极靴32之间的磁力强度更大。然后，电枢12朝向第一极靴20移动；即沿箭头52的方向，直到电枢12和附接到其上的弹性构件43被推动与第一极靴20的轴向端部(观察图3时的下端)接触，从而将MMV 10移动到打开位置。当移除向第一绕线线圈28的短暂电流施加时，电枢12和第一极靴20之间的磁力将MMV 10保持在打开位置。
在打开位置，电枢12远离第二极靴32移动，从而打开通道38，从而允许通过其中的空气流。应当理解，当MMV 10处于关闭位置或打开位置时，凹槽26不会被电枢12关闭。
MMV 10可以以相同的方式从打开位置移动到关闭位置。因此，当MMV 10处于打开位置时，并且当电流然后短暂地通过第二绕线线圈40时，第二极靴32被磁化，并且电枢12和第二极靴32之间的磁力强度相对于电枢12和第一极靴20之间的磁力强度更大。然后，电枢12朝向第二极靴32移动；即沿箭头54的方向，直到电枢12和附接到其上的密封件42被再次推动与第二极靴32的轴向端部(观察图3时的上端)接触，并且进入关闭位置。因此，通过交替地向第一和第二绕线线圈28和40施加电流，MMV 10可以在如图3所示的关闭位置和打开位置(未示出)之间切换或移动。
在第一替代实施例中，可以将电流短暂地并且同时地施加到第一绕线线圈28和第二绕线线圈40，使得电流在第一或第二绕线线圈28和40中的一个中沿顺时针方向流动并且在第一或第二绕线线圈28和40中的另一个中沿逆时针方向流动。当以这种方式短暂地施加电流时，MMV 10将在每次短暂地施加电流时在打开和关闭位置之间交替地移动。
在第二替代实施例中，可以将电流短暂地并且同时地施加到第一绕线线圈28和第二绕线线圈40，使得电流在第一和第二绕线线圈28和40中沿相同的方向流动，即沿顺时针方向或沿逆时针方向。当以这种方式短暂地施加电流时，MMV 10将在每次短暂地施加电流时在打开和关闭位置之间交替地移动。
有利地，MMV 10可以保持在关闭位置，如图3所示，或者当从第一绕线线圈28和第二绕线线圈40移除电力时保持在打开位置(未示出)。
已经在其优选实施例中解释和说明了本发明的原理和操作模式。然而，必须理解的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以不同于具体解释和说明的方式实施本发明。

Claims (20)

1.一种电子可切换的双稳态两端口阀，包括：
套筒；
第一极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中并连接到电源的第一绕线线圈；
第二极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中并连接到电源的第二绕线线圈；
其中，所述第一极靴安装在套筒的第一端，且所述第二极靴安装在套筒的第二端；以及
永磁体，其限定电枢并可移动地安装在第一和第二极靴之间，
其中，所述电枢包括大致盘形的主体，所述主体具有第一平坦表面、第二平坦表面和穿过其形成的纵向延伸的孔，并且其中，轴向延伸构件附接在纵向延伸的孔内并包括从第一平坦表面向外延伸的第一轴向延伸部分和从第二平坦表面向外延伸的第二轴向延伸部分。
2.根据权利要求1所述的电子可切换的双稳态两端口阀，其中，所述第一和第二绕线线圈具有140至180安培匝的磁动势。
3.根据权利要求1所述的电子可切换的双稳态两端口阀，其中，所述第一极靴大致是圆柱形的，并且具有圆形线圈凹槽和形成在其中的中心形成且轴向延伸的电枢接收孔。
4.根据权利要求3所述的电子可切换的双稳态两端口阀，其中，所述第一极靴的外表面包括形成在其中的多个轴向延伸的凹槽，所述凹槽限定空气入口端口和空气出口端口中的一个。
5.根据权利要求4所述的电子可切换的双稳态两端口阀，其中，所述第一极靴的外表面还包括形成在其中的至少一个导线凹槽。
6.根据权利要求1所述的电子可切换的双稳态两端口阀，其中，所述第二极靴大致是圆柱形的，并且具有圆形线圈凹槽和形成在其中的中心形成且轴向延伸的电枢接收孔。
7.根据权利要求6所述的电子可切换的双稳态两端口阀，其中，多个轴向延伸的通道穿过所述第二极靴围绕所述电枢接收孔形成，所述通道限定空气入口端口和空气出口端口中的一个。
8.根据权利要求7所述的电子可切换的双稳态两端口阀，其中，轴向延伸的导线孔通过线圈凹槽的轴向端壁形成。
9.根据权利要求1所述的电子可切换的双稳态两端口阀，其中，所述第一和第二极靴由铁磁材料形成。
10.根据权利要求1所述的电子可切换的双稳态两端口阀，其中，所述轴向延伸构件的中心部分具有的直径大于第一和第二轴向延伸部分的直径，并附接在电枢主体的纵向延伸的孔内。
11.根据权利要求10所述的电子可切换的双稳态两端口阀，还包括，附接到所述第二平坦表面的弹性密封件和附接到所述第一平坦表面的弹性构件中的一个。
12.一种控制电子可切换的双稳态两端口阀的方法，该方法包括：
提供电子可切换的双稳态两端口阀，其具有：套筒；第一极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中并连接到电源的第一绕线线圈；第二极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中并连接到电源的第二绕线线圈；其中，所述第一极靴安装在套筒的第一端，且所述第二极靴安装在套筒的第二端；以及永磁体，其限定电枢并可移动地安装在第一和第二极靴之间；
向第一绕线线圈施加电流以磁化第一极靴，从而使电枢朝向第一极靴移动且移动至打开位置；
从第一绕线线圈中移除电流；以及
随后向第二绕线线圈施加电流以磁化第二极靴，从而使电枢朝向第二极靴移动且移动至关闭位置，
其中，所述电枢包括大致盘形的主体，所述主体具有第一平坦表面、第二平坦表面和穿过其形成的纵向延伸的孔，并且其中，轴向延伸构件附接在纵向延伸的孔内并包括从第一平坦表面向外延伸的第一轴向延伸部分和从第二平坦表面向外延伸的第二轴向延伸部分。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括，交替地向所述第一和第二绕线线圈施加电流，以使所述电枢在打开位置和关闭位置之间交替地移动。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，施加到所述第一和第二绕线线圈的电流足以产生140至180安培匝的磁动势。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括，从所述第一和第二绕线线圈中移除电流，从而使所述电枢保持抵靠着最接近电枢的所述第一和第二极靴中的一个。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，当从所述第一绕线线圈和第二绕线线圈中的一个移除电流时，所述电枢与所述第一极靴和第二极靴中的一个形成磁路以将电枢保持在打开位置和关闭位置中的一个。
17.一种控制电子可切换的双稳态两端口阀的方法，该方法包括：
提供电子可切换的双稳态两端口阀，其具有：套筒；第一极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中并连接到电源的第一绕线线圈；第二极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中并连接到电源的第二绕线线圈；其中，所述第一极靴安装在套筒的第一端，且所述第二极靴安装在套筒的第二端；以及永磁体，其限定电枢并可移动地安装在第一和第二极靴之间；
向第一绕线线圈和第二绕线线圈短暂且同时地施加电流，使得电流在第一和第二绕线线圈中的一个中沿顺时针方向流动并且在第一和第二绕线线圈中的另一个中沿逆时针方向流动，从而在每次施加电流时使电枢在打开和关闭位置之间交替地移动；以及
重复向第一绕线线圈和第二绕线线圈短暂且同时地施加电流，
其中，所述电枢包括大致盘形的主体，所述主体具有第一平坦表面、第二平坦表面和穿过其形成的纵向延伸的孔，并且其中，轴向延伸构件附接在纵向延伸的孔内并包括从第一平坦表面向外延伸的第一轴向延伸部分和从第二平坦表面向外延伸的第二轴向延伸部分。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，施加到所述第一和第二绕线线圈的电流足以产生140至180安培匝的磁动势。
19.一种控制电子可切换的双稳态两端口阀的方法，该方法包括：
提供电子可切换的双稳态两端口阀，其具有：套筒；第一极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中并连接到电源的第一绕线线圈；第二极靴，其具有穿过其中形成的空气流动通道和安装在其中并连接到电源的第二绕线线圈；其中，所述第一极靴安装在套筒的第一端，且所述第二极靴安装在套筒的第二端；以及永磁体，其限定电枢并可移动地安装在第一和第二极靴之间；
向第一绕线线圈和第二绕线线圈短暂且同时地施加电流，使得电流在第一和第二绕线线圈中的每一个中沿相同方向流动，从而在每次施加电流时使电枢在打开和关闭位置之间交替地移动；以及
重复向第一绕线线圈和第二绕线线圈沿相同方向短暂且同时地施加电流，
其中，所述电枢包括大致盘形的主体，所述主体具有第一平坦表面、第二平坦表面和穿过其形成的纵向延伸的孔，并且其中，轴向延伸构件附接在纵向延伸的孔内并包括从第一平坦表面向外延伸的第一轴向延伸部分和从第二平坦表面向外延伸的第二轴向延伸部分。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，施加到所述第一和第二绕线线圈的电流足以产生140至180安培匝的磁动势。
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