CN1122768C - 一种双稳态电磁换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双稳态电磁换向阀，该换向阀具有阀室10、衔铁16、产生永久磁场的装置和产生控制磁场的控制线圈24，所述控制线圈(24)基本上平行于磁极(6，7)的中心轴线和靠近阀室(10)设置，所述阀相对于阀室(10)的中央平面具有一镜面对称的整体结构，该中央平面横向于衔铁(16)的运动方向。该换向阀适用于冷冻装置的致冷回路中。

Description

一种双稳态电磁换向阀

说明

本发明涉及一种双稳态电磁换向阀。

在DE 37 18 490中公开了这种类型的电器。按照该专利说明书所述的制冷回路包括一个换向阀，在该换向阀中，阀室安装在两个极片之间，它具有一个入口管道和两个出口管道。两块永久磁铁在侧向上靠近阈室安装。一个极片延伸到控制线圈的内部，该控制线圈用来使双稳态阀换向，而双稳态阀借助于永久磁铁形成。阀元件安装在阀室中，并且在两个出口管道之间前后活动。

用于使永久磁铁和线圈返回两个极片的轭铁叠片围绕整个装置通过两块永久磁铁，直至电磁线圈的后侧。

通过将控制线圈安装到一侧边上，当线圈作用于其上时，对阀元件产生不同的驱动力。控制线圈必须相应地具有大的尺寸，以便即使对更远的闭合位置，也产生合适的驱动力。

不过，为了保证一限定的闭合力，将两个球体固定在阀元件中，并通过一螺旋形弹簧弹性安装，上述闭合力对两个工作位置是相同的。因此这种压缩弹簧的弹簧力限定了阀的闭合力。

控制线圈的高起动转矩，造成不仅是用作闭合体的弹性安装的球体，而且是整个阀元件都对极片相应地产生明显影响，因此，引起相应的磨损，及尤其是引起不希望有的噪音产生。此外，利用一压缩弹簧安装在闭合元件中，是很复杂的并且相应地成本很高。

与现有技术相比，本发明的目的是提出一种双稳态电磁换向阀。

本发明通过后面所表述的特点来达到这一目的。

本发明的有利型式和新装置，可作为从属权利要求中所述技术方案的结果。

据此，按照本发明，设置一换向阀，控制线圈安装在该换向阀中，以侧向偏置于磁极的中心轴线。因而可以减少控制线圈与两个磁极之间的距离差，因此相应地也减少了在两个工作位置中阀的闭合力方面的差别，及减少了由控制线圈施加的最大必需的驱动力。这同样也造成衔铁或闭合体对其各自的触止(counterstop)产生较小明显的影响，其结果是使磨损和产生噪音减少一相当大的程度。

另外，在本发明中，将控制线圈平行于并靠近阀室安装，阀的整个结构设计成与阀室的中央平面镜面对称式，该中央平面垂直于形成阀元件的衔铁的运动方向。同时，对于两个磁极的配置正好是同样的镜面对称式，以便阀元件上控制线圈的驱动力实际上也相同，上述驱动力在两个方向上起作用。线圈或它的控制电流的大小，控制电流的脉冲持续时间等因而可以减少到这种程度，以致线圈的起动力只引起从一个稳定的工作位置翻转到另一个稳定的工作位置。对阀座的影响是最小的。

镜面对称结构保证对衔铁的两个工作位置经常产生相同的力状态，以便在运行期间经常产生最大的起动力，并因此还可以进一步减少衔铁或闭合体对阀座的影响，在上述镜面对称的结构中，例如，在纵向方向上安装两个出口深度，和在横向方向上，与中心面齐平安装一个入口管道。

在本发明一个特别有利的实施例中，阀的闭合力主要由永久磁铁决定。在按照本发明所述的换向阀改进装置中，这是可能的，因为控制线圈的驱动力可以相应地减少。

在控制线圈靠近阀室安装的情况下，有时会有危险，因为两个极之间的连续轭铁叠片具有很低的磁阻，所以控制线圈至少其中一部分磁场不是经由两个磁极和衔铁引导，而是通过轭铁叠片短路。这可以例如利用更大尺寸的控制线圈补偿，而在一特别实施例中，为了排除这个问题，提出了与迄今为止常规轭铁叠片装置不一致的地方。

在这种情况下，没有为连接到两个磁极上的回行装置准备一个或多个永久磁铁到磁极的磁回路。

这种连接到两个磁极上的回行装置，至此已使它必须将线圈与阀室或磁极的中心轴线同轴式安装。在这些回行装置同时保持在两个磁极之间的情况下，线圈的不同位置会造成磁短路，由控制线圈所产生的磁场穿过回行装置跑到磁极的外部，通常，由于阀元件的阀功能，磁极在纵向方向上至少一点处具有一气隙，因此增加了的磁阻。

省去这种连续的回行装置，使它能具有不同的线圈位置，其结果是可以实施新的可能性用于按照本发明所述的换向阀结构。

尤其是，在这种情况下，换向阈可以制造，其中控制线圈在各个磁极之间的距离，及因此还有由控制线圈所产生的起动力，都可以在两个控制方向上彼此相等。因而控制线圈可以整个地制成更小。至此减少了靠近线圈的磁极上过大的起动力，因此削弱了在这点处的影响，并因此而降低了噪音的产生和磨损。

此外，由于在没有回行的永久磁铁回路中有大的气隙，所以在永久磁铁中的制造容限具有较少的作用，其结果是在更强磁铁中所包括的费用，至少在经济方面，至少可以部分地得到补偿。

对于本发明的有利新装置，有可能省去安装弹簧的闭合体，以便阀的闭合力只是由一个或多个永久磁铁的尺寸和配置来限定。在这种情况下，与控制线圈相应的尺寸或起动一起，可以大大避免阀元件对按照现有技术所述的磁极的明显影响，因此这种新装置甚至具有更低的噪音和更低的磨损。

为了达到使阀有长的有效使用寿命，建议采用耐磨和坚硬的材料，尤其是在密封面上更是如此。因为通常所用的致冷剂有时是高度化学腐蚀性的，所以，在这方面，也必须保证适当的选择材料。例如，通过合适的金属如钢等，或者用陶瓷来满足这两个先决条件。这些材料是坚硬的，并且也十分耐化学腐蚀。

在本发明的有利实施例中，衔铁包括硬化的表面，例如，通过准备一硬化的闭合体来封闭出口孔。

按照本发明所述的阀，在其密封性和有效使用寿命两方面，必须满足很严格的要求。阀的工作可靠性即使在制冷回路中运行许多年之后，也不应降低。如上所述，利用硬化的表面或硬化的闭合体，可以增加阀的耐磨性。

由于同样的目的，建议设置硬化的阀座，在上述对称的整体结构情况下，阀座设置在磁极的内侧上。

磁软材料的硬化存在一个问题，因为热处理可导致磁化作用，因此最终得到磁硬化的材料。这个问题可以通过局部硬化，尤其是通过边层硬化来减少。硬化的密封面提供较大的闭合力，同时提供较低的磨损。

优选地，在本发明的特别实施例中，这种阀座是利用阀座的激光硬化或边层硬化进行生产，该阀座插入磁极的材料中。

在本发明的特别实施例中，所用的闭合体是球体。在按照本发明所述的阀中，正如上面已说过的，这种球体可以固定式连接到衔铁上，因为正如现有技术中那样，阀的闭合力受永久磁铁的尺寸和配置限制，而不受机械设备限制。

由于更有利的线圈配置和节省了闭合体的活动安装，所以可以将阀元件或衔铁和闭合体放在一起生产，因此是更小的整体。结果，在将阀从一个工作位置调节到另一个工作位置期间，施加较少的动能到阀元件上，因此，同样也削弱了对相应阀座的影响，并用于进一步减少磨损或噪音的产生。

此外，小磁铁衔铁意味着，气流(flow)绕其通过的阀内那个区域是短的，因此减少了被进入衔铁和阀体壁之间的颗粒物玷污或阻塞的危险。

有利的是，选定的阀元件或衔铁的直径与长度的比值是大于1∶4，例如，1∶1.5。如果合适的话，可以利用具有较高能量密度的永久磁铁，来补偿衔铁中可磁化材料的减少，因为这是阀的足够闭合力所必需的。

在本发明的新装置中，利用例如通过适当的精心改进闭合体的安装供阀元件成形的设计可能性，意思是即使当阀处于闭合状态时，残留气隙仍然在衔铁和相应磁极之间。因而减少了剩磁的影响。

而且，因此避免了磁铁衔铁对其中一个磁极产生影响的位置。所以，在磁铁衔铁的端面上没有磨损，以便保证在阀的长有效使用寿命期间有恒定的行程。

由于省去了闭合体的弹簧偏移，所以和现有技术相比，磁铁衔铁的行程可以总体上做得更小。

在本发明的开发过程中，将阀外壳设置成一具有端部锥形体的管件。这个实施例保证对致冷剂有很高的密封性，并且，尤其是，因而可以更容易达到对氦的密封性，上述氦是由于安全原因对这类阀所要求的。

在本发明的开发过程中，规定线圈是可拆卸的。在这种情况下，通过省去磁回路装置，也可以将线圈安装在阀室附近，这样制造更容易。

本发明的特别实施例装有填料，将填料至少部分地围绕阀外壳安装。这种填料可以具有阻尼噪音的作用，并因此进一步增加能按照本发明所述达到的优点。

填料优选地用于紧固一个或多个永久磁铁，因为这些永久磁铁同样至少部分地被填料包围。任何轭铁叠片也可以用这种填料紧固。

这种填料也可以包围到致冷剂或其它紧固元件的管道连接件，并因此能防止机械载荷。尤其是在管道连接件情况下，因而避免了由于机械变形而引起泄漏的危险。

本发明的示范性实施例用图示出，并在下面参照附图更详细地加以说明。

尤其是，

图1示出穿过用于按照本发明所述的制冷回路的阀纵向剖面图。

图2示出穿过按照图1所述的阀的横截面视图，

图3示出按照图1所述的阀，在垂直于图1安排的剖面中的纵向剖视图，

图4示出在按照图3所述的剖面中，另一个示范性实施例的例图。

按照图1所示的阀1，包括一外壳2，在其中安装一根管件3，该管件3具有端部锥形体4、5。在管件3的内部，安装有两个磁极6、7，它们由可磁化的材料构成。每个磁极6、7都具有一轴向通道孔8、9，上述通道孔将一在中央安装的阀室10连接到两个出口管道11、12上。出口管道11、12由管件3的末端延长部分构成。

入口管道14在垂直于阀轴线13的阀室10处的中部，连接，例如焊接或钎焊到管件3上。入口管道14经由通道孔15连接到阀室10上。

在阀室10的内部，设置一衔铁16，该衔铁16由可磁化的材料构成，并且作为闭合体的球体19、20在每个端面上伸出的承窝17、18中紧固到衔铁16上。

锥形阀座21、22例如通过边层硬化(edge-layer hardening)磁极6、7的材料，从里面设置在上述每个磁极中，也就是说，面向阀室10。

安装一控制线圈24，该控制线圈24平行于形成阀体的管件3，与中心轴23对称，该中心轴垂直于阈轴线13运转。紧固夹27旋转式安装在两个托架25、26中，托架25、26连接到外壳2上，同时用作供线圈24到磁极6、7的磁回路的轭铁叠片(yoke lamination)，上述紧固夹当处于其闭合位置时，它绕线圈的铁芯接合到这种程度，以致线圈24可松脱式固定到阀体3上。

这类借助于紧固夹27(用虚线示出)紧固的线圈在图2中也是显而易见的。

另外，从该图例可以看出，可以将两块永久磁铁28、29和设置在阀体3中的衔铁16一起，集中安装在该阀体3的两边上。在永久磁铁28、29的外部，加有填料30，填料30固定磁铁28、29和用作轭铁叠片的托架25、26。

在按照图3的图例中可以看出，整个阀结构是对称于中央平面制造，该中央平面跨越中心轴31和中心轴线23(见图1)。当然，只有衔铁16位于其工作位置之间的中间位置时，完全对称才存在，然而，由于阀的双稳态功能，所以完全对称极不稳定，并且在工作期间是不希望有的。

对称的阀结构(其中包括控制线圈)，使它能生产一种阀，其中闭合力在两个工作位置之中正好相同，而且，由控制线圈用于在工作位置之间换向所要求的驱动力，在每个方向上同样也正好相同。结果，一方面，可以省去衔铁中闭合体的复杂安装，而另一方面，各个元件，尤其是控制线圈，可以具有较小的尺寸。控制线圈的起动转矩或驱动力可以减少到这种程度，以致衔铁可以简单地跳过换向范围从一个工作位置进入另一个工作位置。如果合适的话，也可以选定转换脉冲(switching pulse)的脉冲持续时间，以便相应地缩减。在极端情况下，闭合体对其阀座及还有对闭合力的影响，基本上只由永久磁铁的吸引力决定。

两块磁铁28、29安装在阀体3的两边上，它们用中心轴31找齐，并用它们各自的相同磁极朝向阀室10。因而得到所产生磁场的磁场外形，它用4个圆形线表示。由于这种安排，将衔铁16固定在它的两个工作位置中，其中球体19、20安放在它们各自的阀座21、22上。

正如从图3可以看到的，没有用于永久磁铁的回行装置，因此安排在图示平面前后的控制线圈磁场外形，基本上是穿过它的轭铁叠片和磁极6、7运行，并因此可以将它的全部影响施加到衔铁16上。

在按照图3所示的图中，还可以看出，即使在阀闭合的情况下，由于伸出的承窝17、18，所以在衔铁16和磁极6或磁极7之间仍有残留的气隙33，结果减少了顽磁的影响。

图4示出一可供选择的实施例，其中在每种情况中，永久磁铁28、29都经由回行叠片33、34连接到每种情况中的磁极6、7上。在每种情况中，在阀体3的其中一边上，这都在穿过各自磁极6、7的轴向平行连接中，产生一集束式磁场的场外形，因此增加了衔铁16上的起动转矩。由于这种安排不是轴向对称的，所以磁场同样也不是镜面对称的，该磁场在衔铁16上产生一个转矩，尽管如果衔铁在轴向方向上准确地导向，这不一定会在特殊应用中造成任何麻烦，而不只是由于球体19、20，该球体19、20用作闭合体，并且在各自的阀座21、22中自动定心。

附图标记一览表1  阀                           9   通道孔2  外壳                         10  阀室3  管件或阀体                   11  出口管道4  锥形体                       12  出口管道5  锥形体                       13  阀轴线6  磁极                         14  入口管道7  磁极                         15  通道孔8  通道孔                       16  衔铁17  承窝                            27  紧固夹18  承窝                            28  永久磁铁19  球体                            29  永久磁铁20  球体                            30  填料21  阀座                            31  中心轴22  阀座                            32  磁场外形23  中心轴                          33  残留气隙24  控制线圈                        34  回行叠片25  托架或轭铁叠片                  35  回行叠片26  托架或轭铁叠片

Claims (20)

1.一种用于冷冻装置的双稳态电磁换向阀，其用于把冷凝器连接到一个或多个蒸发器上，该双稳态电磁换向阀具有下列部件：

—阀室(10)，它具有至少一个入口孔(14)和至少两个出口孔(11，21)；

—衔铁(16)，它至少由数种磁性材料构成，并可在至少两个工作位置之间的阀室(10)中活动，同时，在每种情况下都关闭两个出口孔中的一个，而另一个打开，

—产生永久磁场的装置，该装置用于在每种情况下都将衔铁(16)固定在工作位置中，它具有两个磁极(6，7)和至少一个永久磁铁(28，29)，该永久磁铁(28，29)安装在阀室(10)的外部，

—产生控制磁场的控制线圈(24)，该控制线圈(24)用于衔铁(16)在各工作位置之间选择性地移动，

其特征在于：

—所述控制线圈(24)基本上平行于磁极(6，7)的中心轴线和靠近阀室(10)设置，和

—所述阀相对于阀室(10)的中央平面具有一镜面对称的整体结构，该中央平面横向于衔铁(16)的运动方向。

2.根据权利要求1所述的阀，至少一个永久磁铁通过回行装置至多连接到一个磁极(6，7)上。

3.根据权利要求2所述的阀，其特征在于：所述换向阀的闭合力由一个或多个永久磁铁(28，29)决定。

4.根据上述权利要求3所述的阀，其特征在于：闭合体(19，10)固定地连接到衔铁(16)上。

5.根据权利要求4所述的阀，其特征在于：换向阀(1)的衔铁(16)包括一硬化的密封面。

6.根据权利要求5所述的阀，其特征在于：换向阀(1)的衔铁(16)包括一至少部分硬化的闭合体(19，20)。

7.根据权利要求6所述的阀，其特征在于：换向阀(1)包括硬化的阀座(21，22)。

8.根据权利要求7所述的阀，其特征在于：球体(19、20)作为闭合体安装在换向阀(1)内的衔铁(16)中。

9.根据权利要求8所述的阀，其特征在于：衔铁(16)的直径与长度的比值大于1∶4。

10.根据权利要求9所述的阀，其特征在于：在衔铁(16)和磁极(6、7)之间设置一残留气隙(33)。

11.根据权利要求10所述的阀，其特征在于：换向阀(1)的控制线圈(24)是可拆卸的。

12.根据权利要求11所述的阀，其特征在于：在换向阀(1)中设置一种填料，该填料至少部分地包围阀体(3)。

13.根据权利要求12所述的阀，其特征在于：换向阀具有一种填料，用于紧固至少一个永久磁铁(28，29)。

14.根据权利要求13所述的阀，其特征在于：换向阀(1)包括一种填料(30)，用于紧固控制线圈(24)的至少一个轭铁叠片(25，26)。

15.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：换向阀(1)的衔铁(16)包括一个至少局部硬化的封闭体(19，20)。

16.根据权利要求15所述的阀，其特征在于：球体(19、20)作为闭合体安装在换向阀(1)内的衔铁(16)中。

17.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：换向阀(1)包括硬化的阀座(21，22)。

18.根据权利要求1所述的阀，其特征在于：在衔铁(16)和磁极(6、7)之间设置一残留气隙(33)。

19.用于冷冻装置的致冷回路，具有多个冷冻空间，压缩机和冷凝器，多个蒸发器，该每个蒸发器分配在一个所述冷冻空间中，其特征在于：该致冷回路具有根据权利要求1所述的阀。

20.一种致冷器或冷冻机，其特征在于：它具有根据权利要求19所述的致冷回路。

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