CN112483715A - 一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀及其驱动方法，包括阀座和设置在阀座内部的阀芯，所述阀座的左、右两端分别水平设有导向套，所述导向套的外侧沿其轴线依次设有两组励磁线圈，所述励磁线圈缠绕在线圈骨架上，所述线圈骨架套装在导向套上，两组励磁线圈的线圈骨架之间设有隔磁环，所述隔磁环与线圈骨架之间设有磁轭；所述导向套的内孔中滑动设有衔铁，所述衔铁与阀芯之间设有导磁体，衔铁与阀芯经由贯穿导磁体的内孔的连杆固联，两端的衔铁带动阀芯左右移动。本发明设计合理，采用四个励磁线圈与双衔铁的新结构，分散单个线圈的发热，加快电磁铁的响应速度，减少线圈之间的干扰，减轻衔铁及阀芯的质量，提高阀的响应速度。

Description

一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀及其驱动方法

技术领域：

本发明涉及一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀及其驱动方法。

背景技术：

随着计算机技术的不断进步，液压控制系统也在其影响下不断发展，主要表现在电液数字控制技术领域。伴随着工业的蓬勃发展，在电液方面的控制系统精度与质量要求也有所提高，而高速开关阀就是其发展的核心之一。高速开关阀以开关控制代替阀口开度节流控制，可极大降低阀控系统节流损失，改善电液控制系统抗污染能力，便于实现液压数字化和高可靠控制，在汽车制动、航空航天燃油喷射、石油钻井液压系统等领域得到了应用，已经成为液压数字控制的重要元件。

传统的高速开关阀结构采用弹簧复位的形式，电磁铁得电，电磁力克服弹簧预紧力，推动阀芯，关闭阀口；电磁铁失电，弹簧力的作用下，推动阀芯，打开阀口；复位弹簧的存在延迟了开启响应，影响了阀的响应时间。

为了进一步提高高速开关阀的响应速度，近年来，出现了采用双电磁铁的控制方式，例如中国发明专利CN107740872A 公开了一种新型的共用动子的双电磁铁驱动的双开关刹车压力控制阀，将两个开关阀的功能整合在一个装置内，采用两个电磁铁对顶的方式，共用同一个动子铁芯，通过调节固定周期内两个通道开关阀的开关占空比，实现压力的连续控制，满足刹车压力要求。以及中国发明专利CN101651005A 公开的一种电磁铁开关阀，采用两个电磁铁，对称分布在先导阀芯两端，电磁铁的衔铁与先导阀芯相连，带动先导阀芯运动控制先导级油路的开关，从而控制主阀的开关。上述这种双电磁铁的控制方式，虽然相比传统的单电磁铁，阀芯的响应速度都有所提高，但它们仍存在如下有待改进之处：1）阀门开启或关闭时，只有一端的衔铁受到电磁力的作用，没有充分利用衔铁的受力面积；2）线圈的匝数过多，电感大，线圈电流上升速度慢，电气延迟时间长；3）单边多匝线圈的高密度分布，影响线圈的散热，进一步缩短高速开关阀的使用寿命。

发明内容：

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀及其驱动方法，结构设计合理，提高阀的响应速度和使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀，包括阀座和设置在阀座内部的阀芯，所述阀座的左、右两端分别水平设有导向套，所述导向套的外侧沿其轴线依次设有两组励磁线圈，所述励磁线圈缠绕在线圈骨架上，所述线圈骨架套装在导向套上，两组励磁线圈的线圈骨架之间设有隔磁环，所述隔磁环与线圈骨架之间设有磁轭；所述导向套的内孔中滑动设有衔铁，所述衔铁与阀芯之间设有导磁体，衔铁与阀芯经由贯穿导磁体的内孔的连杆固联，两端的衔铁带动阀芯左右移动。

进一步的，位于阀座左端的两个励磁线圈分别为第一励磁线圈和第三励磁线圈，位于阀座右端的两个励磁线圈分别为第二励磁线圈和第四励磁线圈，所述第一励磁线圈与第二励磁线圈与同一控制电路相连，所述第三励磁线圈与第四励磁线圈与同一控制电路相连。

进一步的，所述阀座的左、右两端分别设置有罩设在励磁线圈外侧的铁芯外壳，所述铁芯外壳的内部于远离阀座的一端固联有导磁阀盖，位于同一端的两个励磁线圈的线圈骨架位于阀座与导磁阀盖之间。

进一步的，所述导磁阀盖呈T型状，导磁阀盖的小径端伸入到导向套内部，导磁阀盖与导向套的端口之间设有密封圈，用于密封导向套的端口。

进一步的，所述磁轭、衔铁、导磁体、阀座和铁芯外壳之间形成一条闭环磁路。

进一步的，所述磁轭、铁芯外壳、导磁阀盖和衔铁之间形成另一条闭环磁路。

进一步的，所述阀座的上、下两端分别设有进口和出口，所述进口和出口分别螺接有直通接头。

本发明采用的另一种技术方案是：一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀的驱动方法，并按以下步骤进行：

（1）阀芯右移准备阶段：对第一励磁线圈和第二励磁线圈进行高压激励，第一励磁线圈和第二励磁线圈中的电流不断上升，第一励磁线圈和第二励磁线圈中产生的电磁场使得磁轭、衔铁、导磁体、阀座和铁芯外壳之间形成一条闭环磁路，磁轭、铁芯外壳、导磁阀盖和衔铁之间形成另一条闭环磁路，这段过程中衔铁并未动作，直到第一励磁线圈和第二励磁线圈内电流增加到开启电流时，此时的电磁力刚好克服负载；当第一励磁线圈和第二励磁线圈继续通电，阀芯进入右移阶段，电磁力大于负载力，衔铁带动阀芯开始向右运动，从而开启阀口，使得阀座的进口与出口连通；

（2）阀芯右位保持阶段：衔铁运动到达最大右位移处一段时间后，第一励磁线圈和第二励磁线圈的驱动电压变为反向消磁形式，之后再使用低压进行驱动维持所述衔铁的吸合；

（3）阀芯左移准备阶段：对第一励磁线圈和第二励磁线圈通入反向电压进行消磁，同时对第三励磁线圈和第四励磁线圈通入高压进行激励，第三励磁线圈和第四励磁线圈中产生的电磁场使得磁轭、衔铁、导磁体、阀座和铁芯外壳之间形成一条闭环磁路，磁轭、铁芯外壳、导磁阀盖和衔铁之间形成另一条闭环磁路，直到第三励磁线圈和第四励磁线圈内电流增加到开启电流时，此时的电磁力刚好克服负载；当第三励磁线圈和第四励磁线圈继续通电，阀芯进入左移阶段，电磁力大于负载力，衔铁带动阀芯开始向左运动，从而关闭阀口，使得阀座的进口与出口不连通；

（4）阀芯左位保持保持阶段：在衔铁运动到最大左位移处时，对第三励磁线圈和第四励磁线圈通入反向电压，再用低压进行保持；

（5）如此反复上述步骤（1）-（4）。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计合理，采用四个励磁线圈与双衔铁的新结构，分散单个线圈的发热，加快电磁铁的响应速度，减少线圈之间的干扰，减轻衔铁及阀芯的质量，提高阀的响应速度。

附图说明：

图1是本发明实施例的构造示意图；

图2是本发明实施例中阀门处于开启状态时的构造示意图；

图3是本发明实施例中阀门处于关闭状态时的构造示意图；

图4是本发明实施例的驱动方式示意图。

图中：

1-铁芯外壳；2-导磁阀盖；3-磁轭；4-衔铁；5-阀芯；6-励磁线圈；7-隔磁环；8-线圈骨架；9-螺钉；10-导向套；11-阀座；12-直通接头；13-导磁体；14-密封圈；15-第一励磁线圈；16-第三励磁线圈；17-第三励磁线圈；18-第四励磁线圈。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1～3所示，本发明一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀，包括阀座11和设置在阀座11内部的阀芯5，所述阀座11的上、下两端分别设有进口110和出口111,阀座11的左、右两端分别水平设有导向套10，所述导向套10的外侧沿其轴线依次设有两组励磁线圈，所述励磁线圈缠绕在线圈骨架8上，所述线圈骨架8套装在导向套10上，两组励磁线圈的线圈骨架8之间设有隔磁环7，所述隔磁环7与每个线圈骨架8之间设有磁轭3；每个导向套10的内孔中均滑动设有衔铁4，所述衔铁4与阀芯5之间设有导磁体13，衔铁4与阀芯5经由贯穿导磁体13的内孔的连杆固联，两端的衔铁4在电磁力的驱使下带动阀芯5左右移动，以使阀座11的进口110和出口111连通或断开，实现阀门的开启或关闭。

本实施例中，位于阀座11左端的两个励磁线圈从右往左分别为第一励磁线圈15和第三励磁线圈16，位于阀座11右端的两个励磁线圈从右往左分别为第二励磁线圈17和第四励磁线圈18，阀座11左、右两端的两组励磁线圈对称分布，所述第一励磁线圈15与第二励磁线圈17与同一控制电路相连，所述第三励磁线圈16与第四励磁线圈18与同一控制电路相连，位于阀芯5同一端的两个励磁线圈是分时驱动。由于经同一控制电路驱动的两组励磁线圈（第一励磁线圈与第二励磁线圈或者第三励磁线圈与第四励磁线圈）是分布在阀芯的两端，减少了线圈的匝数，降低了电感；在隔磁环的作用下防止单边线圈同时驱动带来磁场的相互干扰；同时位于阀芯同一端的两个线圈是分时驱动，能更好的散热。

本实施例中，阀芯5与其左、右两端的衔铁4通过连杆进行螺纹连接，阀芯5内设有卸油孔。

本实施例中，所述阀座11的左、右两端分别固联有罩设在励磁线圈外侧的铁芯外壳1，所述铁芯外壳1的内部于远离阀座11的一端通过螺钉固联有导磁阀盖2，位于同一端的两个励磁线圈的线圈骨架位于阀座11与导磁阀盖2之间，线圈骨架8的一侧与磁轭3紧密贴合，两个磁轭、隔磁环以及线圈骨架被固定在导磁阀盖2与阀座11之间。

本实施例中，所述导磁阀盖2呈T型状，导磁阀盖2的小径端伸入到导向套10内部，导磁阀盖2与导向套10的端口之间设有密封圈14，用于密封导向套的端口。

本实施例中，所述磁轭3、衔铁4、导磁体13、阀座11和铁芯外壳1之间形成一条闭环磁路。

本实施例中，所述磁轭3、铁芯外壳1、导磁阀盖2和衔铁4之间形成另一条闭环磁路。

本实施例中，所述阀座11的进口和出口分别螺接有直通接头12。

本实施例中，四组励磁线圈的导线从铁心外壳上的孔位中引出。

本实施例中，该高速开关阀的工作原理如下：

如图2所示，当给第一励磁线圈15和第二励磁线圈17的控制电路通电时，第一励磁线圈15和第二励磁线圈17中产生电磁场，该电磁场使得磁轭3、衔铁4、导磁体13、阀座11和铁芯外壳1之间形成一条闭环磁路，磁轭3、铁芯外壳1、导磁阀盖2和衔铁4之间形成另一条闭环磁路；在电磁场的作用下可产生水平向右的吸力使得两端的衔铁4受力向右移动，衔铁4带动阀芯5同步向右移动，从而开启阀口，使得阀座11的进口与出口连通；

如图3所示，当给第三励磁线圈16和第四励磁线圈18的控制电路通电时，第三励磁线圈16和第四励磁线圈18中产生电磁场，该电磁场使得磁轭3、衔铁4、导磁体13、阀座11和铁芯外壳1之间形成一条闭环磁路，磁轭3、铁芯外壳1、导磁阀盖2和衔铁4之间形成另一条闭环磁路；在电磁场的作用下可产生水平向左的吸力使得两端的衔铁4受力向左运动，衔铁4带动阀芯5同步向左移动，从而开关闭阀口，使得阀座11的进口与出口不连通。

本实施例中，如图4所示，该高速开关阀的驱动方法可按以下步骤进行：

（1）阀芯5右移准备阶段：对第一励磁线圈15和第二励磁线圈17进行高压激励，第一励磁线圈15和第二励磁线圈17中的电流不断上升，这段过程中衔铁4并未动作，直到第一励磁线圈15和第二励磁线圈17内电流增加到开启电流时，此时的电磁力刚好克服负载；当第一励磁线圈15和第二励磁线圈17继续通电，阀芯进入右移阶段，电磁力大于负载力，衔铁4带动阀芯5开始向右运动，从而开启阀口，使得阀座的进口与出口连通；

（2）阀芯右位保持阶段：衔铁运动到达最大右位移处时，第一励磁线圈15和第二励磁线圈17的电流继续以指数曲线速度上升，直到驱动电压变为反向消磁形式，电流开始下降；之后再使用低压进行驱动维持衔铁4的吸合；这样可以避免高速开关阀开启后，电流持续上升引起线圈的巨大温升，导致大量无用的功率损耗，更重要的是，减少阀门关闭时的初始电流，降低高速开关阀的关闭滞后时间；

（3）阀芯左移准备阶段：对第一励磁线圈15和第二励磁线圈17通入反向电压进行消磁，加快第一励磁线圈15和第二励磁线圈17中电流的下降速度，加快导磁体13以及导磁阀盖2的退磁速度，进一步加快阀芯5的响应速度，同时对第三励磁线圈16和第四励磁线圈18通入高压进行激励，直到第三励磁线圈16和第四励磁线圈18内电流增加到开启电流时，此时的电磁力刚好克服负载；当第三励磁线圈16和第四励磁线圈18继续通电，阀芯5进入左移阶段，电磁力大于负载力，衔铁4带动阀芯开始向左运动，从而关闭阀口，使得阀座11的进口110与出口111不连通；

（4）阀芯左位保持保持阶段：在衔铁4运动到最大左位移处时，对第三励磁线圈16和第四励磁线圈18通入反向电压，再用低压进行保持；

（5）如此反复上述步骤（1）-（4），便完成了本发明的多组线圈分时驱动的方式。

本发明的优点在于：

（1）本发明采用四个励磁线圈与双衔铁的新结构，充分发挥了衔铁的受力面积，两端衔铁受力面积同时产生同一方向的电磁吸力，增大了电磁力从而提升了高速开关阀的频响，也保证了高速开关阀结构的紧凑性；

（2）由同一电路驱动的两个励磁线圈是分布在阀芯的两端，这减少了线圈的匝数，降低了电感，并且在隔磁环的作用下防止单边线圈同时驱动带来磁场的相互干扰，提高驱动的稳定性；

（3）将传统的单线圈分开成两组线圈，由同一电路驱动的两个励磁线圈分布在阀芯的两端，这样位于阀芯同一端的两个线圈是分时驱动，这能够更好的散热。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀，包括阀座和设置在阀座内部的阀芯，其特征在于：所述阀座的左、右两端分别水平设有导向套，所述导向套的外侧沿其轴线依次设有两组励磁线圈，所述励磁线圈缠绕在线圈骨架上，所述线圈骨架套装在导向套上，两组励磁线圈的线圈骨架之间设有隔磁环，所述隔磁环与线圈骨架之间设有磁轭；所述导向套的内孔中滑动设有衔铁，所述衔铁与阀芯之间设有导磁体，衔铁与阀芯经由贯穿导磁体的内孔的连杆固联，两端的衔铁带动阀芯左右移动。

2.根据权利要求1所述的一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀，其特征在于：位于阀座左端的两个励磁线圈分别为第一励磁线圈和第三励磁线圈，位于阀座右端的两个励磁线圈分别为第二励磁线圈和第四励磁线圈，所述第一励磁线圈与第二励磁线圈与同一控制电路相连，所述第三励磁线圈与第四励磁线圈与同一控制电路相连。

3.根据权利要求1所述的一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀，其特征在于：所述阀座的左、右两端分别设置有罩设在励磁线圈外侧的铁芯外壳，所述铁芯外壳的内部于远离阀座的一端固联有导磁阀盖，位于同一端的两个励磁线圈的线圈骨架位于阀座与导磁阀盖之间。

4.根据权利要求3所述的一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀，其特征在于：所述导磁阀盖呈T型状，导磁阀盖的小径端伸入到导向套内部，导磁阀盖与导向套的端口之间设有密封圈，用于密封导向套的端口。

5.根据权利要求3所述的一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀，其特征在于：所述磁轭、衔铁、导磁体、阀座和铁芯外壳之间形成一条闭环磁路。

6.根据权利要求3所述的一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀，其特征在于：所述磁轭、铁芯外壳、导磁阀盖和衔铁之间形成另一条闭环磁路。

7.根据权利要求1所述的一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀，其特征在于：所述阀座的上、下两端分别设有进口和出口，所述进口和出口分别螺接有直通接头。

8.一种四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀的驱动方法，其特征在于：包括采用如权利要求1～7中任意一项所述的四线圈双衔铁式分时驱动的高速开关阀，并按以下步骤进行：

（1）阀芯右移准备阶段：对第一励磁线圈和第二励磁线圈进行高压激励，第一励磁线圈和第二励磁线圈中的电流不断上升，第一励磁线圈和第二励磁线圈中产生的电磁场使得磁轭、衔铁、导磁体、阀座和铁芯外壳之间形成一条闭环磁路，磁轭、铁芯外壳、导磁阀盖和衔铁之间形成另一条闭环磁路，这段过程中衔铁并未动作，直到第一励磁线圈和第二励磁线圈内电流增加到开启电流时，此时的电磁力刚好克服负载；当第一励磁线圈和第二励磁线圈继续通电，阀芯进入右移阶段，电磁力大于负载力，衔铁带动阀芯开始向右运动，从而开启阀口，使得阀座的进口与出口连通；

（2）阀芯右位保持阶段：衔铁运动到达最大右位移处一段时间后，第一励磁线圈和第二励磁线圈的驱动电压变为反向消磁形式，之后再使用低压进行驱动维持所述衔铁的吸合；

（3）阀芯左移准备阶段：对第一励磁线圈和第二励磁线圈通入反向电压进行消磁，同时对第三励磁线圈和第四励磁线圈通入高压进行激励，第三励磁线圈和第四励磁线圈中产生的电磁场使得磁轭、衔铁、导磁体、阀座和铁芯外壳之间形成一条闭环磁路，磁轭、铁芯外壳、导磁阀盖和衔铁之间形成另一条闭环磁路，直到第三励磁线圈和第四励磁线圈内电流增加到开启电流时，此时的电磁力刚好克服负载；当第三励磁线圈和第四励磁线圈继续通电，阀芯进入左移阶段，电磁力大于负载力，衔铁带动阀芯开始向左运动，从而关闭阀口，使得阀座的进口与出口不连通；

（4）阀芯左位保持保持阶段：在衔铁运动到最大左位移处时，对第三励磁线圈和第四励磁线圈通入反向电压，再用低压进行保持；

（5）如此反复上述步骤（1）-（4）。

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