CN115143315A - 电磁阀控制方法和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁阀控制方法和控制系统，电磁阀控制方法包括：在第一预设时长T1内，控制电磁阀的线圈通入第一正向电流I1，以使动铁芯从初始状态朝向静铁芯加速运动；在第二预设时长T2内，控制电磁阀的线圈通入反向电流I2，以使动铁芯朝向静铁芯减速运动；在第二预设时长T2结束时或结束后，动铁芯与静铁芯吸合并保持在当前位置。由此，依次实现动铁芯的加速运动、减速运动，在动铁芯加速的行程中，能够使动铁芯能够快速靠近静铁芯，提高电磁阀的响应速度；在动铁芯与静铁芯距离越来越小后，进一步控制动铁芯减速，以减少动铁芯朝向静铁芯运动时以较大的速度撞击静铁芯，使电磁阀具有良好的静音性和较高的灵敏度。

Description

电磁阀控制方法和控制系统

技术领域

本发明涉及电磁阀技术领域，尤其是涉及一种电磁阀控制方法和控制系统。

背景技术

在相关技术中，一般需要在线圈中通过正向电流，形成正向的磁场，为保证电磁阀的响应速度和灵敏度，动铁芯会以较大的速度撞击静铁芯，不可避免的产生振动和噪声；已有的减少碰撞噪音的方式，都是逐渐降低通入线圈的正向电流，但是上述方式不能兼顾响应灵敏和降低噪音，改善效果差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电磁阀控制方法和控制系统。

根据本发明第一方面实施例的电磁阀控制方法包括：在第一预设时长T1内，控制电磁阀的线圈通入第一正向电流I1，以使动铁芯从初始状态朝向静铁芯加速运动；在第二预设时长T2内，控制电磁阀的线圈通入反向电流I2，以使动铁芯朝向静铁芯减速运动；在第二预设时长T2结束时或结束后，所述动铁芯与静铁芯吸合并保持在当前位置。

由此，通过设置第一正向电流和反向电流，依次实现动铁芯的加速运动、减速运动，在动铁芯加速的行程中，能够使动铁芯能够快速靠近静铁芯，提高电磁阀的响应速度；在动铁芯与静铁芯距离越来越小后，进一步控制动铁芯减速，以减少动铁芯朝向静铁芯运动时以较大的速度撞击静铁芯，避免产生较大噪声和不必要的振动，使电磁阀具有良好的静音性和较高的灵敏度。

在一些实施例中，在第二预设时长T2结束时，控制电磁阀的线圈通入第二正向电流I3，以使动铁芯保持在与静铁芯吸合的位置。

在一些实施例中，在第二预设时长T2结束时，所述静铁芯与动铁芯之间的间距为零或者小于第一预设间距h2，所述动铁芯的速度为零或者小于第一预设速度v2。

在一些实施例中，初始状态时，所述动铁芯与所述静铁芯之间的间距为h0，在第一预设时长T1结束时，所述动铁芯的速度为v1。其中h2≤h0/10，v2≤v1/10；或者h2≤0.05mm，v2≤0.05m/s。

在一些实施例中，第一预设时长T1为第二预设时长T2的10倍-15倍，第一预设时长T1与第二预设时长T2的总和≤3ms。

在一些实施例中，在第一预设时长T1内，所述动铁芯的加速度递增，在第二预设时长T2内，所述动铁芯的加速度递减，在第三预设时长T3内，动铁芯的加速度递增；在第一预设时长T1结束时，所述动铁芯的加速度为a1，在第二预设时长T2初始时，所述动铁芯的加速度为a2，在第二预设时长T2结束时，所述动铁芯的加速度为a3，a1为正值，a2、a3为负值，且满足|a1|＜|a2|＜|a3|。

在一些实施例中，I1为I2的1.5-2倍，I1为I3的1-2倍。

根据本发明第二方面实施例的控制系统包括控制器、具有电磁阀的液压油路，所述控制器具有电磁阀驱动电路，所述电磁阀驱动电路与所述电磁阀的线圈电连接，以按照上述实施例中任一项所述的电磁阀控制方法，控制所述线圈电流的通入。

在一些实施例中，所述电磁阀包括：阀体、静铁芯、线圈、动铁芯、弹性件，所述阀体内设有油腔、进油口、出油口，所述静铁芯相对于所述阀体固定不动，所述静铁芯为永磁体，所述线圈与所述阀体固定，所述动铁芯设于所述线圈内，且在所述静铁芯、所述进油口之间与两者在线圈的轴向上相对应，所述弹性件连接在所述动铁芯与所述静铁芯之间，且施加给所述动铁芯以背离所述静铁芯的力，在线圈通入正向电流时，所述动铁芯在感应磁场的作用下与所述静铁芯相互吸引，在线圈通入反向电流时，所述动铁芯在感应磁场的作用下与所述静铁芯相互排斥。

在一些实施例中，所述弹性件的一部分嵌入所述动铁芯或静铁芯的端部，所述动铁芯适于与所述静铁芯彼此相对的端部相互贴合。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的电磁阀控制方法的示意图。

图2是根据本发明实施例的电磁阀控制方法的电磁阀的示意图。

图3是根据本发明实施例的电磁阀控制方法的电压和时间的关系示意图。

图4是根据本发明实施例的电磁阀控制方法的动铁芯的加速度随时间变化的曲线示意图。

图5是根据本发明实施例的电磁阀控制方法的动铁芯的速度随时间变化的曲线示意图。

图6是根据本发明实施例的电磁阀控制方法的动铁芯的位移随时间变化的曲线示意图。

附图标记：

电磁阀100；

阀体10；油腔11；进油口12；出油口13；

静铁芯20；线圈30；动铁芯40；弹性件50。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图6描述根据本发明实施例的电磁阀100控制方法和控制系统。

如图1所示，根据本发明第一方面实施例的电磁阀100控制方法包括：

S1、在第一预设时长T1内，控制电磁阀100的线圈30通入第一正向电流I1，以使动铁芯40从初始状态朝向静铁芯20加速运动；

S2、在第二预设时长T2内，控制电磁阀100的线圈30通入反向电流I2，以使动铁芯40朝向静铁芯20减速运动；

S3、在第二预设时长T2结束时或结束后，动铁芯40与静铁芯20吸合并保持在当前位置。

电磁阀100可以是常闭电磁阀，换言之，电磁阀100的线圈处于断电状态时，动铁芯40处于封堵进油口12的位置，电磁阀100处于关闭状态。

如图2、3所示，当电磁阀100从关闭状态切换到开启状态时，动铁芯至少需要经过两个行程：

1)第一行程，开始在电磁阀100的线圈30中通入第一正向电流I1(也即接入电压U1)，通入的电流在动铁芯40周边形成磁场，动铁芯40受到朝向静铁芯运动的磁力，参见图4-6所示，此时动铁芯40加速度为正、速度为正、位移为正，以使动铁芯40加速向静铁芯20运动；

2)第二行程，在动铁芯40运动T1时间后，在线圈30中通以反向电流I2(也即接入电压U2,第二行程电压的正负极相对于第一行程相反，电压值的大小也可以相应调节)，在磁场作用下动铁芯40受到静铁芯的排斥力，参见图4-6所示，此时动铁芯40加速度为负、速度为正、位移为正，以使动铁芯40减速运动。

由此，通过设置第一正向电流和反向电流，依次实现动铁芯40的加速运动、减速运动，在动铁芯40加速的行程中，能够使动铁芯40能够快速靠近静铁芯20，提高电磁阀100的响应速度；在动铁芯40与静铁芯距离越来越小后，进一步控制动铁芯40减速，以减少动铁芯40朝向静铁芯20运动时以较大的速度撞击静铁芯20，避免产生较大噪声和不必要的振动，使电磁阀100具有良好的静音性和较高的灵敏度。

进一步地，在第二预设时长T2结束时，控制电磁阀100的线圈30通入第二正向电流I3(也即接入电压U3，参见图3)，以使动铁芯40保持在与静铁芯吸合的位置。

也就是说，在经历T1和T2两个时间段后，动铁芯40和静铁芯20处于已经吸合或基本吸合的状态，为了使动铁芯能够稳定保持在于静铁芯吸合的位置，克服弹簧的回复力以及阀体内油液的油压，可以施加给动铁芯以一个保持力，可以通过向线圈30中通入第二正向电流I3来实现，以使动铁芯40能够平稳与静铁芯20吸合，提高了电磁阀开度的稳定性和可靠性。

可选地，在第二预设时长T2结束时，静铁芯20与动铁芯40之间的间距为零或者小于第一预设间距h2，动铁芯40的速度为零或者小于第一预设速度v2。

这样，在动铁芯40运动到第二行程结束时，可能出现以下情况：

1)在动铁芯40累计运动了T1+T2时长时，动铁芯40与静铁芯20接触，并彼此接触贴合时，动铁芯40的瞬时速度刚好减速至零，此时消除噪音的效果最好；

2)两个铁芯贴合前，动铁芯40持续减速，在动铁芯40累计运动了T1+T2时长时，动铁芯40与静铁芯20接触，此时动铁芯40依旧具有正的瞬时速度，但此时的速度较小，碰撞静铁芯20发生的异响影响也有限，也满足降低碰撞噪音的需求；

3)在动铁芯40累计运动了T1+T2时长后，动铁芯40与静铁芯20之间的间距缩小到很短，比如第一预设间距h2，动铁芯40在惯性作用下运动第一预设间距h2后，与静铁芯20实现贴合。

在一个具体示例中，初始状态时，动铁芯40与静铁芯20之间的间距为h0，在第一预设时长T1结束时，动铁芯40的速度为v1。其中，h2≤h0/10，或者v2≤v1/10；或者h2≤0.05mm，或者v2≤0.05m/s。

参见图4和图5所示，在第一预设时长T1结束时动铁芯40的速度为V1，第二预设时长T2结束时动铁芯40的速度为V2，由于T1阶段动铁芯40做加速运动，T2阶段动铁芯40做减速运动，所以V2<V1。

在不考虑永磁体和液压力对电磁阀100的影响下，可以通过公式计算稳态磁场工作时，线圈30对动铁芯40的吸引力F：

式中：

φ—工作气隙磁通,单位：Wb；

B—工作气隙磁感应强度，单位：T；

μ₀—真空磁导率，其单位为Wb/A·m；

S—磁路截面积。

如果不考虑漏磁及其它连接部位存在的气隙，认为主气隙即为动铁芯40行程，此时直流电磁铁的气隙(动铁芯40的行程)磁感应强度B为：

式中：

N为线圈匝数，比如可以取300-400；

I-电流强度，单位：A；

U-电源电压，单位：V；

R-绕线电阻，单位：Ω；

δ-气隙长度，比如可以取0.00041-0.005m。

但是，在电磁阀100实际工作中，需要考虑磁路存在漏磁的情况，实际在工作气隙中起作用的只是线圈30磁势的一部分，此时线圈30对动铁芯40的吸引力F₁:

式中：K_f为漏磁系数，取值由磁路组成决定，通常在电磁阀100设计中取1.2～5.0，这里可以取3。

在计算出动铁芯40和静铁芯20之间吸引力的大小后，根据F＝ma、V_t＝V₀+at、

同时也可以考虑随位置变化油液压力、弹性的弹力对动铁芯的作用，模拟得到动铁芯的加速度a、速度v、位移d随时间变化的曲线图(参考图3、4、5所示)，式中F为吸引力，m为动铁芯40的质量，a为动铁芯40的加速度，V_t为动铁芯40的瞬时速度，V₀为动铁芯40的初速度，t为各阶段运动的时间，H为t时间内运动的距离。

由此，可以根据T1、T2(和T3)时长的选择、电压U1、U2(和U3)的输入，模拟得到相应的加速度、速度、位移随时间变化的曲线图，在考虑兼具响应灵敏和低碰撞噪音的前提下，选择更合适的T1、T2(和T3)、U1、U2(和U3)。

进一步地，第一预设时长T1为第二预设时长T2的10倍-15倍，和/或，第一时长T1与第二时长T2的总和≤3ms。

由此，由于初始时动铁芯40距离静铁芯20的距离较远，越靠近静铁芯20动铁芯40所受的磁吸力越大，这样在第一行程内施加给动铁芯40持续时间更长的吸力，可以使动铁芯充分加速，进一步提高了电磁阀100的响应速度。

如图3所示，在第一预设时长T1内，动铁芯40的加速度递增，在第二预设时长T2内，动铁芯40的加速度递减，在第三预设时长T3内，动铁芯40的加速度递增。在第一预设时长T1结束时，动铁芯40的加速度为a1，在第二预设时长T2初始时，动铁芯40的加速度为a2，在第二预设时长T2结束时，动铁芯40的加速度为a3，a1为正值，a2、a3为负值，且满足|a1|＜|a2|＜|a3|。

由此，在三个预设时间段内加速度均不相等，加速度的正负仅代表方向，即动铁芯40所受的合力朝向静铁芯20时加速度为正值，动铁芯40所受的合力背离静铁芯时加速度为负值。

具体地，I1为I2的1.5-2倍，I1为I3的1-2倍。换言之，在电磁阀100的驱动电路的电阻为恒定值时，电流的大小取决于施加的电压大小，也就是说，可以控制U1为U2的1.5-2倍，U1为U3的1-2倍。

由此，通过控制通入线圈30中各个阶段的电流或电压的大小、各个阶段占用的时长，以控制动铁芯40运动的速度和时间，使其能够减少动铁芯40运动到位所用的时间的同时，减少动铁芯40对静铁芯20的碰撞冲击，满足电磁阀100开闭的需要的静音工况又兼顾时效性。

在一个具体实施例中，如表1所示，在T1阶段可以通入1.3A的电流，并保持2ms的时间；在T2阶段可以通入反向的0.7A的电流，并保持0.2ms的时间；在T3阶段可以通入1A的电流，并保持0.9ms的时间，经过三个时间阶段可以使动铁芯40和静铁芯20实现贴合，从而避免动铁芯40和静铁芯20之间可能产生碰撞形成噪音。相应地，可以模拟生成动铁芯40的加速度、速度、位移随时间变化的曲线图，参见图3-5所示。

表1

阶段	电流/A	时长/ms
			T1	1.3	2
T2	0.7	0.2
			T3	1.0	0.9

根据本发明第二方面实施例的控制系统包括控制器、具有电磁阀100的液压油路，控制器具有电磁阀驱动电路，电磁阀驱动电路与电磁阀100的线圈30电连接，以按照上述实施例中任一项的电磁阀100控制方法，控制线圈30电流的通入。

具体地，通过控制器控制电磁阀驱动电路与线圈30电连接，以向线圈30中通入不同的电压/电流，以使线圈30能够产生磁场驱动动铁芯40运动，实现电磁阀的开闭控制，进而实现液压油路的接通或断开。

由此，通过控制线圈30中电流的方向变化，以使动铁芯40与静铁芯20吸合前能够实现先加速后减速的运动可以降低动铁芯40和静铁芯20的接触噪声。

参见图2所示，电磁阀100包括：阀体10、静铁芯20、线圈30、动铁芯40、弹性件50，阀体10内设有油腔11、进油口12、出油口13；静铁芯20相对于阀体10固定不动，静铁芯20为永磁体，线圈30与阀体10固定，动铁芯40设于线圈30内，且在静铁芯20、进油口12之间与两者在线圈30的轴向上相对应。弹性件50连接在动铁芯40与静铁芯20之间，且施加给动铁芯40以背离静铁芯20的力，在线圈30通入正向电流时，动铁芯40在感应磁场的作用下与静铁芯20相互吸引，在线圈30通入反向电流时，动铁芯40在感应磁场的作用下与静铁芯20相互排斥。

由此，通过控制线圈30中电流的流向，以使能够产生不同方向的感应磁场，实现动铁芯40和静铁芯20的相互吸引或相互排斥，电磁阀100开闭的方式简单、方法成熟、容易操作。而且，使用永磁体代替普通的铁作为静铁芯20，在电磁阀100断电后，永磁体的磁芯不会被磁化，可以降低断电后静铁芯20对动铁芯40的干扰。

可选地，如图1所示，电磁阀100为常闭电磁阀100，在初始位置动铁芯40封堵进油口12。在电磁阀100通正向电流工作时，动铁芯40在正向电流产生的正向磁场的作用下，逐渐靠近静铁芯20实现进油口12的开启。

由此，常闭电磁阀100在不通电的情况下，进油口12是关闭的，因此在电磁阀100不需要工作时可以省电，具有节能、可靠性高的优点。

弹性件50的一部分嵌入动铁芯40或静铁芯20的端部，动铁芯40适于与静铁芯20彼此相对的端部相互贴合。

也就是说，在动铁芯40和静铁芯20之间设置有弹性件50，弹性件50的一端可以连接在动铁芯40和静铁芯20中的一个，若弹性件50的一端连接在动铁芯40与进油口12相背的一端，则弹性件50的另一端可以部分嵌入与之相对的静铁芯20中；若弹性件50的一端连接在静铁芯20与动铁芯40相对的一端，则弹性件50的另一端止抵动铁芯40，并且可以嵌入动铁芯40中，或者说动铁芯40与之接触的一端设有凹槽，能够部分或者全部容纳弹性件50。

由此，弹性件50的一部分嵌入动铁芯40或者静铁芯20的端部，以使动铁芯40和静铁芯20在磁场力的作用下，克服弹性件50的弹力之后，能够尽量的贴合或者完全吸附在一起。

下面对电磁阀100的工作过程进行描述：

第一阶段：动铁芯40加速向静铁芯20运动T1时间，动铁芯40和静铁芯20相互吸引，两者之间的吸引力克服弹性件50的弹力，由于静铁芯20位置不动，动铁芯40会逐渐靠近静铁芯20，打开电磁阀100的进油口12。

第二阶段：在动铁芯40向静铁芯20运动预设的时间T1后，改变线圈30中的电流方向，受弹性件50的弹性恢复力和动铁芯40、静铁芯20之间排斥力的影响，会对动铁芯40的运动有较大的缓冲，可以降低动铁芯40运动的速度。

第三阶段：在经过第二阶段预设的运动时间T2后，再次改变线圈30中的电流流向，相对第一阶段通入的电流较小，由于经过两个阶段后的动铁芯40和静铁芯20之间的距离很近，同时第三阶段电流产生的磁场力较小、T3时间内动铁芯40运动的距离较短，便于动铁芯40和静铁芯20能够贴合，且不会产生较大的噪音。

以上以常闭电磁阀100为例描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，也可以应用与常开电磁阀100或者其他电磁阀。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，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。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电磁阀控制方法，其特征在于，包括：

在第一预设时长T1内，控制电磁阀的线圈通入第一正向电流I1，以使动铁芯从初始状态朝向静铁芯加速运动；

在第二预设时长T2内，控制电磁阀的线圈通入反向电流I2，以使动铁芯朝向静铁芯减速运动；

在第二预设时长T2结束时或结束后，所述动铁芯与静铁芯吸合并保持在当前位置。

2.根据权利要求1所述的电磁阀控制方法，其特征在于，在第二预设时长T2结束时，控制电磁阀的线圈通入第二正向电流I3，以使动铁芯保持在与静铁芯吸合的位置。

3.根据权利要求1或2所述的电磁阀控制方法，其特征在于，在第二预设时长T2结束时，所述静铁芯与动铁芯之间的间距为零或者小于第一预设间距h2，所述动铁芯的速度为零或者小于第一预设速度v2。

4.根据权利要求3所述的电磁阀控制方法，其特征在于，初始状态时，所述动铁芯与所述静铁芯之间的间距为h0，在第一预设时长T1结束时，所述动铁芯的速度为v1；

其中h2≤h0/10，v2≤v1/10；或者h2≤0.05mm，v2≤0.05m/s。

5.根据权利要求3所述的电磁阀控制方法，其特征在于，第一预设时长T1为第二预设时长T2的10倍-15倍，第一预设时长T1与第二预设时长T2的总和≤3ms。

6.根据权利要求2所述的电磁阀控制方法，其特征在于，

在第一预设时长T1内，所述动铁芯的加速度递增，在第二预设时长T2内，所述动铁芯的加速度递减，在第三预设时长T3内，动铁芯的加速度递增；

在第一预设时长T1结束时，所述动铁芯的加速度为a1，在第二预设时长T2初始时，所述动铁芯的加速度为a2，在第二预设时长T2结束时，所述动铁芯的加速度为a3，a1为正值，a2、a3为负值，且满足：

|a1|＜|a2|＜|a3|。

7.根据权利要求5所述的电磁阀控制方法，其特征在于，I1为I2的1.5-2倍，I1为I3的1-2倍。

8.一种控制系统，其特征在于，包括控制器、具有电磁阀的液压油路，所述控制器具有电磁阀驱动电路，所述电磁阀驱动电路与所述电磁阀的线圈电连接，以按照如权利要求1-7中任一项所述的电磁阀控制方法，控制所述线圈电流的通入。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述电磁阀包括：

阀体，所述阀体内设有油腔、进油口、出油口；

静铁芯，所述静铁芯相对于所述阀体固定不动，所述静铁芯为永磁体；

线圈，所述线圈与所述阀体固定；

动铁芯，所述动铁芯设于所述线圈内，且在所述静铁芯、所述进油口之间与两者在线圈的轴向上相对应；

弹性件，所述弹性件连接在所述动铁芯与所述静铁芯之间，且施加给所述动铁芯以背离所述静铁芯的力，在线圈通入正向电流时，所述动铁芯在感应磁场的作用下与所述静铁芯相互吸引，在线圈通入反向电流时，所述动铁芯在感应磁场的作用下与所述静铁芯相互排斥。

10.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述弹性件的一部分嵌入所述动铁芯或静铁芯的端部，所述动铁芯适于与所述静铁芯彼此相对的端部相互贴合。

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