CN115628245B - 模块化开关磁阻式电磁换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化开关磁阻式电磁换向阀，其包括壳体、螺钉端盖、阀芯、初级齿、定子齿、第一定位块、第二定位块、第三定位块、第一弹簧、第二弹簧、限位块、直线轴承和主轴，壳体与端盖相连，主轴连接端盖，阀芯的中心通孔与两个直线轴承连接，直线轴承套在主轴上。本发明能实现机能切换功能和换向功能，机能切换功能通过向定子齿的第三绕组通入电流，阀芯根据控制各相电流的导通进行不同方向旋转实现；换向功能通过内侧初级齿上的第一初级齿绕组和第二初级齿绕组分别对阀芯进行吸引，使阀芯轴向移动实现。相比于传统电磁换向阀，本发明能够实现多机能切换，动态响应时间更短，结构紧凑、便于维护。

Description

模块化开关磁阻式电磁换向阀

技术领域

本发明涉及电磁换向阀领域，特别是涉及一种模块化开关磁阻式电磁换向阀。

背景技术

电磁换向阀广泛应用于液压系统控制回路，在进行工程机械液压系统设计时，必须根据该机械的工作特点选取合适的中位机能的换向阀，当工况发生变化时，通常需要改变电磁阀的中位机能，传统电磁换向阀无法实现中位机能的改变，只能通过更换换向阀来实现机能的切换，工作效率低，无法实现自动化操作。

如中国发明专利202011398039.5所公开的一种三位四通电磁换向阀，包括：阀体，阀体内设置有与各个油口连通的换向腔，换向腔内设置有阀芯，阀体的两端设置封闭容腔，封闭容腔连接有先导阀，封闭容腔的外侧部与阀芯的端部之间均设置有弹性对中件，阀芯上设置有周向环槽和轴向流道，通过先导阀作用使得阀芯在换向腔内移动，进而使得阀芯上的周向环槽和轴向流道 连通不同的油口。该发明专利结构复杂，机能单一，不便于后续维护。

如中国实用新型专利201520983602.3 所公开的一种中位机能可切换的换向阀，包括：一个手动换向阀和一个电磁换向阀，手动换向阀和电磁换向阀通过螺栓相互连接，手动换向阀和电磁换向阀内部的油道相连接，电磁换向阀的工作进油口与手动换向阀的主进油口相对而设，电磁换向阀的工作回油口与手动换向阀的主回油口相对而设。该实用新型专利通过增设手动换向阀来实现电磁换向阀机能的切换，增加了液压系统的复杂性，无法实现自动化控制。

而本发明的一种多机能电磁换向阀，不需要在液压系统增设其他元件，即可实现机能的切换，且具有体积小，响应快等优点。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种模块化开关磁阻式电磁换向阀，本发明包括机能切换模块和换向模块，通过控制初级齿上的电流来控制阀芯的轴向移动，通过控制不同定子齿上的电流通断来控制电磁换向阀机能的切换。本发明相比于传统电磁换向阀，借助于阀芯凸台凹槽与液压油口的位置调节，阀芯通过控制各相电流的导通进行不同方向旋转，从而实现O型、P型和H型机能的切换，切换时动态响应时间更短，结构紧凑、便于维护。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种模块化开关磁阻式电磁换向阀，其包括壳体、螺钉、端盖、阀芯、直线轴承、初级齿、定子齿、第一定位块、第二定位块、第三定位块、第一弹簧、第二弹簧、限位块和主轴；所述壳体与所述端盖相连，所述主轴利用主轴两端的凸台做周向限位连接到所述端盖，所述阀芯的中心通孔与两个直线轴承连接，所述直线轴承套在所述主轴上，用于完成阀芯旋转和阀芯轴向移动，所述初级齿安装时将导线缠绕至所述初级齿上形成初级齿绕组，并将所述第一定位块沿所述壳体的第二圆弧槽轴向滑动以便于安装，再将所述初级齿和所述导线沿所述壳体的第二圆弧槽和第二走线槽轴向滑动，随后将所述第二定位块沿所述壳体的第二圆弧槽轴向滑动安装；所述定子齿安装时将所述导线缠绕至所述定子齿上形成定子齿绕组，并将所述定子齿和所述定子齿绕组沿所述壳体的第一圆弧槽和第一走线槽轴向滑动安装，随后将所述第三定位块沿所述壳体的第一圆弧槽轴向滑动安装；所述第一弹簧设置在所述阀芯的两端并与所述直线轴承的外端部接触，所述阀芯的两侧圆孔借助于弹簧销连接连接所述第二弹簧的第一端，所述第二弹簧的第二端连接所述限位块；

所述初级齿包括第一侧初级齿和第二侧初级齿；所述第一侧初级齿和第二侧初级齿上分别设置有第一初级齿绕组和第二初级齿绕组，所述阀芯上设有阀芯孔，所述弹簧销的第一端与所述阀芯孔过盈配合，所述弹簧销的第二端与弹簧的第一端之间采用螺纹连接，所述弹簧的第二端与所述限位块的第一端螺纹连接，所述限位块与所述弹簧销均设有一段螺纹，所述第一初级齿及第二初级齿上均设有凹槽，当所述第一初级齿绕组通电时，位于第一侧初级齿端部的限位块在电磁力的作用下与初级齿的凹槽接触，所述阀芯在电磁力的作用下朝所述第一初级齿绕组方向轴向移动，同时由于限位块的存在，避免阀芯发生周向旋转；当所述第二初级齿绕组通电时，所述阀芯向所述第二初级齿绕组方向移动；当断电时，所述阀芯由第一弹簧推回中位状态，所述限位块由所述弹簧销连接的第二弹簧拉回；

所述阀芯的两侧设有凸极，所述定子齿上设有第三绕组，向所述第三绕组通入电流，所述阀芯通过控制各相电流的导通进行不同方向旋转，从而实现O型、P型和H型机能的切换。

优选地，所述阀芯由硅钢铁软磁合金材料制成，所述阀芯设有通孔，所述通孔与两个直线轴承同轴心配合，实现所述阀芯的轴向移动和周向旋转；所述定子齿和所述初级齿分别通过所述第一圆弧槽和所述第二圆弧槽轴向安装，安装后分别由所述第三定位块和所述第二定位块进行轴向定位，缠绕在所述定子齿和所述初级齿上的导线分别沿所述第三定位块的第二圆孔和所述第二定位块的第一圆孔引出。

优选地，所述初级齿设置为N个，其中N为大于等于3的正整数。

优选地，所述阀芯的两侧设置有2n个凸极，所述壳体上安装有2m个定子齿，其中n和m为正整数，2≤n<m。

优选地，所述阀芯设置有第一阀芯凸台、第二阀芯凸台和第三阀芯凸台，所述第一阀芯凸台和第三阀芯凸台分别设置有第一凹槽和第四凹槽，所述第二阀芯凸台设置有第二凹槽和第三凹槽，且所述第二凹槽与第三凹槽之间的夹角为120°，所述第一凹槽和第四凹槽均与所述第二凹槽平行。

优选地，当所述第一凹槽、第二凹槽和第四凹槽均旋转至液压油口位置时，电磁换向阀具有H型机能；当所述第三凹槽单独旋转至液压油口位置时，电磁换向阀具有P型机能；当第一阀芯凸台、第二阀芯凸台和第三阀芯凸台均无凹槽旋转至液压油口位置时，电磁换向阀具有O型机能。

优选地，所述主轴两端设置的凸台为多边形凸台，所述端盖设有与所述多边形凸台过盈配合的凹台。

优选地，设所述第一阀芯凸台、第二阀芯凸台和第三阀芯凸台的厚度均为h，液压油口的直径为D，第一阀芯凸台、第二阀芯凸台和第三阀芯凸台上凹槽深度为l，使h-2l<D以保证液压油能够流通。

优选地，设所述限位块长度为l ₁ ，阀芯最外侧凸台与所述初级齿距离为l ₂，设液压油口之间的距离为l ₃，其中，l ₁>l ₂，h<l ₃且弹簧拉力F₁<电磁力F₂。

优选地，所述初级齿上导线的缠绕方向相同，所述定子齿的对称定子齿为一相且用同一根导线缠绕并产生相同磁场方向。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过阀芯及其附属结构实现机能切换功能和换向功能，机能切换功能主要由壳体、阀芯、导线、定子齿、直线轴承、第三定位块和主轴配合实现；换向功能主要由壳体、阀芯、导线、初级齿、第一弹簧、直线轴承、定位块、限位块、弹簧销、第二弹簧、端盖和主轴配合实现。本发明通过上述具体的结构实现了对不同导线施加电流来控制电磁换向阀的机能切换和换向，改变了传统电磁换向阀的阀芯设置结构。

（2）本发明的阀芯通过控制各相电流的导通进行不同方向旋转，从而实现O型、P型和H型机能的切换，能够实现多机能切换，便于完成自动化控制，动态响应时间更短，能迅速达到工作要求；并且结构紧凑，能够节省更多工作空间，便于实现液压控制系统的小型化。

（3）本发明的各个结构均采用模块化结构，整体结构为对称性结构，各模块结构互换性好，便于维护，使用时便于安装及替换，能够大幅度提高工作效率。

附图说明

图1为本发明模块化开关磁阻式电磁换向阀的整体结构示意图；

图2为本发明模块化开关磁阻式电磁换向阀的整体结构剖视图；

图3为本发明模块化开关磁阻式电磁换向阀的换向模块局部放大图；

图4为本发明模块化开关磁阻式电磁换向阀的机能切换模块原理图；

图5为本发明模块化开关磁阻式电磁换向阀的H型机能原理的剖视图；

图6为本发明模块化开关磁阻式电磁换向阀的P型机能原理的剖视图；

图7为本发明模块化开关磁阻式电磁换向阀的O型机能原理的剖视图；

图8为本发明的初级齿的等轴测图；

图9为本发明的主轴的等轴测图；

图10为本发明的阀芯的等轴测图；

图11为本发明的第三定位块的等轴测图；

图12为本发明的第二定位块的等轴测图。

附图标记说明：1、螺钉；2、端盖；3、壳体；31、第一走线槽；32、第二走线槽；33、第一圆弧槽；34、第二圆弧槽；4、阀芯；41、第一阀芯凸台；411、第一凹槽；42、第二阀芯凸台；421、第二凹槽；422、第三凹槽；43、第三阀芯凸台；431、第四凹槽；44、凸级；45、圆孔；46、中心通孔；5、第一定位块；6、初级齿；61、初级齿凹槽；7、第二定位块；71、第一定位块圆孔；72、第三走线槽；8、定子齿；9、第三定位块；91、第二定位块圆孔；10、直线轴承；11、第一弹簧；12、弹簧销；13、第二弹簧；14、限位块；15、主轴；151、多边形凸台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图12所示，本发明的目的是提供一种模块化开关磁阻式电磁换向阀，包括机能切换功能和换向功能，机能切换功能由壳体3、阀芯4、导线、定子齿8、直线轴承10、第三定位块9、弹簧销12、第二弹簧13、限位块14和主轴15实现；换向功能由壳体3、阀芯4、导线、初级齿6、第一弹簧11、直线轴承10、第一定位块5、第二定位块7、限位块14、弹簧销12、第二弹簧13和主轴15实现。

壳体3与端盖2通过螺钉1相连，主轴15通过两端的多边形凸台151做周向限位连接到端盖2，阀芯4的中心通孔46与两个直线轴承10连接，完成阀芯旋转和阀芯轴向移动，将第一定位块5沿壳体3的第二圆弧槽34轴向滑动安装，初级齿6安装时，先将导线缠绕至初级齿6上形成初级齿绕组，随后将初级齿6和所缠绕导线即初级齿绕组沿壳体3的第二圆弧槽34和第二走线槽32轴向滑动安装，后将第二定位块7沿壳体的第二圆弧槽34轴向滑动安装。定子齿8安装时，先将导线缠绕至定子齿8上形成定子齿绕组，随后将定子齿8和所缠绕导线即定子齿绕组沿壳体的第一圆弧槽33和第一走线槽31轴向滑动安装，后将第三定位块9沿壳体的第一圆弧槽33轴向滑动安装。阀芯4两端分别安装第一弹簧11，第一弹簧11设置在阀芯4的两端并与直线轴承10外端部的法兰接触。45与弹簧销12的第一端连接，弹簧销12的第二端连接第二弹簧13的第一端，第二弹簧13的第二端连接限位块14的第一端。

机能切换功能由壳体3、阀芯4、导线、定子齿8、直线轴承10、第三定位块9、弹簧销12、第二弹簧13、限位块14和主轴15组成，阀芯4两侧设有凸极44，定子齿8上设有定子齿绕组，阀芯4根据控制各相电流的导通将根据磁阻最小原理进行不同方向旋转，进而实现机能切换；换向功能由壳体3、阀芯4、导线、初级齿6、第一弹簧11、直线轴承10、第一定位块5、第二定位块7、限位块14、弹簧销12、第二弹簧13和主轴15组成，两端初级齿6可分为第一侧初级齿和第二侧初级齿；第一侧初级齿上设有第一初级齿绕组，第二侧初级齿上设有第二初级齿绕组，第一阀芯凸台41和第三阀芯凸台43上设有圆孔45，弹簧销12的第一端与圆孔45过盈配合，弹簧销12的第二端与第二弹簧13之间采用螺纹连接，第二弹簧13的第二端与限位块14的第一端螺纹连接，限位块14的第一端与弹簧销12的第二端均设有螺纹，初级齿6上设有初级齿凹槽61，当第一初级齿绕组通电时，第一初级齿绕组端的限位块14被电磁力吸引克服弹簧力与初级齿凹槽61接触，此时磁路磁阻最小，阀芯4会在电磁力的作用下向第一初级齿绕组方向轴向移动，同时由于限位块14的存在，避免阀芯4发生周向旋转。第二初级齿绕组通电时，阀芯4向第二初级齿绕组方向移动。导线断电时，阀芯4由第一弹簧11推回中位状态，限位块14由弹簧销12连接的第二弹簧13拉回。

阀芯4为硅钢铁软磁合金材料制成，阀芯4设有中心通孔46，中心通孔46与两个直线轴承10同轴心配合，为阀芯4提供轴向位移和周向旋转，避免阀芯4与壳体3接触阻力。定子齿8和初级齿6分别由第一圆弧槽33和第二圆弧槽34轴向滑动安装，初级齿6安装前由第一定位块5沿圆弧槽轴向滑动定位，安装后分别由第二定位块7和第三定位块9完成轴向定位。初级齿绕组的导线需在初级齿6安装到壳体3前缠绕在初级齿6上形成初级齿绕组，安装时导线沿壳体3的第二走线槽32安装，导线沿第二定位块7的第一定位块圆孔71引出。定子齿绕组的导线需在定子齿8安装到壳体3前缠绕在定子齿8上形成定子齿绕组，安装时导线沿壳体3的第一走线槽31和第二定位块7的第三走线槽72安装，导线沿第三定位块9的第二定位块圆孔91引出，需注意初级齿6、初级齿绕组及第二定位块7应先于定子齿8和定子齿绕组安装。

初级齿6上由导线缠绕而形成的初级齿绕组，通电后将形成磁场，由于工作气隙的存在，初级齿6提供的电磁力很小，不足以吸引阀芯4轴向移动，在阀芯4两侧设置限位块14，当导线通电时，率先吸引限位块14接触初级齿6，达到减小工作气隙的作用，增加电磁力，便于使阀芯4轴向移动，提高阀芯4动态响应，本实施例中，初级齿6设置为三个，但不限于三个，可进一步提高电磁力，相比传统电磁换向阀的电磁力更大。

阀芯4两侧设有2n个凸极44，壳体3上安装有2m个定子齿8，定子齿8上设置的定子齿绕组，通过控制各相电流的导通，阀芯上的凸极44将依据磁阻最小原理进行旋转，进而实现不同机能的切换，第一阀芯凸台41和第三阀芯凸台43分别设有一处第一凹槽411和第四凹槽431，第二阀芯凸台42带有第二凹槽421和第三凹槽422，且第二凹槽421与第三凹槽422的夹角为120°，第一凹槽411和第四凹槽431均与第二凹槽421平行，当第一凹槽411和第四凹槽431和第二凹槽421旋转到液压油口位置时，换向阀为H型机能，当第三凹槽422旋转到液压油口位置时，换向阀为P型机能，当第一阀芯凸台41、第二阀芯凸台42和第三阀芯凸台43均无凹槽处旋转到液压油口位置时，换向阀为O型机能，电磁换向阀可实现O型、P型和H型机能的切换，但不限于这三种机能，根据需要也可以设置其余机能。

初级齿6导线施加电流时产生的磁场方向应相同，因此导线缠绕方向应一致，定子齿8的对称定子齿为一相，用同一根导线缠绕，其缠绕方向应保证磁场方向相同。

电磁换向阀共有五个油口，各油口位置符合液压行业标准，电磁换向阀设有四个通孔，用于与其他液压元件连接。

阀芯4充当传统换向阀中电磁铁中衔铁的作用，使电磁换向阀结构更加紧凑，节省空间。

主轴15两侧设有多边形凸台151，端盖2设有同样大小凹台，装配时凹台与凸台151过盈装配，防止主轴15发生旋转。

端盖2设有沉头孔，通过螺钉1与壳体3进行固定，端盖2设有走线孔，定子齿8和初级齿6上的导线通过的走线孔引出。

设阀芯凸台厚度为h，油口的直径为D，凸台上凹槽深度为l，为使液压油能够流通，应保证h-2l<D。

当一侧绕组通电时，一侧限位块14被电磁力吸引克服弹簧力与初级齿凹槽61接触，设限位块14长度为l ₁ ，阀芯4最外侧的第一阀芯凸台41、第三阀芯凸台43与初级齿6距离为l ₂，应保证l ₁>l ₂，且弹簧拉力F₁<电磁力F₂。

液压油口之间的距离为l ₃，阀芯凸台厚度为h，使阀芯4轴向移动时不遮挡液压油口，应保证h<l ₃。

使用过程中，通过控制各相电流的导通，对各个凹槽的位置进行控制，当需要H型机能时，使第一凹槽411、第四凹槽431和第二凹槽421旋转到液压油口位置时；当需要P型机能时，使第三凹槽422旋转到液压油口位置；当需要O型机能时，使第一阀芯凸台41、第二阀芯凸台42和第三阀芯凸台43均无凹槽处旋转到液压油口位置。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种模块化开关磁阻式电磁换向阀，其特征在于：其包括壳体、螺钉、端盖、阀芯、直线轴承、初级齿、定子齿、第一定位块、第二定位块、第三定位块、第一弹簧、第二弹簧、限位块和主轴；所述壳体与所述端盖相连，所述主轴利用主轴两端的凸台做周向限位连接到所述端盖，所述阀芯的中心通孔与两个直线轴承连接，所述直线轴承套在所述主轴上，用于完成阀芯旋转和阀芯轴向移动，所述初级齿安装时将导线缠绕至所述初级齿上形成初级齿绕组，并将所述第一定位块沿所述壳体的第二圆弧槽轴向滑动以便于安装，再将所述初级齿和所述导线沿所述壳体的第二圆弧槽和第二走线槽轴向滑动，随后将所述第二定位块沿所述壳体的第二圆弧槽轴向滑动安装；所述定子齿安装时将所述导线缠绕至所述定子齿上形成定子齿绕组，并将所述定子齿和所述定子齿绕组沿所述壳体的第一圆弧槽和第一走线槽轴向滑动安装，随后将所述第三定位块沿所述壳体的第一圆弧槽轴向滑动安装；所述第一弹簧设置在所述阀芯的两端并与所述直线轴承的外端部接触，所述阀芯的两侧圆孔借助于弹簧销连接所述第二弹簧的第一端，所述第二弹簧的第二端连接所述限位块；

所述初级齿包括第一侧初级齿和第二侧初级齿；所述第一侧初级齿和第二侧初级齿上分别设置有第一初级齿绕组和第二初级齿绕组，所述阀芯上设有阀芯孔，所述弹簧销的第一端与所述阀芯孔过盈配合，所述弹簧销的第二端与弹簧的第一端之间采用螺纹连接，所述弹簧的第二端与所述限位块的第一端螺纹连接，所述限位块与所述弹簧销均设有一段螺纹，所述第一初级齿及第二初级齿上均设有凹槽，当所述第一初级齿绕组通电时，位于第一侧初级齿端部的限位块在电磁力的作用下与初级齿的凹槽接触，所述阀芯在电磁力的作用下朝所述第一初级齿绕组方向轴向移动，同时由于限位块的存在，避免阀芯发生周向旋转；当所述第二初级齿绕组通电时，所述阀芯向所述第二初级齿绕组方向移动；当断电时，所述阀芯由第一弹簧推回中位状态，所述限位块由所述弹簧销连接的第二弹簧拉回；

所述阀芯的两侧设有凸极，所述定子齿上设有第三绕组，向所述第三绕组通入电流，所述阀芯通过控制各相电流的导通进行不同方向旋转，从而实现O型、P型和H型机能的切换。

2.根据权利要求1所述的模块化开关磁阻式电磁换向阀，其特征在于：所述阀芯由硅钢铁软磁合金材料制成，所述阀芯设有通孔，所述通孔与两个直线轴承同轴心配合，实现所述阀芯的轴向移动和周向旋转；所述定子齿和所述初级齿分别通过所述第一圆弧槽和所述第二圆弧槽轴向安装，安装后分别由所述第三定位块和所述第二定位块进行轴向定位，缠绕在所述定子齿和所述初级齿上的导线分别沿所述第三定位块的第二圆孔和所述第二定位块的第一圆孔引出。

3.根据权利要求1所述的模块化开关磁阻式电磁换向阀，其特征在于：所述初级齿设置为N个，其中N为大于等于3的正整数。

4.根据权利要求1所述的模块化开关磁阻式电磁换向阀，其特征在于：所述阀芯的两侧设置有2n个凸极，所述壳体上安装有2m个定子齿，其中n和m为正整数，2≤n<m。

5.根据权利要求4所述的模块化开关磁阻式电磁换向阀，其特征在于：所述阀芯设置有第一阀芯凸台、第二阀芯凸台和第三阀芯凸台，所述第一阀芯凸台和第三阀芯凸台分别设置有第一凹槽和第四凹槽，所述第二阀芯凸台设置有第二凹槽和第三凹槽，且所述第二凹槽与第三凹槽之间的夹角为120°，所述第一凹槽和第四凹槽均与所述第二凹槽平行。

6.根据权利要求5所述的模块化开关磁阻式电磁换向阀，其特征在于：当所述第一凹槽、第二凹槽和第四凹槽均旋转至液压油口位置时，电磁换向阀具有H型机能；当所述第三凹槽单独旋转至液压油口位置时，电磁换向阀具有P型机能；当第一阀芯凸台、第二阀芯凸台和第三阀芯凸台均无凹槽旋转至液压油口位置时，电磁换向阀具有O型机能。

7.根据权利要求1所述的模块化开关磁阻式电磁换向阀，其特征在于：所述主轴两端设置的凸台为多边形凸台，所述端盖设有与所述多边形凸台过盈配合的凹台。

8.根据权利要求5所述的模块化开关磁阻式电磁换向阀，其特征在于：设所述第一阀芯凸台、第二阀芯凸台和第三阀芯凸台的厚度均为h，液压油口的直径为D，第一阀芯凸台、第二阀芯凸台和第三阀芯凸台上凹槽深度为l，使h-2l<D以保证液压油能够流通。

9.根据权利要求1所述的模块化开关磁阻式电磁换向阀，其特征在于：设所述限位块长度为l ₁ ，阀芯最外侧凸台与所述初级齿距离为l ₂，设液压油口之间的距离为l ₃，其中，l ₁>l ₂，h<l ₃且弹簧拉力F₁<电磁力F₂。

10.根据权利要求1所述的模块化开关磁阻式电磁换向阀，其特征在于：所述初级齿上导线的缠绕方向相同，所述定子齿的对称定子齿为一相且用同一根导线缠绕并产生相同磁场方向。

Images