CN116972210A - 双向电流驱动的双电磁极比例阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双向电流驱动的双电磁极比例阀，在比例阀中采用电磁铁对对活塞进行控制，通过电磁铁对之间的吸引力减小摩擦力的影响，一定程度上降低摩擦滞回现象，能够有效提升比例阀的动态相应性能，同时通过电磁铁对之间的排斥力，克服弹簧老化而造成密封性下降的弊端，为活塞提供预紧力，有效提升比例阀的密封性。
Description
技术领域
本发明涉及呼吸机技术领域，更具体的说是涉及一种新型呼吸机用双向电流驱动的双电磁极比例阀。
背景技术
呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备，作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于各种原因所致的呼吸衰竭、大手术期间的麻醉呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏中，在现代医学领域内占有十分重要的位置。在呼吸机的使用过程中，必须对患者进行机械通气。呼吸机自带压缩机、涡轮机或其他类型的元件以提供气源，因而呼吸机需要能进行流量比例控制的阀门进行气体流量控制。呼吸机比例阀多采用电磁比例阀，电磁比例阀是指采用比例电磁铁作为电气一机械转换元件的比例阀，比例电磁铁将输入的电流信号转换成力、位移机械信号输出，进而控制压力、流量及方向等参数。现有的典型的比例阀，由活动衔铁固连阀芯，在线圈的电磁力驱动下，阀芯沿起导向作用和密封作用的密封部件左右移动，达到调节阀口大小的目的。由于这种比例阀存在相互接触的相对运动，所以不可避免的就存在摩擦力由于动摩擦力的影响削弱了电磁力的作用，尤其在输入控制电流较小时，会严重影响到输入电流与输出电磁力的比例关系，这也是导致现有比例阀小流量输出不稳定的原因之一；而且由于比例阀开启和关闭摩擦力的作用正好相反，导致现有比例阀开启和关闭产生很大的滞回。为了最大限度的减小滞回对流速控制的影响，不得不研究复杂的控制算法，大大增加了成本。同时，这种采用弹簧作为抵持阀芯与阀体进而密封进气口的组件，也存在弹簧老化失效、密封不严的问题。
现有技术主要针对阀芯结构进行优化，通过增加簧片、弹性膜等方式来减小比例阀的摩擦迟滞、提升动态响应性能，但是会提高产品成本，以及增大比例阀死区电压，影响相关呼吸机产品的生产和使用。
因此，如何在减小摩擦滞回对流速控制影响，同时解决密封性下降问题，减小死区电压，提升比例阀动态相应性能是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种双向电流驱动的双电磁极比例阀，提出一种双电磁极比例阀搭配双向电流驱动方案，减小摩擦滞回对流速控制影响，并减小比例阀死区电压，增强比例阀静态封闭性功能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双向电流驱动的双电磁极比例阀，包括双电磁极比例阀和双向电流驱动板；
双电磁极比例阀包括电磁铁对、弹簧、活塞和阀体；所述电磁铁对、所述弹簧和所述活塞均位于所述阀体内，所述活塞位于所述阀体一端的进气孔处；所述活塞连接在所述电磁铁对一侧，所述弹簧套设在所述电磁铁对上；
所述电磁铁对电连接所述双向电流驱动板。
优选的，所述电磁铁对包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一电磁铁固定在所述阀体内的所述进气孔对侧；所述第一电磁铁和所述第二电磁铁通过所述弹簧弹性连接。
优选的，所述阀体侧壁上开设有排气孔。
优选的，所述双向电流驱动板包括两组并联连接的集成运放模块，两组集成运放模块的输入端接收控制信号；第一电磁铁和第二电磁铁并联连接，并联连接节点连接至两组并联连接的集成运放模块的输出端。控制信号的极性发生改变时，输出端的输出电流方向也随之改变，由于线圈的缠绕状态，输出电流直接接入线圈，当电流的方向发生变化时，线圈产生斥力或引力；控制信号的电压越大，产生的输出电流也越大，以此控制引力、斥力的大小。
优选的，所述电磁铁对采用电磁铁线圈。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种双向电流驱动的双电磁极比例阀，在比例阀中采用电磁铁对对活塞进行控制，通过电磁铁对之间的吸引力减小摩擦力的影响，一定程度上降低摩擦滞回现象，能够有效提升比例阀的动态相应性能，同时通过电磁铁对之间的排斥力，克服弹簧老化而造成密封性下降的弊端，为活塞提供预紧力，有效提升比例阀的密封性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的双向电流驱动的双电磁极比例阀结构示意图；
图2附图为本发明提供的现有电磁比例阀结构示意图；
图3附图为本发明提供的双向电流驱动板电路结构示意图。
附图中：11-第一电磁铁，12-第二电磁铁，2-衔铁，3-弹簧，4-活塞，5-阀体，6-进气孔，7-排气孔。
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。
本发明实施例公开了一种双向电流驱动的双电磁极比例阀，在原有的比例阀上进行优化，使用双电磁磁极，接入双向电流驱动电路。理论上所有的电磁比例阀上都可以运用本发明的设计方案。本发明主要包含，呼吸机比列阀的双电磁极设计，以及搭配使用的双向电流驱动方案。
一种双向电流驱动的双电磁极比例阀，如图1所示，包括双电磁极比例阀和双向电流驱动板；
双电磁极比例阀包括电磁铁对、弹簧3、活塞4和阀体5；电磁铁对、弹簧3和活塞4均位于阀体5内，活塞4位于阀体5一端的进气孔6处；活塞4连接在电磁铁对一侧，弹簧3套设在电磁铁对上；
电磁铁对电连接双向电流驱动板。
为了进一步优化上述技术方案，电磁铁对包括第一电磁铁11和第二电磁铁12，第一电磁铁11固定在阀体内的进气孔6对侧；第一电磁铁11和第二电磁铁12通过弹簧3的套设弹性连接。
为了进一步优化上述技术方案，阀体5侧壁上开设有排气孔7。
为了进一步优化上述技术方案，双向电流驱动板包括两组并联连接的集成运放模块，两组集成运放模块的输入端接收控制信号；电磁铁对采用电磁铁线圈，第一电磁铁和第二电磁铁并联连接，并联连接节点连接至两组并联连接的集成运放模块的输出端。
实施例1
当前电磁比例阀简图如图2所示，主要活动机构以一个电磁铁1和一个衔铁2，以及弹簧3组成，拖动活塞4运动，以达成对气体流量流速的控制。但是，活塞4与阀壁接触面积较大，静摩擦力、动摩擦力对活塞4的运动控制影响较高，导致了较大的死区电压和摩擦滞回。本发明，提出了一种双电磁极方案的电磁比例阀，简图如图1所示，用一个电磁铁代替衔铁2与另外一个电磁铁组成电磁铁对。采取这种方案，比例阀在工作状态时，在通入同等电流下，将获得更大的电磁力，在一定程度上对摩擦力影响进行了补偿，减小了摩擦力的影响。并且使用双磁极方案，电磁力对电流变化更为敏感，有效提高了比例阀的动态响应性能。
实施例2
在一个实施例中，使用的双运放双向恒流驱动电路进行电磁比例阀控制，如图3所示，包括两组并联连接的集成运放模块，第一集成运放模块包括电容C1、电容C2和运算放大器L1，第二集成运放模块包括电容C3、电容C4和运算放大器L2；运算放大器L1的同向输入端连接电阻R4和电阻R5的连接节点，L1的反向输入端连接电阻R1一端和电阻R2一端的连接节点；L1的正电源端同时连接正电源VCC和电容C1的一端，电容C1的另一端接地；L1的负电源端同时接负电源-VCC、电容C2的一端和运算放大器L2的正电源端，电容C2的另一端接地运算放大器L2的正电源端；L1的输出端连接电阻R2另一端与电阻R3一端的连接节点；L2的同向输入端连接电阻R3的另一端，作为电流输出端；L2的反向输入端连接L2的输出端和电阻R4的另一端；L2的正电源端同时接正电源VCC和电容C3的一端，电容的另一端接地；L2的负电源端同时接负电源-VCC和电容C4的一端，电容C4的另一端接地；电阻R5的另一端作为控制信号输入端；R1的另一端接地。
在双电源供电的前提条件下，输出可以实双向电流或交流输出。当该双向电流输出接入双电磁极时，输出正向电流时，双电磁极间产生吸引力，克服弹簧弹性力令比例阀输出流速增大。当输出电流为反向电流时，两电磁极相互排斥，在活塞静止时可通入反向电流，使活塞收到与弹簧弹力同向的电磁力，该力可以充当活塞的预紧力，有效增强了比例阀的密封性能，同时克服了弹簧老化问题带来的密封性下降的弊端。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种双向电流驱动的双电磁极比例阀，其特征在于，包括双电磁极比例阀和双向电流驱动板；
双电磁极比例阀包括电磁铁对、弹簧、活塞和阀体；所述电磁铁对、所述弹簧和所述活塞均位于所述阀体内，所述活塞位于所述阀体一端的进气孔处；所述活塞连接在所述电磁铁对一侧，所述弹簧套设在所述电磁铁对上；
所述电磁铁对电连接所述双向电流驱动板。
2.根据权利要求1所述的双向电流驱动的双电磁极比例阀，其特征在于，所述电磁铁对包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一电磁铁固定在所述阀体内的所述进气孔对侧；所述第一电磁铁和所述第二电磁铁通过所述弹簧弹性连接。
3.根据权利要求1所述的双向电流驱动的双电磁极比例阀，其特征在于，所述阀体侧壁上开设有排气孔。
4.根据权利要求2所述的的双向电流驱动的双电磁极比例阀，其特征在于，所述双向电流驱动板包括两组并联连接的集成运放模块，两组集成运放模块的输入端接收控制信号；第一电磁铁和第二电磁铁并联连接，并联连接节点连接至两组并联连接的集成运放模块的输出端。
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