CN1807944A - 四通电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是，通过谋求缩短柱塞的移动距离，来削减磁阻，削减四通电磁阀的驱动以及保持其状态的电功率。其解决方案为，包括：阀主体1，所述阀主体1在一个侧面上设置一个连接口(1a)，同时，在另一个侧面上设置三个连接口(1b)、(1c)、(1d)，在一个连接口(1a)与三个连接口(1b)、(1c)、(1d)之间，在内部形成遍及所述连接口组的整个区域的流通室(R)；柱塞(20)，所述柱塞(20)在阀主体(1)的内部沿着轴向方向移动；滑动阀体(3)，所述滑动阀体(3)连接到上述柱塞(20)上且压接到三个连接口(1b)、(1c)、(1d)上，并且以滑动的方式配置；将滑动阀体(3)经由其连通用凹部(3a)将三个连接口(1b)、(1c)、(1d)中的两个连接口连通，同时，经由流通室(R)使其它的连接口之间连通，同时，三个连接口(1b)、(1c)、(1d)相对于其阀座面呈三角形配置。

Description

四通电磁阀

技术领域

本发明涉及四通电磁阀的结构，特别是，涉及降低磁阻、削减用于电磁线圈的驱动及保持其状态的电功率的技术。

背景技术

过去，已知这样的四通电磁阀，该四通电磁阀的特征为，在阀主体的一方上沿着轴向方向并列地设置三个连接口，同时，在另一方的与所述三个连接口的大致中间部对向的位置上设置一个连接口，在该阀主体内，在所述一个连接口与所述三个连接口之间，为了形成遍及所述连接口组的整个区域的环状流通室，设置小直径的柱塞，在与该柱塞的轴向方向正交的方向的通孔内设置滑动阀体，同时，在该滑动阀体与阀主体的所述一个连接口之间设置螺旋弹簧，将其压接到所述三个连接口部上，所述滑动阀体经由其连通用凹部将所述三个连接口中邻接的两个连接口连通，同时，经由该流通室，使其它的连接口之间连通(例如，参照专利文献1)。

【专利文献1】实公昭55-16534号公报(实用新型登记权利要求书、附图)

发明内容

在上述现有的四通电磁阀中，利用对电磁线圈通电所产生的电磁力，吸引与滑动阀体连接的柱塞，使柱塞移动，由此使滑动阀体也移动，藉此，切换三个连接口与一个连接口的流路。然后，在返回原来的状态的情况下，通过停止向电磁线圈上的通电，释放在吸引柱塞时预先储能的弹簧，与柱塞一起返回滑动阀体的位置。

在这种四通电磁阀中，为了保持切换了滑动阀体的状态，必须持续地向电磁线圈上通电，存在着继续消耗电功率的问题。

另外，通过缩短垂直于滑动阀体的阀座面沿着阀体滑动方向开设的流路孔的间隔，缩短电磁线圈的吸引距离，可以用小的电功率维持状态，但是，由于在与阀体滑动面相反侧与流路孔连接的配管的直径的小型化是有限度的，所以，存在着不能缩小孔间隔的问题。

本发明为了解决上述现有技术中的课题，其目的是，通过缩短柱塞的移动距离、增大柱塞间隙部的对向截面积、或者增大外部铁心与柱塞对向部的面积，削减磁阻、削减四通电磁阀的驱动及保持其状态的电功率。

根据本发明的四通电磁阀，其特征在于，包括：阀主体，所述阀主体，在一个侧面上设置一个连接口，同时在另一个侧面上设置三个连接口，在一个连接口与三个连接口之间，在内部形成遍及所述连接口组的整个区域的流通室；柱塞，该柱塞在阀主体内部沿着轴向方向移动；以及滑动阀体，所述滑动阀体连接到柱塞上且压接到三个连接口上，并且以滑动的方式配置；其中，滑动阀体经由其连通用凹部将三个连接口中的两个连接口连通，同时，经由流通室使其它的连接口之间连通，同时，三个连接口相对于其阀座面呈三角形配置。

另外，根据本发明的四通电磁阀，其特征在于，包括：阀主体，所述阀主体在一个侧面上设置一个连接口，同时在另一个侧面上设置三个连接口，在一个连接口与三个连接口之间，在内部形成遍及所述连接口组的整个区域的流通室；柱塞，该柱塞在阀主体内部沿着轴向方向移动；滑动阀体，所述滑动阀体连接到柱塞上且压接到三个连接口上，并且以滑动的方式配置；内部铁心，所述内部铁心与柱塞的与阀主体相反的一侧相对向；包围内部铁心的电磁线圈；配置在电磁线圈外周的外部铁心；其中，在滑动阀体经由其连通用凹部将三个连接口中的两个连接口连通，同时，经由流通室使其它的连接口之间连通，同时，使内部铁心中与柱塞的间隙附近的截面面积比内部铁心的被电磁线圈包围部分的截面面积大，使柱塞与内部铁心对向的部分的截面面积与内部铁心的间隙附近部分的截面面积基本上相等。

进而，根据本发明的四通电磁阀，其特征在于，包括：阀主体，所述阀主体在一个侧面上设置一个连接口，同时，在另一个侧面上设置三个连接口，在一个连接口与三个连接口之间，在内部形成遍及所述连接口组的整个区域的流通室；柱塞，该柱塞在阀主体内部沿着轴向方向移动；滑动阀体，所述滑动阀体连接到柱塞上且压接到三个连接口上，并且以滑动的方式配置；内部铁心，所述内部铁心与柱塞的与阀主体相反的一侧相对向；包围内部铁心的电磁线圈；配置在电磁线圈外周的外部铁心；其中，在滑动阀体经由其连通用凹部将三个连接口中的两个连接口连通的同时，经由流通室使其它的连接口之间连通，同时，使外部铁心与柱塞对向的部分的面积比其它部分的板厚面积大。

根据本发明的四通单向阀，通过将作为流路孔的三个连接口相对于其阀座面呈三角形配置，减少滑动阀体的滑动距离，可以削减由电磁铁造成的吸引的间隙，可以削减四通电磁阀的切换以及状态保持所必需的电功率。

另外，根据本发明的四通电磁阀，通过使内部铁心中与柱塞的间隙附近部分的截面面积比内部铁心的被电磁线圈包围的部分的截面面积大，使柱塞中与内部铁心对向的部分的截面面积与内部铁心的间隙附近部分的截面面积大致相等，可以降低柱塞间隙部的磁阻，可以削减四通电磁阀的切换以及状态保持所必需的电功率。

进而，根据本发明的四通电磁阀，通过使外部铁心与柱塞对向的部分的面积比其它部分的板厚面积大，可以削减磁路内的磁阻，可以削减四通电磁阀的切换以及状态保持所必需的电功率。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施形式1的四通电磁阀的剖视图。

图2是表示根据本发明的实施形式1的四通电磁阀的滑动阀体和三个连接口的配置的图示。

图3是表示根据本发明的实施形式2的四通电磁阀的剖视图。

图4是表示根据本发明的实施形式3的四通电磁阀的剖视图。

图5是表示电磁阀的柱塞吸引部中的磁路的图示。

图6是用于由电磁线圈的磁通势推导出功的说明图。

图7是表示根据本发明的实施例的四通电磁阀的柱塞间隙长度与必要的电流的关系的图示。

图8是表示根据本发明的实施例的四通电磁阀的柱塞的直径与必要的电流的关系的图示。

图9是表示根据本发明的四通电磁阀的柱塞的截面面积与必要的电流的关系的图示。

图10是表示根据本发明的实施例的四通电磁阀的柱塞截面面积比与必要的电流的关系的图示。

图11是表示根据本发明的实施例的四通电磁阀的柱塞截面面积比与必要的电功率的关系的图示。

图12是表示根据本发明的实施例的四通电磁阀的外部铁心的板厚比与必要的电流的关系的图示。

图13是表示根据本发明的实施例的四通电磁阀的外部铁心的板厚比与必要的电功率的关系的图示。

图14是表示根据本发明的实施形式2的四通电磁阀的另外的实施例的剖视图。

图15是表示根据本发明的实施形式2的四通电磁阀的另外的实施例的剖视图。

图16是表示根据本发明的实施形式2的四通电磁阀的另外的实施例的剖视图。

图17是表示根据本发明的实施形式3的四通电磁阀的另外的实施例的剖视图。

图18是表示根据本发明的实施形式3的四通电磁阀的另外的实施例的剖视图。

图19是表示根据本发明的实施形式3的四通电磁阀的另外的实施例的剖视图。

具体实施方式

下面根据附图说明实施本发明的最佳形式。

实施形式1.

图1是表示根据本发明的实施形式1的四通电磁阀的剖视图，图1(a)是正视剖面图，图1(b)是局部侧视剖面图。在本实施形式的四通电磁阀中，阀主体1呈在内部形成流通空间R的筒状，用黄铜等非磁性体构成。并且，在阀主体1的一个侧面上形成连接口1a，在与之对向的另一个侧面上钎焊阀座部2，所述阀座部2具有相对于阀座面呈三角形配置的三个连接口1b、1c、1d。另外，在连接口1a的流路孔上钎焊有配管4，在连接口1b、1c、1d的流路孔上设置大直径部1b1、1c1、1d1，并且，将配管5插入并钎焊到这些大直径部内。

在阀主体1的上侧的内径部，通过钎焊等接合柱塞缸21并与阀主体1一体化。并且，在柱塞缸21的内部可自由移动地容纳磁性体制造的柱塞20。在柱塞20的阀主体1侧形成小直径部20a，在设于小直径部20a内侧的孔20b内插入连接板11，通过铆接小直径部20a，将所述连接板11连接到柱塞20上。另外，在连接板11上形成垂直于轴向方向的通孔11a，将由橡胶、聚氟乙烯(或者，聚四氟乙烯)、聚缩醛(或者聚缩醛共聚物)等构成的滑动阀体3安装到该通孔11a内。在与滑动阀体3的所述多个连接口1b、1c、1d对向部分上形成连通用凹部3a。另外在滑动阀体3的背面设置用铆钉12安装到连接板11上的板簧13，借助该板簧13将滑动阀体3推压到连接口1b、1c、1d的阀座面上。

另一方面，在柱塞20的与阀主体1相反的一侧上，配置内部铁心22，在柱塞20与内部铁心22之间配置复位用压缩螺旋弹簧23。另外，在柱塞20及内部铁心22的周围配置兼作外壳的磁性体制造的外部铁心24、以及包围外部铁心24的电磁线圈25。

其次，对于本实施形式的四通电磁阀的动作进行说明。在不向电磁线圈25上通电时，柱塞20被压缩螺旋弹簧23加压，经由固定到柱塞20上的连接板11，滑动阀体3借助连通用凹部3a使连接口1c、1d连通，同时，借助阀座主体1内部的流通空间R使连接口1a、1b连通。另外，当向电磁线圈25通电时，借助所产生的电磁力，柱塞20一面对压缩螺旋弹簧23进行压缩，一面被向内部铁心22侧吸引并移动。与此相伴，通过铆接固定到柱塞20上的链接板11，滑动阀体3也向上方移动，借助滑动阀体3的连通用凹部3a使连接口1c、1b连通，同时，借助阀主体1内部的流通空间R使连接口1a、1d连通。

在本实施形式中，其特征为，在阀主体1的与连接口1a对向的另一个侧面上形成的三个连接口1b、1c、1d，相对于阀座面呈三角形配置。图2(a)及(b)是表示本实施形式及现有技术的滑动阀体与三个连接口的配置的图示。如上所述，在连接口1b、1c、1d的流路孔上设置大直径部1b1、1c1、1d1，将配管5插入到这些大直径部1b1、1c1、1d1内。这里，由于配管5的配管直径的小型化是有限度的，所以，大直径部1b1、1c1、1d1的小型化也是有限度的。另外，当要使配管5彼此接近时，大直径部之间的间隔壁的厚度变薄，用于缩小大直径部的间隔的加工是有限度的。因此，如图2(b)的现有例所示，当连接口1b、1c、1d并列地配置时，由于大直径部1b1、1c1、1d1的直径的制约以及大直径部之间的间隔壁的厚度的限制，滑动阀体3的行程长度h2也变大。因此，在本实施形式中，如图2(a)所示，将连接口1b、1c、1d相对于阀座面呈三角形配置。藉此，即使有大直径部1b1、1c1、1d1的直径的制约以及大直径部之间的间隔壁的厚度的限制，也可以使滑动阀体3的行程长度h1比现有的行程长度h2短，可以抑制电磁线圈25吸引时的电功率消耗。

如上所述，根据本实施形式，通过将连接口1b1、1c1、1d1相对于阀座面呈三角形配置，可以不改变配管5的直径、将距离配置地最接近，从而，可以将连接口1b、1d配置得最靠近。藉此，由于与过去的相对于滑动方向直线配置的情况相比，可以缩小连接口的孔间距，所以可以缩短柱塞20的滑动距离。结果，由于可以利用小的磁通势吸引柱塞20，所以可以削减驱动四通电磁阀以及保持其状态用的电功率。

另外，在将根据本实施形式的四通电磁阀装入到制冷供暖系统中使用的情况下，由于可以削减对制冷或者供暖操作没有贡献的电磁线圈的工作电功率，所以可以提高COP(Coefficient of Performance特性系数)。

实施形式2.

图3是表示根据本发明的实施形式2的四通电磁阀的剖视图，图3(a)表示柱塞吸引前的状态的侧视剖面图，图3(b)是表示柱塞吸引后的状态的侧视剖面图。在本实施形式的四通电磁阀中，阀主体1构成在内部形成流通空间R的筒状，由黄铜等非磁性体构成。并且，在阀主体1的一个侧面上形成连接口1a，在与之对向的另一个侧面上安装阀座部2，所述阀座部2具有相对于阀座面呈三角形配置的三个连接口1b、1c、1d。另外，在连接口1a的流路孔上钎焊有配管4，在连接口1b、1c、1d的流路孔上设置大直径部1b1、1c1、1d1，并且将配管5插入并钎焊到这些大直径部内。

通过钎焊等将柱塞缸21接合到阀主体1的上侧的内径部上，与阀主体1一体化。并且，在柱塞缸21的内部可自由移动地容纳磁性体制造的柱塞20。在柱塞20的阀主体1侧上形成小直径部20a，将连接板11插入到设置在小直径部20a内侧的孔20b内，通过铆接小直径部20a将所述连接板11连接到柱塞20上。另外，在连接板11上形成与轴向方向垂直的通孔11a，将由橡胶、聚氟乙烯(或者，聚四氟乙烯)、聚缩醛(或者聚缩醛共聚物)等构成的滑动阀体3安装到该通孔11a内。在滑动阀体3的与前述多个连接口1b、1c、1d对向的部分上形成连通用凹部3a。另外，在滑动阀体3的背面设置利用铆钉安装到连接板11上的板簧13，借助该板簧13将滑动阀体3推压到连接口1b、1c、1d的阀座面上。

另一方面，在柱塞20的与阀主体1相反的一侧上配置内部铁心22，在柱塞20与内部铁心22之间配置复位用的压缩螺旋弹簧23。另外，在内部铁心22的周围配置由磁性体制成的外部铁心24、以及包围外部铁心24的电磁线圈25。

其次，对本实施形式的四通电磁阀的动作进行说明。在不向电磁线圈25通电时，柱塞20被压缩螺旋弹簧23加压，滑动阀体3借助连通用凹部3a使连接口1c、1d连通，同时，借助阀主体1内部的流通空间R使连接口1a、1b连通。另外，当向电磁线圈23通电时，借助所产生的电磁力，柱塞20一面将压缩弹簧23压缩一面被向内部铁心22侧吸引并移动。与此相伴，滑动阀体3通过铆接固定到柱塞20上的连接部11也向上方移动，借助滑动阀体3的连通用凹部3a使连接口1c、1b连通，同时，借助阀主体1内部的流通空间R使连接口1a、1d连通。

本实施形式的特征为，对于内部铁心22的形状，使所述内部铁心22与柱塞20之间的间隙附近的部分22A的截面面积比内部铁心22被电磁线圈25包围的部分22B的截面面积大，同时，对于柱塞20的形状，使与内部铁心22对向的大直径部分20A的截面面积大致与上述内部铁心22的间隙附近部分22A的截面面积相等。此外，在内部铁心22的大直径部分22A与小直径部分22B的交界部分处，为了降低由于急剧扩大引起的磁耗损，优选地，在根部设置R1～R2程度的R。另外，在柱塞20上设置中空部200及通气孔201，即使在沉渣等粘度高的物质进入并堵塞柱塞20与阀主体1的间隙205的情况下，也会将存在于柱塞20与柱塞缸21之间的空间206内的气体排出，不会抑制柱塞20的滑动。

根据如上所述的本实施形式，通过使内部铁心22的间隙附近的部分22A的截面面积比内部铁心22被电磁线圈25包围的部分22B的截面面积大、使与内部铁心22对向的柱塞20的大直径部分20A的截面面积与内部铁心22的间隙附近的部分22A的截面面积大致相等，不必加大电磁线圈25的线圈芯径就可以降低柱塞20与内部铁心22的间隙部的磁阻，从而能够以小的磁通势吸引柱塞20，所以可以削减用于四通电磁阀的驱动以及保持其状态的电功率。

另外，在将根据本实施形式的四通电磁阀装入到制冷供暖系统中使用的情况下，由于可以削减对制冷或者供暖动作没有贡献的电磁线圈的工作电功率，所以可以提高COP(Coefficient of Performance特性系数)。

另外，在本实施形式中，对于将三个连接口1b、1c、1d相对于阀座面呈三角形配置的例子进行了说明，但是，也可以将三个连接口1b、1c、1d相对于阀座面呈直线配置。

另外，在上述实施形式中，如图3所示，将柱塞20及内部铁心22制成整体型的部件，但是，如图14所示，也可以将柱塞20作为间隙附近部分20A和阀主体侧部分20B单独的部件构成，另外，也可以将内部铁心22作为间隙附近部分22A和主体侧部分22B单独的部件构成，分别通过压入、钎焊、焊接等将其接合，提高材料利用率。在这种情况下，通过使单独部件彼此的接合面积比小直径侧的部件的截面面积大，与整体型部件相比，可以防止磁阻增大。

进而，如图15所示，也可以通过将筒状的柱塞缸21进行缩管或者扩管或者压力加工等，制成改变两个开口端的直径的结构，可滑动地容纳具有间隙附近部分20A和阀主体侧部分20B的不同直径的柱塞20。这样，可以提高阀主体1的材料利用率。在这种情况下，柱塞20的间隙附近部分20A和阀主体侧部分20B，可以由两个以上的部件构成，也可以通过切削加工等成形为一个整体型部件。

另外，如图16所示，通过将柱塞20及内部铁心22的不同直径部分制成单独的部件，利用压力加工或板金加工分别制造大直径部20A及22A，可以提供更廉价的装置。

实施形式3.

图4是表示根据本发明的实施形式3的四通电磁阀的剖视图，图4(a)是表示柱塞吸引前的状态的侧视剖面图，图4(b)是表示柱塞吸引后的状态的侧视剖面图。在本实施形式的四通电磁阀中，阀主体1构成在内部形成流通空间R的筒状，用黄铜等非磁性体构成。并且，在阀主体1的一个侧面上形成连接口1a，在与之对向的另一个侧面上安装阀座部2，该阀座部具有相对于阀座面呈三角形配置的三个连接口1b、1c、1d。另外，在连接口1a的流路孔上钎焊配管4，在连接口1b、1c、1d的流路孔上设置大直径部1b1、1c1、1d1，并且将配管5插入并钎焊到这些大直径部上。

将柱塞缸21通过钎焊等接合到阀主体1的上侧的内径部上，与阀主体形成一个整体。并且，在柱塞缸21的内部可自由移动地容纳磁性体制造的柱塞20。在柱塞20的阀主体1侧形成小直径部20a，将连接板11插入到设置在小直径部20a内侧的孔20b内，通过铆接小直径部20a，将所述连接板11连接到柱塞20上。另外，在连接板11上形成垂直于轴向方向的通孔11a，将由橡胶、聚氟乙烯(或者，聚四氟乙烯)、聚缩醛(或者聚缩醛共聚物)等构成的滑动阀体3安装到该通孔11a内。在与滑动阀体3的前述多个连接口1b、1c、1d对向的部分形成连通用凹部3a。另外，在滑动阀体3的背面设置用铆钉12安装到连接板11上的板簧13，利用该板簧13将滑动阀体3推压到连接口1b、1c、1d的阀座面上。

另一方面，在柱塞20的与阀主体1相反的一侧配置内部铁心22，在柱塞20与内部铁心22之间配置复位用的压缩螺旋弹簧23。另外，在内部铁心22的周围，配置磁性体制成的外部铁心24、以及围绕外部铁心24的电磁线圈25。

另外，对于内部铁心22的形状，使该内部铁心22与柱塞20之间的间隙附近的部分22A的截面面积大于内部铁心22的包围电磁线圈的部分22B的截面面积，同时，对于柱塞20的形状，使与内部铁心22对向的大直径部分20A的截面面积大致等于上述内部铁心22的间隙附近部分22A的截面面积。这里，在内部铁心22的大直径部分22A与小直径部分22B的交界部分处，为了降低由于急剧扩大引起的磁耗损，优选地，在根部设置R1～R2程度的R。另外，在柱塞20上设置中空部200及排气孔201，即使在沉渣等粘度高的物质进入并堵塞柱塞20与阀主体1的间隙205的情况下，也会将存在于柱塞20与柱塞缸21之间的空间206内的气体排出，不会抑制柱塞20的滑动。

其次，对本实施形式的四通电磁阀的动作进行说明。在不向电磁线圈25通电时，柱塞20被压缩螺旋弹簧23加压，滑动阀体3借助连通用凹部3a使连接口1c、1d连通，同时借助阀主体1内部的流通空间R使连接口1a、1b连通。并且，当向电磁线圈25通电时，借助所产生的电磁力，柱塞20一面对压缩螺旋弹簧23进行压缩，一面被向内部铁心22侧吸引并移动。与此相伴，通过铆接固定到柱塞20上的连接板11，滑动阀体3也向上方移动，借助滑动阀体3的连通用凹部3a使连接口1c、1b连通，同时，借助阀主体1内部的流通空间R使连接口1a、1d连通。

本实施形式的特征为，对于外部铁心24的形状，使该外部铁心与柱塞20对向的部分24A的面积比其它的板厚部分的截面面积增大。这里，外部铁心24的扩大部分24A的形成，可以通过以将外部铁心24内缘翻边来进行，或者通过由钎焊、焊接等将环状的独立的部件接合起来来进行，或者通过用厚度厚的部件预先制作外部铁心24并进行切削加工来进行。

根据如上所述的实施形式，由于使外部铁心24的与柱塞20对向的部分24A的面积比其它的板厚部分的截面面积增大，所以，可以降低在所述对向部分中的磁阻，利用小的磁通势就可以吸引柱塞20。藉此，可以削减用于驱动四通电磁阀以及保持其状态的电功率。

另外，在将根据本实施形式的四通电磁阀装入到制冷供暖系统中使用的情况下，由于可以削减对制冷或者供暖操作没有贡献的电磁线圈的工作电功率，所以，可以提高COP(Coefficient of Performance特性系数)。

另外，在本实施形式中，对于将三个连接口1b、1c、1d相对于阀座面呈三角形配置的例子进行了说明，但是，也可以将三个连接口1b、1c、1d相对于阀座面呈直线配置。

另外，在上述实施形式中，如图4所示，将柱塞20和内部铁心22作为一个整体部件构成，但是，也可以如图17所示，将柱塞20作为间隙附近部部分20A和阀主体侧的部分20B的单独部件构成，将内部铁心22作为间隙附近部分22A和主体侧部分22B的单独部件构成，分别通过压入、钎焊、焊接等将它们接合起来，可以提高材料的利用率。在这种情况下，通过使单独部件彼此的接合面积比小直径侧的部件的截面面积大，与整体型部件相比，可以防止磁阻增大。

进而，如图18所示，也可以通过将圆筒状的柱塞缸21进行缩管或者扩管或者压力加工等，制成改变两个开口端的直径的结构，可滑动地容纳具有间隙附近部分20A和阀主体侧部分20B的不同直径的柱塞20。这样，可以提高阀主体1的材料利用率。在这种情况下，柱塞20的间隙附近部分20A和阀主体侧部分20B也可以由两个以上的部件构成，也可以通过切削加工，成形为一个整体型部件。

另外，如图19所示，通过将柱塞20及内部铁心22的直径不同的部分制成单独的部件，通过压力加工或者板金加工等分别制造大直径部分20A及22A，可以提供更廉价的装置。

另外，在图4中，使内部铁心22的与柱塞20之间的间隙附近部分22A的截面面积比内部铁心22的被电磁线圈25包围的部分22B的截面面积大，同时，对于柱塞20的形状，使该柱塞20与内部铁心22对向的大直径部分20A的截面面积与上述内部铁心22的间隙附近部分22A的截面面积大致相等，但是，不言而喻，如图1所示，即使对于柱塞20及内部铁心22的截面面积相同的四通电磁阀，也可以同样适用。

理论上和数值上的验证例.

过去就存在柱塞驱动式的四通电磁阀，但目前的现状是，对于其动力效率没有进行过太多的研究。然而，伴随着近年来对节省电功率的要求，这次本发明人第一次进行了深入的研究。对于其具体的形状，如上述实施形式所述，而成为本发明的结构的依据的理论上和数值上的效果，则如下所述。

(1)柱塞间隙以及柱塞直径与磁阻的关系

四通电磁阀的柱塞吸引部中的磁路如图5所示。这里，当使间隙长度为l(m)、导磁率为μ(H/m)、截面面积为s(m²)时，磁阻R由式(1)定义。

【数学式1】

$R\≡\frac{l}{\mathrm{\μs}}...\left(1\right)$

从而，当使真空导磁率μ_o＝4π×10^-7(H/m)、柱塞直径为D₁(m)时，由行程长度引起的磁阻R_M1(1/H)由公式(2)表示。

【数学式2】

$R_{M1}=\frac{x}{{\mathrm{\μ}}_o{s}_1}=\frac{x}{4\mathrm{\π}\×{10}^{-7}\×{\left(\frac{D_1}{2}\right)}^2\mathrm{\π}}=1.013\×{10}^6\frac{x}{{D_1}^2}...\left(2\right)$

其次，当使弹簧的线径为0.5mm、铁的相对导磁率为760时，由弹簧引起的磁阻R_M2(1/H)，由式(3)表示。

【数学式3】

$R_{M2}=\frac{x}{{\mathrm{\μ\μ}}_0{s}_2}=\frac{x}{760\×4\mathrm{\π}\×{10}^{-7}\×{\left(\frac{0.5}{2}\right)}^2\mathrm{\π}}=5.333{\×10}^{9}x...\left(3\right)$

另外，当使外铁心的板厚为2mm、磁通的通过面积比α为2，外部铁心直径为D₂(m)，柱塞直径为D₁(m)，间隙长度d＝(D₂-D₁)/2(m)时，由空间间隙引起的磁阻R_M3(1/H)由式(4)表示。

【数学式4】

$R_{M3}=\frac{d}{{\mathrm{\μ}}_0\mathrm{t\α}\left(\frac{D_2+D_1}{2}\right)\mathrm{\π}}=\frac{d}{4\mathrm{\π}\×{10}^{-7}\×2\×2\×(D_1+d)\mathrm{\π}}=\frac{1}{1.579{\×10}^8(\frac{D_1}{d}+1)}...\left(4\right)$

另一方面，总磁阻RM由式(5)表示。

【数学式5】

$R_M=\frac{R_{M1}{R}_{M2}}{R_{M1}+R_{M2}}+R_{M3}=\frac{5.402{\×10}^{15}x}{1.013{\×10}^6+5.333{\×10}^9{D_1}^2}+\frac{1}{1.579{\×10}^{-8}(\frac{D_1}{d}+1)}...\left(5\right)$

(2)由电磁线圈产生的吸引力的计算

对于由电磁线圈产生的吸引力，由于不能直接计算，所以由能量的变化来求出。考虑单纯地连接到电池上的线圈的情况，当使电源电压为E(V)、自感为L(1/H)、线圈内部电阻为R(Ω)时，在从开关接通其到稳定状态之间，根据Kirchhoff(基尔霍夫)定律，下面的公式(6)成立。

【数学式6】

$E=\mathrm{Ri}+L\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}...\left(6\right)$

现将式(6)的两边乘以i、dt进行积分时，变成下式(7)。

【数学式7】

∫Eidt＝∫Ri²dt∫Lidi...(7)

从而，从开关接通其到流过恒定的电流的状态为止、即电流值从0到I对公式(7)进行积分，求出总能量(式(8))。

【数学式8】

${\∫}_0^1\mathrm{Eidt}={\∫}_0^1{\mathrm{Ri}}^2\mathrm{dt}+{\∫}_0^1\mathrm{Lidi}$

${\∫}_0^1\mathrm{Eidt}={\∫}_0^1{\mathrm{Ri}}^2\mathrm{dt}+\frac{{\mathrm{LI}}^2}{2}...\left(8\right)$

公式(8)的右边的第一项是作为热量损失的能量，第二项是电磁能量。因此，当使电磁能量为W_m时，W_m变成公式(9)。

【数学式9】

$W_m=\frac{{\mathrm{LI}}^2}{2}...\left(9\right)$

另一方面，在使吸引力为F的情况下，柱塞间隙为x时柱塞所做的功W用式(10)表示。

【数学式10】

W＝Fx...(10)

这里，由于机械能的变化量与电磁能的变化量相等，所以吸引力F变成式(11)。

【数学式11】

$F=\frac{\mathrm{dW}}{\mathrm{dx}}=\frac{{\mathrm{dW}}_m}{\mathrm{dx}}=\frac{d}{\mathrm{dx}}\left(\frac{{\mathrm{LI}}^2}{2}\right)=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{dL}}{\mathrm{dx}}{I}^2...\left(11\right)$

(3)电磁线圈的吸引力与柱塞直径以及磁阻的关系

下面求出电磁线圈的磁通势与磁力线的关系。现考虑象图6所示一样的无限长的螺线管。选择图6所示的长方形的路径，其一个边AB位于螺线管之内与轴平行，其对边CD位于外部，并且其长分别为1。这里，对于将边CD延长到无穷远的长方形，应用Ampere(安培)定律，当令流过线圈的电流为J、磁场强度为H时，功W如式(12)所示。

【数学式12】

其中，n为单位长度的匝数。

【数学式13】

这里，

由于在AB之间：H＝H×1，在BC之间：H＝0，在CD之间：H＝0(由于无穷远)，在DA之间：H＝0，所以，变成

从而，下式(14)成立。

【数学式14】

H＝nJ...(14)

另一方面，单位长度上的磁力线φ成为式(15)。

【数学式15】

φ＝BS＝μHS＝μnJS...(15)

这里，当令线圈长度为l、导磁率为μ时，电动势ε用下式(16)表示。

【数学式16】

$\mathrm{\ϵ}=-\mathrm{nl}\left(\frac{\mathrm{d\φ}}{\mathrm{dt}}\right)=-\mathrm{nl\μnS}\frac{\mathrm{dJ}}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{\μn}}^2\mathrm{lS}\frac{\mathrm{dJ}}{\mathrm{dt}}...\left(16\right)$

另一方面，电动势ε由下式(17)定义。

【数学式17】

$\mathrm{\ϵ}\≡-L\frac{\mathrm{dJ}}{\mathrm{dt}}...\left(17\right)$

从而，由式(16)和式(17)，式(18)成立。

【数学式18】

L＝μn²lS...(18)

这里，当令磁阻R_M＝1/μS、线圈匝数为N时，式(18)用式(19)表示。

【数学式19】

$L={\mathrm{\μn}}^2\mathrm{lS}=\frac{{\mathrm{\μn}}^2{l}^{2}S}{l}=\frac{\mathrm{\μ}{N}^{2}S}{l}=\frac{N^2}{\frac{l}{\mathrm{\μS}}}=\frac{N^2}{R_M}...\left(19\right)$

从而，式(11)的吸引力F，以式(20)的方式表示

【数学式20】

$F=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{dL}}{\mathrm{dx}}{I}^2=\frac{1}{2}\frac{d}{\mathrm{dx}}\left(\frac{N^2}{R_M}\right)I^2=\frac{1}{2}{I}^2{N}^2\frac{d}{\mathrm{dx}}\left(\frac{1}{R_M}\right)=\frac{1}{2}{I}^2{N}^2(-{R_M}^{-2})\frac{d}{\mathrm{dx}}{R}_M$

$=\frac{1}{2}{I}^2{N}^2\left({{-R}_M}^{-2}\right)\frac{5.402{\×10}^{15}}{1.013\×{10}^6+5.333\×{10}^9{D_1}^2}...\left(20\right)$

(4)各个参数与所必须的电功率的关系

吸附柱塞所必需的电流，大致由柱塞间隙部的磁阻决定。用于降低间隙部的磁阻的参数，集中在柱塞间隙的长度和柱塞间隙部的截面面积两者。下面，对这两个参数和所必要的电功率进行描述。

(4.1)柱塞的长度与所必要的电功率的关系

令柱塞的直径D1＝9.8×10^-3(m)、吸引力F＝5.35(N)、线圈匝数N＝4300(匝)，和现有的产品一样，求出这时的间隙长度x(m)与电流I(A)的关系。

当将上述各个参数代入到前述公式(5)、(20)中时，下式(21)成立。

【数学式21】

$F=5.35\left(N\right)=\frac{1}{2}{I}^2\×{4300}^2\left(\frac{1}{{R_M}^2}\right)\×3.542\×{10}^9$

R_M＝3.542×10⁹x+4.780×10⁶...(21)

利用上述式(21)求解I，变成下式(22)。

【数学式22】

I＝45.28x+6.113×10^-2...(22)

其中，x：柱塞间隙长度(m)，I：所必需的电流(A)。将该结果绘制成曲线图时，如图7所示的柱塞间隙长度与所必需的电流的关系成立。这里，例如，通过将柱塞间隙的长度从2mm变成1mm，所必需的电流从152mA变成106mA，当令线圈内部的电阻R一定时，由于所消耗的电功率用W＝RI²表示，与电流的平方成正比，为(106/152)²＝0.4863，所以，可以看出，变成一半以下。

(4.2)柱塞间隙部的截面面积与所必需的电功率的关系

令柱塞间隙长度＝2.0×10^-3(m)、吸引力F＝5.35(N)、线圈匝数N＝4300(匝)，和现有的产品一样，求出这时的柱塞直径D₁(m)与电流I(A)的关系。当将上述各个参数代入前述公式中时，变成式(23)。

【数学式23】

$F=5.35\left(N\right)=\frac{1}{2}{I}^2\×{4300}^2\×\frac{1}{{R_M}^2}\×\frac{5.402{\×10}^5}{1.013\×{10}^6+5.333\×{10}^9\×{D_1}^2}$

$R_M=\frac{5.402\×{10}^{15}\×2\×{10}^{-3}}{1.013\×{10}^6+5.333\×{10}^9\×{D_1}^2}+\frac{1}{1.974\×{10}^{-5}\×D_1+1.579\×{10}^{-8}}...\left(23\right)$

借助上述公式(223)求解I，变成式(24)。

【数学式24】

$I=\sqrt{5.787\×{10}^{-7}\×{R_M}^2\×(1.875\×{10}^{-10}+9.872\×{10}^{-7}\×{D_1}^2)}$

其中， ${R_M}^2={(\frac{2.025{\×10}^3}{{D_1}^2+1.899\×{10}^{-4}}+\frac{5.066\×{10}^4}{D_1+7.999\×{10}^{-4}})}^2...\left(24\right)$

其中，D₁：柱塞直径(m)，I：所必需的电流量(A)。当将其结果绘制成曲线时，如图8所示。另外，以柱塞间隙部的截面面积绘制成曲线时，如图9所示。根据这些图，可以看出，到大约2000mm²(柱塞直径25mm)，所必需的电流降低很多，但之后效果变小。例如，当将目前的柱塞直径9.8mm扩大到25mm时，所必需的电流从152mA变成96mA，在线圈的固有电阻恒定的情况下，由于所必需的电功率与电流的平方成正比，所以，变成(96/152)²＝0.3989，变成百分之四十以下。

另外，图10表示柱塞间隙部截面面积比与所必需的电流的关系。这里，柱塞间隙部截面面积比使用以中10时作为基础、用78.5mm²除各个柱塞间隙部截面面积的截面面积比。另外，柱塞间隙部截面面积比与所必需的电功率的关系示于图11。这里，对于所必需的电功率，由于线圈电阻值为260Ω，所以，利用W＝I²R、以R＝260进行计算。

根据图10及图11的曲线，柱塞间隙部的截面面积比超过25时，所必需的电流、所必需的电功率的降低变得很小。从而，优选地，柱塞间隙附近部的截面面积不超过内部铁心的被电磁线圈包围的部分的截面面积的25倍。

(4.3)内缘翻边的高度与所必需的电功率的关系

柱塞间隙长度：x＝2.0×10^-3(m)、柱塞直径：D₁＝9.8×10^-3(m)、吸引力F＝5.35(N)、线圈匝数N＝4300(匝)，当计算前述式(1)、(2)、(3)的磁阻时，变成以下的式(25)、式(26)、式(27)。

【数学式25】

$R_{M1}=1.013\×{10}^6\frac{2{\×10}^{-3}}{{(9.8\×{10}^{-3})}^2}=2.110\×{10}^7...\left(25\right)$

【数学式26】

R_M2＝5.333×10⁹×2×10^-3＝1.067×10⁷...(26)

【数学式27】

$R_{M3}=\frac{0.8{\×10}^{-3}}{4\mathrm{\π}\×{10}^{-7}\×(t+a)\×(9.8\×{10}^{-3}+0.8\×{10}^{-3})\mathrm{\π}}$

$=\frac{{0.8\×10}^{-3}}{4\mathrm{\π}\×{10}^{-7}\×(2\×{10}^{-3}+a)\×3.328\×{10}^{-2}}$

$=\frac{1.913{\×10}^4}{2{\×10}^{-3}+a}...\left(27\right)$

这里，a：内缘翻边高度(m)、t：扩散量＝2×10^-3(mm)、d：间隙宽度＝0.8×10^-3(m)。

从而，总磁阻R_M由下式(28)表示。

【数学式28】

$R_M=\frac{R_{M1}{R}_{M2}}{R_{M1}+R_{M2}}+R_{M3}=7.086{\×10}^6+\frac{{1.913\×10}^4}{2\×{10}^{-3}+a}...\left(28\right)$

另一方面，吸引力F，将参数代入公式(20)，用下式(29)表示。

【数学式29】

$F=5.35\left(N\right)=\frac{1}{2}{I}^2{N}^2\left({{-R}_M}^2\right)\frac{5.402{\×10}^{15}}{1.013\×{10}^6+5.333\×{10}^9\×{\left(9.8{\×10}^{-3}\right)}^2}...\left(29\right)$

利用上述式(28)及式(29)，求解I，变成下式(30)。

【数学式30】

$I=9.056{\×10}^{-2}+\frac{2.445{\×10}^{-4}}{2\×{10}^{-3}+a}...\left(30\right)$

并且，在间隙长2mm、塞柱直径9.8mm的现有产品中，在只改变内缘翻边高度的情况下的外部铁心的板厚比与所必需的电流及必需的电功率关系示于图12及图13。

如可以从上述理论上及数值上的结果看出的，通过将配置在四通电磁阀一个侧面的三个连接口相对于阀座面呈三角形配置，以缩短柱塞行程，可以降低在柱塞间隙部的磁阻，可以削减电磁阀动作时及保持时的电功率消耗。另外，通过加大柱塞间隙部的柱塞及对向的铁心的截面面积，可以降低柱塞间隙部的磁阻，可以削减电磁阀动作时及保持时的电功率消耗。进而，通过加大外部铁心与柱塞的对向面积，可以降低外部铁心间隙部的磁阻，可以削减电磁阀动作时及保持时的电功率消耗。

Claims (4)

1.一种四通电磁阀，其特征在于，包括：阀主体，所述阀主体，在一个侧面上设置一个连接口，同时在另一个侧面上设置三个连接口，在上述一个连接口与上述三个连接口之间，在内部形成遍及所述连接口组的整个区域的流通室；柱塞，该柱塞在上述阀主体内部沿着轴向方向移动；以及滑动阀体，所述滑动阀体连接到上述柱塞上且压接到上述三个连接口上，并且以滑动的方式配置；

上述滑动阀体经由其连通用凹部将上述三个连接口中的两个连接口连通，同时，经由上述流通室使其它的连接口之间连通，同时，

上述三个连接口相对于其阀座面呈三角形配置。

2.一种四通电磁阀，其特征在于，包括：阀主体，所述阀主体在一个侧面上设置一个连接口，同时，在另一个侧面上设置三个连接口，在一个连接口与三个连接口之间，在内部形成遍及所述连接口组的整个区域的流通室；柱塞，该柱塞在上述阀主体内部沿着轴向方向移动；滑动阀体，所述滑动阀体连接到上述柱塞上且压接到上述三个连接口上，并且以滑动的方式配置；内部铁心，所述内部铁心与柱塞的与阀主体相反的一侧相对向；包围上述内部铁心的电磁线圈；配置在上述电磁线圈外周的外部铁心；

上述滑动阀体经由其连通用凹部将上述三个连接口中的两个连接口连通，同时，经由上述流通室使其它的连接口之间连通，同时，

使上述内部铁心中与上述柱塞的间隙附近部的截面面积比上述内部铁心的被电磁线圈包围部分的截面面积大，使上述柱塞中与上述内部铁心对向的部分的截面面积与上述内部铁心的上述间隙附近部分的截面面积基本上相等。

3.如权利要求2所述的四通电磁阀，其特征在于，在上述内部铁心中与上述柱塞的间隙附近部的截面面积S1同上述内部铁心的被电磁线圈包围的部分的截面面积S2之比P(＝S1/S2)，为1＜P≤25。

4.一种四通电磁阀，其特征在于，包括：阀主体，所述阀主体在一个侧面上设置一个连接口，同时，在另一个侧面上设置三个连接口，在上述一个连接口与上述三个连接口之间，在内部形成遍及所述连接口组的整个区域的流通室；柱塞，该柱塞在上述阀主体内部沿着轴向方向移动；滑动阀体，所述滑动阀体连接到上述柱塞上且压接到上述三个连接口上，并且以滑动的方式配置；内部铁心，所述内部铁心与上述柱塞的与上述阀主体相反的一侧相对向；包围上述内部铁心的电磁线圈；配置在上述电磁线圈外周的外部铁心；

在上述滑动阀体经由其连通用凹部将上述三个连接口中的两个连接口连通的同时，经由上述流通室使其它的连接口之间连通，同时，

使上述外部铁心与上述柱塞对向的部分的面积比其它部分的板厚面积大。

Images