CN1928370A - 一种比例电磁阀及其伺服控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁阻式无杆比例电磁阀及其伺服控制方法。它是将两个电磁线圈(L₁L₂)轴向设置在非磁性材料的双杆活塞式空心阀体(7)的外围，各油口(APB和T₁P′T₂)集中设置在两个电磁线圈(L₁L₂)之间的阀体部位。然后在非磁性材料的双杆活塞式空心阀体(7)内放置一个由铁磁材料构成的滑动式圆柱阀心，并对双杆活塞式空心阀体(7)的两端进行绝磁密封，再将能量较弱的直流电加在滑动触点上，使通过电位器两端的输出电流之间形成反比例变化关系，并经三极管放大后，分别输入磁阻式无杆比例电磁阀当中的两个电磁线圈(L₁L₂)，使它们形成两个强度不同的变化磁场，而滑动式圆柱阀心则在调节和平衡这两个磁场力的过程中，完成油路的切换与流量控制操作。

Description

一种比例电磁阀及其伺服控制方法

技术领域：

本发明涉及一种比例电磁阀，具体的说，是一种行程、方向和速度连续可调的磁阻式无杆比例电磁阀，本发明还涉及该磁阻式无杆比例电磁阀的伺服控制方法。

背景技术：

有一种把两只单方向作用的电磁铁相对安装而成为双向作用的电磁换向阀，采用轮流通电的方式，使电磁铁通过各自的顶杆把换向阀当中的阀心推来推去，完成油路的通断与换向。它所存在的缺陷是：控制系统只能进行通断式操作和实现固定行程极限位置的往返动作，执行有限位置的控制，其功能也是单纯的。

还有一种用直流比例电磁铁驱动的比例电磁阀，依靠输入电信号的强度变化，使比例电磁铁产生的磁阻拉力通过与弹簧的力平衡直接控制阀心的位置，阀心不仅可以换位，而且换位的行程还可以连续地或按比例地变化，因而连通油口间的通流面积也可以连续地或按比例地变化，所以这种比例电磁阀不仅可以控制执行元件的运动方向，而且还可以控制其运动速度。但它存在的不足之处是：这种比例电磁阀当遇到电源因故中断时，阀的现有工作状态不能保持下来，这种缺乏“记忆”功能的比例电磁阀常会使一些连续作业的自动化机械或自动生产线造成系统失灵或引发事故。

除此之外，现有技术的比例电磁阀都是采用顶杆去推动阀心进行换位操作，而且整个阀体是由几个部分组合而成，致使结构复杂和整体密封性变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种既可以控制阀心的行程、方向和运动速度，又可以在断电时保留现有工作状态的磁阻式无杆比例电磁阀，这种磁阻式无杆比例电磁阀还具有结构简单，加工方便，整体密封性优良和无换向冲击与控制灵活的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：把两个带有外铁心磁轭的电磁线圈轴向设置在用非磁性制作的双杆活塞式空心阀体的外围，并通过两端的两个非磁性螺母给予固定，各油口集中设置在两个电磁线圈之间的阀体部位上，然后，在非磁性材料的双杆活塞式空心阀体内放置一个用铁磁材料制作并开有轴向通孔的滑动式圆柱阀心，并对非磁性材料的双杆活塞式空心阀体的两个端部用绝磁部件进行密封后，构成磁阻式无杆比例电磁阀的全部运动机构。工作时，以能量较弱的直流电加在电位器的滑动触点上，使电位器两端输出的电流大小变化呈反比例关系，然后，再将这些具有反比例关系的变化电流经三极管放大后，分别输入磁阻式无杆比例电磁阀当中的两个电磁线圈，使它们在磁阻式无杆比例电磁阀的内部形成两个强度不同的磁场，而受到这两个强度不同磁场力共同作用的滑动式圆柱阀心，则在调节和平衡这两个磁场力的过程中，完成了油路的切换与流量控制操作。

在本发明磁阻式无杆比例电磁阀当中的滑动式圆柱阀心，还可以采用非磁性材料制作，并在两端开出大孔，且两端的大孔与中间的小孔具有同心度，然后，再将不大于一个电磁线圈长度的铁磁材料或永磁材料的空心圆柱体嵌入两个大孔。需要注意的是，如果嵌入大孔内的空心圆柱体是永磁材料的话，必须使永磁体固有的磁场极性与该端电磁线圈产生的内部主磁通的磁力线方向保持一致。

在本发明磁阻式无杆比例电磁阀当中的滑动式圆柱阀心，还可以采用非磁性材料制成双杆活塞式空心体后，在两端的双杆部位上各套装一个不大于一个电磁线圈长度的铁磁材料段或永磁材料段，同样需要注意的是，在套装永磁材料段时，要将永磁体固有的磁场极性与该端电磁线圈产生的内部磁场极性保持一致。

在本发明磁阻式无杆比例电磁阀当中的滑动式圆柱阀心，还可以采用三段式组合，即中间与油口对应的一段，用非磁性材料制成空心体，两边与电磁线圈的对应段用铁磁材料或永磁材料制成不大于一个电磁线圈长度的空心体，三者之间可以用焊接、胶粘或用空心螺栓进行连接，也可以用工程塑料将三者嵌塑为一体。同样需要注意的是，采用永磁体时要将永磁体固有的磁场极性与该端电磁线圈产生的内部磁场极性保持一致。

在本发明磁阻式无杆比例电磁阀当中的滑动式圆柱阀心，还可以采用这样的三段式组合，即：中间与油口对应的一段，用非磁性材料的实心段，两边与电磁线圈的对应段，用铁磁材料或永磁材料制成不大于一个电磁线圈长度的实心体，三者之间采用焊接或粘接的方法进行连接。同样需要注意的是，采用永磁体时要将永磁体固有的磁场极性与该端电磁线圈产生的内部磁场极性保持一致。另外，在采用这样由实心三段体组合的滑动式圆柱阀心后，需要对存在于阀体内部两端的两个腔室之间提供一条连接通道，以保持二者之间的压力趋于平衡。

在本发明磁阻式无杆比例电磁阀当中的滑动式圆柱阀心还可以采用这样的结构，即在用非磁性材料制成的滑动式圆柱阀心两端，各开一个盲孔，其内嵌装用铁磁材料或永磁材料制作和不大于一个电磁线圈长度的实心段，同样需要注意的是，采用永磁体时要将永磁体固有的磁场极性与该端电磁线圈产生的内部磁场极性保持一致，并提供一条通道，使阀体内部存在于滑动式圆柱阀心两端的两个腔室的压力保持平衡。

本发明磁阻式无杆比例电磁阀的伺服控制方法，还可以采用这样的形式，即：将直流电直接加在磁阻式无杆比例电磁阀的两个电磁线圈上，然后通过三极管的基极与电位器的两端相连，并通过电位器的滑动触点，使控制电流合二为一，返回电源，并使两个电磁线圈之间的工作电压形成反比例变化关系，而在非磁性材料双杆活塞式空心阀体内部的滑动式圆柱阀心，则在调节和平衡两个强度不同磁场力的过程中，完成油路的切换与流量控制操作。

本发明磁阻式无杆比例电磁阀的伺服控制方法，还可以做这样的简化，即：将直流电直接加在电位器的滑动触点上，经电位器“分流”后分别供给两个电磁线圈进行工作。由于这种方式容易在活动触点上产生电火花，故不推荐使用。但它仍属于本发明的范围。

本发明磁阻式无杆比例电磁阀的伺服控制方法还可以这样进行，即：将直流电直接输入两个电磁线圈，然后把两个电磁线圈的输出端与滑动电位器的两个固定接线端连接，电流经电位器的滑动触点合二为一，返回电源进行工作。

本发明磁阻式无杆比例电磁阀所用的伺服控制方法，可适用于所有由两个电磁线圈轴向叠加并共用一个动子铁心的磁阻式直线驱动装置之中。

综上所述，本发明的磁阻式无杆比例电磁阀相对于现有技术具有如下的有益效果：

(1)本发明磁阻式无杆比例电磁阀不但可以控制油路的通断与换向，而且还可以控制执行元件的运动速度，并且可以在电源中断时将现有的工作状态保留下来，这对一些连续作业的自动化机械和自动线来说，是十分必要的。

(2)本发明磁阻式无杆比例电磁阀采用双杠活塞式空心阀体，整体密封性优良。

(3)本发明磁阻式无杆比例电磁阀利用两个电磁线圈产生的不同磁场力直接驱动阀心进行工作，使产品的结构更加简单实用化。

(4)本发明磁阻式无杆比例电磁阀利用电位器的滑动触点，使电流或电压形成反比例分配和以弱电控强电的方式，使两个电磁线圈形成两个强度不同的变化磁场，直接驱动阀心，对油路进行切换与流量控制，操作灵活，性能可靠。更可贵的是，这种磁阻式无杆比例电磁阀在任何情况下，都不会产生换向冲击。

(5)本发明磁阻式无杆比例电磁阀在滑动式圆柱阀心上开有轴向通孔，使两端腔室相通，比现有技术在阀体上另行加工通道的方式，制造成本降低，并能减小阀心的质量和提高其动态响应的速度。

附图说明：

图1、图2、图3是本发明磁阻式无杆比例电磁阀的三种具体结构剖示图。

图4、图5是本发明磁阻式无杆比例电磁阀使用的两种伺服控制电路原理图。

具体实施方式：

下面结合附图用具体的实施方式对本发明作进一步的详细描述。

按照图1和图4所示，本发明的磁阻式无杆比例电磁阀，它是将两个带有外铁心1，2，3和4，5，6磁轭的电磁线圈L₁和L₂轴向设置在用黄铜制作的双杆活塞式空心阀体7的外围，并通过两端的两个铅青铜螺母8和9给予固定。油口APB和T₁P′T₂集中设置在两个电磁线圈L₁和L₂之间的阀体部位上，然后在黄铜制作的双杆活塞式空心阀体7的内部，放置一个用电工纯铁料制作、并在其上开有轴向通孔的滑动式圆柱阀心10，并对黄铜制作的双杆活塞式空心阀体7的两个端部用铝青铜挡片13和16，硅橡胶密封垫片11和15，黄铜螺母12和14进行密封，构成了磁阻式无杆比例电磁阀的全部运动机构。工作时，采用图4提供的伺服控制电路，把能量较弱的直流电加在滑动触点上，通过电位器RP₁两端的两个固定接线端，使电流一分为二，分别与晶体三极管V₁和V₂的基极相连，以此来控制电磁线圈L₁和L₂的磁化电流，并使两个电磁线圈L₁和L₂的磁化电流之间形成反比例变化关系，而在黄铜双杆活塞式空心阀体7内，用电工纯铁制作的滑动式圆柱阀心则因同时受到电磁线圈L₁和L₂两个不同磁场力的共同作用，而产生位移变化，并在调节和平衡这两个磁场力的过程中，完成了油路的切换与流量控制操作。

按照图2和图4所示，本发明的磁阻式无杆比例电磁阀，它是将两个带有外铁心1，2，3和4，5，6磁轭的电磁线圈L₁和L₂轴向设置在用黄铜制作的双杆活塞式空心阀体7的外围，并通过两端的两个铅青铜螺母8和9给予固定。油口APB和T₁P′T₂集中设置在两个电磁线圈L₁和L₂之间的阀体部位上，然后在黄铜制作的双杆活塞式空心阀体7的内部，放置一个用黄铜制作并在其上开有同心大小孔的滑动式圆柱阀心基体10′，并在其两端的两个大孔内，各嵌装用电工纯铁制作和不大于一个电磁线圈长度的空心段17和18构成的滑动式圆柱阀心。并对黄铜双杆活塞式空心阀体7的两个端部用铝青铜挡片13和16，硅橡胶密封垫片11和15，黄铜螺母12和14进行密封，构成了磁阻式无杆比例电磁阀的全部运动机构。工作时，采用图4提供的伺服控制电路，以能量较弱的直流电，加在滑动触点上，通过电位器RP₁两端的两个固定接线端，使电流一分为二，并于晶体三极管V₁和V₂的基极相连，以此来控制电磁线圈L₁和L₂的磁化电流，并使两个电磁线圈L₁和L₂的磁化电流之间形成反比例变化关系，而在黄铜双杆活塞式空心阀体7内，用电工纯铁料制作的滑动式圆柱阀心则因同时受到电磁线圈L₁和L₂两个不同磁场力的共同作用，而产生位移变化，并在调节和平衡这两个磁场力的过程中，完成了油路的切换与流量控制的操作。

按照图3和图4所示，本发明的磁阻式无杆比例电磁阀，它是将两个带有外铁心1，2，3和4，5，6磁轭的电磁线圈L₁和L₂轴向设置在用黄铜制作的双杆活塞式空心阀体7的外围，并通过两端的两个铅青铜螺母8和9给予固定。油口APB和T₁P′T₂集中设置在两个电磁线圈L₁和L₂之间的阀体部位上，然后在黄铜制作的双杆活塞式空心阀体7的内部，放置一个用黄铜制作的双杆活塞式空心体10″，并在其用黄铜制作的双杆活塞式空心体10″的双杆部位上，套装用电工纯铁制作和不大于一个电磁线圈长度的空心段19和20，构成的滑动式圆柱阀心，并对黄铜双杆活塞式空心阀体7的两个端部用铝青铜挡片13和16，硅橡胶密封垫片11和15，黄铜螺母12和14进行密封，构成了磁阻式无杆比例电磁阀的全部运动机构。工作时，采用图4提供的伺服控制电路，以能量较弱的直流电，加在滑动触点上，通过电位器RP₁两端的两个固定接线端，使电流一分为二，并于晶体三极管V₁和V₂的基极相连，以此来控制电磁线圈L₁和L₂的磁化电流，并使两个电磁线圈L₁和L₂的磁化电流之间形成反比例变化关系，而在黄铜双杆活塞式空心阀体7内，用电工纯铁料制作的滑动式圆柱阀心则因同时受到电磁线圈L₁和L₂两个不同磁场力的共同作用，而产生位移变化，并在调节和平衡这两个磁场力的过程中，完成了油路的切换与流量控制的操作。

Claims (6)

1、一种比例电磁阀，由电磁线圈、阀体、阀心组成。根据输入电信号的强度变化和依靠存在于两个电磁线圈之间的不平衡电磁力，驱动阀心、控制油路的通断、换向及执行元件的运动速度与位置锁定。其特征是：它是把两个带有外铁心磁轭(1，2，3和4，5，6)的电磁线圈(L₁和L₂)轴向设置在用非磁性材料制作的双杆活塞式空心阀体(7)的外围，并通过两端的两个非磁性螺母(8和9)给予固定。各油口(APB和T₁P′T₂)集中设置在两个电磁线圈(L₁和L₂)之间的阀体部位上，然后在非磁性材料的双杆活塞式空心阀体(7)的内部，放置一个用铁磁材料制作、并在其上开有轴向通孔的滑动式圆柱阀心(10)，并对非磁性材料双杆活塞式空心阀体(7)的两个端部用隔磁部件(11，12，13和14，15，16)进行密封后，构成整个磁阻式无杆比例电磁阀的全部运动机构。

2、一种比例电磁阀，由电磁线圈、阀体、阀心组成。根据输入电信号的强度变化和依靠存在于两个电磁线圈之间的不平衡电磁力，驱动阀心、控制油路的通断、换向及执行元件的运动速度与位置锁定。其特征是：它是把两个带有外铁心磁轭(1，2，3和4，5，6)的电磁线圈(L₁和L₂)轴向设置在用非磁性材料制作的双杆活塞式空心阀体(7)的外围，并通过两端的两个非磁性螺母(8和9)给予固定。各油口(APB和T₁P′T₂)集中设置在两个电磁线圈(L₁和L₂)之间的阀体部位上，然后在非磁性材料的双杆活塞式空心阀体(7)的内部，放置一个用非磁性材料制作，并在其上开有同轴度大小孔的滑动式圆柱阀心基体(10′)，并在两端的两个大孔内嵌放不大于一个电磁线圈长度的铁磁体空心段或永磁体空心段(17和18)构成的滑动式圆柱阀心，并对非磁性材料双杆活塞式空心阀体(7)的两个端部用隔磁部件(11，12，13和14，15，16)进行密封后，构成整个磁阻式无杆比例电磁阀的全部运动机构。

3、一种比例电磁阀，由电磁线圈、阀体、阀心组成。根据输入电信号的强度变化和依靠存在于两个电磁线圈之间的不平衡电磁力，驱动阀心、控制油路的通断、换向及执行元件的运动速度与位置锁定。其特征是：它是把两个带有外铁心磁轭(1，2，3和4，5，6)的电磁线圈(L₁和L₂)轴向设置在用非磁性材料制作的双杆活塞式空心阀体(7)的外围，并通过两端的两个非磁性螺母(8和9)给予固定。各油口(APB和T₁P′T₂)集中设置在两个电磁线圈(L₁和L₂)之间的阀体部位上，然后在非磁性材料的双杆活塞式空心阀体(7)的内部，放置一个用非磁性材料制作的双杆活塞式空心体(10″)，并在其双杆活塞式空心体的双杆部位上，套装不大于一个电磁线圈长度的铁磁空心体或永磁空心体(19和20)构成的滑动式圆柱阀心，并对非磁性材料双杆活塞式空心阀体(7)的两个端部用隔磁部件(11，12，13和14，15，16)进行密封后，构成整个磁阻式无杆比例电磁阀的全部运动机构。

4、一种伺服控制方法，其特征是：以能量较弱的直流电，加在滑动触点上，通过电位器(RP₁)两端的两个固定接线端，使电流一分为二，并使输出电流的大小变化呈反比例关系，然后将这组具有反比例关系的变化电流，经三极管(V₁和V₂)放大后，分别输入磁阻式无杆比例电磁阀当中的两个电磁线圈(L₁和L₂)，使它们产生各自的工作磁场，而在非磁性材料双杆活塞式空心阀体(7)内的滑动式圆柱阀心则在调节和平衡这两个磁场力的过程中，完成油路的切换与流量控制的机械操作动作。这种伺服控制方法，还可以使用于任何一种由两个电磁线圈轴向设置在空心定子上，并在空心定子内部装有圆柱形动子铁心的磁阻式直线驱动装置上，以实现对圆柱形动子铁心的行程、方向和运动速度控制与位置锁定。如果在被控制的圆柱形动子铁心上增加一个输出杆，该磁阻式直线驱动装置即可作为工业机器人的伸缩臂使用。对于“分流式”电位器(RP₁)上的滑动触点，可以手动操作，也可以是步进电动机驱动。

5、一种伺服控制方法，其特征是：它是将磁阻式无杆比例电磁阀当中的两个电磁线圈(L₁和L₂)的直流电通过三极管(V₃和V₄)的基极和电位器(RP₂)的两端相连，并通过滑动触点，使其二合为一返回电源，并以此控制两个电磁线圈(L₁和L₂)之间的工作电压形成反比例变化关系。而在非磁性材料的双杆活塞式空心阀体(7)内部的滑动式圆柱阀心则在调节和平衡两个电磁线圈(L₁和L₂)磁场力的过程中，完成油路的切换与流量控制的机械操作动作。这种伺服控制方法也可以使用在由两个电磁线圈轴向组合并共用一个动子铁心的磁阻式直线驱动装置上。对于“集流式”电位器(RP₂)上的滑动触点可以是手动操作，也可以是步进电动机驱动。

6、按照权利要求1或2或3与权利要求4或5构成的比例电磁阀及其伺服控制方法，其实质性在于，两个电磁线圈产生的内部磁场力共同作用于一个滑动式圆柱阀心(7)来完成油路的切换与流量控制，且两个电磁线圈之间的磁场变化为反比例关系，这种反比例关系的建立，完全来自于滑动电位器的控制。凡是具备以上特征的比例电磁阀控制系统，即属于本权利要求的保护范围。

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