CN204878965U - 一种基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀。该电磁阀包括阀座、设有凹槽的中空导管、回复弹簧、励磁线圈、由非晶合金带材或纳米晶合金带材卷绕后经退火处理而形成的动铁芯与静铁芯，动铁芯通过回复弹簧与静铁芯相连接，并且动铁芯外围设置使其与外界环境隔离的封装装置。这种结构不仅避免了非晶合金体或纳米晶合金体直接裸露在表面，经摩擦、碰撞而掉渣、开裂、断裂等问题，而且也避免了其在应用过程中与外界环境、周围结构单元直接接触，导致该动铁芯的应力敏感性大、抗腐蚀性能差、抗耐磨性能的问题，从而提高了动铁芯的使用寿命，保证了电磁阀的性能稳定。

Description

一种基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀

技术领域

本实用新型涉及电磁阀技术领域，尤其是一种基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀。

背景技术

电磁阀是一种电磁控制流体通道开合的自动化基础元件。例如，型号为MIK-2W-DN8的直动式电磁阀可自动控制或远程控制水、油、液体等工作介质通道的开合，主要由动铁芯组件、静铁芯组件以及弹簧组成，其工作原理是当线圈通电时产生电磁力，使动铁芯组件克服弹簧力同静铁芯组件吸合而开启介质通道，当线圈断电时电磁力消失，动铁芯组件在弹簧力的作用下复位而关闭介质通道。

目前，电磁阀的动铁芯和静铁芯多采用软磁不锈钢制作而成，但是不锈钢铁芯存在响应速度慢，励磁电流大、匝数多、能耗高等缺点，并且不锈钢铁芯的制备工艺复杂。例如发明专利公开号CN103805875A公布了一种不锈钢电磁阀芯铁的制备方法，采用高温感应熔炉炼铸、1200℃以上锻造、车削成型加工、1000℃以上正火热处理和磨加工等过程才能制得，该制备方法工艺过程复杂，费时费力，高温锻造和高温正火非常耗能。

近年来，能源危机已迫在眉睫，而世界能源消费每年却以巨速增长。节能环保，发展绿色、低碳经济已受到人们的广泛重视。国家“十二五”规划明确提出了以环境保护为重点的经济发展要求。2012年下半年出台的节能减排“十二五”规划进一步提出了推动节能减排技术创新和推广应用的要求。

在节能减排的大背景下，开发节水、节电和节材的电磁阀具有重要的经济效益和社会效益，潜在市场巨大。在降低能耗方面，需要大力发展流阻小、损耗小的电磁阀产品。在节电方面，重点是电磁阀的铁芯组件，通过选用低能耗低噪声的合金材料以及改进装置结构而控制能耗。在节材方面，重点是研究新型材料，用新型材料代替已有金属材料，达到节约材料体积、重量和成本的目的。

非晶合金是一种采用快速凝固的工艺，将熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上，以每秒达百万度的速度迅速冷却，使原子来不及重新排列就被凝固住而形成的具有长程无序微观结构的合金材料。纳米晶合金是在非晶合金的基础上通过热处理获得的纳米晶结构的合金材料。与晶态合金相比，非晶合金或纳米晶合金在物理性能、化学性能和机械性能等方面都发生了显著的变化，例如铁基非晶合金或纳米晶合金具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、高磁导率和低损耗等优点，同时由于非晶合金或纳米晶合金制造和使用过程节能，因此被称为绿色材料和二十一世纪“双节能”材料。

与软磁不锈钢、硅钢、电工纯铁等相比，非晶合金或纳米晶合金材料具有以下的优点：(1)能耗低：由于非晶合金或纳米晶合金材料比传统晶体金属软磁材料电阻率高，软磁性能好，非晶合金或纳米晶合金材料作为铁芯时的铁损低，是普通硅钢片铁芯的1/3－1/5；(2)磁性能优异：非晶合金或纳米晶合金材料的磁性能优异，例如，铁基非晶合金或纳米晶合金的磁导率可达硅钢、软磁不锈钢和电工纯铁的几十百甚至几百倍；(3)稳定性高：铁基非晶合金或纳米晶合金的温度稳定性高、时效稳定性高、磁冲击稳定性高；另外，铁基非晶合金或纳米晶合金还具有频率适应范围、生产工艺简单、环保、价格低等优点。因此，由非晶合金或纳米晶合金制备的电磁阀的综合性能较高。

但是，块体非晶合金或纳米晶合金受临界尺寸、铸造效率和加工性等因素影响，无法应用到电磁阀上。粉末成型的非晶合金或纳米晶合金存在低磁导率等难以克服的限制，也无法应用到电磁阀上。因此，目前非晶合金或纳米晶合金材料制备铁芯的方法通常是：采用非晶合金带材或纳米晶合金带材绕制形成筒状，然后进行退火处理，最后根据所需铁芯的实际结构进行加工。例如，实用新型专利CN203415344U公布了一种基于非晶铁心的直流电磁铁，该非晶铁心由厚度为约30微米的铁基非晶带卷绕制成圆筒形并退火处理而成。

然而，将非晶带材或纳米晶带材经绕制、退火后进行结构加工得到的铁芯直接应用在电磁阀等器件中时，一方面该非晶铁芯或纳米晶铁芯裸露在表面，与外界环境、周围结构单元直接接触，会造成非晶铁芯或纳米晶铁芯的应力增大，磁性能变差，抗冲击性变差、耐腐蚀性变差，另一方面由于非晶带材或纳米晶带材经退火处理后脆性较大，经多次摩擦、碰撞冲击后，存在非晶铁芯或纳米晶铁芯掉渣、开裂、断裂等问题。

实用新型内容

针对上述技术现状，本实用新型旨在提供一种基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，该电磁阀不仅具有优良的磁性能与力学性能，同时具有良好的耐腐蚀性能、耐磨性能与耐冲击性能。

为了实现上述技术目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，包括带有阀口的阀座、中空导管、动铁芯、回复弹簧、静铁芯和励磁线圈，励磁线圈设置在导管外围，静铁芯固定在导管内的一端，动铁芯位于导管内的另一端、通过回复弹簧与静铁芯相连接；

所述的动铁芯由非晶合金带材或纳米晶合金带材卷绕后经退火处理而形成；

所述的静铁芯由非晶合金带材或纳米晶合金带材卷绕后经退火处理而形成；

工作状态时，当励磁线圈通电产生电磁力，在该电磁力作用下动铁芯克服弹簧力，在导管内压缩弹簧，向静铁芯方向运动而与阀口分离；当励磁线圈断电，电磁力消失，弹簧复位，动铁芯在弹簧力的作用下向阀座方向运动，堵塞阀口；

其特征是：所述的动铁芯外围设置封装装置，用于封装所述动铁芯，使其与外界环境隔离。

作为优选，所述的封装装置是设置在动铁芯外围的金属壳。进一步优选，所述的动铁芯与静铁芯的接触面设置金属垫片；在这种情况下，为了固定所述金属垫片，一种实现方式是在所述金属壳与金属垫片相接触的边缘设置凸出片，将所述金属垫片往金属壳内部推按，即可将该金属垫片通过该凸出片凹扣在金属壳上使其固定。更优选地，所述的动铁芯通过密封塞堵塞阀座的阀口。

所述的静铁芯是非晶合金材料或纳米晶合金材料，在实际应用中，非晶合金材料或纳米晶合金材料难加工，因此很难通过焊接、紧固件等方法将静铁芯固定在导管的中空内部。为此，作为优选，在导管的中空内部，将固定静铁芯的部分的内径增大，即，该部分导管的中空内壁呈凹槽结构，形成凸台，起到支撑固定静铁芯的作用。利用该优选结构时，只需将静铁芯放置在凸台上，而无需对该非晶合金或纳米晶合金材料的静铁芯进行焊接固定或者利用外加紧固件固定，简化了工艺，保护了静铁芯材料免受损伤。

作为优选，所述的静铁芯中，与动铁芯相接触的表面设置金属垫片。

作为优选，所述电磁阀还包括用于密封静铁芯的密封件，所述密封件设置在静铁芯上方的导管内。作为进一步优选，所述的导管内壁设置凸起，所述的密封件通过该凸起卡在导管内保持静止，使静铁芯与外界环境隔离。更优选地，所述的密封件与导管内壁间设置密封圈。

另外，作为优选，所述密封件的一端凸出导管，凸出导管的部分的外围设置螺纹，其配套的螺帽的直径大于导管的开口直径，将该螺帽拧紧在螺母上还能起到固定压紧静铁芯与励磁线圈的作用。

制备所述动铁芯的材料不限，可选自铁基、铁镍基、铁钴基、钴基的非晶合金或纳米晶合金带材等。

制备所述静铁芯的材料不限，可选自铁基、铁镍基、铁钴基、钴基的非晶合金或纳米晶合金带材等。

作为优选，所述的金属垫片的厚度为0.05～0.2mm。

作为优选，所述的金属壳的壁厚为0.1～0.3mm。

所述金属垫片材料不限，可选自铁及其合金、铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金、陶瓷、工程塑料、橡胶等。作为优选，所述的金属垫片为无磁不锈钢材料。

所述金属壳材料不限，可选自铁及其合金、铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金、陶瓷、工程塑料、橡胶等。作为优选，所述的金属壳的材料为无磁不锈钢材料。

所述的阀座的材料不限，可选自铁及其合金、铜及其合金、铝及其合金、工程塑料等。作为优选，所述的阀座的材料为铜。

综上所述，本实用新型基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，利用非晶合金或纳米晶合金材料磁性能优异、能耗低、稳定性高的优点提高了电磁阀的磁吸力，降低了能耗，并且提高了电磁阀的稳定性；并且，本实用新型在动铁芯外围设置封装装置将非晶合金体或纳米晶合金体封装在其中，不仅有效避免了非晶合金体或纳米晶合金体直接裸露在表面，经摩擦、碰撞而掉渣、开裂、断裂等问题，而且也有效避免了非晶合金体或纳米晶合金体在应用过程中与外界环境、周围结构单元直接接触，导致该动铁芯的应力敏感性大、抗腐蚀性能差、抗耐磨性能的问题，从而提高了动铁芯的使用寿命，保证了电磁阀的性能稳定。

另外，通过非晶合金带材或纳米晶合金带材卷绕方法，避免对合金卷绕体进行机械加工，克服了非晶合金或纳米晶合金因加工处理而造成脆化和磁性能变差等问题。

因此，本实用新型的电磁阀具有电磁吸力大、能耗低、耐磨性、耐腐蚀性和抗冲击性能好等优点，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是实施例1中基于非晶合金的电磁阀的结构示意图；

图2是实施例1中动铁芯组件的放大结构示意图；

图3是图2中金属垫片302的固定示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是实施例1中静铁芯组件和导管的放大结构示意图；

图6是实施例2中基于非晶合金的电磁阀的结构示意图；

图7是实施例3中基于纳米晶合金的电磁阀的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

图1-7中的附图标记为：1-阀座，2-导管，3-动铁芯组件，301-动铁芯，302-金属垫片A，101-阀口，303-金属壳，304-凸出片，305-底密封塞，4-弹簧，5-静铁芯组件，501-静铁芯，502-金属垫片B，503-不锈钢体，504-密封圈，505-焊接点，506-凸起，507-凸台，6-励磁线圈，7-螺帽。

实施例1：

本实施例提供了一种基于非晶合金的电磁阀。

如图1-3所示，该电磁阀包括带有阀口101的阀座1、中空导管2、动铁芯组件3、弹簧4、静铁芯组件5和励磁线圈6。

励磁线圈6设置在导管2的外围。静铁芯组件5固定在导管2内部的一端，动铁芯组件3位于导管2内部的另一端。动铁芯组件3主要包括动铁芯301。静铁芯组件5主要包括静铁芯501。动铁芯301通过弹簧4与静铁芯501相连接。

如图2所示，动铁芯301由两种不同宽度的铁基非晶合金带材经卷绕、退火和固化处理而形成，呈中空圆筒状。动铁芯301的外围包覆金属壳303，金属壳的壁厚为0.1～0.3mm。动铁芯301中，与静铁芯501相接触的表面设有金属垫片A302，该金属垫片A302呈空心薄圆环状，厚度为0.05～0.2mm。为了固定该金属垫片A302，如图3与4所示，该金属壳303边缘设置凸出片304，将金属垫片A302往金属壳303内部推按，即可将该金属垫片A302通过凸出片304凹扣在金属壳303上，使其固定。动铁芯301中，与阀座1的阀口101相对的一端设置底密封塞305，当励磁线圈6断电时动铁芯301通过底密封塞305堵塞阀口101。本实施例中，底密封塞305凹进金属壳303内部。

如图5所示，静铁芯501由铁基非晶合金带材经卷绕、退火和固化处理而形成，呈中空圆筒状。为了静止固定该静铁芯501，在导管2的中空内部、将固定该静铁芯501的部分的内径增大，即，如图5所示，该部分导管的中空内壁呈凹槽结构，形成一凸台507，起到支撑固定静铁芯501的作用。

静铁芯501中，与动铁芯301相对的表面设置金属垫片B502，该金属垫片B502呈空心薄圆环状，厚度为0.05～0.2mm。静铁芯501中，与动铁芯3相背的表面设置用于密封静铁芯501，使其与外界环境隔离的不锈钢体503。该不锈钢体503的一端突出导管2，该突出的部分的外围设置螺纹，与其配套的螺帽7的直径大于导管2的开口直径，利用该螺帽7能够进一步固定压紧静铁芯组件5与励磁线圈6。

为了进一步密封固定该不锈钢体503，导管2的内壁还设置突凸起506，该不锈钢体503通过该凸起卡在导管2内保持静止；并且，该不锈钢体503与导管2间还设置密封圈504。

阀座1为铜材料。

金属垫片A302为无磁不锈钢材料。

金属垫片B502为无磁不锈钢材料。

动铁芯301与导管2之间设有空隙。

工作状态时，当励磁线圈6通电产生电磁力，在该电磁力作用下动铁芯301克服弹簧力，在导管2内压缩弹簧4，动铁芯301向静铁芯501方向运动，底密封塞305与阀口101相分离，阀门开启，介质通道导通；当励磁线圈6断电，电磁力消失，弹簧4复位，动铁芯301在弹簧力的作用下向阀座1复位，底密封塞305堵塞阀口101，阀门关闭，介质通道断开。

实施例2：

本实施例提供了一种基于非晶合金的电磁阀。

该电磁阀结构如6所示，该结构与实施例1中的电磁阀结构基本相同，所不同的是：(1)阀座1为不锈钢材料；(2)本实施例中，底密封塞305凸出呈圆筒状的金属壳303；(3)不锈钢体503与导管2在焊接位505处进行焊接相连接和密封，不需要设置密封圈504。

上述结构的电磁阀加工方法简单，外观小巧美观，并且具有良好的耐腐蚀性、耐冲击性、耐磨性。

实施例3：

本实施例提供了一种基于纳米晶合金的电磁阀。

该电磁阀结构如7所示，该结构与实施例2中的电磁阀结构基本相同，所不同的是动铁芯301和静铁芯501均为铁基纳米晶合金材料，与实施例1中的铁基非晶合金材料相比，其饱和磁感应强度更高、铁损更低。另外，如图7所示，不锈钢体503采取内螺纹结构，即不锈钢体503设置带螺纹的内凹结构，螺帽7设置凸出结构与其配套。

上述结构的电磁阀减少了不锈钢材料和螺帽的体积。因此该电磁阀具有电磁吸力大、能耗低、成本低、体积小等优点。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，包括带有阀口的阀座、中空导管、回复弹簧、励磁线圈、由非晶合金带材或纳米晶合金带材卷绕后经退火处理而形成的动铁芯、由非晶合金带材或纳米晶合金带材卷绕后经退火处理而形成的静铁芯；励磁线圈设置在导管外围，静铁芯固定在导管内的一端，动铁芯位于导管内的另一端、通过回复弹簧与静铁芯相连接；

其特征是：所述的动铁芯外围设置封装装置，用于封装所述动铁芯，使其与外界环境隔离。

2.如权利要求1所述的基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，其特征是：所述的封装装置是设置在动铁芯外围的金属壳。

3.如权利要求2所述的基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，其特征是：所述的动铁芯与静铁芯的接触面设置金属垫片。

4.如权利要求3所述的基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，其特征是：在所述金属壳与金属垫片相接触的边缘设置凸出片，所述金属垫片通过该凸出片凹扣在金属壳上。

5.如权利要求1所述的基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，其特征是：所述的动铁芯通过密封塞堵塞阀口。

6.如权利要求1所述的基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，其特征是：所述的静铁芯中，与动铁芯相接触的表面设置金属垫片。

7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，其特征是：导管的中空内壁存在凹槽结构，形成凸台，静铁芯放置在凸台上。

8.如权利要求1至6中任一权利要求所述的基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，其特征是：所述的电磁阀还包括用于密封静铁芯的密封件，所述密封件设置在静铁芯上方的导管内。

9.如权利要求8所述的基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，其特征是：所述的导管内壁设置凸起，所述的密封件通过该凸起卡在导管内。

10.如权利要求8所述的基于非晶合金或纳米晶合金的电磁阀，其特征是：所述密封件的一端凸出导管，凸出导管的部分的外围设置螺纹，与其配套的螺帽的直径大于导管的开口直径。