CN2055557U - 节能节料的强力阀用电磁头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节材节能的强力高效阀用电磁头。它全面改进了传统磁头的结构设计，从而减少磁路气隙，充分利用磁力的设计思想入手将激磁线圈骨架改为三段式结构，将阀的密封导向管的隔磁结构改为项部透磁结构。并且配置了将启动电流自动切换为维持电流的控制电路从而大大缩小了磁头体积，与同类磁头相比节约了70％的铜材，节省了90％的电能，而牵引力却大大加强。

Description

本实用新型属于一种改进的牵引电磁头，具体应用于工业电磁阀、液压阀及各种牵引电磁铁和电磁开关。

电磁阀是一种气液管道中的重要执行元件，可以实现对管道的自控、遥控启闭，是医药、化工、石油、造纸、冶金等多种行业中对气体、液体进行自动调控的重要部件。可提高工业生产效率和质量。随着微机的推广应用，对电磁阀的用量越来越多，要求也越来越高。传统的电磁阀结构中分为两部分，阀体、阀门、阀杆等组成的机械部分和牵引电磁铁组成的电器部分（也称阀用磁头）。阀用磁头主要结构中包括激磁线圈，线圈骨架、外壳、密封导向管、额铁、电源的接线盒（柱），隔热垫以及与阀体相连接的磁头座。随着电流的通断而牵引阀杆起落完成启闭任务。为了满足抗腐蚀、防止泄露等要求，密封导向管常采用抗腐低导磁性质的不锈钢制成，虽然效果良好但其位于激磁线圈之中，包围着阀杆上的衔铁，因而势必消弱电磁场，减小了牵引力。传统的磁头结构中的激磁线圈骨架用导磁材料组成，则形成了线圈内电磁场的磁短路，浪费了磁力线。如采用非导磁材料，则造线圈与额铁衔铁之间过大的非导磁间隙同造成电磁场消弱。更为重要的是，由于阀门开启量需要衔铁有一个较大的行程，而牵引力大小和衔铁行程成正比，所有以上设计上的因素造成阀门启动时要一个很大的电流以保证磁力阀门正常启动。启动吸合之后，维持开启状态的电流实际上仅占启动电流的几十分之一，这种大马拉小车造成极大的浪费。为改变这一状况已提出过多种改进方案。CN87205710U专利公告中曾提出一个机械自锁方案，即在电磁阀完成吸合之后利用机构闭锁维持阀门开启同时切断工作电流。关闭阀门时则启动另一线圈解除闭锁从而完成整个启闭过程。其节电效果明显，但结构复杂。控制系统太多，易出机械故障也增加了制造的难度与成本。另一个中国专利公告文件CN87209941.U提出另一种改进方案，实际上出自同一构思，只不过将自锁机构由机械式改为电磁式的。仍不能克服上述缺点，另外给密封防露、防腐抗蚀也带来了困难。以上两种改进方案均未能打破阀用磁头的传统设计思想。无法克服漏磁和磁力线浪费的缺陷，尤其是消耗铜材多。

本实用新型的目的是在传统结构的基础上全面改进主要部件的设计，并且配置了启动电流与维持电流的自动切换电路，在保证正常启动、密封、防蚀的前提下设计出一个节约铜材、导磁材料和大幅度降低电耗的，体积小、故障少的新式阀用磁头。

本实用新型的关键设计思想是尽可能的将磁损耗降低。以最少的电流匝数来实现对电磁阀门的启闭工作。本实用新型改进方案包括的要点将结合附图给以下详细说明。

附图1是改进的阀用磁头在管道阀上的应用结构与装配示意图。

附图2是自动切换启动电流与维持电流的控制电路实施例1。

附图3是控制电路实施例2。

附图3、附图4是另外两个控制电路的实施例。

附图中1为导磁盖，2为额铁，3为三段式线圈骨架上段，4为密封导向管的项部，5为三段式线圈骨架中段，6为激磁线圈，7为磁头外壳壁，8为线圈绝缘层，9为三段式线圈骨架下段，10为磁头底板。1、7、10构成磁头外壳。11为阀门，12为阀杆，13为密封垫圈，14为阀用电磁头底座，15为隔热垫，16为衔铁上的通气孔道，17为衔铁，18为密封导向管管壁，19、20为紧固件，21为电源接线盒，22为设在21内的控制电路，依靠它完成自动切换启动电流与维持电流。4、18组成密封导向管。

从图1中可以看出，为了最大限度地减少磁力线的浪费和磁场的消弱本实用新型在磁路上采用新式结构设计。采用了三段式线圈骨架结构。上段3、下段5均采用良导磁材料，以保证磁路的低阻，中段5采用优质非导磁材料（例如铜）制成，三段拼合在一起组成一个完整的线圈骨架。这样设计避免了磁力线的损耗，保证实现磁力线会集在额铁与衔铁之间，在吸合后会形成完整低阻磁回路，有利于以最小的安培匝数达到所需要的启动牵引力。中段5的设计阻断了在线圈内部形成无效闭合磁路，避免了磁力线的短路消耗。对密封导向管的改进是将管项部4采用导磁材料制成，它与非导磁材料（例如低导磁率不锈钢）制成的管壁焊接在一起构成了抗腐蚀、抗泄露的密封腔。组装时将项部4与额铁2紧密固定在一起（或者干脆制成一体）减少气隙。这样的结构使磁力线仅穿过一次非导磁材料层（管壁18），减少了磁场强度的损失。而实际等于加大了牵引力或者说减少了安培匝数。这必然节省大量的铜导线。为保证防腐防蚀的性能，项部4通常采用导磁率高的不锈钢材料制成。管壁18下端与磁头底座焊接成一体，这样就将阀门通道与磁头完全密封隔离成两部分，因而可与各种酸碱性液体及其它有腐蚀性气体或高压阀门配套应用。

从附图2－5还可以看出，本实用新型的设计关键在于增添了自动切换控制电路22，可以实现大电流启动后自动切换的维持小电流，这样就大大节省了全过程的耗电量。从给出的控制电路实施例1（图2）可以看出，此时的激磁线圈分为两部分（6A、6B），6A用细导线绕成，匝数较多；6B用粗导线绕成，匝数较少。具体匝数与线经要根据不同口径的阀门及开闭距离所需牵引力相匹配。6A与6B串联组成图1所示的激磁线圈6。激磁线圈6在6A、6B连处抽头，分三端引向控制电路。控制电路中采用双向（或单向）可控硅做为切换开关元件，其触发极与晶体管BG1搭成的充电式延时电路输出端相连。双向（或单向）可控硅跨接线圈6A的两端，在线圈6B的两端跨接一个续流二极管D3。电源接通后，通过整流二极管D1、电阻R1、R2给出的电压信号使可控硅KG1导通，启动电流经可控硅KG1，线圈6B构成一个回路。这个回路由于线圈6B低阻抗持性可以获得大电流，以提供足够阀门启动的牵引力。阀门启动以后电容C1随着充电电压不断升高，引起BG1导通。则输出端电位下降使可控硅KG1关断完成了启动电流的切断。维持电流流经线圈6A、6B构成的回路。因阻抗特性这时维持电流较小。图2中所给出的D2、D3均为续流二极管，以提高效率。DW1是稳压管为控制电路提供过压保护。

图3所给出的是另一种实施控制电路，应用这种控制电路时激磁线圈6不必分为两部分。切换电路具有双控通路，一个控制通路是激磁线圈6串连一个PTC正温升电阻系数热敏元件接到外电源上。由于PTC元件的特性，刚开时启动时电阻极小可以允许大电流通过，随着温度上升PTC元件迅速达到居里点温度，电阻加大使得启动电流转换为维持电流实现了自动切换。采用这种控制的缺点是不适合频繁启动。为了达到可频繁启动的目的，本实施电路设计有另一控制通道。它采用双向或（单向）可控硅KG2做为开关元件与激磁线圈6串接电源上，并和PTC元件并联。控制电路中的晶体管BG2组成充电式延时开关电路。可控硅KG2的触发极接在开关电路的输出端。当出现频繁启动时，PTC不能立即恢复低阻状况，而启动电流则由可控硅的通道供给，待可控硅关断后由PTC元件通道提供维持电流。图3中的D4是续流二极管，D5为整流管，DW2为稳压管。

图4、图5是另两种实施控制电路。从所给出的四个实例可看出，控制电路设计关键是提供一个足够大的启动电流以保证阀门的启动牵引力。并在启动吸合之后自动实现启动电流切换为较小的维持电流。在这一设计思想指导下可以有各种各样的实施电路设计，但无论什么设计最终的结构中必然具有开关元件或变阻元件，否则这一自动切换是不可能实现的，这在本实用新型发明中是关键设计思想之一。

本实用新型的设计虽然总体上以管道阀门为应用对象进行设计。十分清楚，对于任何使用电磁牵引力的场合，只要其是在吸合，维持两个状态下工作的场合，本实用新型的设计思想可完全适用，仅需改变应用场合下的几何尺寸。以根据牵引力要求而决定的线圈的安培匝数设计。因此，特别要指出本实用新型应用范围除管道阀门之外，对液压阀门，电磁式开关，牵引电磁铁执行元件等均是适用的。

根据本实用新型的设计思想和结构原理在1时半高压耐蚀电磁阀门上实验结果其节约铜线材70％以上，节约导磁材料30％，体积缩小3倍，但启动牵引力却明显增加，应用时平均电流量降低90％。而且表现出启动平稳、无噪声，长期运行可靠等明显优点。生产厂采用此种设计与电磁阀门配套将为生产厂节约大量贵重材料，产生直接经济效益，应用推广以后可使用户节约大量电能，其潜在的社会效益也是十分重大的，因此，本产品是一种的前途的节能节材性新产品设计，应于推广应用。

Claims (6)

1、一种阀用电磁头，由激磁线圈6、额铁2、线圈骨架、密封导向管(18、4)、磁头外壳(1、7、10)、磁头底座14、隔热垫15、电源接线盒21组成，其特征在于：

a、线圈骨架采用三段式结构，上下两段(3、9)采用导磁材料中段5用隔磁材料制成；

b、密封导向管壁18用低导磁性材料制成，其管项部4系导磁材料制成且与额铁2紧固连接在一起；

c、在接线盒21内设置有一个将启动电流自动切换为维持电流的控制电路22。

2、根据权利要求1所说的阀用电磁头，其特征在于密封导向管壁18由低导磁率不锈钢制成，导向管项部4由导磁不锈钢物质制成，管壁与管项部焊接形成完好的密封导向管结构。

3、根据权利要求1所说的阀用磁头，其特征在于激磁线圈6分为两段绕制（6A、6B）并串联在一起，从串联处抽头与控制电路三端相连，其具体的线径与圈数与不同口径阀门及开关距离所需启动牵引力和维持力相匹配。

4、根据权利要求1或3所说的阀用磁头，其特征在于自动切换启动电流与维持电流的控制电路22包括晶体管BG1组成的延时电路，由双、单向可控硅做切换开关元件，续流二极管D3、D2，整流二极管D1，双向可控硅跨接在线圈6A两端，其触发极与BG1所组成的延时电路的输出端相连，续流二极管D2跨接在激磁线圈6两端，续流二极管D3跨接在线圈6B两端，外电源通过整流管D1跨接在激磁线圈6两端。

5、根据权利要求1所说的阀用电磁头，其特征在于激磁线圈6的通电电流切换电路22具有双控通路，一个控制通路由激磁线圈6串接一个PTC正温升系数热敏元件接至电源，另一个控制通路是激磁线圈6串接一个双、单向可控硅接至电源，双向可控硅的触发极接在一个开关电路的输出端，开关电路由BG2组成的延时电路组成，切换电路22中还包括续流二极管D4、整流二极管D5和稳压二极管DW2。

6、根据权利要求1所说的阀用电磁头，其特征在于可用于管道电磁阀，液压阀，电磁式开关或者牵引电磁铁。

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