CN214999478U - 一种非线性力发生结构及电磁阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种非线性力发生结构及电磁阀，涉及电磁阀技术领域。一种非线性力发生结构，包括：线圈；动铁芯，动铁芯插设于线圈中；弹片，弹片套设在动铁芯上；限位件，限位件上设置有一个限位面，弹片与限位件上的一个限位面抵接；其中，动铁芯受到电磁力作用后，会带动弹片沿靠近限位面的一侧形变，直到动铁芯受到的电磁力与弹片形变产生的弹性力相等。一种电磁阀，包括上述非线性力发生结构。由于限位件具有限位面，弹片在变形时受到其限制，使得弹片在变形时产生的弹力与动铁芯的位移量呈非线性关系。

Description

一种非线性力发生结构及电磁阀

技术领域

本实用新型属于电磁阀技术领域，具体涉及一种弹非线性力发生结构及电磁阀。

背景技术

电磁阀既是电气控制部分和气（液）动执行部分的接口，也是气（液）源系统的接口。电磁阀的主要工作原理是利用电磁线圈通电后产生的电磁力，克服弹片产生的弹力，推动阀芯运动，实现气（液）流的开关或流量控制。

公告号为CN210920202U的中国实用新形专利公开了一种电磁阀，包括线圈、活动铁芯、铁芯弹簧等部件，在这种方案中，铁芯弹簧产生的弹性力与活动铁芯的位移量成线性关系，而活动铁芯受到的电磁力则与活动铁芯的位移量成非线性关系，当活动铁芯的位移量较大时，电磁力的增长远大于弹性力的增长，因此很难平稳的开启电磁阀同时精准的控制电磁阀的开度。

现有技术中，弹片产生的弹力通常与动铁芯的位移量成正比，电磁线圈产生的电磁力与动铁芯和电磁线圈之间的距离的平方成反比。为了能更平稳的开启电磁阀同时精准的控制电磁阀的开度，电磁阀内的弹性结构产生的弹力与动铁芯位移量的关系需要成非线性关系，以更接近线圈产生的电磁力与动铁芯位移量的关系。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种非线性力发生结构及一种应用该非线性力发生结构的电磁阀。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种非线性力发生结构，包括：

线圈；

动铁芯，所述动铁芯插设于所述线圈中；

弹片，所述弹片套设在所述动铁芯上；

限位件，所述限位件上设置有一个限位面，所述弹片与所述限位件上的一个限位面抵接；

其中，所述动铁芯受到电磁力作用后，会带动所述弹片沿靠近所述限位面的一侧形变，直到所述动铁芯受到的电磁力与所述弹片形变产生的弹性力相等。

作为本实用新型的进一步改进，所述弹片中心设置有第一通孔，沿所述第一通孔的边缘设置有腰形孔。

作为本实用新型的进一步改进，所述腰形孔包括远离第一通孔边缘的外圈腰形孔和靠近第一通孔边缘的内圈腰形孔，且相邻两外圈腰形孔之间的间隙与内圈腰形孔的位置相对应。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一通孔、多个内圈腰形孔所围成的第一圆环以及多个外圈腰形孔所围成的第二圆环同轴设置。

作为本实用新型的进一步改进，所述限位面与所述限位件纵截面的交线为弧线或直线。

作为本实用新型的进一步改进，所述动铁芯具有第一端部，所述第一端部与所述弹片分体设置或一体设置，其中，当所述第一端部和所述弹片分体设置时，所述第一端部与所述弹片抵靠配合。

作为本实用新型的进一步改进，所述限位面的高度小于所述弹片半径与所述第一通孔半径之差。

本申请还提供了一种电磁阀，包括上述任一项所述的非线性力发生结构。

作为本实用新型的进一步改进，还包括：

壳体，所述壳体上设置有进气口和出气口，所述非线性力发生结构设置在所述壳体内；

阀芯，所述阀芯与所述第一端部可拆卸连接，用于控制所述进气口与所述出气口的连通；

膜片，所述膜片套设于所述阀芯上，且与所述第一端部抵靠配合；

其中，所述第一端部上设置有通气孔，当电磁阀断电时，所述进气口流入的气体经过所述阀芯从所述通气孔进入所述膜片靠近所述第一端部的一侧，该侧气压增大，封住阀口。

基于上述技术方案，本实用新型至少可以产生如下技术效果：

1.由于所述限位件具有限位面，所述弹片在变形时受到其限制，使得所述弹片在变形时产生的弹力与所述动铁芯的位移量呈非线性关系；

2.将所述动铁芯插设于所述线圈中可以增大所述线圈的磁通量，从而增大所述线圈对所述动铁芯的电磁力；

3.设置所述限位面的高度小于所述弹片半径与所述第一通孔半径之差，使得所述弹片的变形量不会过大，避免弹片发生断裂或不可恢复的形变；

4.在所述第一通孔外侧设置两圈腰形孔，一方面可以节约材料，另一方面可以根据需要改变腰形孔的大小、形状与位置，从而调节所述弹片产生的弹力曲线；

5.相邻两外圈腰形孔之间的间隙与内圈腰形孔的位置相对应，所述第一通孔、多个内圈腰形孔所围成的第一圆环以及多个外圈腰形孔所围成的第二圆环同轴设置，使得弹片产生的弹力曲线更加光滑；

6.提出了一种应用了上述非线性力发生结构的电磁阀，由于由于应用了上述非线性力发生结构，弹力与动铁芯位移曲线呈非线性变化，且位移越大弹力增长越快，因此有利于平稳的开启电磁阀，同时更精准的控制所述电磁阀的开度。

附图说明

图1是本实用新型电磁阀的剖视图。

图2是本实用新型一种非线性力发生结构中弹片的弹力F与动铁芯位移L之间关系的示意图。

图3是本实用新型弹片的俯视图。

图4是本实用新型限位件的一个实施例。

图中，10、线圈；20、动铁芯；21、第一端部；22、铁芯本体；23、通气孔；25、凸起；30、限位件；31、限位面；32、第二通孔；40、弹片；41、第一通孔；42、外圈腰形孔；43、内圈腰形孔；50、壳体；51、进气口；52、出气口；60、阀芯；61、阀口；70、静铁芯；80、膜片；81、压环；90、密封圈。

具体实施方式

以下是本实用新型的一个具体实施例，并结合附图1-4，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这个实施例。

如图3所示，本实用新型提出了一种弹片40，所述弹片40设置为圆形，所述弹片40中间设置有第一通孔41。所述弹片40在所述第一通孔41边缘设置有与所述第一通孔41同心的外圈腰形孔42与内圈腰形孔43。在所述第一通孔41外侧设置两圈腰形孔，一方面可以节约材料，另一方面可以根据需要改变腰形孔的大小、形状与位置，从而调节所述弹片40产生的弹力曲线。

进一步的，相邻两外圈腰形孔42之间的间隙与内圈腰形孔43的位置相对应，所述第一通孔41、多个内圈腰形孔43所围成的第一圆环以及多个外圈腰形孔42所围成的第二圆环同轴设置。这么设置使得弹片40产生的弹力曲线更加光滑。

进一步的，所述弹片40的原料为SUS301不锈钢，所述弹片40的加工方式为铣削或冲压。SUS301对比SUS304含有更低的镍、铬及更高的碳成分，通过冷加工可以达到高强度。SUS301对比普通钢种，有优秀的高温强度，抗疲劳强度及耐腐蚀性，使弹片40具有重量轻强度大的优点。

如图1所示，本实用新型提出了一种非线性力发生结构，包括：线圈10、动铁芯20、限位件30和弹片40。

所述线圈10通电后能产生磁场，所述动铁芯20包括第一端部21和铁芯本体22，所述第一端部21和所述铁芯本体22均为圆柱体，所述第一端部21和所述铁芯本体22连接，所述第一端部21设置于所述弹片40远离所述限位件30的一侧，所述铁芯本体22设置于所述弹片40的另一侧，所述第一端部21与所述弹片40抵靠配合，所述铁芯本体22插设于所述线圈10中，所述弹片40通过第一通孔41套设于所述铁芯本体22上。将所述铁芯本体22设置于所述线圈10中可以增大所述线圈10的磁通量，从而增大所述线圈10对所述动铁芯20的电磁力。

进一步的，所述弹片40与所述第一端部21一体设置，将所述弹片40和所述第一端部21一体设置可以更好的控制所述弹片40在运动过程中的形变状态。

所述限位件30底部具有一个限位面31，所述限位面31可以在弹片40变形时起到限位作用。所述限位件30具有第二通孔32，所述动铁芯20依次穿过所述第一通孔41和所述第二通孔32。如图2所示，所述弹片40在变形时受到其限制，使得所述弹片40在变形时产生的弹力与所述动铁芯20的位移量呈非线性关系。由于所述限位件30具有所述限位面31，所述弹片40在变形时受到其限制，使得所述弹片40在变形时产生的弹力与所述动铁芯20的位移量呈非线性关系。

进一步的，如图1和图4所示，所述限位面31与所述限位件30纵截面的交线为弧线或直线。这么设置，可以通过调整所述限位面31的形状来调节所述弹片40的弹力与所述动铁芯20位移的曲线。

进一步的，所述限位面31的高度小于所述弹片40半径与所述第一通孔41半径之差。这么设置使得所述弹片40的变形量不会过大，避免所述弹片40发生断裂或不可恢复的形变。

进一步的，所述限位件30优选的材料为黄铜，黄铜作为一种金属具有电磁屏蔽的作用，这使得所述限位件30除限位作用外还起到隔磁套管的作用，所述限位件30中间具有第二通孔32，所述限位件30使得线圈10产生的磁场只能通过第二通孔32才能对所述动铁芯20有电磁力的作用。

本实用新型还提出了一种包括上述非线性力发生结构的电磁阀。由于所述动铁芯20同时受到电磁力和弹力的作用，而电磁力与所述动铁芯20的位移成非线性关系，具体来说，所述线圈10对所述动铁芯20的电磁力和所述动铁芯20与所述线圈10之间的距离的平方成反比，同时和所述线圈10的电流的平方成正比，因此当所述限位件30的限位面31和弹片40配合后，所述弹片40的弹力与所述动铁芯20位移量的关系接近所述线圈10产生的电磁力与所述动铁芯20位移量的关系，使得所述电磁阀能更平稳的开启同时精准的控制电磁阀的开度。

所述电磁阀还包括：壳体50，所述壳体50具有进气口51和出气口52，所述非线性发生结构设置在所述壳体50内；阀芯60，所述阀芯60与所述第一端部21可拆卸连接，所述阀芯60用于控制所述进气口51与所述出气口52的连通。优选的，所述第一端部21具有凸起25，所述阀芯60套设于所述凸起25上，所述阀芯60与所述凸起25过盈配合。由于所述阀芯60套设于所述凸起25上且所述阀芯60与所述凸起25过盈配合，使得所述阀芯60具有良好的密封性能。

本实用新型电磁阀还包括静铁芯70，所述静铁芯70设置在靠近所述铁芯本体22处，所述静铁芯70插设于所述线圈10中。在所述线圈10中设置所述静铁芯70，可以增大所述线圈10的磁通量，从而增大所述线圈10对所述动铁芯20的电磁力。

本实用新型电磁阀还包括膜片80和密封圈90，所述膜片80套设于所述阀芯60上，所述膜片80与所述第一端部21抵接，所述密封圈90套设于所述铁芯本体22上。所述第一端部21上设置有通气孔23，所述通气孔23和所述阀芯60连通。

所述膜片80、所述密封圈90和所述壳体50共同围城一个腔室，在电磁阀不通电时，所述进气口51流入的气体会经过所述阀芯60从所述通气孔23进入上述腔室，上述腔室中的气压会增大，利用所述腔室中的高压气体协助所述弹片40，封住阀口61。

本实用新型电磁阀还包括压环81，所述压环81设置在所述膜片80靠近所述弹片40一侧，所述压环81与所述膜片80抵接，用于将所述膜片80固定在所述壳体50上。

本实用新型电磁阀的工作过程如下：

1.电磁阀不通电，气体从所述进气口51进入，气体经过所述阀芯60、通气孔23，进入所述腔室，此时由于所述腔室内气体与外界气体的压差以及所述弹片40的作用，阀口61封闭；

2.电磁阀通电，所述动铁芯20受到电磁力的作用向所述线圈10运动，直到所述动铁芯20运动到第一平衡位置，此时阀口61打开，进气口51和出气口52连通；

3.加大电磁阀电流，此时动铁芯20的平衡位置向所述线圈10靠近，阀口61开度增大，由于上述非线性力发生结构的作用，可以平稳的增大电磁阀的开度，从而精确的控制电磁阀的流量；

4.切断电磁阀电流，此时动铁芯20在所述弹片40的弹力和所述密闭空间气体与外界气体的压差的共同作用下复位，并封住阀口61。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种非线性力发生结构，其特征在于，包括：

线圈；

动铁芯，所述动铁芯插设于所述线圈中；

弹片，所述弹片套设在所述动铁芯上；

限位件，所述限位件上设置有一个限位面，所述弹片与所述限位件上的一个限位面抵接；

其中，所述动铁芯受到电磁力作用后，会带动所述弹片沿靠近所述限位面的一侧形变，直到所述动铁芯受到的电磁力与所述弹片形变产生的弹性力相等。

2.根据权利要求1所述的一种非线性力发生结构，其特征在于，所述弹片中心设置有第一通孔，沿所述第一通孔的边缘设置有腰形孔。

3.根据权利要求2所述的一种非线性力发生结构，其特征在于，所述腰形孔包括远离第一通孔边缘的外圈腰形孔和靠近第一通孔边缘的内圈腰形孔，且相邻两外圈腰形孔之间的间隙与内圈腰形孔的位置相对应。

4.根据权利要求3所述的一种非线性力发生结构，其特征在于，所述第一通孔、多个内圈腰形孔所围成的第一圆环以及多个外圈腰形孔所围成的第二圆环同轴设置。

5.根据权利要求1所述的一种非线性力发生结构，其特征在于，所述限位面与所述限位件纵截面的交线为弧线或直线。

6.根据权利要求1所述的一种非线性力发生结构，其特征在于，所述动铁芯具有第一端部，所述第一端部与所述弹片分体设置或一体设置，其中，当所述第一端部和所述弹片分体设置时，所述第一端部与所述弹片抵靠配合。

7.根据权利要求2所述的一种非线性力发生结构，其特征在于，所述限位面的高度小于所述弹片半径与所述第一通孔半径之差。

8.一种电磁阀，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的非线性力发生结构。

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