CN217634168U - 高效大功率电磁阀用驱动头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高效大功率电磁阀用驱动头，设有壳体及与壳体竖向同轴设置的线圈、动铁芯、静铁芯和隔磁管，所述静铁芯包括第一静铁芯和第二静铁芯，所述第一静铁芯的主体部分呈管状，套设在隔磁管上部的外侧，其下端低于第二静铁芯的下端，所述第二静铁芯固定安装在隔磁管内的上部，动铁芯位于第二静铁芯的下方，与隔磁管滑动连接，其顶面在常态下与所述第一静铁芯的下端之间留有第一工作气隙，与第二静铁芯的下端之间留有第二工作气隙，且第二工作气隙大于第一工作气隙，下端连接有启闭件，所述启闭件的下端设有用于与阀座构成阀门密封副的密封件。本实用新型能够明显提高启动动力/最大动力输出，更好地适应于电磁阀的启动特点。

Description

高效大功率电磁阀用驱动头

技术领域

本实用新型涉及高效大功率电磁阀用驱动头,主要可用作大功率电磁阀或其他类似场合。

背景技术

现有电磁阀的电磁驱动头（简称电磁头，或驱动头）通常主要由线圈、动铁芯和静铁芯组成，电磁头的壳体内设有隔磁管，线圈及用于安装固定线圈的线圈架设置在隔磁管外侧的壳体内空间，壳体外侧安装有接线盒，线圈的接线端设置在接线盒内，通过接线盒连接外部电源，静铁芯和动铁芯的数量均为一个，设置在隔磁管内，其中静铁芯固定安装在隔磁管的上部，动铁芯位于静铁芯的下方，与隔磁管的内壁滑动配合，可在隔磁管内上下移动，隔磁管的下端安装在隔磁管座上，隔磁管座上设有用于与其他装置连接的连接结构，例如，法兰结构，使用时通过隔磁管座将电磁头固定安装在阀门本体上，动铁芯的下端连接阀门的启闭件（例如，设有密封件的阀杆或阀瓣），当线圈通电时，静、动铁芯相互吸引，动铁芯带动启闭件上移，使阀门开启，当线圈不通电时，动铁芯在复位弹簧和/或重力的作用下下移，使阀门关闭。这种现有技术的缺陷由于在通电启动时，静动铁芯之间的距离（通常称为工作气隙）最大，动力最小，而阀门在此时的动力需求因静摩擦和/或介质密封压力等因素的影响却最大，因此要有效地驱动所驱动的装置，必须使电磁头在动力最小时的动力能够满足阀门最大的动力需求，由此明显增加了电磁头的体积和材料成本，也造成了不必要的能量消耗。

实用新型内容

本实用新型的目的是提高电磁驱动头在启动时的驱动力。

本实用新型的技术方案是：高效大功率电磁阀用驱动头，设有壳体及与壳体竖向同轴设置的线圈、动铁芯、静铁芯和隔磁管，所述线圈、动铁芯和静铁芯安装在所述壳体内，所述线圈围绕在隔磁管的外侧，固定安装在线圈架上，所述隔磁管穿过所述壳体的底板上的隔磁管通孔，其顶端固定连接所述壳体的顶板，底端位于壳体外，安装在隔磁管座上，所述静铁芯包括第一静铁芯和第二静铁芯，所述第一静铁芯的主体部分呈管状，套设在隔磁管上部的外侧，位于所述线圈和隔磁管之间，其下端低于第二静铁芯的下端，所述第二静铁芯和动铁芯设置在隔磁管内，所述第二静铁芯固定安装在隔磁管内的上部，所述动铁芯位于第二静铁芯的下方，与隔磁管的内壁滑动配合，其顶面在常态下与所述第一静铁芯的下端之间留有第一工作气隙，其下端连接有启闭件，所述启闭件的下端设有用于与阀座构成阀门密封副的密封件。

优选地，第一静铁芯的顶部设有圆环形的盘状结构，第一静铁芯的顶部盘状结构自第一静铁芯的主体部分的顶端径向向外伸出，其上表面与所述壳体的顶板的内侧表面贴合。

优选的，所述壳体内设有导磁套，所述导磁套位于壳体底板与隔磁管的连接部位，所述导磁套的主体部分呈套管状，套设在隔磁管上，其顶部高度低于常态下动铁芯的顶面高度，其底部设有圆环形的盘状结构，所述导磁套的底部盘状结构自导磁套的主体部分的底端径向向外伸出，其下表面与所述壳体的底板的内侧表面贴合。

优选地，所述壳体由底部敞口的主壳体和盖住所述主壳体的底部敞口的壳体盖组成。

优选地，所述第二静铁芯的顶部设有竖向螺杆，所述竖向螺杆穿过壳体的顶板中央的螺杆孔，其外侧旋接有紧固螺母，通过紧固螺母与壳体紧固在一起。

优选地，所述壳体的侧壁上安装有接线盒，所述接线盒内设有用于连接外部电源线缆的接线端子，所述接线端子通过穿过壳体侧壁的导线连接所述线圈。

优选地，常态下第一工作气隙的竖向尺寸为2-3毫米。

优选地，所述隔磁管座的底部设有法兰结构。

优选地，所述动铁芯和第二静铁芯之间设有在两者吸合状态下趋向于将两者推离的螺旋弹簧脱离装置。

优选地，所述螺旋弹簧脱离装置包括螺旋弹簧和脱离销，所述动铁芯设有位于其轴线上的弹簧安装孔，所述脱离销呈上细下粗的柱形阶梯状，所述弹簧安装孔的顶部呈与所述脱离销对应的缩口状，缩口处的内径略大于脱离销上部的外径且小于脱离销下部的外径，所述螺旋弹簧位于所述弹簧安装孔内，呈预压缩状态，其顶部抵压在脱离销的底部，底部抵压在弹簧安装孔的孔底。

本实用新型的有益效果是：由于设置了第一静铁芯和第二静铁芯，且启动时第一静铁芯与动铁芯之间的第一工作气隙明显小于第二静铁芯与动铁芯之间的第二工作气隙，第一静铁芯与动铁芯的吸力将明显大于第二静铁芯（相当于现有技术下的静铁芯）的吸力，由此明显增大了启动时的动力，进而能够以较小的电磁头带动较大的负载，同时，在动铁芯与第二静铁芯吸合时，第一静铁芯与动铁芯之间的作用力很小，基本上可以忽略，第二静铁芯与动铁芯之间的作用力也明显小于设置单一静铁芯时的作用力，从动铁芯的整个上移过程看，动力的变化幅度明显减小，有利于减轻动铁芯与第二静铁芯吸合时的撞击力，延长使用寿命，也有利于减少不必要的动力消耗；由于第一静铁芯以管状套设在第二静铁芯外侧，第一静铁芯产生的动力（与动铁芯之间的吸力）和第二静铁芯产生的动力在周向上均匀分布，作用效果一致，均为竖向向上，不因两个静铁芯的设置而破坏磁场周向上的均衡性，且可以依据磁场特性适当选择两静铁芯的横截面大小比例，依据实际需要合理分配两静铁芯的磁通，合理设置第一静铁芯在启动时的工作气隙，进而优化电磁头在整个吸合过程中的动力变化曲线，进一步改善动力特性。

本实用新型通过对静铁芯的改进，在其他部分基本不变的情形下，能够获得更大的启动力，降低动铁芯上移过程中动力输出的变化幅度，有助于提高动力的有效利用率，适应更大功率的电磁阀，也有助于减小电磁头的体积，降低制造成本，减小空间占用，减少不必要的能量浪费，提高能效。

本实用新型适应于各种电磁阀，特别是大功率电磁阀。

附图说明

图1是本实用新型在断电/不工作状态下的示意图；

图2是本实用新型在开始启动时的示意图；

图3是本实用新型在动铁芯顶部越过第一静铁芯下端后的示意图；

图4是本实用新型在动铁芯与第二静铁芯吸合状态下的示意图。

具体实施方式

参见图1-4，本实用新型提供了一种高效大功率电磁阀用驱动头，设有壳体30及与壳体竖向同轴（中心轴线位于同一竖向直线上）设置的线圈（或称励磁线圈）26、动铁芯23、静铁芯和隔磁管38，所述线圈、动铁芯和静铁芯安装在所述壳体内，所述线圈围绕在隔磁管的外侧，固定安装在线圈架36上，所述隔磁管穿过所述壳体的底板上的隔磁管通孔，其顶端固定连接所述壳体的顶板，底端位于壳体外，固定安装在隔磁管座39上，具体安装方式可以依据实际需要。

所述静铁芯的数量为两个，包括第一静铁芯21和第二静铁芯22，所述第一静铁芯的主体部分呈管状，套设在隔磁管上部的外侧，位于所述线圈和隔磁管之间，其下端低于第二静铁芯的下端，所述第二静铁芯和动铁芯通常均呈柱形，设置在隔磁管内，其中，所述第二静铁芯固定安装在隔磁管内的上部，所述动铁芯位于第二静铁芯的下方，与隔磁管的内壁滑动配合，其顶面在常态下（非通电状态下，或者说动铁芯处于低位时，即处于其竖向移动范围的下限时）与所述第一静铁芯的下端之间留有第一工作气隙H₁，由此也必然地，动铁芯的顶面在常态下与第二静铁芯的下端之间留有第二工作间隙H₂，且第二工作间隙竖向上的尺寸大于第一工作间隙竖向上的尺寸。

所述隔磁管座上可以设有中央通孔，所述隔磁管的下端插入并固定（例如，焊接）在所述隔磁管座的中央通孔上，由此可以实现隔磁管在隔磁管座上的固定安装。

所述隔磁管座的底部可以设有法兰结构40，用于在电磁阀阀体上的安装，依据实际需要，也可以设置其他形式的连接结构。

所述隔磁管座的底面可以设有用于与阀体顶口卡固的竖向环形凸缘、凹槽或企口等。

第一静铁芯的顶部可以设有（或者说设有）圆环形的盘状结构，第一静铁芯的顶部盘状结构自第一静铁芯的主体部分的顶端径向向外伸出，其上表面与所述壳体的顶板的内侧表面（下表面）贴合，以利于导磁和束磁。

所述壳体内可以设有导磁套33，所述导磁套位于壳体底板与隔磁管的连接部位，所述导磁套的主体部分呈套管状，套设在隔磁管上，其顶部高度低于常态下动铁芯的顶面高度，其底部设有圆环形的盘状结构，所述导磁套的底部盘状结构自导磁套的主体部分的底端径向向外伸出，其下表面与所述壳体的底板的内侧表面（上表面）贴合，以利于导磁和束磁。

所述壳体可以由底部敞口的主壳体（或称壳体主体）和盖住所述主壳体的底部敞口的壳体盖31组成，以方便壳体内的件的装配。

所述壳体盖为导磁盖，壳体上的隔磁管通孔位于所述壳体盖的中部。

所述壳体盖的外缘可以设有短筒状连接结构，紧密插装在主壳体的底部敞口内，以利于连接和导磁。

所述壳体的底板（例如，壳体盖）和隔磁管座之间可以设有支撑套35，所述支撑套套在位于壳体盖和隔磁管座之间的隔磁套上，其顶端与壳体盖的底面（下表面）连接，底端与隔磁管座的顶面连接，形成壳体与隔磁管座之间的支撑，以有效地保持隔磁管。

所述线圈架的主体部分通常应呈筒状，套设在隔磁套的外侧，其上下两端分别设有圆环形的上下挡板，所述线圈绕制在线圈架的上下挡板之间的环形空间内，可以采用任意适宜的方式将线圈架固定在隔磁管上和/或壳体上。

所述第二静铁芯的顶部可以设有竖向螺杆，所述竖向螺杆穿过设置在壳体的顶板中央的螺杆孔，其外侧旋接有紧固螺母32，通过紧固螺母与壳体紧固在一起，这种固定方式能够有效地避免其他固定方式（例如，在隔磁管内的焊接）可能导致的形变或对动铁芯运动的妨碍，且便于操作。

第一工作气隙（常态下的相应间距）的竖向尺寸优选为2-3毫米，以获得足够大的启动动力，第二工作气隙的竖向尺寸可以依据实际需要设置，以保证动铁芯具有所需的移动范围。

当第一工作气隙的上述设置方式不适宜或者需要进一步优化时，例如，对于大功率大体积的电磁头，可以通过第一静铁芯横截面、第二静铁芯横截面及常态下第一工作气隙和第二工作气隙的竖向尺寸的设置（选择），使启动时动铁芯与静铁芯之间的吸力为动铁芯的顶面与第一静铁芯的下端处于相同高度时动铁芯与静铁芯之间的吸力的1.5-2.5倍，或者说，依据启动时动铁芯与静铁芯之间的吸力为动铁芯顶面与第一静铁芯的下端处于相同高度时动铁芯与静铁芯之间的吸力的1.5-2.5倍的要求，确定第一静铁芯横截面、第二静铁芯横截面及常态下第一工作气隙和第二工作气隙的竖向尺寸之间的相对比例，在此基础上，可以依据动铁芯行程范围（上下移动的范围）及其他因素进行第一静铁芯横截面、第二静铁芯横截面及常态下第一工作气隙和第二工作气隙的竖向尺寸的选择。由于电磁头启动时所受的反向力（例如，启动时涉及静摩擦力或阀门的介质自密封压力等）通常会明显大于启动后在移动过程中所受的反向力且需要形成足够的加速度，因此启动时的动力需求会明显大于移动过程中的动力需求，依据实验，将启动时的动力设置为移动过程中动力的1.5-2.5倍在常见用途下是适宜的，而在本实用新型的构造下，动铁芯移动过程中受静铁芯吸力最小的位置是动铁芯的顶面与第一静铁芯的下端处于相同高度时的位置，因此，依据上述方式设置相关件的相关尺寸是适宜的，当需要加大启动时的动力时，可以减小第一工作气隙的竖向尺寸和/或增大第一静铁芯的横截面积，而第二静铁芯的横截面积的增大能够增大动铁芯的顶面与第一静铁芯的下端处于相同高度时动铁芯与静铁芯之间的吸力，但对启动时动铁芯所受的吸力贡献不大。

所述动铁芯和第二静铁芯之间优选设有在两者吸合状态下趋向于将两者推离的螺旋弹簧脱离装置，以实现快速和有效的分离。

所述螺旋弹簧脱离装置可以包括螺旋弹簧46和脱离销48，所述动铁芯设有位于其轴线上的弹簧安装孔，所述脱离销呈上细下粗的柱形阶梯状，所述弹簧安装孔的顶部呈与所述脱离销对应的缩口状，缩口处的内径略大于脱离销上部的外径（两者之间留有允许脱离销上下滑动的配合间隙）且小于脱离销下部的外径（能够有效阻挡脱离销下部的上移），所述螺旋弹簧位于所述弹簧安装孔内，呈预压缩状态，其顶部抵压在脱离销的底部，底部抵压在弹簧安装孔的孔底。基于加工和装配上的便利，可以先将弹簧安装孔加工成通孔，从弹簧安装孔的底口装入脱离销和螺旋弹簧，然后将螺丝旋接在底口上，形成弹簧安装孔的孔底，该螺丝可以为等径螺丝，可以通过调节该螺丝的旋入深度调节螺旋弹簧的预压缩程度；适宜时，也可以以电磁头所驱动的元件（例如，电磁阀中直接连接在动铁芯下端的阀杆或阀瓣）封堵住该通孔的底口，螺旋弹簧的下端直接抵靠在该元件上。

脱离销的上部（较细的柱形部分）高度（竖向尺寸）大于（略大于）所述弹簧安装孔顶部缩口的长度（竖向尺寸），由此，在常态下，脱离销的顶端从所述弹簧安装孔内露出一部分，当动铁芯与第二静铁芯吸合时，脱离销的顶端被第二静铁芯的底面压入安装螺旋弹簧孔，脱离销在螺旋弹簧的作用下向静铁芯施以向上推的力，螺旋弹簧下端向动铁芯施以向下推的力，适当选择螺旋弹簧的弹性及预压缩程度，可以控制该力的大小，使其不妨碍动、静铁芯在通电时的吸合，且在不通电时能够有效地将动铁芯推离静铁芯。

所述动铁芯的下端可以连接阀门的启闭件44，所述启闭件的下端设有密封件41，用于与阀体上的对应阀座形成阀门密封副，在线圈不通电时，动铁芯处于低位，密封件压在阀座上，使密封件上的密封面与阀座上的密封面相接，切断介质通道，使阀门（相应的密封副）处于关闭状态，当线圈通电时，动铁芯带动启动件上移至高位，密封件与阀座之间出现间隙，使阀门（相应的密封副）处于开启状态。

所述密封件可以嵌装在启闭件的下端面（底面）上。

所述启闭件的下端面上可以设有用于嵌装密封件的环形阶梯槽，所述环形阶梯槽的内段直径小于外段直径，所述密封件呈上大下小的阶梯柱形，其上段位于所述环形阶梯槽的内段，下段位于所述环形阶梯槽的外段，所述环形阶梯槽的外段上设有内螺纹，旋接有压紧套42，所述压紧套的上端面压在环形阶梯槽和密封件的变径端面上（两段在分界处形成的端面），由此实现密封件在环形阶梯槽上的固定。

可以将接线盒29安装在壳体的侧壁上，接线盒内设有用于连接外部电源线缆的接线端子，所述接线端子通过穿过壳体侧壁的导线连接所述线圈。

可以依据各部分所需要的磁特性选择各部分的材料。其中，压紧套、启闭件、隔磁管座、支撑套、隔磁管、脱离销和弹簧优选采用抗磁性材料，导磁套和壳体（包括主壳体和壳体盖）优选采用顺磁性材料，动铁芯、第一静铁芯和第二静铁芯优选采用软磁性材料。

本实用新型涉及的工作过程主要为：

参见图1，在不工作时，线圈不通电，可以将该状态称为常态，动铁芯位于低位（或移动范围的下限位置），与两个静铁芯之间的间隙最大，其中，与第一静铁芯之间的间隙（动铁芯顶面与相应静铁芯下端之间的间隙）为第一工作气隙H₁，与第二静铁芯之间的间隙为第二工作气隙H₂。

参见图2，启动时，线圈通电，线圈内孔产生磁场，磁路分为两个回路：一个回路的磁力线经动铁芯、第一工作间隙H₁、第一静铁芯、主壳体、导磁盖、下导磁套，穿过隔磁管壁回到动铁芯；另一个回路的磁力线经动铁芯、第二工作气隙H₂、第二静铁芯、主壳体、导磁盖、导磁套，穿过导磁管壁回到动铁芯。

在磁力线（磁场）作用下，动铁芯和第一静铁芯之间的第一工作气隙H₁上产生的吸合力为F₁，由第一静铁芯吸合动铁芯；动铁芯和第二静铁芯之间的第二工作气隙H₂上产生的吸合力为F₂，由第二静铁芯吸合动铁芯；动铁芯在隔磁管中受线圈内孔磁场的作用下产生螺管力为F₄，驱动动铁芯向第二静铁芯靠近，因此，动铁芯在隔磁管中受F₁、F₂和F₄的共同作用下开始启动（可称为一次启动），形成上移趋势或者说上移加速度，驱动动铁芯向第二静铁芯靠近，一次启动的驱动力（合力）为：F_初=F₁+F₂+F₄。

参见图3，动铁芯在F₁、F₂和F₄的共同作用下上移到一定程度时，动铁芯的顶面高度与第一静铁芯的下端高度一致，动铁芯和第一静铁芯之间的第一工作气隙H₁闭合，第二工作气隙H₂变为（改称为）第三工作气隙H₃，可视为动铁芯在F₁、F₂和F₄共同作用下的移动过程结束。此时，动铁芯和第二静铁芯之间的第三工作气隙为H₃，第二静铁芯在第三工作气隙H₃产生的吸合力为F₃，动铁芯主要由第二静铁芯吸引，第一静铁芯对动铁芯的吸力大致上可以忽略，动铁芯在第三工作气隙H₃产生的吸合力F₃和螺管力F₄的共同作用下，向第二静铁芯移动（可称为二次启动），二次启动的驱动力（合力）F_终=F₃+F₄。

参见图4，当动铁芯上移到与第二静铁芯吸合时，动铁芯处于高位，不能继续上移，动铁芯在F₃和F₄共同作用下的移动过程结束，第三工作气隙H₃消失。

当线圈断电后，动铁芯与两个静铁芯之间的吸力和在隔磁管中的螺管力均消失（可能存在微小的剩磁吸力），动铁芯在自重和弹簧力作用下下移，回到图1所示的状态。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (10)

1.高效大功率电磁阀用驱动头，设有壳体及与壳体竖向同轴设置的线圈、动铁芯、静铁芯和隔磁管，所述线圈、动铁芯和静铁芯安装在所述壳体内，所述线圈围绕在隔磁管的外侧，固定安装在线圈架上，所述隔磁管穿过所述壳体的底板上的隔磁管通孔，其顶端固定连接所述壳体的顶板，底端位于壳体外，安装在隔磁管座上，其特征在于所述静铁芯包括第一静铁芯和第二静铁芯，所述第一静铁芯的主体部分呈管状，套设在隔磁管上部的外侧，位于所述线圈和隔磁管之间，其下端低于第二静铁芯的下端，所述第二静铁芯和动铁芯设置在隔磁管内，所述第二静铁芯固定安装在隔磁管内的上部，所述动铁芯位于第二静铁芯的下方，与隔磁管的内壁滑动配合，其顶面在常态下与所述第一静铁芯的下端之间留有第一工作气隙，其下端连接有启闭件，所述启闭件的下端设有用于与阀座构成阀门密封副的密封件。

2.如权利要求1所述的高效大功率电磁阀用驱动头，其特征在于第一静铁芯的顶部设有圆环形的盘状结构，第一静铁芯的顶部盘状结构自第一静铁芯的主体部分的顶端径向向外伸出，其上表面与所述壳体的顶板的内侧表面贴合。

3.如权利要求1所述的高效大功率电磁阀用驱动头，其特征在所述壳体内设有导磁套，所述导磁套位于壳体底板与隔磁管的连接部位，所述导磁套的主体部分呈套管状，套设在隔磁管上，其顶部高度低于常态下动铁芯的顶面高度，其底部设有圆环形的盘状结构，所述导磁套的底部盘状结构自导磁套的主体部分的底端径向向外伸出，其下表面与所述壳体的底板的内侧表面贴合。

4.如权利要求1所述的高效大功率电磁阀用驱动头，其特征在于所述壳体由底部敞口的主壳体和盖住所述主壳体的底部敞口的壳体盖组成。

5.如权利要求1所述的高效大功率电磁阀用驱动头，其特征在于所述第二静铁芯的顶部设有竖向螺杆，所述竖向螺杆穿过壳体的顶板中央的螺杆孔，其外侧旋接有紧固螺母，通过紧固螺母与壳体紧固在一起。

6.如权利要求1所述的高效大功率电磁阀用驱动头，其特征在于所述壳体的侧壁上安装有接线盒，所述接线盒内设有用于连接外部电源线缆的接线端子，所述接线端子通过穿过壳体侧壁的导线连接所述线圈。

7.如权利要求1所述的高效大功率电磁阀用驱动头，其特征在于所述隔磁管座的底部设有法兰结构。

8.如权利要求1-7中任一项所述的高效大功率电磁阀用驱动头，其特征在于第一工作气隙的竖向尺寸为2-3毫米。

9.如权利要求1-7中任一项所述的高效大功率电磁阀用驱动头，其特征在于所述动铁芯和第二静铁芯之间设有在两者吸合状态下趋向于将两者推离的螺旋弹簧脱离装置。

10.如权利要求9所述的高效大功率电磁阀用驱动头，其特征在于所述螺旋弹簧脱离装置包括螺旋弹簧和脱离销，所述动铁芯设有位于其轴线上的弹簧安装孔，所述脱离销呈上细下粗的柱形阶梯状，所述弹簧安装孔的顶部呈与所述脱离销对应的缩口状，缩口处的内径略大于脱离销上部的外径且小于脱离销下部的外径，所述螺旋弹簧位于所述弹簧安装孔内，呈预压缩状态，其顶部抵压在脱离销的底部，底部抵压在弹簧安装孔的孔底。

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