CN219035610U - 电磁阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了电磁阀，其包括：壳体，所述壳体在内部限定沿轴向延伸的阀腔；可沿轴向移动地设置在所述阀腔内的阀芯；结合至所述壳体以便封闭所述阀腔的端盖，所述阀芯具有面向所述端盖的轴向端面；以及测量装置，所述测量装置包括：从所述阀芯的轴向端面沿轴向突出的测量杆；固定在所述测量杆上的磁体；适于与所述磁体的磁场耦合的霍尔传感器；以及从所述端盖沿轴向突出的支撑管，其中，所述磁体被接收在所述支撑管的管腔中，所述磁体的径向外表面的至少一部分暴露在所述管腔中，并且所述霍尔传感器被固定在所述支撑管的外侧壁上。

Description

电磁阀

技术领域

本实用新型涉及工业控制技术领域，更具体地，涉及一种电磁阀。

背景技术

电磁阀是一种常用的用来控制流体的自动化基础元件。在工业控制系统中，电磁阀常用于调整介质的方向、流量、压力和其他参数，以便配合不同的电路来实现预期的控制。在具有闭环控制的工业控制系统中，需要检测电磁阀阀芯的位移信号，并将检测到的阀芯位移信号提供给控制器，而控制器会将阀芯位移信号与指令信号进行比较，从而实现对介质的方向、流量、压力和其他参数的闭环控制，闭环控制能够极大提高电磁阀的滞环、分辨率以及动态等性能。目前，多采用LVDT(线性可变差动变压器)来检测电磁阀阀芯的位移信号，然而，LVDT存在体积大、需要激励电路、控制电路复杂、调试困难、成本高等缺点。

为此，本领域亟需一种能够可靠地检测电磁阀阀芯的位移信号并且结构简单、成本低廉的技术方案。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中的问题，本实用新型提出了一种电磁阀，其包括：

壳体，所述壳体在内部限定沿轴向延伸的阀腔；

可沿轴向移动地设置在所述阀腔中的阀芯；

结合至所述壳体以便封闭所述阀腔的端盖，所述阀芯具有面向所述端盖的轴向端面；以及

测量装置，所述测量装置包括：

从所述阀芯的轴向端面沿轴向突出的测量杆；

固定在所述测量杆上的磁体；

适于与所述磁体的磁场耦合的霍尔传感器；以及

从所述端盖沿轴向突出的支撑管，其中，

所述磁体被接收在所述支撑管的管腔中，所述磁体的径向外表面的至少一部分暴露在所述管腔中，并且所述霍尔传感器被固定在所述支撑管的外侧壁上。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述磁体呈环形形状并且被套设在所述测量杆上，以使得所述磁体的径向外表面全部暴露在所述管腔中。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述测量杆在其侧表面上形成有挡块并装配有卡块，并且所述磁体沿轴向夹持在所述挡块和所述卡块之间。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述阀芯沿轴向的移动使得所述磁体具有沿轴向延伸的行程，并且所述磁体在其整个行程上保持处于所述管腔中。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述电磁阀还包括用于驱动所述阀芯的驱动线圈，所述驱动线圈与所述测量装置沿轴向间隔开并位于所述阀芯的两侧。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述霍尔传感器包括固定在所述支撑管的外侧壁上的电路板以及固定在所述电路板上并与所述电路板电连接的霍尔探头。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述支撑管在其外侧壁上形成有台阶并装配有卡套，并且所述电路板沿轴向夹持在所述台阶和所述卡套之间。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述磁体具有将其分成两个相等半部并垂直于轴向的中间截面，所述阀芯沿轴向的移动使得所述中间截面具有沿轴向延伸的行程，并且所述霍尔探头被定位成沿径向对准所述中间截面的行程的中点。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述端盖在内部限定朝向所述阀腔敞开并与所述管腔连通的内腔，所述阀芯的轴向端面在所述阀芯的整个行程上保持处于所述内腔中。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述电磁阀还包括夹持在所述壳体与所述端盖之间的密封圈，所述密封圈的径向内侧在所述阀芯的整个行程上保持沿周向抵靠所述阀芯。

本实用新型可以体现为附图中的示意性的实施例。然而，应注意的是，附图仅仅是示意性的，任何在本实用新型的教导下所设想到的变化都应被视为包括在本实用新型的范围内。

附图说明

附图示出了本实用新型的示例性实施例。这些附图不应被解释为必然地限制本实用新型的范围，其中：

图1是根据本实用新型的电磁阀的局部示意性截面图；

图2是图1所示的电磁阀的测量装置的示意性截面图；以及

图3是图1所示的电磁阀的局部示意性截面图，其中示出了电磁阀的测量装置的磁体的行程。

具体实施方式

本实用新型的进一步的特征和优点将从以下参考附图进行的描述中变得更加明显。附图中示出了本实用新型的示例性实施例，并且各个附图并不必然地按照实际比例绘制。然而，本实用新型可以实现为许多不同的形式并且不应解释为必然地限制于这里示出公开的示例性实施例。相反，这些示例性实施例仅仅被提供用于说明本实用新型以及向本领域的技术人员传递本实用新型的精神和实质。

本实用新型旨在提出一种改进的电磁阀，该电磁阀通过其新颖的设计而能够简化其结构并降低其成本，同时还能够精确地测量其阀芯位置。阀芯位置可提供给用户、操作人员等，如此测得的阀芯位置有助于用户、操作人员准确掌握电磁阀的状态。特别地，阀芯位置还可有利地提供给控制器，如此测得的阀芯位置有助于控制器获取精确的阀芯运动状态参数(例如，阀芯位移、速度和/或加速度等等)，以便建立对阀芯运动状态参数的闭环控制，这使得电磁阀能够更加精确地执行预定动作，从而提高使用电磁阀的整个液压/气压系统的准确性。另外，根据本实用新型的电磁阀还由于其新颖的设计而具有较高的可靠性、延长的使用寿命，并且可以避免在测量阀芯位置的同时增加流体阻力。

下面参考附图详细描述根据本实用新型的电磁阀的可选但非限制性的实施方式。需要指出的是，除非另有说明，否则本文中所使用的指示方位的术语具有其在本领域中的通常含义，例如，“轴向/轴向方向”是指与柱形部件/空腔的轴线重合或平行的方向，“径向/径向方向”是指与柱形部件/空腔的轴线垂直的方向，并且“周向/周向方向”是指环绕柱形部件/空腔的轴线的方向。然而，值得一提的是，这些指示方位的术语仅仅旨在结合附图更加直观地说明各个部件的相对方位而非绝对方位，其不应以任何方式解释成是对本实用新型的保护范围的限制。

参考图1，其中示出了根据本实用新型的电磁阀的局部示意性截面图。如图1所示，电磁阀10包括壳体100，该壳体100在内部限定了阀腔110，并且设有与该阀腔110流体连通的至少一个输入口和至少一个输出口，其中，阀腔110沿着轴向方向XX’延伸，因此具有沿着轴向方向XX’分开的两个端部。电磁阀10还包括设置在阀腔110内的阀芯200，该阀芯200可沿着轴向方向XX’在阀腔110内移动，从而建立或切断至少一个输入口和至少一个输出口之间的流体连通。以开关阀类型的电磁阀10为例，当阀芯200移动到打开位置时，输入口与输出口流体连通，从而允许加压流体从输入口通过阀腔110流动至输出口；而当阀芯200移动至关闭位置时，输入口不与输出口流体连通，从而导致加压流体无法从输入口流动至输出口。以比例阀类型的电磁阀10为例，阀芯200可以移动至打开位置与关闭位置之间的任一位置，从而控制从输入口流向输出口的流体流量。为了接收和移除阀芯200，阀腔110的两个端部中的至少一个通向壳体100的外部或者说朝向壳体100的外部敞开。如图1所示，阀腔110具有朝向壳体100外部敞开的敞开端111，阀芯200可以通过该敞开端111进出阀腔110。

如图1所示，电磁阀10还可以包括端盖300，该端盖300被可拆卸地(例如，通过螺纹连接、螺栓法兰连接等方式)或不可拆卸地(例如，通过粘接、焊接等方式)结合至壳体100，以便封闭阀腔110的敞开端111。特别地，端盖300具有面向阀腔110的内端面310，而阀芯200具有面向端盖300的内端面310的轴向端面210。在该配置下，端盖300可以防止阀芯200从阀腔110的敞开端111意外脱离阀腔110，具体地，当阀芯200的轴向端面210抵靠端盖300的内端面310时，阀芯200将无法继续朝向端盖300移动，以此方式限制了阀芯200的移动范围。

为了移动阀芯200，电磁阀10一般还可以包括驱动线圈、铁芯管和复位弹簧(未示出)，其中，铁芯管和复位弹簧可以在轴向方向XX’上设置在阀芯200的两侧并且可以固定在壳体100中，而驱动线圈可以围绕铁芯管设置，并且复位弹簧适于向阀芯200施加促使其回到常态位置的弹簧力。在该配置下，一旦驱动线圈因通电而被激励，驱动线圈就会导致铁芯管产生磁性，而铁芯管将通过磁力吸引阀芯200，从而使阀芯200克服复位弹簧的弹簧力而移动离开常态位置，例如，在开关电磁阀的情况下，从打开位置移动至关闭位置(或反之亦然)；在比例电磁阀的情况下，移动至打开位置与关闭位置之间的任一位置，其中，阀芯200的该任一位置与其常态位置之间的距离与施加在驱动线圈上的激励电流的大小相关联；而一旦驱动线圈因断电而去激励，铁芯管将失去磁性，阀芯200将在复位弹簧的作用下回到常态位置。

继续参考图1，电磁阀10还可以包括用于测量阀芯200的位移的测量装置400，该测量装置400包括从阀芯200的轴向端面210沿轴向方向XX’突出的测量杆410、固定在测量杆410上并且与阀芯200的轴向端面210沿轴向方向XX’间隔开的磁体420(例如由永磁体构成)以及适于与磁体420的磁场耦合的霍尔传感器430。特别地，测量装置400与电磁阀10的驱动线圈沿着轴向方向XX’间隔开并且位于阀芯200的两侧。在该配置下，可以避免驱动线圈以及铁芯管等干扰测量装置400对阀芯位移的测量。

如图1所示，测量装置400还可以包括可拆卸地(例如，通过螺纹连接、螺栓法兰连接等方式)或不可拆卸地(例如，通过粘接、焊接等方式)结合至端盖300并且沿着轴向方向XX’从端盖300突出的支撑管440，该支撑管440的管腔441通向端盖300的内端面310即在端盖300的内端面310上敞开，从而允许测量杆410插入管腔441中，以便将磁体420定位在管腔441中，而霍尔传感器430被定位在支撑管440的外侧壁(该外侧壁沿着周向方向环绕轴线A)上，以使得磁体420与霍尔传感器430沿着径向方向彼此间隔开。在该配置下，当磁体420随着阀芯200移动时，磁体420相对于霍尔传感器430的位置将发生变化，这导致与霍尔传感器430耦合的磁场的磁通密度发生变化，从而导致霍尔传感器430产生的霍尔电压发生变化，霍尔电压的变化与磁体420也即阀芯200的位移相关联，并且在阀芯200的一定的位移范围内，霍尔电压的变化与阀芯200的位移呈一定比例关系，由此，通过合理设置磁体420与霍尔传感器430的相对位置，可以通过检测霍尔电压来确定阀芯200的位移，并且可以通过阀芯200的位移变化计算出阀芯200的速度和/或加速度等运动状态参数。如前文所述，无论电磁阀10是开关阀、比例阀还是其他类型的阀门，获取阀芯200的运动状态参数都有助于了解电磁阀10是否准确地执行期望动作，尤其是对于比例阀类型的电磁阀10来说，获取阀芯200的位移、速度和/或加速度等运动状态参数有助于建立对这些运动状态参数的闭环控制，以使得使用电磁阀10的液压/气压系统能够通过电磁阀10来更加准确地控制流体。另外，值得一提的是，由于霍尔传感器430被定位在支撑管440的外侧壁上，因此支撑管440可以防止管腔110内的压力流体接触霍尔传感器430，由此可以避免霍尔传感器430被压力流体污染和损坏，这延长了霍尔传感器430的工作寿命。

如图1所示，磁体420的径向外表面的至少一部分直接面向支撑管440的内侧壁，支撑管440的内侧壁沿着周向方向环绕轴线A并且沿着径向方向与支撑管440的外侧壁间隔开。也就是说，磁体420的径向外表面的至少一部分在支撑管440的管腔441中是暴露的。所谓“直接面向”和“暴露”顾名思义是指，虽然磁体420被定位在管腔441中，但是磁体420的径向外表面的至少一部分在管腔441中未被其他物体覆盖或遮挡，也就是说，在磁体420的径向外表面的至少一部分与支撑管440的内侧壁之间不存在其他物体，这使得磁体420产生的磁力线能够直达管腔441的内侧壁而不被其他物体阻挡。在该配置下，与霍尔传感器430耦合的磁场的磁通密度较大，由此可以准确地检测阀芯200的位移。另外，磁体420与霍尔传感器430之间的径向距离仅仅是磁体420的径向外表面与支撑管440的内侧壁之间的距离以及支撑管440的厚度的叠加，因此磁体420与霍尔传感器430之间的径向距离较小，这也可以增大与霍尔传感器430耦合的磁场的磁通密度，并提高阀芯200的位移检测的准确性。

参考图2，其中示出了图1所示的电磁阀的测量装置的示意性截面图。如图2所示，磁体420呈环形形状，并且以环绕测量杆410的方式套设在测量杆410上。在该配置下，磁体420的整个径向外表面都直接面向支撑管440的内侧壁，也就是说，磁体420的整个径向外表面都暴露在支撑管440的管腔441中，由此可以进一步增大与霍尔传感器430耦合的磁场的磁通密度，并且可以更加准确地检测阀芯200的位移。

如图2所示，测量装置400还包括固定在测量杆410的侧表面上的挡块451和套设在测量杆410上的卡块452，该挡块451和该卡块452沿着轴向方向XX’间隔开，磁体420在轴向方向XX’上被夹持在挡块451和卡块452之间。在该配置下，可以通过挡块451和卡块452将磁体420可靠地固定在测量杆410上。特别地，挡块451由从测量杆410的侧壁沿着径向方向突出的凸缘构成，也就是说，挡块451是测量杆410的一体结构。特别地，卡块452被装配在测量杆410上，例如，由螺纹连接在测量杆410上的螺母构成或者由焊接在测量杆410上的卡环构成。当然，挡块451也可以由螺纹连接在测量杆410上的螺母构成。

如图2所示，支撑管440在其外侧壁上形成有沿着径向方向突出的台阶461，并且测量装置400还包括以套设方式装配在支撑管440的外侧壁上的卡套462，其中，台阶461与卡套462沿着轴向方向XX’间隔开，霍尔传感器430(特别地，下文中提到的电路板431)在轴向方向XX’上被夹持在台阶461与卡套462之间。在该配置下，可以通过台阶461与卡套462将霍尔传感器430可靠地固定在支撑管440上。特别地，卡套462可以通过焊接、粘接、螺纹连接等方式固定在支撑管440的外侧壁上。

如图2所示，霍尔传感器430包括固定在支撑管440的外侧壁上的电路板431以及固定在该电路板431上并与该电路板431电连接和/或信号连接的霍尔探头432。参考图3，其中示出了磁体420的行程，磁体420被其垂直于轴向方向XX’的中间截面P分成两个相等半部，阀芯200沿着轴向方向XX’的移动使得该中间截面P具有沿着轴向方向XX’延伸的行程S，该行程S具有起点S1、中点S2以及终点S3，也就是说，该中间截面P随着阀芯200的运动而在起点S1与终点S3之间往复运动。

如图3所示，霍尔探头432被定位成在径向方向上与磁体420的中间截面P的行程S的中点S2对准。在该配置下，可以尽可能地使阀芯200的位移与霍尔传感器430产生的霍尔电压的变化呈一定比例关系，从而有助于更加准确地检测阀芯200的位移。

如图3所示，在磁体420的整个行程上，磁体420都处于支撑管440的管腔441中。在该配置下，可以限制磁体420与霍尔传感器430之间的轴向距离，以确保与霍尔探头432耦合的磁场具有足够的磁通密度，因此也可以提高阀芯200的位移检测的准确性。

如图3所示，端盖300在内部限定了内腔320，该内腔320朝向阀腔110敞开并且终止于内端面310，也就是说，该内腔320以内端面310为底部。因此，内腔320与支撑管440的管腔441连通，并且测量杆410穿过内腔320插入管腔441中。特别地，阀芯200被配置成使得，在阀芯200的整个行程上，阀芯200的轴向端面210都处于端盖300的内腔320中。在该配置下，在阀芯200的整个行程上，阀芯200在轴向端面210一侧的端部都处于端盖300的内腔320中，这使得测量杆410、磁体420等测量装置400的部件不会暴露在阀腔110中，并因此不会干扰阀腔110中流体的流动。

如图1和图3所示，电磁阀10还包括夹持在壳体100和端盖300之间的密封圈500，该密封圈500被配置成环绕阀芯200并且其径向内侧沿着周向方向抵靠阀芯200的侧表面。特别地，在阀芯200的整个行程上，密封圈500的径向内侧保持沿着周向方向抵靠阀芯200的侧表面。在该配置下，阀芯200和密封圈500一起将阀腔110与端盖300的内腔320相隔离，这使得阀腔110内的流体不会进入端盖300的内腔320以及支撑管440的管腔441中，由此可以避免流体对阀芯位移的检测产生影响。

以上借助于附图详细描述了根据本实用新型的电磁阀的可选但非限制性的实施例。对于本领域内的那些普通技术人员来说，在不偏离本公开的精神和实质的情况下，对技术和结构的修改和补充以及对各实施例中的特征的重新组合显然都应视为包括在本实用新型的范围内。因此，在本实用新型的教导下所能够设想到的这些修改和补充都应被视为本实用新型的一部分。本实用新型的范围包括在本实用新型的申请日时已知的等效技术和尚未预见的等效技术。

Claims (10)

1.电磁阀，其包括：

壳体(100)，所述壳体(100)在内部限定沿轴向延伸的阀腔(110)；

可沿轴向移动地设置在所述阀腔(110)中的阀芯(200)；

结合至所述壳体(100)以便封闭所述阀腔(110)的端盖(300)，所述阀芯(200)具有面向所述端盖(300)的轴向端面(210)；以及

测量装置(400)，所述测量装置(400)包括：

从所述阀芯(200)的轴向端面(210)沿轴向突出的测量杆(410)；

固定在所述测量杆(410)上的磁体(420)；

适于与所述磁体(420)的磁场耦合的霍尔传感器(430)；以及

从所述端盖(300)沿轴向突出的支撑管(440)，其特征在于，所述磁体(420)被接收在所述支撑管(440)的管腔(441)中，所述磁体(420)的径向外表面的至少一部分暴露在所述管腔(441)中，并且所述霍尔传感器(430)被固定在所述支撑管(440)的外侧壁上。

2.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述磁体(420)呈环形形状并且被套设在所述测量杆(410)上，以使得所述磁体(420)的径向外表面全部暴露在所述管腔(441)中。

3.根据权利要求2所述的电磁阀，其特征在于，所述测量杆(410)在其侧表面上形成有挡块(451)并装配有卡块(452)，并且所述磁体(420)沿轴向夹持在所述挡块(451)和所述卡块(452)之间。

4.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述阀芯(200)沿轴向的移动使得所述磁体(420)具有沿轴向延伸的行程，并且所述磁体(420)在其整个行程上保持处于所述管腔(441)中。

5.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述电磁阀还包括用于驱动所述阀芯(200)的驱动线圈，所述驱动线圈与所述测量装置(400)沿轴向间隔开并位于所述阀芯(200)的两侧。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述霍尔传感器(430)包括固定在所述支撑管(440)的外侧壁上的电路板(431)以及固定在所述电路板(431)上并与所述电路板(431)电连接的霍尔探头(432)。

7.根据权利要求6所述的电磁阀，其特征在于，所述支撑管(440)在其外侧壁上形成有台阶(461)并装配有卡套(462)，并且所述电路板(431)沿轴向夹持在所述台阶(461)和所述卡套(462)之间。

8.根据权利要求6所述的电磁阀，其特征在于，所述磁体(420)具有将其分成两个相等半部并垂直于轴向的中间截面，所述阀芯(200)沿轴向的移动使得所述中间截面具有沿轴向延伸的行程，并且所述霍尔探头(432)被定位成沿径向对准所述中间截面的行程的中点。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述端盖(300)在内部限定朝向所述阀腔(110)敞开并与所述管腔(441)连通的内腔(320)，所述阀芯(200)的轴向端面(210)在所述阀芯(200)的整个行程上保持处于所述内腔(320)中。

10.根据权利要求9所述的电磁阀，其特征在于，所述电磁阀还包括夹持在所述壳体(100)与所述端盖(300)之间的密封圈(500)，所述密封圈(500)的径向内侧在所述阀芯(200)的整个行程上保持沿周向抵靠所述阀芯(200)。

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