CN219263326U - 集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，包括电磁阀模块、瞬时大功率驱动电路模块和检测模块；电磁阀模块包括电磁铁组件、气动阀体组件、密封组件以及辅助组件；瞬时大功率驱动电路模块包括电源、微机控制器、功率放大器以及输出控制端，微机控制器输出的双脉宽调制信号经功率放大器后输出大电压幅值的双脉宽调制信号，大电压幅值的双脉宽调制信号通过输出控制端作用于电磁铁组件；检测模块采集电磁阀模块的电流信号，将电流信号传递给微机控制器，微机控制器判断电磁阀模块的动作时间，从而及时调整双脉宽调制信号的瞬时大功率脉宽时间。本实用新型能够显著提升气动电磁阀的快速响应能力。

Description

集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀

技术领域

本实用新型涉及电磁阀技术领域，特别是涉及一种集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀。

背景技术

高速气动电磁阀是现代工业体系下的重要执行部件之一，由于其体积小巧、成本低、结构简单、抗污染能力强、响应速度快等优点，在医疗卫生、环保、选别机械、包装机械、汽车工业、燃烧系统、工程建设等领域被广泛应用。

随着高端气动系统的快速发展，对气动电磁阀有了更高的要求，其中气动电磁阀的快速性是主要性能指标之一，其快速性主要体现在电磁阀开启和关闭过程的响应能力。可以通过以下手段进行改进与提升：设计合适的外部激励电路、更强的复位弹簧、更大的电磁力、较小的工作气隙等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，本实用新型能够显著提升气动电磁阀的快速响应能力，以满足日益提高的市场需求。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，包括电磁阀模块、瞬时大功率驱动电路模块以及检测模块；

所述电磁阀模块包括电磁铁组件、气动阀体组件、密封组件以及辅助组件；

所述瞬时大功率驱动电路模块包括电源、微机控制器、功率放大器以及输出控制端，所述微机控制器输出为双脉宽调制信号，双脉宽调制信号经功率放大器后输出大电压幅值的双脉宽调制信号，大电压幅值的双脉宽调制信号通过输出控制端作用于所述电磁阀模块的电磁铁组件上，所述电源为微机控制器、功率放大器和输出控制端提供激励电源；

所述检测模块采集电磁阀模块的电流信号，并将电流信号传递给微机控制器，微机控制器判断电磁阀模块的动作时间，从而及时调整双脉宽调制信号的瞬时大功率脉宽时间。

本实用新型进一步设置为，双脉宽调制信号包括两段脉宽调制信号，第一段为占空比为100%的瞬时大功率脉宽，第二段为占空比为10-20%的长脉宽，瞬时大功率脉宽和长脉宽时间均由所述微机控制器进行控制。

本实用新型进一步设置为，所述电磁铁组件包括pin针、静铁芯、线圈骨架、外壳、线圈以及衔铁，所述线圈均匀地缠绕于线圈骨架上，所述pin针插装于线圈骨架的一端并且与线圈的出线或进线端焊接连接；所述线圈骨架插设在所述外壳内部，所述静铁芯螺纹连接于外壳上，并且所述静铁芯伸入所述线圈骨架内部,所述衔铁沿轴向滑动设置在线圈骨架内，并且所述衔铁的一端接近静铁芯设置，衔铁的另一端设置在外壳的外部。

本实用新型进一步设置为，所述静铁芯和衔铁均为两端开口且中空的结构。

本实用新型进一步设置为，所述气动阀体组件包括外阀体、强力弹簧以及导套，所述导套设置在外壳内，所述导套的外周设有于外壳内壁相贴合的支撑凸缘，所述外阀体的一端螺纹连接于外壳内并将所述支撑凸缘压紧在线圈骨架内端，所述衔铁贯穿所述导套，所述衔铁上沿轴向依次设有第一活塞部、梯形环状凸台和第二活塞部，所述第一活塞部和第二活塞部的外周分别与导套和外阀体的内周相贴合，所述外阀体上位于第一活塞部与梯形环状凸台之间的位置设有第一气口，外阀体上位于第二活塞部与梯形环状凸台之间的位置设有第二气口，并且外阀体内壁上设有用于与梯形环状凸台构成密封配合的密封凸缘，所述强力弹簧套设在衔铁外周，并且所述强力弹簧的两端分别与所述第一活塞部以及导套相抵。

本实用新型进一步设置为，所述梯形环状凸台表面注塑有阀芯橡胶层。

本实用新型进一步设置为，所述密封组件包括第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈以及密封垫，所述外阀体外周对应第一气口两侧的位置分别设有第一环形槽和第二环形槽，所述第一密封圈和第二密封圈分别嵌设在第一环形槽和第二环形槽上，所述第一活塞部外周和第二活塞部外周分别设有第三环形槽和第四环形槽，所述第三密封圈和第四密封圈分别嵌设在第三环形槽和第四环形槽上，所述密封垫夹设在所述支撑凸缘外端与外阀体内端之间，并且所述密封垫的外周与外壳的内周相贴合，所述密封垫的内周与导套的外周相贴合。

本实用新型进一步设置为，所述辅助组件包括磁轭，所述磁轭包括管状部以及设置在管状部一端的半圆形片状部，所述管状部套设在静铁芯外周，所述半圆形片状部夹设在外壳与线圈骨架之间。

本实用新型进一步设置为，大电压幅值的双脉宽调制信号是由双脉宽调制信号通过所述功率放大器放大而产生的，所述大电压幅值的双脉宽调制信号的电压幅值范围为36-48V。

本实用新型进一步设置为，所述检测模块为霍尔电流传感器。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1.本实用新型提供了一种集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其中瞬时大功率驱动电路模块与电磁阀模块组成一个闭环系统，可实现低成本的响应速度控制。

2.阀芯开口采用阀芯橡胶层设计，当本实用新型高速平衡式气动电磁阀开启或关闭期间，柔性面的凸型结构受压变形，从而吸收的绝大部分的气动力，衔铁（阀芯）上下表面不会受到气动力产生的不平衡力或力矩影响，开启时只需克服弹簧力做功，关闭时靠弹簧力复位，有效解决了衔铁（阀芯）卡滞、阀门泄漏等问题。

3.本实用新型采用的瞬时大功率驱动电路模块是一种双占空比驱动电路，大功率脉宽输入时电磁阀高速开启；切换至低占空比长脉宽时电磁阀保持开启，稳态功耗小，大大降低了稳态长时间保持状态下的线圈温升问题。

4.衔铁具有中心孔通孔，可有效减少衔铁运动质量，提高响应速度。

5.本实用新型所设计的导套结构不仅能在衔铁运动过程中起到导向作用，还能包罗大部分磁感应线加强静铁芯的磁力，与密封垫一同装配使用，还能起到气电隔离功能。

附图说明

图1为瞬时大功率驱动电路模块的结构方框图；

图2为双脉宽调制信号的波形图；

图3为电磁铁组件的剖视图；

图4为气动阀体组件的剖视图；

图5为高速平衡式气动电磁阀的剖视图；

图6为阀芯橡胶层的剖切立体图；

图7为高速平衡式气动电磁阀的爆炸图；

图8为高速平衡式气动电磁阀的立体图。

图中：1、电磁阀模块；2、瞬时大功率驱动电路模块；3、检测模块；4、电磁铁组件；5、气动阀体组件；6、密封组件；7、辅助组件；8、电源；9、微机控制器；10、功率放大器；11、输出控制端；12、pin针；13、静铁芯；14、线圈骨架；15、线圈；16、衔铁；17、外阀体；18、强力弹簧；19、导套；20、支撑凸缘；21、第一活塞部；22、梯形环状凸台；23、第二活塞部；24、第一气口；25、第二气口；26、密封凸缘；27、阀芯橡胶层；28、第一密封圈；29、第二密封圈；30、第三密封圈；31、第四密封圈；32、密封垫；33、第一环形槽；34、第二环形槽；35、第三环形槽；36、第四环形槽；37、磁轭；39、管状部；40、半圆形片状部；41、梯形空腔；42、中心通孔；43、凸型面；44、插座壳；45、弹性钩爪；46、卡槽；47、外壳。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：如附图1～8所示的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，包括电磁阀模块1、瞬时大功率驱动电路模块2以及检测模块3；瞬时大功率驱动电路模块2与电磁阀模块1组成一个闭环系统，可实现低成本的响应速度控制。

所述电磁阀模块1包括电磁铁组件4、气动阀体组件5、密封组件6以及辅助组件7；

所述瞬时大功率驱动电路模块2包括电源8、微机控制器9、功率放大器10以及输出控制端11，所述微机控制器9输出为双脉宽调制信号，双脉宽调制信号经功率放大器10后输出大电压幅值的双脉宽调制信号，大电压幅值的双脉宽调制信号通过输出控制端11作用于所述电磁阀模块1的电磁铁组件4上，具体是作用于电磁铁组件4的线圈15，所述电源8为微机控制器9、功率放大器10和输出控制端11提供激励电源；

所述检测模块3采集电磁阀模块1的电流信号，并将电流信号传递给微机控制器9，利用微机控制器9的程序或算法来判断电磁阀模块1的动作时间，从而及时调整双脉宽调制信号的瞬时大功率脉宽时间。

如附图2所示，双脉宽调制信号包括两段脉宽调制信号，第一段为占空比为100%的瞬时大功率脉宽，第二段为占空比为10-20%的长脉宽，瞬时大功率脉宽和长脉宽时间均由所述微机控制器9的程序进行控制。瞬时大功率驱动电路模块2是一种双占空比驱动电路，大功率脉宽输入时电磁阀高速开启；切换至低占空比长脉宽时电磁阀保持开启，稳态功耗小，大大降低了稳态长时间保持状态下的线圈15温升问题。

如附图3所示，所述电磁铁组件4包括pin针12、静铁芯13、线圈骨架14、外壳47、线圈15以及衔铁16，所述线圈15均匀地缠绕于线圈骨架14上，所述pin针12插装于线圈骨架14的一端并且与线圈15的出线或进线端焊接连接；所述线圈骨架14插设在所述外壳47内部，所述静铁芯13螺纹连接于外壳47上，即外壳47带有内螺纹的一端与静铁芯13带有外螺纹的一端相连，并且所述静铁芯13伸入所述线圈骨架14内部,所述衔铁16沿轴向滑动设置在线圈骨架14内，并且所述衔铁16的一端接近静铁芯13设置，衔铁16的另一端设置在外壳47的外部。

其中，所述静铁芯13和衔铁16均为两端开口且中空的结构，可有效减少衔铁16运动质量，提高响应速度。

如附图4所示，所述气动阀体组件5包括外阀体17、强力弹簧18以及导套19，所述导套19设置在外壳47内，所述导套19的外周设有于外壳47内壁相贴合的支撑凸缘20，所述外阀体17的一端螺纹连接于外壳47内并将所述支撑凸缘20压紧在线圈骨架14内端，所述衔铁16贯穿所述导套19，所述衔铁16上沿轴向依次设有第一活塞部21、梯形环状凸台22和第二活塞部23，所述第一活塞部21和第二活塞部23的外周分别与导套19和外阀体17的内周相贴合，所述外阀体17上位于第一活塞部21与梯形环状凸台22之间的位置设有第一气口24，外阀体17上位于第二活塞部23与梯形环状凸台22之间的位置设有第二气口25，第一气口24和第二气口25主要用于进出气，并且外阀体17内壁上设有用于与梯形环状凸台22构成密封配合的密封凸缘26，所述强力弹簧18套设在衔铁16外周，并且所述强力弹簧18的两端分别与所述第一活塞部21以及导套19相抵。导套19结构不仅能在衔铁16运动过程中起到导向作用，还能包罗大部分磁感应线加强静铁芯13的磁力，与密封垫32一同装配使用，还能起到气电隔离功能。

如附图4和附图6所示，所述梯形环状凸台22表面注塑有阀芯橡胶层27。所述阀芯橡胶层27其内部设有梯形空腔41，轴向方向上设有中心通孔42，所述阀芯橡胶层27其轴向横截面是一个类似“V型“结构，左右两边设有凸型面43。当本实用新型高速平衡式气动电磁阀开启或关闭期间，柔性面的凸型结构受压变形，从而吸收的绝大部分的气动力，衔铁16（阀芯）上下表面不会受到气动力产生的不平衡力或力矩影响，开启时只需克服弹簧力做功，关闭时靠弹簧力复位，有效解决了衔铁16（阀芯）卡滞、阀门泄漏等问题。

如附图4和附图5所示，所述密封组件6包括第一密封圈28、第二密封圈29、第三密封圈30、第四密封圈31以及密封垫32，所述外阀体17外周对应第一气口24两侧的位置分别设有第一环形槽33和第二环形槽34，所述第一密封圈28和第二密封圈29分别嵌设在第一环形槽33和第二环形槽34上，所述第一活塞部21外周和第二活塞部23外周分别设有第三环形槽35和第四环形槽36，所述第三密封圈30和第四密封圈31分别嵌设在第三环形槽35和第四环形槽36上，所述密封垫32夹设在所述支撑凸缘20外端与外阀体17内端之间，并且所述密封垫32的外周与外壳47的内周相贴合，所述密封垫32的内周与导套19的外周相贴合。

如附图5所示，所述辅助组件7包括磁轭37，所述磁轭37包括管状部39以及设置在管状部39一端的半圆形片状部40，所述管状部39套设在静铁芯13外周，所述半圆形片状部40夹设在外壳47与线圈骨架14之间，即所述半圆形片状部40。

其中，大电压幅值的双脉宽调制信号是由双脉宽调制信号通过所述功率放大器10放大而产生的，所述大电压幅值的双脉宽调制信号的电压幅值范围为36-48V。

其中，所述检测模块3为霍尔电流传感器。

此外，外壳47的端部还连接有插座壳44，具体是外壳47外周设置有多个外端倒角的弹性钩爪45，插座可侧部设有多个与弹性钩爪45相配合的卡槽46。

本实用新型所涉及的电磁阀通过瞬时大功率驱动电路模块2控制，该模块能够输出两段脉宽，第一段脉宽下可激励电磁阀开启，响应速度快；第二段脉宽用较小的功耗保持电磁阀处于开启状态；电磁阀无激励信号时，强力弹簧18快速作用，关闭速度快。该电磁阀的衔铁16（阀芯）具有平衡设计，即开启和关闭过程中不受气动力的影响，仅需克服弹簧力或自身质量做功，对较大压力工况下电磁阀的快速响应能力有显著提升。

Claims (10)

1.集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：包括电磁阀模块(1)、瞬时大功率驱动电路模块(2)以及检测模块(3)；

所述电磁阀模块(1)包括电磁铁组件(4)、气动阀体组件(5)、密封组件(6)以及辅助组件(7)；

所述瞬时大功率驱动电路模块(2)包括电源(8)、微机控制器(9)、功率放大器(10)以及输出控制端(11)，所述微机控制器(9)输出为双脉宽调制信号，双脉宽调制信号经功率放大器(10)后输出大电压幅值的双脉宽调制信号，大电压幅值的双脉宽调制信号通过输出控制端(11)作用于所述电磁阀模块(1)的电磁铁组件(4)上，所述电源(8)为微机控制器(9)、功率放大器(10)和输出控制端(11)提供激励电源；

所述检测模块(3)采集电磁阀模块(1)的电流信号，并将电流信号传递给微机控制器(9)，微机控制器(9)判断电磁阀模块(1)的动作时间，从而及时调整双脉宽调制信号的瞬时大功率脉宽时间。

2.根据权利要求1所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：双脉宽调制信号包括两段脉宽调制信号，第一段为占空比为100%的瞬时大功率脉宽，第二段为占空比为10-20%的长脉宽，瞬时大功率脉宽和长脉宽时间均由所述微机控制器(9)进行控制。

3.根据权利要求1所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述电磁铁组件(4)包括pin针(12)、静铁芯(13)、线圈骨架(14)、外壳(47)、线圈(15)以及衔铁(16)，所述线圈(15)均匀地缠绕于线圈骨架(14)上，所述pin针(12)插装于线圈骨架(14)的一端并且与线圈(15)的出线或进线端焊接连接；所述线圈骨架(14)插设在所述外壳(47)内部，所述静铁芯(13)螺纹连接于外壳(47)上，并且所述静铁芯(13)伸入所述线圈骨架(14)内部,所述衔铁(16)沿轴向滑动设置在线圈骨架(14)内，并且所述衔铁(16)的一端接近静铁芯(13)设置，衔铁(16)的另一端设置在外壳(47)的外部。

4.根据权利要求3所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述静铁芯(13)和衔铁(16)均为两端开口且中空的结构。

5.根据权利要求3所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述气动阀体组件(5)包括外阀体(17)、强力弹簧(18)以及导套(19)，所述导套(19)设置在外壳(47)内，所述导套(19)的外周设有于外壳(47)内壁相贴合的支撑凸缘(20)，所述外阀体(17)的一端螺纹连接于外壳(47)内并将所述支撑凸缘(20)压紧在线圈骨架(14)内端，所述衔铁(16)贯穿所述导套(19)，所述衔铁(16)上沿轴向依次设有第一活塞部(21)、梯形环状凸台(22)和第二活塞部(23)，所述第一活塞部(21)和第二活塞部(23)的外周分别与导套(19)和外阀体(17)的内周相贴合，所述外阀体(17)上位于第一活塞部(21)与梯形环状凸台(22)之间的位置设有第一气口(24)，外阀体(17)上位于第二活塞部(23)与梯形环状凸台(22)之间的位置设有第二气口(25)，并且外阀体(17)内壁上设有用于与梯形环状凸台(22)构成密封配合的密封凸缘(26)，所述强力弹簧(18)套设在衔铁(16)外周，并且所述强力弹簧(18)的两端分别与所述第一活塞部(21)以及导套(19)相抵。

6.根据权利要求5所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述梯形环状凸台(22)表面注塑有阀芯橡胶层(27)。

7.根据权利要求5所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述密封组件(6)包括第一密封圈(28)、第二密封圈(29)、第三密封圈(30)、第四密封圈(31)以及密封垫(32)，所述外阀体(17)外周对应第一气口(24)两侧的位置分别设有第一环形槽(33)和第二环形槽(34)，所述第一密封圈(28)和第二密封圈(29)分别嵌设在第一环形槽(33)和第二环形槽(34)上，所述第一活塞部(21)外周和第二活塞部(23)外周分别设有第三环形槽(35)和第四环形槽(36)，所述第三密封圈(30)和第四密封圈(31)分别嵌设在第三环形槽(35)和第四环形槽(36)上，所述密封垫(32)夹设在所述支撑凸缘(20)外端与外阀体(17)内端之间，并且所述密封垫(32)的外周与外壳(47)的内周相贴合，所述密封垫(32)的内周与导套(19)的外周相贴合。

8.根据权利要求3所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述辅助组件(7)包括磁轭(37)，所述磁轭(37)包括管状部(39)以及设置在管状部(39)一端的半圆形片状部(40)，所述管状部(39)套设在静铁芯(13)外周，所述半圆形片状部(40)夹设在外壳(47)与线圈骨架(14)之间。

9.根据权利要求1所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：大电压幅值的双脉宽调制信号是由双脉宽调制信号通过所述功率放大器(10)放大而产生的，所述大电压幅值的双脉宽调制信号的电压幅值范围为36-48V。

10.根据权利要求1所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述检测模块(3)为霍尔电流传感器。

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