CN219317760U - 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中的阀芯；结合至所述壳体以便封闭所述阀腔的适配器，所述阀芯具有面向所述适配器的轴向端面；以及测量装置，所述测量装置包括：固定在所述阀芯的轴向端面处的磁体；适于与所述磁体的磁场耦合的霍尔传感器；以及固定在所述适配器上的保护壳，其中，所述霍尔传感器被固定在所述保护壳中并与所述磁体沿轴向间隔开，并且所述磁体具有面向所述适配器并至少部分地呈暴露状态的轴向侧面。

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。特别地，开关阀类型的电磁阀往往用作系统中的安全阀。因此，期望准确控制安全阀的阀芯位置来改善整个系统的安全性。为此，需要建立对安全阀的阀芯位置的闭环控制，而这则需要通过开关传感器对阀芯位置进行检测。然而，在现有技术中使用的开关传感器往往存在体积大、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适配器，所述阀芯具有面向所述适配器的轴向端面；以及

测量装置，所述测量装置包括：

固定在所述阀芯的轴向端面处的磁体；

适于与所述磁体的磁场耦合的霍尔传感器；以及

固定在所述适配器上的保护壳，其中，

所述霍尔传感器被固定在所述保护壳中并与所述磁体沿轴向间隔开，并且所述磁体具有面向所述适配器并至少部分地呈暴露状态的轴向侧面。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述适配器具有面向所述阀腔的内端面以及背对所述阀腔的外端面，所述保护壳在内部限定用于容纳所述霍尔传感器并且被所述适配器的外端面封闭的内部腔室。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述适配器具有与所述内端面相连接并沿周向延伸的内侧壁，所述内侧壁与所述内端面限定与所述阀腔连通的接收腔室，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适配器的接收腔室中。

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电路板以及与所述电路板电连接的霍尔探头，所述霍尔探头沿轴向对准所述磁体。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述电路板设有卡槽，所述卡槽用于卡合从所述保护壳的外部插入所述保护壳中的卡塞。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述霍尔探头被定位成与所述适配器的外端面相接触。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述阀芯设有从所述轴向端面凹入的凹槽，所述磁体被容纳在所述凹槽中。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述磁体的轴向侧面位于所述阀芯的凹槽中或者与所述阀芯的轴向端面齐平。

根据本实用新型的一种可选实施方式，所述测量装置还包括磁体座，所述磁体座具有沿轴向分开的两侧，所述磁体座在一侧与所述阀芯的轴向端面相结合，并且在另一侧与所述磁体相结合。

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。

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一种实施方式的电磁阀的局部示意性截面图；

图2是根据本实用新型的另一种实施方式的电磁阀的阀芯的局部示意性截面图；以及

图3是根据本实用新型的又一种实施方式的电磁阀的阀芯的局部示意性截面图。

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，根据本实用新型的电磁阀能够准确地检测出或分辨出阀芯的行程端点即阀芯的极限位置，这使得根据本实用新型的电磁阀特别适合于用作开关阀类型的安全阀，这是因为，以阀芯极限位置的准确检测为基础建立的阀芯位置的闭环控制使得电磁阀能够更加准确、更加可靠地执行开关动作，从而确保系统的安全性和可靠性。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，并且可以避免在检测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一种实施方式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还可以包括适配器300，该适配器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，适配器300具有面向阀腔110的内端面310以及背对阀腔110(即，与内端面310相对)的外端面310’，而阀芯200具有面向适配器300的内端面310的轴向端面210。在该配置下，适配器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抵靠适配器300的内端面310时，阀芯200将无法继续朝向适配器300移动，以此方式限制了阀芯200的移动范围。特别地，电磁阀10还可以包括夹持在壳体100与适配器300之间的密封圈101，该密封圈101可以密封阀腔110，以防止阀腔110中的流体泄漏至壳体外部。

为了移动阀芯200，电磁阀10一般还可以包括驱动线圈(未示出)、铁芯管(未示出)和复位弹簧102，其中，铁芯管和复位弹簧102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102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102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102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包括固定在阀芯200的轴向端面210处的磁体410以及适于与磁体410的磁场耦合的霍尔传感器420。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)结合至适配器300的保护壳430，霍尔传感器420被固定在该保护壳430中。特别地，该保护壳430在内部限定了用于容纳霍尔传感器420的内部腔室431，适配器300的外端面310’面向保护壳430的内部腔室431，并且在保护壳430结合至适配器300之后，适配器300的外端面310’封闭保护壳430的内部腔室431。在该配置下，磁体410与霍尔传感器420沿着轴向方向XX’间隔开，并且位于适配器300的两侧，因此当磁体410随着阀芯200沿着轴向方向XX’移动时，磁体410与霍尔传感器420之间的轴向距离将发生变化，这导致与霍尔传感器420耦合的磁场的磁通密度发生变化，从而导致霍尔传感器420产生的霍尔电压发生变化，霍尔电压的变化与磁体410也即阀芯200的位移相关联。特别地，上述配置允许磁体410与霍尔传感器420之间的轴向距离在较大的范围内变化，而这使得霍尔电压能够在较大的范围内变化，也就是说，分别与阀芯行程的两个端点(即阀芯的两个极限位置)相对应的霍尔电压的两个极值(即，极小值与极大值)之间的差值较大，而较大的差值使得能够准确地分辨出霍尔电压的这两个极值。因此上述配置特别适用于开关阀类型的电磁阀10，因为通过准确分辨霍尔电压的两个极值可以准确地判断出电磁阀10的阀芯的两个极限位置，而阀芯的这两个极限位置对应着电磁阀10的开关状态。因此，在上述配置下，系统能够更加准确地掌握电磁阀10的开关状态，而这允许系统通过闭环控制更加准确地控制电磁阀，尤其是当电磁阀10用作安全阀时，可以更加可靠地确保系统的安全性。虽然上文中描述了电磁阀10特别适合于用作开关阀类型的安全阀，但是本领域技术人员可以理解的是，电磁阀10也可用作比例阀，因为在阀芯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410与霍尔传感器420的相对位置，可以通过检测霍尔电压来确定阀芯200的位移，并且还可以通过阀芯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。当然，无论电磁阀10是开关阀、比例阀还是其他类型的阀门，准确检测阀芯200的位移都有助于更加准确地控制电磁阀10。另外，值得一提的是，由于霍尔传感器420被定位在适配器300的外侧，因此适配器300可以防止阀腔110内的压力流体接触霍尔传感器420，由此可以避免霍尔传感器420被压力流体污染和损坏，这延长了霍尔传感器420的工作寿命。

如图1所示，磁体410具有面向适配器300的内端面310的轴向侧面411，该轴向侧面411的至少一部分直接面向适配器300的内端面310，也就是说，磁体410的轴向侧面411的至少一部分呈暴露状态。所谓“直接面向”和“暴露状态”顾名思义是指，磁体410的轴向侧面411的至少一部分未被其他物体覆盖或遮挡。在该配置下，在磁体410的轴向侧面411的至少一部分与适配器300的内端面310之间不存在其他物体，这使得磁体410产生的磁力线能够直达适配器300的内端面310而不被其他物体阻挡，并且磁力线仅仅需要穿过适配器300的位于内端面310和外端面310’之间的部分就可以与霍尔传感器420耦合。因此，该配置使得与霍尔传感器420耦合的磁场的磁通密度足够大，由此可以提高阀芯200的位移检测的准确性以及灵敏度。

如图1所示，磁体410还具有与轴向侧面411相对的相对侧面411’，磁体410以该相对侧面411’接合阀芯200的轴向端面210的方式固定在轴向端面210上。在该配置下，磁体410的轴向侧面411以及轴向侧面411与相对侧面411’之间的表面都呈暴露状态，这进一步确保了与霍尔传感器420耦合的磁场的磁通密度足够大，从而可以进一步提高阀芯200的位移检测的准确性以及灵敏度。

参考图2，其中示出了根据本实用新型的另一种实施方式的电磁阀的阀芯的局部示意性截面图。图2所示实施例与图1所示实施例的区别仅仅在于磁体410的装配方式不同。如图2所示，阀芯200设有从轴向端面210凹入的凹槽211，磁体410被容纳在凹槽211中，也就是说，磁体410在阀芯200的轴向端面210处至少部分地嵌入阀芯200中，并且磁体410的整个轴向侧面411呈暴露状态。在该配置下，由于整个轴向侧面411都呈暴露状态，因此也可以确保与霍尔传感器420耦合的磁场具有足够的磁通密度，以便确保阀芯200的位移检测的准确性及灵敏度。特别地，磁体410的轴向侧面411也位于凹槽211中(即，相对于阀芯200的轴向端面210凹入)或者与阀芯200的轴向端面210齐平，也就是说，磁体410被完全嵌入阀芯200中。在该配置下，阀芯200可以保护磁体410免于因与适配器300发生的撞击而损坏，同时仍然确保磁体410的整个轴向侧面411呈暴露状态。

参考图3，其中示出了根据本实用新型的又一种实施方式的电磁阀的阀芯的局部示意性截面图。图3所示实施例与图1和图2所示实施例的区别仅仅在于磁体410的装配方式不同。如图3所示，测量装置400还包括用于将磁体410固定在阀芯200上的磁体座440，其中，磁体座440具有沿着轴向方向XX’分开的两侧，磁体座440的一侧被固定在阀芯200的轴向端面210上，而磁体410则被固定在磁体座440的另一侧上。在该配置下，磁体410并非直接固定在阀芯200的轴向端面210上，而是通过磁体座440固定在阀芯200的轴向端面210上。特别地，阀芯200设有从轴向端面210凹入的螺纹孔212，磁体座440设有与螺纹孔212螺纹配合的螺纹柱441。在该配置下，可以通过将螺纹柱441旋拧至螺纹孔212中来将磁体座440固定在阀芯200上。特别地，类似于图2所示的实施例，磁体410被完全嵌入磁体座440中，但仍留下整个轴向侧面411呈暴露状态。

回到图1，霍尔传感器420可以包括固定在保护壳430中的电路板421(例如由PCB构成)以及固定在该电路板421上并与该电路板421电连接和/或信号连接的霍尔探头422。特别地，电路板421可以设有卡槽423，该卡槽423可以卡合从保护壳430的外部插入保护壳430中的卡塞432，由此，可以通过卡塞432将电路板421可靠地固定在保护壳430中，以避免电路板421意外移位从而影响位移检测的准确性。特别地，霍尔探头422可以沿着轴向方向XX’对准磁体410，所谓“对准”顾名思义是指霍尔探头422和磁体410的几何中心沿着轴向方向XX’彼此对准。另外，在未示出的实施例中，霍尔探头422可以被定位成与适配器300的外端面310’相接触。在该配置下，磁体410的磁力线在穿过适配器300之后就可以与霍尔探头422耦合，由此可以进一步确保与霍尔探头422耦合的磁场具有足够的磁通密度，以便进一步提高阀芯200的位移检测的准确性和灵敏度。

仍然参考图1，适配器300具有与内端面310相连接并且沿着周向方向延伸的内侧壁320，该内侧壁320与内端面310一起在适配器300的内部限定了接收腔室330，该接收腔室330与阀腔110连通，从而允许阀芯200插入该接收腔室330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都处于适配器300的接收腔室330中。在该配置下，在阀芯200的整个行程上，阀芯200在轴向端面210一侧的端部以及磁体410都处于适配器300的接收腔室330中，由此可以避免磁体410干扰阀腔110中流体的流动。特别地，适配器300的内侧壁320的一部分沿着径向方向向内延伸，从而形成面向阀腔110并且环绕阀芯200的台阶321，复位弹簧102被支撑在该台阶321上。在该配置下，同一适配器300起到了封闭阀腔110、支撑复位弹簧102以及支撑保护壳430等多个作用，从而进一步简化了电磁阀10的结构并降低了其成本。

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)的适配器(300)，所述阀芯(200)具有面向所述适配器(300)的轴向端面(210)；以及

测量装置(400)，所述测量装置(400)包括：

固定在所述阀芯(200)的轴向端面(210)处的磁体(410)；

适于与所述磁体(410)的磁场耦合的霍尔传感器(420)；以及

固定在所述适配器(300)上的保护壳(430)，其特征在于，所述霍尔传感器(420)被固定在所述保护壳(430)中并与所述磁体(410)沿轴向间隔开，并且所述磁体(410)具有面向所述适配器(300)并至少部分地呈暴露状态的轴向侧面(411)。

2.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述适配器(300)具有面向所述阀腔(110)的内端面(310)以及背对所述阀腔(110)的外端面(310’)，所述保护壳(430)在内部限定用于容纳所述霍尔传感器(420)并且被所述适配器(300)的外端面(310’)封闭的内部腔室(431)。

3.根据权利要求2所述的电磁阀，其特征在于，所述适配器(300)具有与所述内端面(310)相连接并沿周向延伸的内侧壁(320)，所述内侧壁(320)与所述内端面(310)限定与所述阀腔(110)连通的接收腔室(330)，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适配器(300)的接收腔室(330)中。

4.根据权利要求2或3所述的电磁阀，其特征在于，所述霍尔传感器(420)包括电路板(421)以及与所述电路板(421)电连接的霍尔探头(422)，所述霍尔探头(422)沿轴向对准所述磁体(410)。

5.根据权利要求4所述的电磁阀，其特征在于，所述电路板(421)设有卡槽(423)，所述卡槽(423)用于卡合从所述保护壳(430)的外部插入所述保护壳(430)中的卡塞(432)。

6.根据权利要求4所述的电磁阀，其特征在于，所述霍尔探头(422)被定位成与所述适配器(300)的外端面(310’)相接触。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述阀芯(200)设有从所述轴向端面(210)凹入的凹槽(211)，所述磁体(410)被容纳在所述凹槽(211)中。

8.根据权利要求7所述的电磁阀，其特征在于，所述磁体(410)的轴向侧面(411)位于所述阀芯(200)的凹槽(211)中或者与所述阀芯(200)的轴向端面(210)齐平。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的电磁阀，其特征在于，所述测量装置(400)还包括磁体座(440)，所述磁体座(440)具有沿轴向分开的两侧，所述磁体座(440)在一侧与所述阀芯(200)的轴向端面(210)相结合，并且在另一侧与所述磁体(410)相结合。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的电磁阀，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。

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