專利名稱：一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥，可以用于對(duì)脈沖響應(yīng)特性有較高要求的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料介質(zhì)的管理控制，也可以作為高穩(wěn)定控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵執(zhí)行元件。
背景技術(shù)：
快速響應(yīng)的開(kāi)關(guān)電磁閥是很多控制系統(tǒng)的關(guān)鍵執(zhí)行元件，電磁閥的開(kāi)關(guān)速度直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性。
此外，發(fā)動(dòng)機(jī)的脈沖特性與電磁閥的響應(yīng)速度關(guān)系非常密切。對(duì)于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等對(duì)于脈沖性能和一致性要求非常高的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)電磁閥的快速響應(yīng)是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)。電磁閥的響應(yīng)速度越快，噴嘴的霧化效果越好，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃燒更加充分，燃燒效率將得到極大的改善，產(chǎn)品的性能提高，排出的尾氣減少。
快速響應(yīng)電磁閥一般有以下兩種結(jié)構(gòu)
(1) 一種是采用拍合式磁路的螺管式電磁閥，這種閥門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕， 但是這種結(jié)構(gòu)的高速電磁閥比較依賴于高速驅(qū)動(dòng)線路。當(dāng)閥門開(kāi)啟時(shí)，驅(qū)動(dòng)線路提供瞬間高電壓，使得閥門迅速開(kāi)啟；當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，驅(qū)動(dòng)線路迅速截止，將線圈電流降為零，使得閥門迅速關(guān)閉。由于這種電磁閥的行程小、流量小以及對(duì)于高速驅(qū)動(dòng)線路的依賴性決定了其使用范圍存在局限性。
(2)國(guó)外在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上采用力矩馬達(dá)閥作為發(fā)動(dòng)機(jī)的控制閥。這種閥門開(kāi)關(guān)速度快，而且功耗非常小，但是這種閥門也有諸多不足之處。首先，這種閥門的制造難度大，工藝復(fù)雜，成本高、價(jià)格貴；其次，這種閥門對(duì)于潔凈度的要求非常高，較容易受到污染而導(dǎo)致泄漏。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥，通過(guò)永磁體調(diào)整磁路特性，降低線圈的感性，使得電磁閥可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速響應(yīng)，提高開(kāi)關(guān)速度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是
(1)本發(fā)明永磁電磁閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，實(shí)現(xiàn)便捷，只需要在普通電磁閥的磁路中布置均勻的永磁體，就可以改變磁路特性，使得線圈的電感下降5 7倍，使得電磁閥線圈上的電流增長(zhǎng)和下降速度均加快，迅速的達(dá)到開(kāi)啟電流或者關(guān)閉電流，實(shí)現(xiàn)提高閥門響應(yīng)速度的目的，普通電磁閥開(kāi)啟響應(yīng)速度為7ms左右，本發(fā)明增加了永磁體后，開(kāi)啟響應(yīng)速度可以達(dá)到2ms左右。
(2)本發(fā)明永磁電磁閥的磁路結(jié)構(gòu)不僅僅提高了電磁閥的開(kāi)啟響應(yīng)速度，也使得關(guān)閉時(shí)間響應(yīng)速度大幅度的提高了。開(kāi)啟響應(yīng)速度會(huì)因?yàn)轵?qū)動(dòng)電壓的變化而變化，開(kāi)啟驅(qū)動(dòng)電壓越大，開(kāi)啟速度越快，但是在不同的驅(qū)動(dòng)電壓下，電磁閥的關(guān)閉響應(yīng)速度變化不大，4非常穩(wěn)定。
(3)本發(fā)明永磁電磁閥在一般的驅(qū)動(dòng)線路的驅(qū)動(dòng)下，比同等流量下的普通電磁閥響應(yīng)速度提高了 3 5倍，如果配備高速驅(qū)動(dòng)線路，電磁閥的響應(yīng)速度還可以得到進(jìn)一步的提尚。
(4)本發(fā)明采用了吸入式電磁閥銜鐵懸浮結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步的降低了電磁閥的摩擦阻力，使得電磁閥的響應(yīng)速度更加迅速，動(dòng)作壽命更加可靠。


圖1為永磁電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖2為閥體結(jié)構(gòu)示意圖3為銜鐵組件結(jié)構(gòu)示意圖4為簧片結(jié)構(gòu)示意圖
圖5為瓦形永磁體示意圖6過(guò)濾器組件結(jié)構(gòu)示意圖7為磁路示意圖8為普通電磁閥與永磁電磁閥的響應(yīng)電流曲線對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥結(jié)構(gòu)，包括接頭 1、過(guò)濾器組件2、永磁體3、外殼4、線圈5、閥體6、上墊片7、銜鐵組件8、下墊片9和閥座10 ； 過(guò)濾器組件包括上壓環(huán)21、過(guò)濾網(wǎng)22和下壓環(huán)23 ；銜鐵組件包括銜鐵81、上簧片82、下簧片83、外緊固環(huán)84、擋板85、銷釘86、內(nèi)緊固環(huán)87和導(dǎo)磁環(huán)88 ；
閥體(6)如圖2所示，包括一段隔磁材料制成的隔磁圓環(huán)和兩段軟磁合金材料制成的帶有臺(tái)階的直徑不同的中空?qǐng)A柱體，隔磁圓環(huán)套在直徑較小的軟磁中空?qǐng)A柱體的一端，同時(shí)該直徑較小的軟磁中空?qǐng)A柱體的套有隔磁圓環(huán)的一端，置于直徑較大的軟磁中空?qǐng)A柱體的內(nèi)腔中的一端，隔磁圓環(huán)與兩段軟磁中空?qǐng)A柱體均焊接固定連接，形成閥體(6)， 線圈5纏繞在閥體6的外壁凹槽中，引出線采用甩線方式。
若干瓦形永磁體3如圖5所示，均勻的安裝到閥體6外徑較小一側(cè)的外壁上，永磁體3之間的空隙可以使用軟磁材料填充滿，永磁體的極性方向與線圈5產(chǎn)生的電磁極性方向保持一致。
閥座10為帶有臺(tái)階的中空?qǐng)A柱體，一端為閥口，將上墊片7、銜鐵組件8、下墊片9 和閥座10有閥口一端依次裝入閥體6外徑較大一側(cè)的空腔內(nèi)，其中上墊片7控制銜鐵組件 8的行程，下墊片9控制上簧片82和下簧片83的壓縮量，上墊片7的一面貼緊閥體6，另一面由銜鐵組件8壓緊；下墊片9的一面貼緊銜鐵組件8，另一面由閥座10壓緊，閥座10與閥體1焊接固定在一起。
如圖3所示，銜鐵81為軟磁合金制成的帶臺(tái)階的實(shí)心圓柱體，擋板85為實(shí)心圓柱體，一端挖有同軸的燕尾槽，燕尾槽內(nèi)填充有非金屬密封材料，銜鐵81和擋板85之間通過(guò)使用銷釘86鉚接固定，上簧片82、內(nèi)緊固環(huán)87、下簧片83和外緊固環(huán)84從擋板85 —側(cè)裝入，依次套在銜鐵81的芯軸上，其中，上簧片82被銜鐵81和內(nèi)緊固環(huán)87夾緊，下簧片83 被內(nèi)緊固環(huán)87和外緊固環(huán)84夾緊，導(dǎo)磁環(huán)88夾在上簧片82和下簧片83之間，外緊固環(huán) 84與銜鐵81之間使用激光焊接進(jìn)行4點(diǎn)點(diǎn)焊固定。
如圖4所示，上簧片42和下簧片43均為三臂簧片結(jié)構(gòu)，具有良好的穩(wěn)定性和徑向剛度。上簧片82和下簧片83均位于線圈5的同側(cè)，且上簧片82和下簧片83將銜鐵81懸浮起來(lái)，使得銜鐵81可以來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
上簧片82和下簧片83作用在銜鐵81上的彈簧力之和大于永磁體3作用在銜鐵 81上的吸合力，使得彈簧力之和減去吸合力后產(chǎn)生的密封力可以保證擋板85與閥座10之間的可靠密封。
過(guò)濾器組件2如圖6所示，由上壓環(huán)21和下壓環(huán)23將過(guò)濾網(wǎng)22壓緊并焊接組成，接頭1為帶有臺(tái)階的中空?qǐng)A柱體，裝配在接頭1無(wú)錐面一側(cè)的中心孔內(nèi)，接頭1、過(guò)濾器組件2與閥體6的外徑較小一端的中心孔相連通，外殼4外軟磁材料的空心圓柱體，套在閥體6外側(cè)，使用螺釘緊固，外殼4圓柱壁面上有腰形孔，將線圈5的引線從孔中引出，從腰形孔處注入環(huán)氧樹(shù)脂，將線圈5固封。
如圖7所示，永磁體3、閥體6、銜鐵81、導(dǎo)磁環(huán)88、銜鐵81與閥體6之間的一段氣隙、外殼4構(gòu)成一條完整的閉環(huán)磁路。
當(dāng)電磁閥線圈5未通電時(shí)，永磁體3在磁路中產(chǎn)生吸力，作用在銜鐵81上，產(chǎn)生一個(gè)與密封方向相反的力，銜鐵組件8中的上簧片82、下簧片83變形產(chǎn)生的彈簧力需要克服吸力之后，仍然有足夠的力保證擋板85與閥座10的密封。如果永磁吸力經(jīng)過(guò)磁脈沖和溫度交變后磁力有所衰退，則密封力將更大，密封更可靠。
如圖8所示，永磁體3的作用使得電磁閥線圈5的電感值大大下降，因此當(dāng)線圈5 通電時(shí)，永磁電磁閥的電流上升速度遠(yuǎn)高于普通電磁閥，使得電磁力能夠更快的提高，當(dāng)電磁力能夠克服彈簧力時(shí)，銜鐵81開(kāi)始帶動(dòng)擋板85向接頭1方向運(yùn)動(dòng)，閥門開(kāi)始開(kāi)啟，此時(shí)由于銜鐵81運(yùn)動(dòng)切割磁力線使得電流下降，當(dāng)銜鐵81運(yùn)動(dòng)完畢后，閥門完全開(kāi)啟，電流繼續(xù)爬升至穩(wěn)態(tài)值。
當(dāng)線圈5斷電時(shí)，永磁體3的作用使永磁電磁閥的電流較普通電磁閥下降的更加迅速，令電磁力衰減的更快，當(dāng)電磁力小于彈簧力時(shí)，銜鐵81在彈簧力作用下復(fù)位，閥門開(kāi)始關(guān)閉，此時(shí)由于銜鐵81運(yùn)動(dòng)切割磁力線使得電流上升，當(dāng)銜鐵81運(yùn)動(dòng)完畢后，閥門完全關(guān)閉，電流繼續(xù)下降至零。
通過(guò)電流曲線中上升沿、下降沿的拐點(diǎn)可以確定電磁閥的開(kāi)啟、關(guān)閉響應(yīng)速度，從圖8中可以看出，由于永磁體3的作用使得永磁電磁閥的開(kāi)啟、關(guān)閉響應(yīng)速度遠(yuǎn)高于普通電磁閥。
本發(fā)明說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥，其特征在于包括接頭(1)、過(guò)濾器組件O)、 永磁體(3)、外殼(4)、線圈(5)、閥體(6)、上墊片(7)、銜鐵組件(8)、下墊片(9)和閥座 (10)；閥體(6)為軟磁材料制成的帶有臺(tái)階的中空?qǐng)A柱體，線圈(5)纏繞在閥體(6)的外壁臺(tái)階凹槽中，線圈(5)的引出線采用甩線方式，永磁體(3)為瓦形，多個(gè)永磁體(3)均勻的裝配在閥體(6)外徑較小一端的外壁上；銜鐵組件(8)包括銜鐵(81)、上簧片(82)、下簧片(83)、外緊固環(huán)(84)、擋板(85)、銷釘(86)、內(nèi)緊固環(huán)(87)和導(dǎo)磁環(huán)(88)；銜鐵(81)為側(cè)壁帶臺(tái)階的實(shí)心圓柱體，且沿軸向的一個(gè)端面正中有一個(gè)圓柱形凹槽， 擋板(8 為截面為T形的實(shí)心圓柱體，擋板(8 的直徑大的一端表面挖有同軸的燕尾槽， 燕尾槽內(nèi)填充有非金屬密封材料，擋板(8 的直徑小的一端插入到銜鐵(81)的一個(gè)端面正中有一個(gè)圓柱形凹槽中，緊密貼合，且使用銷釘(86)鉚接固定；上簧片(82)、導(dǎo)磁環(huán)(88)、內(nèi)緊固環(huán)(87)、下簧片(83)和外緊固環(huán)(84)從擋板(85) 一側(cè)裝入，依次套在銜鐵(81)的側(cè)壁臺(tái)階上，其中，上簧片(8 被銜鐵(81)和內(nèi)緊固環(huán) (87)夾緊，下簧片(83)被內(nèi)緊固環(huán)(87)和外緊固環(huán)(84)夾緊，導(dǎo)磁環(huán)(88)夾在上簧片(82)和下簧片(83)之間，外緊固環(huán)(84)與銜鐵(81)之間焊接固定；閥座(10)為帶有臺(tái)階的中空?qǐng)A柱體，一端為閥口 ；將上墊片(7)、銜鐵組件(8)、下墊片 (9)和閥座(10)有閥口的一端依次裝入閥體(6)外徑較大一側(cè)的空腔中，其中上墊片(7) 的一面貼緊閥體(6)，另一面貼緊銜鐵組件(8)的上簧片(8 ；下墊片(9)的一面貼緊銜鐵組件(8)的下簧片(83)，另一面貼緊閥座(10)；下墊片(9)用于調(diào)整上簧片(82)和下簧片(83)的變形量，上墊片(7)用于調(diào)整銜鐵(81)的動(dòng)作行程，閥座(10)與閥體(6)焊接固定；接頭(1)為帶有臺(tái)階的中空?qǐng)A柱體，一端為錐面，一端為圓面，過(guò)濾器組件( 包括上壓環(huán)(21)、過(guò)濾網(wǎng)0 和下壓環(huán)；上壓環(huán)和下壓環(huán)將過(guò)濾網(wǎng)0 夾在中間，壓緊并焊接為一體，過(guò)濾器組件( 裝配在接頭(1)圓面一側(cè)的中心孔內(nèi)；接頭(1)、過(guò)濾器組件O)與閥體(6)的外徑較小一端的中心孔相連通；外殼(4)為軟磁材料的空心圓柱體，套在閥體(6)外側(cè)，使用螺釘緊固，外殼圓柱壁面上有腰形孔，將線圈(5)的引線從孔中引出，從腰形孔處注入環(huán)氧樹(shù)脂，將線圈(5)固封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥，其特征在于永磁體 (3)、閥體(6)、銜鐵(81)、導(dǎo)磁環(huán)(88)、外殼(4)以及銜鐵(81)與閥體(6)之間的一段氣隙構(gòu)成一條完整的閉環(huán)磁路，永磁體(3)起到加速驅(qū)動(dòng)的作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥，其特征在于所述上簧片(82)和下簧片(83)作用在銜鐵(81)上的彈簧力之和大于永磁體(3)作用在銜鐵(81) 上的吸合力，使得彈簧力之和減去吸合力后產(chǎn)生的密封力可以保證擋板(85)與閥座(10) 之間的可靠密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥，其特征在于閥體(6) 包括一段隔磁材料制成的隔磁圓環(huán)和兩段軟磁合金材料制成的帶有臺(tái)階的直徑不同的中空?qǐng)A柱體，隔磁圓環(huán)套在直徑較小的軟磁中空?qǐng)A柱體的一端，同時(shí)該直徑較小的軟磁中空?qǐng)A柱體的套有隔磁圓環(huán)的一端，置于直徑較大的軟磁中空?qǐng)A柱體的內(nèi)腔中的一端，隔磁圓環(huán)與兩段軟磁中空?qǐng)A柱體均焊接固定連接，形成閥體(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥，其特征在于銜鐵 (81)、導(dǎo)磁環(huán)(88)為軟磁合金制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥，其特征在于外緊固環(huán)(84)與銜鐵(81)之間使用激光焊接進(jìn)行4點(diǎn)點(diǎn)焊固定。
全文摘要
一種具有快速響應(yīng)特性的永磁電磁閥，用于汽車、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給控制和高精度控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，通過(guò)永磁體改變磁路特性，降低電磁閥線圈的感性，使得電磁閥能夠?qū)π盘?hào)做出快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)快速啟閉，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的脈沖特性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括接頭、過(guò)濾器組件、永磁體、外殼、線圈、閥體、上墊片、銜鐵組件、下墊片和閥座；過(guò)濾器組件包括上壓環(huán)、過(guò)濾網(wǎng)和下壓環(huán)；銜鐵組件包括銜鐵、上簧片、下簧片、外緊固環(huán)、擋板、銷釘、內(nèi)緊固環(huán)和導(dǎo)磁環(huán)，該閥采用永磁體調(diào)整磁路特性，使得線圈上的電流迅速可以變化，令電磁閥的開(kāi)關(guān)速度得到顯著提高，永磁體產(chǎn)生的永磁力與彈簧力組成的合力可以確保閥座的可靠密封。
文檔編號(hào)F16K31/08GK102506219SQ20111040965
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者冉鵬, 劉菲菲, 姜鵬, 孫超, 張 杰, 張榛, 張超, 李惠平, 楊尚峰, 汪鳳山 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所