具有两件式芯的电磁阀 |
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| 申请号 | CN201180038502.8 | 申请日 | 2011-07-19 | 公开(公告)号 | CN103052998A | 公开(公告)日 | 2013-04-17 |
| 申请人 | 弗路德自动控制系统有限公司; | 发明人 | V.塔纳里; | ||||
| 摘要 | 提供了一种用于电磁 阀 的磁芯(210)。磁芯(210)包括限定腔体(213)的第一部分(210a)。第一部分(210a)由具有第一 磁性 能的第一材料形成。磁芯(210)还包括至少部分地 定位 在腔体(213)内的第二部分(210b)。第二部分(210b)由具有高于第一磁性能的第二磁性能的第二材料形成。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于电磁阀的磁芯(210)，包括： |
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| 说明书全文 | 具有两件式芯的电磁阀技术领域背景技术[0002] 流体控制阀在多种应用中被用来控制流体的流动。被控制的流体可包括气体、液体或它们的组合。在一些情况下，流体也可包括悬浮颗粒。虽然流体控制阀在用来打开和关闭通过阀门的流体连通通道的具体构型中广泛地变化，但一种特定类型的阀门致动利用螺线管来进行。在螺线管致动的阀门中，螺线管包括穿过电磁线圈的电流，其中线圈通常围绕磁芯形成。通电的螺线管产生磁场。磁场作用于连接到阀门构件的可移动电枢。通常，阀门还包括弹簧或其它偏置构件，该偏置构件产生对抗磁场的偏置力。因此，在不存在由螺线管产生的磁场的情况下，阀门构件移动进入常开或常闭位置。 [0003] 螺线管致动阀具有若干优点。螺线管致动阀可适应变化的流量。螺线管致动阀可形成高度可靠的密封，甚至在存在水分、污垢、碎屑等的情况下。由于螺线管致动阀提供的益处，它们在工业应用中非常流行。然而，电磁阀在高流量环境中会遇到困难。这是因为要使阀门在高流量和高压力下工作，阀门的行程必须增加。增加的行程需要更多的磁力，因此对于给定输入功率来说，需要更好的磁路。通常，根据用来引导磁通的磁芯的磁性能，磁通对于给定的电磁阀是有限的。磁芯常常由具有有限的磁性能的材料形成，以便保持耐腐蚀的阀门。 [0004] 图1示出现有技术电磁阀100的剖视图。现有技术电磁阀100包括壳体101、第一流体端口102、第二流体端口103、流体喷嘴104、流体室105、阀门构件106和阀座107。电磁阀100还包括位于套管109中的电磁线圈108。磁芯110定位在线圈108内。磁芯110可由磁可渗透的、同时还表现出耐腐蚀性的材料形成。这样的材料的示例为铁素体不锈钢。磁芯110通常设置成引导并聚集由线圈108产生的磁通。电磁阀100还包括可移动电枢 111。如可以理解的，当电磁线圈108如在本领域已知的那样通电时，产生穿过磁芯110的磁通，从而在第一方向或第二方向上偏置可移动电枢111和阀门构件106。阀门100还显示为带有偏置构件112。偏置构件112包括板弹簧，其提供与由通电的线圈108所提供的偏置力基本上相对的偏置力。 [0005] 可移动电枢111可联接到阀门构件106。阀门构件106因此响应于偏置构件112或磁通随可移动电枢111一起移动以打开在入口102和出口103之间的流体流动通道，或者贴着阀座107密封以关闭在入口102和出口103之间的流体流动通道。 [0006] 虽然现有技术电磁阀100在阀门经受相对低的流量和/或流体压力时令人满意地操作，但阀门100随流量增加而性能开始变差。如上所述，这是因为需要更强的偏置构件112，以便适当地关闭阀门100。因此，需要更强的磁通，以便克服由偏置构件112提供的偏置力。在磁芯110由铁素体不锈钢形成的情况下，磁通由于磁性能不足而相对有限。然而，由于与磁芯110的潜在流体接触，需要具有高耐腐蚀性的材料。由于目前不存在能在保持足够的耐腐蚀性的同时增加吸引力的材料，现有技术阀门100牺牲了磁性能以便提供耐腐蚀的磁芯110。 [0007] 通常，增加的磁通以两种方式中的一种来实现。第一解决方案是增加电磁线圈的大小。这样的缺点是增加阀门的总体尺寸，这在许多情况下是不期望的。第二解决方案是增加供应至电磁线圈的电流。然而，该解决方案增加了由阀门产生的热量以及操作阀门所需的能量，这两种情况都是不期望的。 [0008] 本发明克服了这些和其它问题，并且实现了本领域的进步。本发明提供一种包括两件式磁芯的电磁阀，其中两个部分由不同材料形成。第一部分由具有低磁性能但高耐腐蚀性的材料形成。用来形成第一部分的材料也可具有较好的机械特性和/或较低的成本。第二部分至少部分地插入由第一部分形成的腔体中。第二部分由相比用来形成第一部分的材料具有更高磁性能但更低耐腐蚀性的材料形成。第二材料也可具有不太合意的机械特性。例如，第二材料可能更难以制造成复杂的形状。 发明内容[0009] 根据本发明的一个实施例提供了一种用于电磁阀的磁芯。磁芯包括限定腔体的第一部分。根据本发明的一个实施例，第一部分由具有第一磁性能的第一材料形成。根据本发明的一个实施例，磁芯还包括至少部分地定位在腔体内的第二部分。第二部分可由第二材料形成，第二材料具有高于第一磁性能的第二磁性能。 [0010] 根据本发明的一个实施例提供了一种电磁阀。该电磁阀包括入口端口和出口端口。电磁阀还包括在入口端口和出口端口之间选择性地提供流体连通的阀门构件以及在通电时在阀门构件上提供偏置力的电磁线圈。根据本发明的一个实施例，电磁阀还包括定位在电磁线圈内的磁芯。磁芯包括限定腔体的第一部分，该第一部分由具有第一磁性能的第一材料形成。磁芯还包括至少部分地定位在腔体内的第二部分，该第二部分由具有高于第一磁性能的第二磁性能的第二材料形成。 [0011] 根据本发明的一个实施例提供了一种用于形成电磁阀的方法，该电磁阀包括入口端口、出口端口和在入口端口与出口端口之间选择性地提供流体连通的阀门构件。该方法包括将电磁线圈靠近阀门构件定位以在通电时在阀门构件上提供偏置力的步骤。该方法还包括将磁芯的第一部分定位在电磁线圈内的步骤，其中第一部分由具有第一磁性能的第一材料形成。根据本发明的一个实施例，该方法还包括用第一部分限定腔体和将磁芯的第二部分至少部分地定位在腔体内的步骤，其中第二部分由具有高于第一磁性能的第二磁性能的材料形成。 [0012] 方面根据本发明的一个方面，一种用于电磁阀的磁芯包括： 第一部分，其限定腔体且由具有第一磁性能的第一材料形成；以及 第二部分，其至少部分地定位在腔体内且由具有高于第一磁性能的第二磁性能的第二材料形成。 [0013] 优选地，第一材料还具有第一耐腐蚀性，并且其中第二材料具有弱于第一耐腐蚀性的第二耐腐蚀性。 [0014] 优选地，第一材料包括铁素体不锈钢。 [0015] 优选地，第二材料包括软铁。 [0016] 根据本发明的另一个方面，一种电磁阀包括：入口端口； 出口端口； 阀门构件，其选择性地在入口端口和出口端口之间提供流体连通； 电磁线圈，其在通电时在阀门构件上提供偏置力； 磁芯，其定位在电磁线圈内且包括：第一部分，其限定腔体且由具有第一磁性能的第一材料形成；以及 第二部分，其至少部分地定位在腔体内且由具有高于第一磁性能的第二磁性能的第二材料形成。 [0017] 优选地，第一材料还具有第一耐腐蚀性，并且其中第二材料具有弱于第一耐腐蚀性的第二耐腐蚀性。 [0018] 优选地，电磁阀还包括联接到阀门构件的可移动电枢。 [0019] 优选地，可移动电枢至少部分地定位在电磁线圈内。 [0020] 优选地，磁芯的第一部分将第二部分与入口和出口端口隔离。 [0021] 优选地，第一材料包括铁素体不锈钢。 [0022] 优选地，第二材料包括软铁。 [0023] 根据本发明的另一个方面，一种用于形成包括入口端口、出口端口和在入口端口与出口端口之间选择性地提供流体连通的阀门构件的电磁阀的方法包括下列步骤：将电磁线圈靠近阀门构件定位以在通电时在阀门构件上提供偏置力； 将磁芯的第一部分定位在电磁线圈内，其中第一部分由具有第一磁性能的第一材料形成； 用第一部分限定腔体；以及 将磁芯的第二部分至少部分地定位在腔体内，其中第二部分由具有高于第一磁性能的第二磁性能的材料形成。 [0024] 优选地，第一材料还具有第一耐腐蚀性，并且其中第二材料具有弱于第一耐腐蚀性的第二耐腐蚀性。 [0025] 优选地，该方法还包括将可移动电枢联接到阀门构件的步骤。 [0026] 优选地，该方法还包括将可移动电枢至少部分地定位在电磁线圈内的步骤。 [0027] 优选地，定位磁芯的第一部分的步骤包括将磁芯的第二部分与入口和出口端口隔离的步骤。 [0028] 优选地，第一材料包括铁素体不锈钢。 [0030] 图1示出现有技术电磁阀的剖视图。 [0031] 图2示出根据本发明的一个实施例的电磁阀的剖视图。 [0032] 图3示出根据本发明的另一个实施例的电磁阀的剖视图。 [0033] 图4示出用于用来形成本发明的第一和第二材料的B-H曲线的曲线图。 具体实施方式[0034] 图2-4和下面的描述描绘了具体示例以教导本领域的技术人员如何制作和使用本发明的最佳模式。为了教导本发明的原理，某些常规方面被简化或省略。本领域的技术人员将会知道，这些示例的变型落在本发明的范围内。本领域的技术人员将会知道，以下描述的特征可以多种方式结合以形成本发明的多个变型。因此，本发明不限于以下描述的具体示例，而仅受权利要求及其等同物的限制。 [0035] 图2示出根据本发明的一个实施例的电磁阀200的剖视图。虽然以下描述针对常闭阀门200，但本领域的技术人员将容易知道如何修改阀门以包括常开阀门。因此，本发明不应限于常闭阀门。电磁阀200包括壳体201、第一流体端口202、第二流体端口203、流体喷嘴204、流体室205、阀门构件206和阀座207。根据本发明的一个实施例，阀门构件206联接到可移动电枢211。偏置构件212设置成在第一方向上偏置可移动电枢211和阀门构件206。偏置构件212示出为包括板弹簧；然而，在保持在本发明的范围内的同时，当然也可以使用其它偏置构件。板弹簧212可以是预应力的，以便提供作用于阀门构件206和可移动电枢211上的偏置力。应当理解，阀门构件206和可移动构件211可根据诸如导向流体的其它方式在第一方向上被偏置。因此，本发明不应限制于需要偏置构件212。根据本发明的一个实施例，第一流体端口202包括入口端口，而第二流体端口203包括出口端口。然而，应当理解，通过阀门200的流体流可以是反向的。还应当理解，阀门200可包括两个以上的流体端口。因此，附图所示特定实施例决不应限制本发明的范围。 [0036] 图2所示阀门200还包括位于套管209(线圈架)内的电磁线圈208。电磁线圈208可包括电磁阀中通常提供的典型电磁线圈。根据本发明的一个实施例，电磁线圈208包围磁芯210的至少一部分。根据本发明的一个实施例，磁芯210包括第一部分210a和第二部分210b。根据本发明的一个实施例，第一部分210a限定腔体213。腔体213能适于接纳第二部分210b的至少一部分。在所示实施例中，第二部分210b定位在由第一部分210a形成的腔体213内。根据本发明的一个实施例，腔体213可设置成在两个或更多个侧面上包围第二部分210b。根据所示实施例，第一部分210a的腔体213包围第二部分210b，使得第二部分210b与可移动电枢211以及流过阀门200的流体基本上隔离。有利地，第二部分 210b基本上受到针对流过阀门200的潜在腐蚀性流体的保护。第二部分210b可根据已知的方法保留在腔体213内，这些方法包括焊接、硬钎焊、结合、粘合剂、冷缩配合、机械紧固件等。用来保持第二部分210b的特定方法不应限制本发明的范围。腔体213还允许第二部分210b成形为大致规则形状的部件，例如圆柱体。有利地，可以简化第二部分210b的制造。在第二部分210b由脆性材料或本来难以加工成复杂形状的材料形成的情况下，这可能是所期望的。 [0037] 根据本发明的一个实施例，第一部分210a和第二部分210b由不同材料形成。用来形成第一部分210a的第一材料可包括具有第一磁性能的材料。用来形成第二部分210b的第二材料可包括具有第二磁性能的材料。根据本发明的一个实施例，第二磁性能高于第一材料的第一磁性能。第一和第二材料的磁性能可以由于不同的磁特性而变化。例如，第二材料的磁性能可由于较高的磁导率(μ)、较大的磁饱和、较低的磁矫顽力或它们的组合而高于第一材料的磁性能。根据本发明的一个实施例，第一材料也可具有第一耐腐蚀性。耐腐蚀性可以是对由环境或流过阀门200的流体造成的腐蚀的抵抗力。然而，根据本发明的一个实施例，第二材料具有低于第一耐腐蚀性的第二耐腐蚀性。因此，如可以理解的，虽然第一部分210a由于较高的耐腐蚀性而能接触流过阀门200的流体，但第一部分210a不提供高的磁性能。因此，仅使用磁芯210的第一部分210a限制了阀门200的性能。相比之下，虽然第二部分210b提供相比第一部分210a优异的磁性能，但第二部分210b更易受腐蚀，并且因此不应接触该流体。因此，仅使用第二部分210b将导致阀门200的过度腐蚀和过早失效。通过使用由两部分210a、210b形成的磁芯210，磁芯210可受益于这两种材料提供的优点。第一部分210a能提供对磁芯来说必要的所需耐腐蚀性、机械特性、制造便利性、低成本等。第二部分210b能有利地增加阀门200的磁通，而不增加阀门200的大小和/或增加提供给阀门200的电流。增加的磁通导致在阀门200致动期间更大的力被施加到可移动电枢211。 [0038] 根据本发明的一个实施例，第一材料可包括铁素体不锈钢。根据本发明的一个实施例，第二材料可包括软铁，其具有相比用于第一材料的铁素体不锈钢更高的磁性能。软铁提供了在感应出磁场时被高度磁化但在移除磁场时又不保持磁化的优点。软铁可包括铁钴合金、铁硅合金、铁镍合金等。在其它实施例中，第一材料可包括非磁性材料。如果第二部分210b的大小和/或磁性能足够大，以补偿第一部分210a的磁特性的缺少，则该配置可能是可以的。应当理解，上述材料仅仅是能用于磁芯210的每一个部分的合适材料的示例。因此，所提供的示例决不应限制本发明的范围。相反，本领域的技术人员将容易知道对所提供示例的合适备选方案。 [0039] 应当理解，虽然磁芯210显示为围绕电磁线圈208的一部分定位，但在其它实施例中，磁芯210可定位在线圈208内，而不包围线圈208的一部分。 [0040] 如可以理解的，在磁芯210包括第一部分210a和第二部分210b的情况下，由阀门200产生的磁通显著增加，而不增加电磁线圈208的大小或供应至电磁线圈208的电流。利用提高的磁通，阀门200可以在具有增加的流体流量/流体压力的环境中使用。 [0041] 在使用中，如本领域所公知的，可以向电磁线圈208供应功率。利用供应至线圈208的功率，提供了被引导通过磁芯210的磁通，以便致动可移动电枢211和因此阀门构件 206。由于阀门200显示为常闭阀门，可移动电枢211的致动使可移动电枢211移动离开阀座207。在阀门200包括常闭阀门的实施例中，偏置构件212提供偏置力以将可移动电枢 211和阀门构件206抵靠阀座207偏置，以便关闭阀门200。因此，当功率被供应至电磁线圈208时，由线圈208提供的磁通被导向通过磁芯210并且将可移动电枢211向上拉动以打开流体入口202和流体出口203之间的流体连通通道。在阀门构件206移动离开阀座207的情况下，流体能从流体入口202流过流体喷嘴204并进入流体室205，流体接着在流体室 205中通过流体出口203被导向离开阀门200。 [0042] 应当理解，提供给电磁线圈208的功率可以变化，以便调整所产生的磁通和因此在阀门构件206与阀座207之间设置的开口的大小。 [0043] 根据图2所示实施例，磁芯210基本上定位在电磁线圈208内，并且可移动电枢211定位在电磁线圈208下方。应当理解，在其它实施例中，可移动电枢211可以在如图3所示的电磁线圈208内延伸。 [0044] 图3示出根据本发明的另一个实施例的电磁阀200的剖视图。在图3所示实施例中，可移动电枢211在电磁线圈208内延伸。因此，磁芯210的大小减小。然而，在可移动电枢211的一部分定位在线圈208内的情况下，较弱的磁通可以提供与由图2所示配置提供的相同的吸引力，因为可移动电枢211定位在磁通最强的位置。如可以理解的，由于磁芯的较低磁性能，为磁芯提供尺寸减小的配置在现有技术中是困难的。 [0045] 图4示出了本发明中使用的第一和第二材料的磁通密度与磁场关系的坐标图。如图所示，对于给定的磁场，第二材料的磁通密度显著高于第一材料的磁通密度。这是由于第二材料的优异的磁性能所导致的。有利地，第二材料提供更高的磁通密度，而不需要供应给电磁线圈208的电流的相应增加。这导致作用于可移动电枢211上的更高的磁力。 [0046] 如上所述，本发明提供了带有两件式芯的电磁阀。本发明的电磁阀有利地提高了由阀门产生的磁通，同时保持合适的耐腐蚀性、机械特性、制造便利性等。通过将磁芯的第二部分定位在由第一部分限定的腔体内，第二部分基本上不受腐蚀。因此，利用本发明能使用具有高磁性能的材料，该材料由于容易腐蚀和/或难以制造的较高趋势而在此前不适合在电磁阀中使用。 [0047] 以上实施例的详细描述不是对发明人设想在本发明的范围内的所有实施例的详尽描述。实际上，本领域的技术人员将认识到，以上所述实施例的某些要素可以变化地组合或消除以形成另外的实施例，并且这些另外的实施例落在本发明的范围和教导内。对于本领域的普通技术人员还显而易见的是，以上所述实施例可以整体地或部分地结合以形成在本发明的范围和教导内的另外的实施例。 [0048] 因此，虽然本文出于说明性目的而本发明的具体实施例和示例，但如相关领域的技术人员将认识到那样，在本发明的范围内各种等同修改是可能的。本文所提供的教导可适用于其它阀门，而不仅仅适用于以上所述和附图所示实施例。因此，本发明的范围应由以下权利要求确定。 |
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