[發明專利]一種基于非耦合永磁偏置的單穩態軸流式電磁閥

有效

• 申請號: 201510527807.5
• 申請日: 2015-08-25
• 公開（公告）號: CN105179791A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 官長斌;陳君;汪旭東;范旭豐;張榛;曹順;田麗霞;張良;李恒建;王煥春
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: F16K31/08
• 分類號: F16K31/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

技術領域

本發明涉及一種基于非耦合永磁偏置的單穩態軸流式電磁閥，尤其適用于衛星姿軌控火箭發動機。

背景技術

單穩態軸流式電磁閥由于其開關響應重復性高、線圈冷卻效果好，被廣泛地應用于衛星姿軌控發動機中，作為推進劑的控制閥門。對于單穩態電磁閥來說，其響應時間與功耗是一對此消彼長的矛盾體。然而，衛星平臺對姿軌控發動機的響應時間和功耗均提出了嚴苛的要求，這就需要電磁閥同時具有低功耗和快響應的特點。

目前，能夠實現電磁閥快響應、低功耗的措施有兩種：(1)設計專用的驅動電路，實現電磁閥的高電壓開啟、低電壓保持(參見“固體姿軌控發動機燃氣電磁閥快速驅動電路研究”，固體火箭技術第28卷第3期，2005年)，這種方式增加了驅動電路的復雜性，并且沒有從電磁閥本身進行改進；(2)采用永磁體提供永磁偏置力，也是提高電磁閥響應時間和降低功耗的有效途徑。采用永磁偏置的電磁閥有兩種：一種是雙穩態螺線管電磁閥(參見“用于微小衛星的微型雙穩態電磁閥”，上海航天第2期，2005年)；另一種是力矩馬達電磁閥，它既有單穩態形式也有雙穩態形式(參見“NewGeneration10NBipropellantMMH/NTOThrusterwithDoubleSeatValve”，35^thAIAA/ASME/SAE/ASEEJointPropulsionConference&Exhibit，1999年6月)。雙穩態電磁閥不適用于姿軌控發動機，而單穩態力矩馬達閥雖然適用于姿軌控發動機，但是其線圈無法實現軸流式冷卻。此外，這兩種電磁閥的永磁回路與電磁回路均是耦合在一起的，給電磁閥的磁路設計過程帶來了很大困難。

發明內容

本發明為了解決此問題，本發明提出了一種基于非耦合永磁偏置的單穩態軸流式電磁閥。該電磁閥通過巧妙地銜鐵結構設計和永磁體布置，形成了一個獨立的永磁偏置回路，提高了電磁閥的開啟能力。

本發明目的通過如下技術方案予以實現：

提供一種基于非耦合永磁偏置的單穩態軸流式電磁閥，包括永磁體組件、閥體組件和銜鐵組件、線圈、閥座、外導磁體；

閥體組件包括上閥體、隔磁環和下端蓋，所述上閥體與下端蓋通過隔磁環連接，外導磁體套設在上閥體的外部，外導磁體的下端面接觸下端蓋的上端面；上閥體、下端蓋、隔磁環和外導磁體形成窗口，窗口內部設置線圈；

銜鐵組件包括銜鐵蓋、銜鐵、簧片和擋板，擋板、簧片和銜鐵固定連接，擋板在簧片的預變形力作用下封閉閥座上的液體出口；銜鐵具有上部的支撐部和下部的主體部，所述支撐部穿過上閥體的中部，所述支撐部上端與位于上閥體上部的銜鐵蓋連接，所述主體部位于上閥體的下部，主體部與上閥體形成氣隙；線圈通過上閥體、銜鐵的主體部、下端蓋、隔磁環和外導磁體形成電磁回路；

永磁體組件位于電磁閥上部，包括永磁體，永磁體與銜鐵蓋之間形成氣隙，永磁體與銜鐵蓋通過氣隙形成永磁回路；

電磁回路和永磁回路分別在銜鐵組件上形成開啟力。

其中所述電磁回路與所述永磁回路沒有交叉、相互獨立。

其中永磁體組件還包括入口壓蓋和永磁體托架，永磁體托架與入口壓蓋封閉永磁體，永磁體托架下端連接外導磁體，入口壓蓋為液體入口。

其中簧片內沿通過銷釘固定在擋板與銜鐵主體部之間，簧片外沿固定在下端蓋與閥座之間。

其中永磁體托架、隔磁環、銷釘、簧片、擋板和閥座為不導磁的不銹鋼材料；上閥體、下端蓋、入口壓蓋、銜鐵蓋、外導磁體、銜鐵為導磁的軟磁合金材料。

其中，在于當給線圈通電時，銜鐵組件受到向上的開啟力為電磁力與永磁力之和，克服簧片向下的力，使得銜鐵組件向上移動，電磁閥打開。

其中，當給線圈斷電時，銜鐵組件上受到向上力為永磁力，銜鐵組件在簧片作用下克服永磁力，使電磁閥關閉。

其中，當閥門開啟后，液體依次流經永磁體組件、銜鐵組件中心通孔，經擋板的側孔，由閥座的閥口流出。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

(1)通過巧妙地銜鐵結構設計和永磁體布置，形成了一個與電磁回路不相耦合的永磁偏置回路；該電磁閥銜鐵上具有兩個工作氣隙(永磁氣隙和電磁氣隙)；非耦合永磁偏置回路通過永磁氣隙產生一個永磁偏置力，線圈產生的電磁回路通過電磁氣隙產生一個電磁力，永磁偏置力和電磁力共同組成了銜鐵的開啟力。通過永磁偏置力減低了對開啟電磁力的要求。

(2)由于永磁偏置力的存在，可以采用剛度較大的簧片，斷電時，提供更大的恢復力，提高了關閉速度。