[發(fā)明專利]基于永磁偏置的雙穩(wěn)態(tài)線性力電磁閥

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010896409.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN111981181B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董光旭;畢傳興;張小正;張永斌;徐亮;周蓉;許吉敏;李磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F16K31/06
• 分類號(hào): F16K31/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發(fā)明公開了一種基于永磁偏置的雙穩(wěn)態(tài)線性力電磁閥，在由上端蓋和下端蓋對(duì)接形成的殼體內(nèi)同軸設(shè)置各構(gòu)件，包括中軸位置活塞桿、與活塞桿固連的電樞，外圍的電磁線圈，以及夾持在上下端蓋間的磁環(huán)；通過在電樞與上下端蓋之間設(shè)置對(duì)壓彈簧約束電樞沿軸向運(yùn)動(dòng)，并為電樞沿軸向提供回復(fù)力和減振緩沖；由磁環(huán)與上端蓋、電樞和下端蓋形成閉合永磁回路，為電磁線圈斷電工況下電樞保持在上端或下端提供永磁偏置磁通和足夠的線性端部自保持力；通過給電磁線圈加載正反向脈沖電壓來克服基于永磁偏置的線性端部自保持力，實(shí)現(xiàn)電樞開/關(guān)狀態(tài)的連續(xù)切換，本發(fā)明有效提升切換性能的穩(wěn)定性并降低能耗，顯著降低了落座沖擊振動(dòng)和噪聲輻射，實(shí)現(xiàn)軟著陸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁閥領(lǐng)域，更具體地說是涉及一種采用永磁偏置設(shè)計(jì)的含閉合磁回路的雙穩(wěn)態(tài)線性力電磁閥。

背景技術(shù)

電磁閥是采用電磁驅(qū)動(dòng)的工業(yè)設(shè)備，屬于電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣門控制、底盤控制、電動(dòng)車窗及變速器控制系統(tǒng)等自動(dòng)化領(lǐng)域。常規(guī)的電磁閥一般由電磁鐵、銜鐵、彈簧、閥芯和閥體等部件構(gòu)成，電磁線圈通過接受來自電控單元提供的驅(qū)動(dòng)電壓產(chǎn)生可控電磁場(chǎng)，將銜鐵套筒組件在電磁場(chǎng)中磁化，獲得作用在銜鐵套筒上的拉力或推力，用以克服彈簧預(yù)緊力來調(diào)控閥芯的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)閥孔的開/關(guān)狀態(tài)切換，從而能夠有效用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中流體介質(zhì)方向、流量、速度等關(guān)鍵性能參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控。

現(xiàn)有的電磁閥主要為基于雙彈簧、雙電磁鐵的機(jī)構(gòu)，雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、控制容易、工作頻率高、響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，但該類電磁閥所提供的電磁力會(huì)隨著電磁鐵與銜鐵間隙的減小而顯著增大并具有強(qiáng)非線性特征，使得電磁閥在落座時(shí)產(chǎn)生劇烈的沖擊振動(dòng)，引發(fā)振動(dòng)和噪聲問題。較大的落座沖擊不僅會(huì)引起閥門反彈，影響對(duì)流體介質(zhì)方向、流量、流速等參數(shù)的精確控制，而且還會(huì)降低電磁閥構(gòu)件的使用壽命，給落座沖擊的有效控制帶來了困難。另外，電磁閥保持開狀態(tài)或關(guān)狀態(tài)所需的保持力通常由持續(xù)通電的電磁鐵吸住銜鐵提供，產(chǎn)生嚴(yán)重的發(fā)熱問題，顯著增加了能耗，導(dǎo)致了電磁閥端部自保持性能不足的問題。

現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)電磁執(zhí)行器的端部自保持主要是以機(jī)械自保持加以實(shí)現(xiàn)，但是，機(jī)械自保持的方式使動(dòng)質(zhì)量增加，易使電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)開/關(guān)狀態(tài)切換時(shí)產(chǎn)生撞擊噪聲，且無法提升執(zhí)行器的啟動(dòng)力性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種基于永磁偏置的雙穩(wěn)態(tài)線性力電磁閥，采用永磁自保持的方式在兩端獲得穩(wěn)定狀態(tài)，即獲得對(duì)應(yīng)的開/關(guān)穩(wěn)定狀態(tài)，降低能耗，提升電磁執(zhí)行器在不同狀態(tài)間切換所需的啟動(dòng)力。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明基于永磁偏置的雙穩(wěn)態(tài)線性力電磁閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

在由上端蓋和下端蓋對(duì)接形成的殼體內(nèi)同軸設(shè)置各構(gòu)件，包括：中軸位置上的活塞桿、與活塞桿固連的電樞，設(shè)置在外圍的電磁線圈，以及夾持在上端蓋和下端蓋之間的磁環(huán)；

所述活塞桿，其上端依次穿過上對(duì)壓彈簧和上端蓋與外部活塞頭固定連接，其下端與電樞固定連接，使活塞桿能夠與電樞一同軸向運(yùn)動(dòng)，以此帶動(dòng)外部活塞頭進(jìn)行流體介質(zhì)的流動(dòng)控制；

所述電樞是由上對(duì)壓彈簧和下對(duì)壓彈簧沿軸向?qū)汗潭ǎ孟嗷?duì)壓的上對(duì)壓彈簧和下對(duì)壓彈簧約束電樞沿軸向運(yùn)動(dòng)，并為電樞沿軸向提供回復(fù)力和減振緩沖作用；

所述磁環(huán)是沿軸向磁化的一段環(huán)形永磁體，能夠與上端蓋、下端蓋以及電樞構(gòu)成閉合的永磁回路，為在電磁線圈斷電工況下，電樞保持在上端或下端提供永磁偏置磁通和線性端部自保持力；

所述上端蓋、下端蓋和電樞均采用具有高磁導(dǎo)率的低碳鋼材質(zhì)，其它部件采用非導(dǎo)磁材料或弱導(dǎo)磁材料。

本發(fā)明基于永磁偏置的雙穩(wěn)態(tài)線性力電磁閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：所述磁環(huán)的裝配結(jié)構(gòu)為：在所述上端蓋的底部?jī)?nèi)側(cè)壁上設(shè)置第一底部缺口，在所述下端蓋的底部?jī)?nèi)側(cè)壁上設(shè)置第二底部缺口，所述磁環(huán)嵌裝在由第一底部缺口和第二底部缺口共同形成的環(huán)槽內(nèi)。