专利名称：电磁阀控制的自关闭水龙头的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有闭锁式阀的水龙头，特别是涉及那种由螺线管(solenoid)电激励的自关闭阀。
作为这种机械式自动关闭水龙头的另一种可选择的方案，电控制的电磁阀式水龙头业已被提出。然而，传统的电磁阀只有当电流施加在螺线管致动器的电磁线圈上时电磁阀才保持打开。当电流断开时，弹簧迫使螺线管关闭该阀。因此，电磁阀使用的电流量较大，这使得传统的电磁阀使用电池供电变得不切实际。因此，由于电源一般是采用建筑物的电线供电，这就要求在洗盆下面有电出口并在电路出现故障时保护使用者不触电。
本发明的另一个目的是提供这样一种水龙头，能够采用电池供电，在电池更换之前使用相当长一段时间。
本发明的再一个目的是提供一种具有闭锁式(latching)电磁阀的自关闭的自动化水龙头。
本发明的还一个目的是提供一种标准阀，以方便在制造中和其后的失效组件的更换期间部件的装配。
本发明的这些和其他目的是用一种自关闭水龙头实现的，这种水龙头有一个带有主要部分的空心体，主要部分有一个向上的开口，该水龙头还具有一个从主要部分伸出的套管。在空心体内装有一个作为一个整体单元的管道组件，管道组件包括一个电磁阀、一个进水管和一个送水管。该进水管与电磁阀相连并延伸穿过空心体底部的一个开口。该送水管有一个连接于电磁阀的第一端，并且送水管延伸穿过空心体的壳体套管，在邻近壳体套管远端开口处有第二端。致动器部件在上部开口处连接于壳体并包括一个用于控制施加给电磁阀电流的计时电路。一个由用户可操作的机构触发而起动该计时电路的开关。
由于被起动的计时电路激活该电磁阀，水从进水管经送水管送至水龙头的出口。经过一预定的时间段之后，计时电路计时超出，电磁阀关闭。
本发明的详细说明首先参考
图1，水龙头10有一个空心体12，空心体12有一个向上伸出并远离空心体的主要部分13的套管14。空心体有一个适合于安装在洗盆的表面或邻近洗盆的台面顶部的基板16。空心体12的上部有一个圆柱形的开口15，它用来安装具有可移动顶帽20的致动器部件18，可移动顶帽20用螺钉17可滑动地固定在一个相应的地方，螺钉17拧入致动器部件芯21的槽19内。
致动器部件18包含电池22，电池22用盖38固定在一对电接触件24和26上，盖38通过一个螺钉39固定在部件体21上。可移动顶帽20和盖38很容易被移开以便更换电池，而不须切断水龙头10和水源的连接，也不须接近安装水龙头的10的表面之下的部件。位于空心体12内的印刷电路板28经安装在其上的接触件24接收来自电池的电流。一个壳体49封闭该印刷电路板28保护它不受潮气的损坏，将壳体固定在相应的地方的螺钉53也将致动器部件固定在水龙头的空心体12上。
印刷电路板28包含一个计时电路29和一个用来起动计时电路的开关32。开关推杆34向下伸展从顶帽20的内表面的紧下面经过致动器部件到印刷电路板28上的开关32。弹簧36也有使顶帽20偏离盖38并与开关推杆34脱离接触。
计时电路29的电输出驱动水龙头壳体12内的电磁阀30。电磁阀30与向下伸展经过水龙头10的基板16的进水管40连接。进水管40的远端的管接头33包含一个过滤器(未示)，它吸住可能堵塞电磁阀30的孔的颗粒。送水管42从电磁阀30上伸出经套管14到出口管接头41，出口管接头41上螺纹连接一个通气装置44。从图2看出，电磁阀30、进水管40、送水管42和出口管接头41构成一个整体管道组件45，它嵌在水龙头10的空心壳体12内，如图1所示。水只流经管道组件45而不进入水龙头10的空心壳体12。
管道组件45是预先制造好并作为一个单元经水龙头10的空心壳体12的开口底部插入空心壳体12。在插入过程中，将送水管42向上推入套管14，直到组件的出口管接头41对准套管14远端下侧的开口47。然后将通气装置44经套管的开口47拧在出口管接头上。将电磁阀30向上推，直到一个平的斜表面43紧靠密封印刷电路板28的壳体49。由于进水管40向下伸出穿过基板16，将基板16横过空心体12的底部开口而固定，也就将管道组件45固定在相应的地方。为了修理或更换，拆开管道组件45的过程与此相反。
正如将要详细描述的，顶帽20被使用者向下推以起动水龙头10。致动器顶帽20的移动向下压推杆34闭合开关32并起动印刷板28上的计时电路29。当计时电路29是激活状态时，电磁阀30处于允许水从进水管流经通气装置44的打开状态。
参考图3，电磁阀30包括一个闭锁式螺线管(电磁)致动器50，它有一个外壳51，外壳51包围电磁线圈52，电磁线圈52缠绕在非磁性材料(如塑料)的绕线轴54上。外壳51由钢或其他透磁材料制成。绕线轴54有一个中心伸展的通孔，其内有一个圆柱形的金属磁通量集中器58，其上有一个“O”形圈60。磁通量集中器58被电磁线圈52所环绕。一块永磁体62紧靠磁通量集中器58的一端并邻近孔56的外端。磁通量集中器58和“O”形圈60密封绕线轴54的孔，这样，阀的下部的水不能到达磁体62。因此，可以利用稀土磁体，相对其尺寸其产生较大的磁力。磁极片64被拧入螺线管外壳51的整体化接头66并将磁体62紧靠磁通量集中器58固定在绕线轴孔内。极片64在装配过程中可以轴向调节以补偿相关零件的制造公差。
不锈钢柱塞(plunger)68可滑动地位于绕线轴孔56内，相对于永磁体62，在磁通量集中器58的另一端，并用弹簧70使之偏离磁通量集中器58。柱塞68的远端有一个凹槽，弹性密封垫圈可以咬合其内。柱塞68的远端从绕线轴54的内端向外伸出。
绕线轴54的内端有向外伸展的法兰74，它有一个环形凹槽76环绕着绕线轴孔56的开口。由透磁材料，如不锈钢，做成的端盖80的圆柱形凸缘78位于环形凹槽76内并且用第二“O”形环82所密封。壳体51的开口端环绕端盖80的边缘被卷边，这完成了对螺线管(电磁)致动器50的包围。圆柱形凸缘78的通孔的直径稍大于由此孔伸出的柱塞68的外径，因此形成一个磁通量间隙69。这导致柱塞68可以轴向移动而不与端盖80接触。端盖80有从相对端向外伸展的第二较大直径管状凸出84。
极片64、外壳体51、端盖80、柱塞68和磁通量集中器58为永磁体62和由线圈52构成的电磁铁建立了一个磁通量路径。这个磁通量路径在柱塞68和端盖80之间有一个固定的磁通量间隙96，而在磁通量集中器58和柱塞68之间有一个可变的磁通量间隙67。可变磁通量间隙67的大小随着柱塞在孔56内的移动而变化，正如下面将要说明的。
由刚性非磁材料，如塑料，制成的插头状阀盖座(cage)86有一个封闭端位于端帽第二凸出84的开口内并在其之间形成一个空腔85。这个空腔85部分地由阀盖座86内凹槽90所限定，它容纳柱塞68的远端。凹槽90的内径与柱塞68的外径密切配合以引导柱塞的轴向移动而保持柱塞的外表面与透磁端盖84的间隙。第三个“O”形圈88使阀盖座86和端盖80之间密封。泄漏孔87提供一个从空腔85经阀盖座86的流体通道。阀盖座86有一个引导管92，它向下伸出超过端盖80的开口凸缘94。穿过引导管92的孔96有一个面向柱塞68的向上收的锥面孔，由此提供一个引导阀座98。当电磁阀30处于关闭状态时柱塞密封件72接合(engage)这个引导阀座98，正如下面将要描述的。
由弹性材料，如橡胶，做成的膜片100横向伸展穿过阀盖座86的开口凸缘94并被固定在相应的地方，在膜片与罩之间形成一个引导室115。膜片100的周边被压在阀盖座86和阀体102之间，阀体拧在端盖84上。膜片100有一个中心通孔104，端盖的引导管92紧紧地固定在中心孔内。膜片100的中心部分106位于阀体102内的入口114，并有一个泄漏通孔107。闭锁式电磁阀30处于关闭状态时，膜片100的中心部分106紧靠主阀座108，该主阀座108是从入口114到送水管42环绕出口110的开口形成的。入口114的水压经过泄漏通孔107传递，以致于膜片100后面的空腔85的水压大于出口110的水压，因此保持阀座108的进口和出口之间的缝隙关闭。
电磁阀30处于关闭状态时，柱塞68被弹簧70的力和存在的任何气动力或液压力保持紧靠在引导管92的开口处的引导阀座98上，因此柱塞密封件72关闭那个开口。将柱塞68拉向永磁体62而施加的轴向磁力取决于磁通量集中器58和柱塞之间的可变磁通量间隙67的长度，以及磁通量间隙中的磁通量密度。磁通量间隙越长或磁通量密度越小，则磁力越小。柱塞68、磁通量集中器58和永磁体62的设计，当磁通量间隙长度增加时，使间隙的磁通量密度下降很快。在柱塞68的闭合位置，可变磁通量间隙67足够大，以使永磁体62施加的轴向磁力最小，不能克服弹簧力。这样，在没有电流流经线圈52时，柱塞在闭合位置闭锁。
基本上不变的磁通量间隙69存在于柱塞68和端盖80之间的磁通道中。这个间隙中的磁通量在柱塞上产生一个径向力，它引起一个不希望的摩擦力，这个摩擦力阻碍柱塞68的轴向运动。本结构采用将柱塞68的邻近端支撑在塑料阀盖座86上来减小摩擦力的影响。这个支撑将柱塞保持在接近磁通量间隙69中心，这使径向力减小并且产生一个柱塞沿其滑动的低磨擦、低磨损表面。用塑料绕线轴54和塑料盖座86支撑柱塞，不变的磁通量间隙69可以做得比较小，这将改善闭锁螺线管(电磁)致动器50的效率。
当使用者压致动器部件18的顶帽20，计时电路29被起动并给电磁线圈52施加一个短暂的电流脉冲。这个脉冲的持续时间(例如0.025秒)刚好长到使线圈52产生一个与永磁体62同极性的附加磁场，它进一步将柱塞68拉向绕线轴孔56，并拉离在引导管的开口处的引导阀座98，如图3所示。电流脉冲足够强，以致柱塞68碰到磁通量集中器58，因此消除了磁通路径的磁通量间隙67，这样减小了来自永磁体62的力。永磁体自身的力足够大，能克服弹簧70的力并且将柱塞保持在离开引导管92的开口的位置。换句话说，来自永磁体62的力这时大于弹簧力。因此，在计时电路的电脉冲末了，柱塞被永磁体62闭锁在打开状态，在这一时刻，线圈52产生的磁场消失。
柱塞行程的距离保持相当短，使得在两极端位置之间移动柱塞需要的能量最小。柱塞的行程用将极片64移出或移进线圈轴孔56来调节。
当柱塞68远离引导阀座98时，盖座的空腔85打开通向引导通道96，引导通道96与送水管42连通。这经泄漏孔87释放了膜片100后面的空腔85和引导室115的压力。由于这压力被释放，入口114内的压力迫使膜片100远离主阀座108，同时打开进水管40和送水管42之间的通道。这使水流经阀并流出通气装置44。
当阀打开的时间(例如，3-11秒)已过，计时电路29自动地发出与第一个电流脉冲方向相反的另一个电流脉冲通过电磁线圈52，从而产生一个与永磁体62极性相反的电磁场。当电磁阀打开时，使用者以压顶帽20来控制开关时，计时电路29也产生那样的脉冲。这个脉冲产生一个电磁场，该电磁场基本上抵消永磁体的力，使弹簧迫使柱塞68移出绕线轴54并靠在阀盖座86上，同时关闭引导通道96。这个移动也增加了磁通量集中器58和柱塞68之间的可变磁通量间隙67，所以在电脉冲的末了，当电磁场消失时，永磁体的力减小到小于弹簧力。结果，弹簧70保持柱塞在闭合状态。
由于柱塞68在引导管96的开口处顶靠着引导阀座98而被密封，膜片100后面的引导室115的压力变得大于出口110的压力。由于压力差的结果，膜片100被迫靠在主阀座108上，因此关闭了进口40和流水管42之间的通道。膜片100被保持在这个位置直到柱塞68再一次离开引导阀座98而使压力相等。由于柱塞68接触刚性阀盖座86以关闭引导通道，它不直接给膜片100施加力。这使膜片柔和地平稳地运行。
电磁阀30用计时电路29保持打开状态的时间长短是用户可变的。每当电池22被取出和更换时，计时电路被重置并进入一个程序模式。在这个模式中，用户将顶帽20按下一段所希望的时间，这段时间里水龙头保持打开状态。当用户松开顶帽时，计时电路29储存一个时间量的量度，此后将此量度作为保持电磁阀打开状态的时间。
权利要求
1.一种自关闭水龙头，包括一个空心体，它有一个带有向上开口的主要部分，和从主要部分伸出的套管，该套管在其远端有一个开口；一个管道组件，包括一个电磁阀，一个连接于该电磁阀并伸出空心体的底部的进水管，和一个送水管，送水管有连接于所述电磁阀的第一端和邻近套管远端开口的第二端；一个在其向上开口处连接于壳体的致动器部件，包括用来施加电流连接于电磁阀的计时电路，一个用来起动计时电路的开关和一个用来控制该开关的用户操作机构。
2.如权利要求1所述的自关闭水龙头，还包括一个连接于送水管第二端并从套管远端开口处伸出的通气装置。
3.如权利要求1所述的自关闭水龙头，其中用户操作机构包括一个盖住致动器部件的端帽，并且端帽与一个将移动传递给开关的连杆相连。
4.如权利要求3所述的自关闭水龙头，其中致动器部件还包括一个将端帽偏离空心体的弹簧。
5.如权利要求1所述的自关闭水龙头，其中致动器部件还包括一个给计时电路供电的电池。
6.如权利要求5所述的自关闭水龙头，其中用户操作机构包括一个端帽，该端帽盖住致动器部件并与一个将移动传递给开关的连杆相连；该端帽可拆，以得到一个进出口来更换电池。
7.如权利要求1所述的自关闭水龙头，其中管道组件作为一个单元可以从空心体中拆开，以便维修更换。
8.如权利要求1所述的自关闭水龙头，其中空心体还有一个底部开口，用来将管道组件插入空心体内。
9.如权利要求1所述的自关闭水龙头，还包括一块横贯空心体底部开口的板。
10.如权利要求1所述的自关闭水龙头，其中电磁阀包括一个磁性材料做的壳体，它有一个开口端和一个具有螺纹孔的封闭端；一个拧入该螺纹孔的极片；位于壳体内并有一个孔的由非磁性材料做的绕线轴；绕在绕线轴上的电磁铁线圈，当电流流过它时产生一个磁场；一块位于绕线轴孔内并紧靠极片的永磁体；一个由透磁材料做成的磁通量集中器，紧靠永磁体位于绕线轴孔内；一个由磁性材料做成的柱塞，可滑动地位于绕线轴孔内，并从绕线轴孔内向外伸出；一个将柱塞偏离磁通量集中器的弹簧；一个由磁性材料做成的端盖，它与壳体连接并封闭壳体的开口端，该端盖有一个通孔，柱塞无接触地伸出该端盖；一个由刚性非磁性材料做成并与端盖相连接的阀盖座，它有相互相对的第一侧和第二侧，第一侧有一个凹槽，该凹槽容纳并支撑柱塞，该阀盖座包括一个引导管，引导管与凹槽相通的一端有一个引导阀座，引导管还有第二端，该盖座还包括一个伸展于凹槽与第二端之间的泄漏孔；一个与壳体相连的阀体，阀体包括一个进水口和一个出水口，出水口通过一个开口与进水口相通，其中基础阀座绕开口伸展；和一个与阀盖座的第二侧相邻的弹性膜片，相互之间构成一个引导室，根据引导室的压力选择性地与基本阀座相接触，以关闭出水口与进水口之间的通道，弹性膜片有一个引导孔，引导管位于其内，其中引导管的第二端与出水口相通。
全文摘要
一种自关闭水龙头(10),包括一个带有套管(14)的空心体(12)。空心体内有一个整体式的管道组件(45),该管道组件有一个由进水管(40)供水的电磁阀(30),并与伸展经过套管(14)到达该套管远端的出水口的送水管(42)相连。一个连接于壳体的致动器部件(18)包括一个计时电路(29),该计时电路控制电磁阀从水龙头在预定时间内送水。一个被水龙头上的用户操作机构触发时用来起动计时电路(29)的开关(32)。
文档编号E03C1/05GK1281523SQ98811923
公开日2001年1月24日 申请日期1998年10月26日 优先权日1997年10月27日
发明者安东·J·科拉, 杰弗里·希尔德布兰德 申请人:科勒公司