本申请要求于2017年2月13日提交的印度专利申请号201711005086的优先权和权益，以及根据35u.s.c§119从其获得的所有权益，其内容以整体引用方式并入本文。
背景技术：
本文公开的主题涉及充气系统，并且更特定地涉及具有快速作用压力不平衡和平衡的柱塞型电磁阀的充气系统。
气动充气系统通常使用存储的高压气体源来对可充气元件充气。存储的高压气体源通常设计成通过打开常闭的充气阀而在指定时间内排放。一些气动充气系统，诸如在直升机救生筏和浮筒中使用的气动充气系统，利用充气阀，所述充气阀由具有爆炸材料的电启动器致动。这样的电启动器通常称为“电爆管”，并且每个电启动器通常包括具有线性滑动型阀元件的阀壳体和具有活塞密封组件的致动壳体。充气阀的入口连接到气瓶，并且流体压力在阀元件处起作用。电爆管启动器的通电导致致动器活塞在致动器壳体内移动，致动器壳体又启动阀元件的打开运动，以将高压气体从存储的气瓶排放到下游的可充气件。
作为救生系统的元件，如上所述的充气阀往往不包括或不需要任何返回强制元件。也就是说，在初始关闭位置中，例如充气阀的阀元件由装配在致动壳体内部的致动器活塞杆保持，但是一旦阀由启动器打开，打开位置便由作用在阀芯上的流体入口压力保持。这导致电爆管启动器具有某些缺点，诸如是单发装置，以及具有主阀可维护性问题和安全合规性问题。
技术实现要素：
根据本公开的一个方面，提供了一种阀组件，并且所述阀组件包括：阀壳体；致动器壳体，其耦接到阀壳体并且被配置成在致动时打开阀壳体中的常闭阀元件，由此允许加压流体流过阀壳体和电磁阀。所述电磁阀包括经平衡以保持在关闭位置的电枢-阀元件，以及电磁体。所述电磁体产生使电枢-阀元件移动到打开位置的磁通量，使得加压流体的至少一部分流入致动器壳体以致动所述致动器壳体。
根据另外的或替代实施方案，阀壳体包括常闭阀元件和主体，所述主体具有可与流体源连接的入口和可与可充气件连接的出口。所述主体限定连接流体源和常闭阀元件位于其中的可充气件的第一路径、接收致动器壳体柱塞的第二路径以及通过其供应加压流体的部分以流入致动器壳体的第三路径。
根据另外的或替代实施方案，电磁阀还包括电磁阀壳体，所述电磁阀壳体支撑电枢-阀元件和电磁体，并且限定中心孔和弹性元件以将电枢-阀元件偏置成保持在关闭位置。弹性元件的大小设定成由于通过磁通量施加到电枢-阀元件的电磁力而被供以过强的力。
根据另外的或替代实施方案，电枢-阀元件包括主体、在主体的第一端处的阀密封件以及在主体的第二端处响应由电磁体产生的磁通量的电枢。所述电枢包括中央滑动引导件和扁平盘，并且所述磁通量穿过第一和第二气隙以到达扁平盘并对其施加累加的电磁力。
根据本公开的另一方面，提供了一种电磁阀组件。所述电磁阀组件包括：阀壳体，流体源和可充气件连接到所述阀壳体；致动器壳体，其耦接到所述阀壳体并且被配置成在致动时打开阀壳体中的常闭阀元件，由此允许加压流体从流体源流到可充气件；以及电磁阀，其耦接到致动器壳体。电磁阀包括阀座、与流体源流体连通并且通常经压力平衡以相对于阀座保持在关闭位置的柱塞型电枢-阀元件、以及电磁体。电磁体产生使柱塞型电枢-阀元件相对于阀座移动到打开位置的磁通量，使得加压流体的至少一部分通过阀座流入致动器壳体中以致动致动器壳体。
根据另外的或替代实施方案，阀壳体包括常闭阀元件和主体，所述主体具有可与流体源连接的入口和可与可充气件连接的出口。所述主体限定连接流体源和常闭阀元件位于其中的可充气件的第一路径、接收致动器壳体柱塞的第二路径以及通过其供应加压流体的部分以流入致动器壳体的第三路径。
根据另外的或替代实施方案，电磁阀还包括电磁阀壳体，所述电磁阀壳体支撑阀座、柱塞型电枢-阀元件和电磁体并且限定第一中心孔和弹性元件以将柱塞型电枢-阀元件朝向阀座偏置。弹性元件的大小设定成由于通过磁通量施加到柱塞型电枢-阀元件的电磁力而被供以过强的力。
根据另外的或替代实施方案，电磁阀还包括电磁阀壳体，所述电磁阀壳体支撑阀座、柱塞型电枢-阀元件和电磁体，并且限定通过耦接到阀壳体的旁通管道贯穿的通孔。弹性元件将柱塞型电枢-阀元件朝向阀座偏置，并且其大小设计成由于通过磁通量施加到柱塞型电枢-阀元件的电磁力而被供以过强的力。
根据另外的或替代实施方案，电磁阀还包括o形环密封件和细孔过滤器，以允许流体泄漏并防止外部污染。
根据另外的或替代实施方案，阀座限定第二中心孔，加压流体通过第二中心孔流入致动器壳体。
根据另外的或替代实施方案，柱塞型电枢-阀元件包括：主体；阀密封件，其在主体的第一端处以与阀座形成密封，其中柱塞型电枢-阀元件处于关闭位置；以及电枢，其在主体的第二端处响应由电磁体产生的磁通量。所述电枢包括中央滑动引导件和扁平盘，并且所述磁通量穿过第一和第二气隙以到达扁平盘并对其施加累加的电磁力。
根据本公开的又一方面，提供了一种充气系统。充气系统包括：阀壳体；连接到阀壳体的入口的流体源；连接到阀壳体的出口的可充气件；致动器壳体，其耦接到阀壳体并且配置成在致动时打开阀壳体中的常闭阀元件，由此允许加压流体从入口处的流体源流到出口处的可充气件；以及电磁阀，其耦接到致动器壳体。电磁阀包括阀座、与流体源流体连通并且通常经压力平衡以相对于阀座保持在关闭位置的柱塞型电枢-阀元件、以及电磁体。电磁体产生使柱塞型电枢-阀元件相对于阀座移动到打开位置的磁通量，使得加压流体的至少一部分通过阀座流入致动器壳体中以致动致动器壳体。
根据另外的或替代实施方案，阀壳体包括常闭阀元件和主体，所述主体具有可与流体源连接的入口和可与可充气件连接的出口。所述主体限定连接流体源和常闭阀元件位于其中的可充气件的第一路径、接收致动器壳体柱塞的第二路径以及通过其供应加压流体的部分以流入致动器壳体的第三路径。
根据另外的或替代实施方案，流体源最初填充有加压流体。
根据另外的或替代实施方案，可充气件包括可充气囊。
根据另外的或替代实施方案，电磁阀还包括电磁阀壳体，所述电磁阀壳体支撑阀座、柱塞型电枢-阀元件和电磁体并且限定第一中心孔和弹性元件以将柱塞型电枢-阀元件朝向阀座偏置。弹性元件的大小设定成由于通过磁通量施加到电枢-阀元件的电磁力而被供以过强的力。
根据另外的或替代实施方案，电磁阀还包括电磁阀壳体，所述电磁阀壳体支撑阀座、柱塞型电枢-阀元件和电磁体，并且限定通过耦接到阀壳体的旁通管道贯穿的通孔。弹性元件将柱塞型电枢-阀元件朝向阀座偏置，并且其大小设计成由于通过磁通量施加到柱塞型电枢-阀元件的电磁力而被供以过强的力。
根据另外的或替代实施方案，电磁阀还包括o形环密封件和细孔过滤器，以允许o形环密封件泄漏流体的压力平衡和排放并且防止外部污染。
根据另外的或替代实施方案，阀座限定第二中心孔，加压流体通过第二中心孔流入致动器壳体。
根据另外的或替代实施方案，柱塞型电枢-阀元件包括：主体；阀密封件，其在主体的第一端处以与阀座形成密封，其中柱塞型电枢-阀元件处于关闭位置；以及电枢，其在主体的第二端处响应由电磁体产生的磁通量。所述电枢包括中央滑动引导件和扁平盘，并且所述磁通量穿过第一和第二气隙以到达扁平盘并对其施加累加的电磁力。
根据另外的或替代实施方案，控制器控制何时向电磁体供应电流，并且被配置成一旦致动器壳体被致动便停止向电磁体供应电流。
这些和其他优点和特征将从以下结合附图进行的描述中变得更加显而易见。
附图说明
在本说明书结论处的权利要求书中具体指出并明确要求保护被视作本公开的主题。通过以下结合附图而进行的具体实施方式，可以清楚了解本公开的上述和其他特征以及优点，在附图中：
图1是根据实施方案的充气系统的示意图；
图2是根据实施方案的具有处于关闭位置的盘型电枢以在充气系统中使用的电磁阀的侧视图；
图3是图2的电磁阀的包围部分的放大图，其用于示出电磁体的壳体；以及
图4是具有图2的处于打开位置的盘型电枢的电磁阀的侧视图；
图5是根据替代实施方案的具有处于打开位置的柱塞型电枢以在充气系统中使用的压力平衡电磁阀的放大侧视图；
图6是根据替代实施方案的具有处于打开位置的导向型电枢以在充气系统中使用的压力平衡电磁阀的放大侧视图；
图7是图6的导向型电枢的轴向视图；以及
图8是示出根据实施方案的操作充气系统的方法的流程图。
具体实施方式参考附图通过举例方式来解释本公开的实施方案以及优点和特征。
具体实施方式
如下文将描述，提供了一种快速作用和非爆炸性启动器，并且所述启动器可以被改装到充气系统中作为电爆管启动器的替代。快速作用和非爆炸性电启动器可重复使用，并提供一致可靠的性能以促进充气单元的维护。快速作用和非爆炸性电启动器包括快速作用和常闭的气动柱塞型或导向型电磁阀，其从充气阀的入口接收高压工作流体，并采用电动气动作用在电控制下允许气动加压流体进入充气阀的致动器腔。接口元件是快速作用螺线管，其具有拥有两个工作气隙的扁平电枢或拥有单个工作气隙的电枢轴，两者均被设计为满足充气阀的致动时间。
参考图1-4，提供了充气系统10。充气系统10包括具有入口21和出口22的阀壳体20、连接到入口21的流体源30、连接到出口22的可充气元件40、致动器壳体50和电磁阀60。充气系统10还可以包括控制器70和用户致动的装置80，两者将在下文进行更详细描述。致动器壳体50耦接到阀壳体20的与入口21相对的一端，并且被配置成在致动时打开或导致打开位于阀壳体20中的常闭阀元件23，由此允许加压流体从入口21处的流体源30流到出口22处的可充气元件40。
流体源30可以被提供为流体罐301并且最初填充有加压流体。可充气元件40可以被提供为可充气囊401或气囊。因此，如图1所示，随着加压流体从流体源30移动到可充气元件40，流体源30中的加压流体的体积减小，而可充气元件40中的加压流体的体积增加。根据替代实施方案，应当理解，至少流体源30的体积可以在整个充气事件中保持不变或基本上不变。也就是说，在一些情况下，随着加压流体从流体源30移动到可充气元件40，流体源30中的加压流体的体积保持恒定，而其内部的压力降低并且可充气元件40中的加压流体的体积增加。
电磁阀60耦接到致动器壳体50并且包括阀座61；电枢-阀元件62，其例如可以提供为柱塞型电枢-阀元件62’（在图2-5中示出）或者提供为导向型电枢-阀元件62’’（在图6和图7中示出）；以及电磁体63。出于清楚和简洁的目的，应当理解，如本文所使用，术语“电枢-阀元件62”既指柱塞型电枢-阀元件62’又指导向型电枢-阀元件62’’，而柱塞型实施方案的描述将包括62’标识符，并且导向型实施方案的描述将包括62’’标识符。
电枢-阀元件62通过旁通管道64与流体源30流体连通，所述旁通管道在其第一端处间接耦接到流体源30并且在其第二端处间接耦接到电磁阀60，并且通常经压力平衡以相对于阀座61保持在关闭位置。电磁体63可以被供应电流。在电磁体63被供应电流的这些情况下，电磁体63产生与电枢-阀元件62相互作用的磁通量，并且因此使电枢-阀元件62相对于阀座61移动到打开位置。这转而允许加压流体的至少一部分通过阀座61流入致动器壳体60，由此致动致动器壳体50以打开或导致打开常闭阀元件23。
阀壳体20包括常闭阀元件23和主体24。主体24是细长的并且沿着纵向轴线a1（参见图1）延伸，其中入口21在一端并且致动器壳体50耦接到另一端。主体24形成为限定第一路径25、第二路径26和第三路径27。第一路径25沿着纵向轴线a1延伸并具有与阀壳体20几乎一样长的长度。因此，在出口22和可充气元件40位于阀壳体20的端部之间的中间点的情况下，第一路径25将入口21和流体源30与出口22和可充气元件40流体连接。常闭阀元件23可以被提供为包括柱塞或子弹形柱塞的各种形状，并且可以位于第一路径25内。
在初始时间，常闭阀元件23定位成至少阻挡加压流体从入口21和流体源30流到出口22和可充气元件40。然而，一旦致动器壳体50被致动，常闭阀元件23便沿着第一路径25移动，以允许加压流体从入口21和流体源30流到出口22和可充气元件40。第二路径26与第一路径25连通并且接收致动器壳体柱塞51的端部510。在初始时间，致动器壳体柱塞51的端部510阻挡常闭阀元件23沿着第一路径25移动，但是当致动器壳体50被致动时，致动器壳体柱塞51被移动，使得端部510沿着第二路径26从第一路径25撤回，以允许常闭阀元件23沿着第一路径25移动。第三路径27被限定从第一路径25穿过主体24并且通向旁通管道64。因此，第三路径27使加压流体的部分供应给电磁阀60，以最终流入致动器壳体50。
致动器壳体50包括致动器壳体柱塞51和致动器壳体柱塞主体52。致动器壳体柱塞主体52是细长的并且沿着纵向轴线a2（参见图1）延伸。纵向轴线a2可以相对于纵向轴线a1横向定向，并且在一些情况下可以相对于纵向轴线a1垂直。致动器壳体柱塞主体52具有第一端和第二端，所述第一端耦接到阀壳体20并且形成为限定致动器壳体柱塞51延伸穿过的孔520，而所述第二端与所述第一端相对。在第一端和第二端之间的中间点，致动器壳体50形成为限定致动器壳体柱塞51延伸穿过的内部区域53、加压流体从电磁阀60流过其中并流入致动器壳体50的开口54以及排放口55。内部区域53由致动器壳体柱塞51的侧翼密封，所述侧翼配备有与致动器壳体50的内侧壁啮合的o形环密封件，使得通过开口54流入致动器壳体50的加压流体导致致动器壳体柱塞51向下移动，并且导致端部510从第一路径25撤回。排放口55允许加压流体从内部区域53排出到大气中。
电磁阀60还包括电磁阀壳体65和弹性元件66。电磁阀壳体65支撑阀座61、电枢-阀元件62和电磁体63。电磁阀壳体65包括沿着纵向轴线a3（参见图1）延伸的电磁阀壳体主体650。纵向轴线a3可以相对于纵向轴线a2横向定向或与该纵向轴线垂直定向。
电磁阀壳体主体650具有外壳和芯部。外壳在开口54处耦接到致动器壳体50并且可以与阀座61成一体。芯部位于外壳内。在电磁阀壳体主体650靠近致动器壳体50的一端处，外壳和芯部共同限定内部区域67。内部区域67与第一中心孔68以及在一些情况下与第二中心孔69流体连通。第一中心孔68被限定穿过芯部并通向旁通管道64的第二端（在图2-4中示出）。第二中心孔69被限定穿过阀座61。当柱塞型电枢-阀元件62’相对于阀座61移动到打开位置时，内部区域67与第二中心孔69流体连通，使得加压流体可以从内部区域67流过第二中心孔69并进入致动器壳体50。弹性元件66可以被提供为压缩弹簧或扭转弹簧并且被配置和设置成将柱塞型电枢-阀元件62’朝向阀座61偏置。为此，弹性元件66的大小被设计成使得当电流被供应到所述弹性元件时，其偏置效应由于通过由电磁体63产生的磁通量施加到柱塞型电枢-阀元件62’的电磁力而过强。
如图3所示，柱塞型电枢-阀元件62’包括pl主体620、阀密封件621（参见图2）和电枢622。阀密封件621设置在pl主体620的第一端处，并且配置成与阀座61形成密封，其中柱塞型电枢-阀元件62’提供在关闭位置。电枢622以电磁方式响应由电磁体63产生的磁通量，并设置在pl主体620的与第一端相对的第二端处。电枢622包括可以与电枢622一体的中央滑动引导件623（参见图2）以及扁平盘624。特定地说，扁平盘624以电磁方式响应由电磁体63产生的磁通量，并且设置成当柱塞型电枢-阀元件62’设置在关闭位置时与电磁阀壳体主体650一起限定第一和第二气隙g1和g2。相反，当柱塞型电枢-阀元件62’设置在打开位置时，扁平盘624邻接电磁阀壳体主体650的芯部。中央滑动引导件623延伸到电磁阀壳体主体650的芯部中限定的孔中并与所述孔的侧壁形成密封。电磁阀壳体主体620也形成为限定通孔625，所述通孔延伸穿过中央滑动引导件623和电枢622，使得第一中心孔68与内部区域67流体连通，甚或柱塞型电枢-阀元件62’移动到打开位置时也是如此，由此扁平盘624邻接电磁阀壳体主体650的芯部。
电磁阀壳体主体650的芯部包括设置在电磁体63和电枢622的扁平盘624之间的非磁性材料元件651。由电磁体63产生的磁通量因此被引导通过非磁性材料元件651，使得其穿过第一和第二气隙g1和g2到达扁平盘624，并且因此向扁平盘施加累加的电磁力。
根据替代实施方案并参考图5，电磁阀壳体主体650可以形成为限定旁通管道64贯穿的通孔6501，以允许内部区域67与旁通管道64流体连通。在这类情况下，pl主体620不限定通孔。因此，当柱塞型电枢-阀元件62’移动到打开位置，由此扁平盘624邻接电磁阀壳体主体650的芯部时，流过旁通管道64的全部流体流入内部区域67中，并且然后经由第二中心孔69从内部区域67流入致动器壳体50。
图5的实施方案的压力平衡通过作为压力平衡密封件操作的o形环密封件6502来实现。o形环密封件6502减小柱塞型电枢-阀元件62’必须工作的净流体压力。通过o形环密封件6502的泄漏通过细孔过滤器6503和排放孔6504排出。细孔过滤器6503用于防止外部污染物进入内部区域67。
参考图6和图7，导向型电枢-阀元件62’’包括pi主体501、阀密封件502、可密封地延伸穿过阀壳体60的中央芯部部分504的电枢轴503以及电枢轴503的远端所耦接的活塞头505。阀密封件502设置在pi主体501的第一端部处，并且配置成与阀座61形成密封，其中导向型电枢-阀元件62’’提供在关闭位置。电枢轴503以电磁方式响应由电磁体63产生的磁通量，并设置成从pi主体501的与第一端相对的第二端延伸出来。在导向型电枢-阀元件62’’提供在关闭位置的情况下，活塞头505远离电枢轴503的一侧与电磁阀壳体主体650形成单个气隙g3。当如图6所示导向型电枢-阀元件62’’提供在打开位置时，此单个气隙g3的体积大幅减小。
如图7所示，pi主体501被形成为限定通道5010，所述通道与旁通管道64连通，所述旁通管道经由形成于其中的通孔6501贯穿电磁阀壳体主体650。活塞头505锚固到弹性元件66。
当电磁体63未被供应电流时，导向型电枢-阀元件62’’被弹性元件66偏置而保持在关闭位置。然而，当电磁体63被供应电流时，由电磁体63产生的磁通量迫使电枢轴503将导向型电枢-阀元件62’’移动到与由弹性元件66施加的偏置相反的打开位置。在此打开位置中，活塞头505与电磁阀壳体主体650之间的单个气隙g3的体积大幅减小，并且由旁通管道64供应的加压流体的部分接收在通道5010中，允许沿着pi主体501的纵向轴线流过通道5010并且流向开口54。
图6的实施方案的压力平衡通过o形环密封件6502实现，其再次作为压力平衡密封件操作。o形环密封件6502减小导向型电枢-阀元件62’’必须工作的净流体压力。通过o形环密封件6502的泄漏通过细孔过滤器6503和排放孔6504排出。细孔过滤器6503用于防止外部污染物进入内部区域67。
返回参考图1，充气系统10还可以包括控制器70以及在一些情况下包括上述用户致动的装置80。控制器70可以配置成控制何时向电磁体63供应电流，并且一旦致动器壳体50被致动便停止向电磁体63供应电流。也就是说，控制器70可以可操作地耦接到用户致动的装置80，例如，所述用户致动的装置可以被提供为按钮，使得当用户致动的装置80被用户致动时，控制器70允许电流被供应到电磁体63。这将具有以下效应，即以电磁方式迫使电枢-阀元件62远离阀密封件61，与由弹性元件66提供的偏置相反，使得加压流体的部分可以从入口21流动并且通过第三路径27到旁通管道64，从旁通管道64通过阀壳体20和开口54到致动器壳体50的内部区域53。内部区域53中的加压流体然后将导致致动器壳体柱塞51向下移动（即，致动器壳体50将被致动），使得常闭阀元件23可以沿着第一路径25移动以允许加压流体从入口21和流体源30流到出口22和可充气元件40。一旦致动器壳体柱塞51移动，控制器70便停止向电磁体63供应电流，使得弹性元件66可以再次使电枢-阀元件62相对于阀座61移动到关闭位置。
参考图8，提供了一种操作上述充气系统10的方法。如图8所示，所述方法包括识别充气系统10被用户激活或致动（方框801）以及将电流供应给电磁体63（方框802）。如上所述，这将具有以下效应，即以电磁方式迫使电枢-阀元件62远离阀密封件61，与由弹性元件66提供的偏置相反，使得加压流体的部分可以从入口21流动并且通过第三路径27到旁通管道64，从旁通管道64通过阀壳体20和开口54到致动器壳体50的内部区域53。内部区域53中的加压流体然后将导致致动器壳体柱塞51向下移动（即，致动器壳体50将被致动），使得常闭阀元件23可以沿着第一路径25移动以允许加压流体从入口21和流体源30流到出口22和可充气元件40。一旦致动器壳体柱塞51移动，所述方法还包括停止向电磁体63供应电流，使得弹性元件66可以再次使电枢-阀元件62相对于阀座61移动到关闭位置（方框803）。
根据实施方案，因为电磁阀60由于其构造而能够重复使用，所以所述方法还可以包括更换流体源30和可充气元件40（方框804），以及然后重新使用带有新部件的电磁阀60（方框805）。另选地，所述方法可以包括从致动器壳体50拆卸电磁阀60（方框806）；将电磁阀60连接到另一个充气系统10的致动器壳体50（方框807）；以及然后重新使用带有新的充气系统10的电磁阀60（方框808）。
虽然仅结合有限数量的实施方案详细地提供了本公开，但应当易于理解，本公开不限于这些所公开的实施方案。相反，可以对本公开进行修改以并入之前未描述但与本公开的精神和范围相符的任何数量的变型、变更、替代或同等布置。另外，尽管已经描述了本公开的各种实施方案，但应当理解，示例性实施方案可以仅包括所述示例性方面中的一些。因此，本公开不应被视为受到前述描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。