本发明专利涉及的是电磁阀应用领域，具体是一种大行程衔铁密封型双稳态电磁阀设计。
背景技术
随着中国经济的高速发展，电磁阀作为自动化仪表的一种执行器，近年来用量急剧上升，被广泛用于机械、石油化工、电力及国防科研等各领域行业。目前，市场上大多采用液压式阀门控制，行程短，单稳态保持，功耗高，需要一直通电，不节能。
针对以上存在的问题，提供一种永磁式双稳态电磁阀，增大行程及输出力，采用正反向脉冲驱动，管道简单，成本低，体积小，可拓展性强，成为现在市场的极大需求。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提出一种大行程衔铁密封型节能电磁阀，具体而言，本发明提供了以下的技术方案：
一种大行程衔铁密封型节能电磁阀，所述电磁阀包括衔铁(a1)，一个或多个永磁体(a2)，套筒(a3)，外壳(a4)，上轭铁(a5)，静铁芯(a6)，线圈一(a7)，线圈二(a8)，线圈骨架(a9)，导磁环(a10)；
其中所述永磁体(a2)为扇形结构，永磁体(a2)位于线圈骨架(a9)的中间层，套筒(a3)的底面与静铁芯(a6)的上平面接触，在静铁芯(a6)与套筒(a3)的外部安装导磁环(a10)，
所述衔铁(a1)为可动部件，密封在套筒(a3)内；
优选地，所述衔铁(a1)、外壳(a4)、上轭铁(a5)、静铁芯(a6)、导磁环(a10)为导磁材料，套筒(a3)与线圈骨架(a9)为非导磁材料。
优选地，所述衔铁(a1)为直动式结构，其上端面采用锥面结构，增大正对面积，减小磁间隙，下端面为平面。
优选地，所述静铁芯(a6)的外形结构为圆柱形，固定在外壳(a4)上。
优选地，所述套筒(a3)为壁厚一定、底端封闭的圆筒形。
优选地，所述导磁环(a10)采用圆筒结构，安装在线圈骨架(a9)与静铁芯(a6)、外壳(a4)之间。
优选地，所述永磁体(a2)采用扇形结构，充磁方向为径向充磁，所述线圈骨架(a9)的中间层为线圈骨架(a9)的中间偏上位置。永磁体为衔铁(a1)提供保持力。
优选地，在所述永磁体(a2)的上部和下部的线圈骨架(a9)上分别缠绕线圈一(a7)和线圈二(a8)，线圈一(a7)和线圈二(a8)采用串联方式。
优选地，所述衔铁(a1)下端闭合，处于释放位置，衔铁(a1)的下端面及侧面与静铁芯(a6)上端面及导磁环(a10)上半部超出静铁芯(a6)部分的内侧面形成工作气隙1；
线圈一(a7)、线圈二(a8)缠绕在线圈骨架(a9)上，衔铁(a1)的锥面与上轭铁(a5)上极面形成工作气隙2；
永磁体(a2)内侧面与衔铁(a1)外侧面形成非工作气隙3。
更为优选地，在所述电磁阀中，线圈一(a7)、线圈二(a8)不加电流的永磁磁路磁通具有两条闭合磁路，磁路1：永磁体的n极——非工作气隙3——衔铁(a1)的下半部——工作气隙1——静铁芯(a6)与导磁环(a10)——外壳(a4)底部——外壳(a4)的下半部——永磁体的s极；磁路2：永磁体的n极——非工作气隙3——衔铁(a1)的上半部——工作气隙2——上轭铁(a5)——外壳(a4)上半部——永磁体的s极。
优选地，衔铁(a1)在下端闭合，处于释放位置时，当线圈一(a7)、线圈二(a8)正向通电，则衔铁(a1)由释放位置向吸合位置运动，衔铁(a1)完成吸合动作。此处需要说明的是，该“正向通电”、“反向通电”仅是为了区分电流的两个方向不同，不能理解为对电流流向或电极的正、反的限定。
更为优选地，上述的吸合动作具体过程，可以如下实现：当线圈一(a7)、线圈二(a8)通电，形成电磁磁通闭合磁路：静铁芯(a6)与导磁环(a10)——工作气隙1——衔铁(a1)——工作气隙2——上轭铁(a5)——外壳(a4)——静铁芯(a6)与导磁环(a10)。工作气隙1处电磁磁通方向与永磁磁通磁路1的方向相反，工作气隙1处的吸力减小，工作气隙2处永磁磁通磁路2的方向与电磁磁通方向相同，工作气隙2处的吸力增大。在吸力的作用下，衔铁(a1)由释放位置向吸合位置运动，衔铁(a1)完成吸合动作。
优选地，当衔铁(a1)在上端闭合，处于吸合位置时，给线圈一(a7)、线圈二(a8)反向通电，则衔铁(a1)由吸合位置向释放位置运动，衔铁(a1)完成释放动作。
更为优选地，上述的释放动作具体过程，可以如下实现：给线圈一(a7)、线圈二(a8)通反向电流，形成电磁磁通闭合磁路：衔铁(a1)——工作气隙1——静铁芯(a6)与导磁环(a10)——外壳(a4)——上轭铁(a5)——工作气隙2——衔铁(a1)。工作气隙2处电磁磁通方向与永磁磁通磁路2的方向相反，工作气隙2处的吸力减小，工作气隙1处永磁磁通磁路1的方向与电磁磁通方向相同，工作气隙1处的吸力增大。在吸力的作用下，衔铁(a1)由吸合位置向释放位置运动，衔铁(a1)完成释放动作。
相比于现有技术，本发明的技术方案具备以下优点：克服了传统电磁阀控制存在的行程短、单稳态保持、功耗大等缺点，具有体积小、输出力与保持力大、双稳态、永磁回路保持、节能等优点。
附图说明
图1是本发明实施例的基本结构截面图；
图2是本发明实施例的衔铁零件示意图；
图3是本发明实施例的导磁环零件示意图；
图4是本发明实施例的线圈组件示意图；
图5是本发明实施例的基本磁路结构释放位置截面图；
图6是本发明实施例的基本磁路结构吸合位置截面图；
图7是本发明实施例的实际装配的正三轴测装配示意图。
图中：a1：衔铁，a2：永磁体，a3：套筒，a4：外壳，a5：上轭铁，a6：静铁芯，a7：线圈一，a8：线圈二，a9：线圈骨架，a10：导磁环。
具体实施例
下面将结合本发明实施例中的图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
在一个具体的实施例中，本发明提供的电磁阀可以通过以下结构方式实现。
本发明提供的可应用于阀门控制等多领域的衔铁密封型双稳态电磁阀机构，适宜应用于阀门控制系统如空调、输油管道、供暖管道等设备中，其拥有行程大、输出力大，采用正反向脉冲驱动，双稳态永磁回路保持，管道简单，成本低，体积小的特点，应用于某电磁系统后，力的更改可以通过更换永磁体(在磁饱和范围内)进行快速调整，也可以根据实际情况进行永磁和零件尺寸的多重调整。
具体地，结合图1，该电磁阀结构上包括衔铁a1，永磁体a2，套筒a3，外壳a4，上轭铁a5，静铁芯a6，线圈一a7，线圈二a8，线圈骨架a9，导磁环a10。在永磁体采用多块的情况下，例如八块，则该八块永磁体为扇形结构，沿直径方向充磁。当然，此处的永磁体还可以采用1块，或者4块等设置方式，该处不以永磁体个数作为限定。
永磁体a2位于线圈骨架a9的中间偏上位置，套筒a3的底面与静铁芯a6的平面接触，在静铁芯a6与套筒a3的直径外安装一定高度的导磁环a10，这一一定高度例如可以是完全包围住静铁芯a6，并且包围套筒a3下部的一部分，也可以是略低于线圈骨架a9一半的高度，或者其高度略低于外壳a4底部到永磁体a2的下表面的高度，或者其高度为外壳a4底部到永磁体a2的下表面的高度等等，具体的设置方式，可以依据磁路的设定需要进行调整。安装导磁环a10，增大了衔铁a1与导磁环a10、静铁芯a6之间的正对极面面积，增大释放初始输出力，减小释放侧保持力。
衔铁a1为可动部件，更为优选地，衔铁a1为直动式结构，密封在套筒a3内，上端面采用锥面结构，增大正对面积，减小磁间隙，下端面为平面。
在一个具体的实施方式中，永磁体a2采用扇形结构，如果永磁体采用多块的结构，例如采用八块，那么八块永磁体均匀摆放于线圈骨架a9的中间层，充磁方向为径向充磁，永磁体为衔铁a1提供保持力。在永磁体的上部和下部的线圈骨架a9上分别缠绕线圈一a7、线圈二a8，线圈一a7、线圈二a8采用串联方式。
在一个具体的实施方式中，衔铁a1为直动式结构，在套筒a3内直上直下运动，上端截面为锥形，下端面为圆形平面，衔铁上端面采用锥面的结构既可以增大吸合初始输出力，也能增大吸合侧的保持力。永磁体a2可根据实际要求改为钕铁硼、铝镍钴、铁氧体等多种材质，它为衔铁a1提供端部的保持力作用。线圈骨架a9套在套筒a3和导磁环a10外部，安装在外壳a4内部，整体分为上、中、下三层，永磁体安装在中间层，线圈一a7、线圈二a8缠绕在线圈骨架a9的上层和下层。静铁芯a6为圆柱形结构，套筒a3为壁厚一定、底端封闭的圆筒形，直径外安装导磁环a10，上端从上轭铁a5的中间圆孔中穿出。外壳a4的侧面与下端面为一体式结构，上轭铁a5与外壳a4之间采用螺丝紧固的方式连接。
在初始释放状态下，线圈一a7、线圈二a8未通电时，永磁体产生的永磁磁场对衔铁a1产生吸力作用，衔铁a1的下端面及侧面与静铁芯a6上端面及导磁环a10上半部超出静铁芯a6部分的内侧面形成工作气隙1，此时衔铁a1锥面与上轭铁a5形成工作气隙2。给线圈一a7，线圈二a8加正向电流，在工作气隙1处，线圈一a7、线圈二a8产生的磁通方向与永磁产生的磁路1的磁通方向相反，起到削弱工作气隙1处永磁磁通的目的，减小了释放侧的电磁吸力，同时，在工作气隙2处，线圈一a7、线圈二a8产生的磁通方向与永磁产生的磁路2的磁通方向相同，起到加强工作气隙2处永磁磁通的目的，增大了吸合侧的电磁吸力，衔铁a1在电磁吸力合力的作用下从释放侧向吸合侧运动，完成吸合动作。
当衔铁a1在吸合位置时，给线圈一a7、线圈二a8加反向电流，在工作气隙2处，线圈一a7、线圈二a8产生的磁通方向与永磁产生的磁路2的磁通方向相反，起到削弱工作气隙2处永磁磁通的目的，减小了吸合侧的电磁吸力，同时，在工作气隙1处，线圈一a7、线圈二a8产生的磁通方向与永磁产生的磁路1的磁通方向相同，起到加强工作气隙1处永磁磁通的目的，增大了释放侧的电磁吸力，衔铁a1在电磁吸力合力的作用下从吸合侧向释放侧运动，完成释放动作。
本发明主要着手于提出一种可应用于阀门控制的含永磁的双稳态电磁阀结构设计，此结构具有管道简单，体积小，成本低，双稳态、永磁回路保持、节能等特点。
实施例2
在一个具体的实施例中，本发明提供的电磁阀，具体的工作过程可以以下方式进行：
如图5，衔铁a1下端闭合，处于释放位置，衔铁a1的下端面及侧面与静铁芯a6上端面及导磁环a10上半部超出静铁芯a6部分的内侧面形成工作气隙1；线圈一a7、线圈二a8缠绕在线圈骨架a9上，衔铁a1的锥面与上轭铁a5上极面形成工作气隙2。永磁体内侧面与衔铁a1外侧面形成非工作气隙3，此时线圈一a7、线圈二a8不加电流的永磁磁路磁通具有两条闭合磁路，磁路1：永磁体的n极——非工作气隙3——衔铁a1的下半部——工作气隙1——静铁芯a6与导磁环a10——外壳a4底部——外壳a4的下半部——永磁体的s极；磁路2：永磁体的n极——非工作气隙3——衔铁a1的上半部——工作气隙2——上轭铁a5——外壳a4上半部——永磁体的s极。此时工作气隙2大于工作气隙1，因此磁路1的永磁磁通远大于磁路2的永磁磁通，衔铁a1能够在线圈掉电情况下保持在释放位置。
如图5，衔铁a1在下端闭合，处于释放位置，当线圈一a7、线圈二a8通电，磁路中产生逆时针方向的电磁磁通，工作气隙1处电磁磁通方向与永磁磁通磁路1的方向相反，工作气隙1处的吸力减小，工作气隙2处永磁磁通磁路2的方向与电磁磁通方向相同，工作气隙2处的吸力增大。在吸力的作用下，衔铁a1由释放位置向吸合位置运动，衔铁a1完成吸合动作。
如图6，衔铁a1在上端闭合，处于吸合位置，永磁磁路磁通的两条闭合磁路与衔铁a1在释放位置处的路径相同，但由于衔铁a1处在吸合位置，工作气隙2小于工作气隙1，因此磁路1的永磁磁通小于磁路2的永磁磁通，衔铁a1能够在线圈掉电情况下保持在吸合位置。
衔铁a1在上端闭合，处于吸合位置，给线圈一a7、线圈二a8通反向电流，磁路中产生顺时针方向的电磁磁通，工作气隙2处电磁磁通方向与永磁磁通路径2的方向相反，工作气隙2处的吸力减小，工作气隙1处永磁磁通路径1的方向与电磁磁通方向相同，工作气隙1处的吸力增大。在吸力的作用下，衔铁a1由吸合位置向释放位置运动，衔铁a1完成释放动作。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。