一种自保持式双阀芯电磁开关阀及使用方法与流程

本发明涉及电磁开关阀领域，具体地涉及一种自保持式双阀芯电磁开关阀。

背景技术：

电磁开关阀是一种利用电磁来控制系统中油路通断的液压元件，属于一种控制元件。作为电液数字控制技术的关键元件，电磁开关阀具有微型化、响应快、结构简单等优点，在数字液压工程技术领域中得到普遍推广应用。

目前已有的电磁开关阀，通常是采用线圈通电或断电来控制阀芯开启或关闭，在阀芯保持开启或保持关闭状态时，需要持续向线圈通电使定铁保持相应的电磁力，持续通电不仅会使元件及系统发热量增加，产生大量能耗损失，而且极易出现线圈熔断等故障，影响各元件的使用寿命，不符合节能高效的设计原则。

汽车、摩托车、航空航天等领域使用的电磁开关阀，需要满足体积小、压降小、流量大等要求，然而，现有的电磁开关阀在实际使用过程中，难以在结构空间较小时同时满足低压降、大流量的使用要求。上述问题的存在，限制了电磁开关阀的工业实际应用，是急需本领域的技术人员解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的问题，本发明提出了一种自保持式双阀芯电磁开关阀，主要是为了避免电磁开关阀长期开启或长期关闭时产生大量能耗损失，解决电磁开关阀难以在结构空间较小时同时满足低压降、大流量的使用要求等问题，本发明能够满足节能高效的设计原则，具有重要的工程实际意义。

为了实现以上发明目的，本发明提供一种自保持式双阀芯电磁开关阀，其包括阀体机构、电磁机构以及阀芯机构；

所述阀体机构包括第一阀体外壳、第二阀体外壳、橡胶密封圈、阀套、阀座以及阀口，所述第一阀体外壳和第二阀体外壳借助于连接件固定连接在一起，所述第一阀体外壳上端面设置有进油口，所述第二阀体外壳下端面设置有出油口，所述进油口下端和出油口上端之间设置有两个对称设置的结构相同的腔体，两个腔体分别与进油口和出油口连通，

所述橡胶密封圈与所述第二阀体外壳第二上端面和所述第二阀体外壳第一内侧面连接，所述阀套与所述第二阀体外壳第三上端面和所述第二阀体外壳第二内侧面连接，所述阀座与所述第二阀体外壳的第三上端面和所述阀套内表面连接；

所述电磁机构包括弹簧座、线圈、引线、隔磁环和定铁，所述弹簧座与所述第一阀体外壳内侧面和所述阀套上端面连接，所述线圈与所述阀套内表面和所述弹簧座第二下端面连接，所述线圈连接所述引线，所述引线从阀套、阀体外壳侧面开设的孔引出，所述隔磁环与所述线圈的内表面和所述弹簧座第二下端面连接，所述定铁与所述弹簧座第二下端面和隔磁环内表面连接。

所述阀芯机构，其包括移动推杆、弹簧和衔铁，所述移动推杆与所述定铁内表面为滑动配合，所述弹簧两端分别与所述弹簧座和所述移动推杆连接，所述衔铁与所述移动推杆采用过盈方式连接。

优选地，所述进油口与所述出油口内部均设置有内螺纹；

所述第一阀体外壳以及第二阀体外壳的外表面两侧设置有两个安装吊耳，每一个安装吊耳上分别设置有一个螺纹孔，所述第一阀体外壳与所述第二阀体外壳通过紧定螺钉固定连接，所述紧定螺钉位于所述安装吊耳螺纹孔内。

优选地，所述第一阀体外壳的腔体与所述第二阀体外壳的腔体内径大小相等且两者的中心线位于同一条直线上，同侧两个腔体组合构成阀腔，两个阀腔内部结构完全相同且对称。

优选地，所述电磁机构、所述阀芯机构以及所述阀体机构中的阀套和阀座均设置有两组，两个阀腔内各设置有一组。

优选地，所述阀套、所述阀座、所述弹簧座、所述线圈、所述隔磁环、所述定铁、所述弹簧、所述移动推杆与所述衔铁的中心线位于同一条直线上。

优选地，所述第二阀体外壳上端面设置密封凹槽，所述密封凹槽与所述橡胶密封圈连接；

所述橡胶密封圈为双圆环结构，其第一通孔与第二通孔分别与所述密封凹槽左侧腔体和右侧腔体的中心线位于同一条直线上。

优选地，所述弹簧座为圆柱凸台结构，在所述弹簧座靠近进油口一端设置介质流通孔道与凹槽。

优选地，所述定铁为软磁材料，所述定铁的内壁面与所述弹簧座凹槽对应的一侧设置有介质流道凹槽；

所述衔铁为永磁体，所述永磁体的上端面中心设置有一个圆形凹槽，所述永磁体的下端面设置倒角。

优选地，所述阀口为锥形阀口，所述锥角为60°-180°，阀口开度为2-2.5mm，孔径为5-7mm。

优选地，本发明还提供一种自保持式双阀芯电磁开关阀的使用方法，其包括以下步骤：

s1、初始位置时，衔铁不移动，阀口处于关闭状态，进油口与出油口处于未连通状态；

s2、开启外接控制电源，产生的电信号通过引线接入线圈，线圈中通过正向电流+i，电磁铁对应产生一定的电磁力，定铁迅速被磁化，衔铁与通入正向电流+i后的定铁相近侧磁极异性，衔铁磁场产生的磁力线通过定铁，定铁与衔铁之间产生的电磁力大于阻力，所述阻力为弹簧力与液动力之和，衔铁迅速开启，进油口与出油口连通，工作流体介质由进油口流入，分别经过两腔的弹簧座内壁面凹槽和定铁壁面凹槽到达阀口位置，由出油口流出；

s3、之后，关闭外接控制电源，断开电信号，线圈断电，在控制电源关闭前的阀芯开启位置处，衔铁产生磁场的磁力线仍通过定铁，定铁与衔铁之间产生的电磁力大于阻力，衔铁保持开启状态，进油口与出油口连通，工作流体介质由进油口流入，分别经过两腔的弹簧座内壁面凹槽和定铁壁面凹槽到达阀口位置，由出油口流出；

s4、开启外接控制电源，使电信号通过引线接入线圈，此时向线圈通入反向电流-i，电磁铁对应产生一定的电磁力，定铁迅速被磁化，衔铁与通入正向电流+i后的定铁相近侧磁极同性，定铁与衔铁磁力线相互排斥，定铁与衔铁之间产生的电磁力小于阻力，衔铁迅速关闭，进油口与出油口不连通，工作流体介质无法通过此阀体；

s5、再次关闭外接控制电源，电信号断开，线圈断电，在控制电源关闭前的阀芯关闭位置处，定铁与衔铁磁力仍处于相互排斥的状态，定铁与衔铁之间产生的电磁力小于阻力，衔铁保持关闭状态，进油口与出油口不连通，工作流体介质无法通过此阀体；

s6、重复上述步骤s1-s5，能够重复电磁开关阀的连续开启/关闭以及保持开启/关闭状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的一种自保持式双阀芯电磁开关阀，相比于其他的电磁开关阀具有低功耗、低压降、体积小、流量大、质量轻等优点。

2、本发明通过永磁铁与软磁铁的配合使用与结构设计，使得线圈通电时阀芯开启或关闭，线圈不通电时，阀芯仍可保持原有的开启或关闭状态，在源头上解决了能耗损失，有效避免了元件及系统的发热现象的出现。

3、本发明通过双阀芯的结构设计与创新，使得在原有空间体积不变的情况下，电磁开关阀能够在保持较低压降时通过较大流量，拓宽了电磁开关阀的应用领域。

4、本发明的设计能够同时满足节能高效的设计原则，具有重要的工程实际意义。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实例进行详细地描述，在图中：

图1为本发明一种自保持式双阀芯电磁开关阀的整体剖面和整体结构示意图；

图2为本发明一种自保持式双阀芯电磁开关阀中第一阀体外壳的整体结构与整体剖面示意图；

图3为本发明一种自保持式双阀芯电磁开关阀中第二阀体外壳的整体结构与整体剖面示意图；

图4为本发明一种自保持式双阀芯电磁开关阀中弹簧座的整体结构与整体剖面示意图；

图5为本发明一种自保持式双阀芯电磁开关阀中定铁的整体结构与整体剖面示意图；

图6为本发明一种自保持式双阀芯电磁开关阀中橡胶密封圈的整体结构示意图；

图7为本发明的一种自保持式双阀芯电磁开关阀中的一个实施例的定铁与衔铁配合使用的工作原理简图；

图8为本发明的一种自保持式双阀芯电磁开关阀中的一个实施例的定铁与衔铁配合使用的工作原理仿真结果图；

图9为本发明的一种自保持式双阀芯电磁开关阀中的一个实施例的球形阀口结构孔径与阀口开度变化关系曲线；

图10为本发明的一种自保持式双阀芯电磁开关阀中的一个实施例的锥形阀口结构孔径与阀口开度变化关系曲线；

图11为本发明的一种自保持式双阀芯电磁开关阀中的一个实施例的工作原理验证仿真结果图；

附图中，主要附图标记如下：

第一阀体外壳1，进油口101，第一阀体外壳左侧腔体102，第一阀体外壳右侧腔体103，第一阀体外壳安装吊耳104，螺纹通孔105，第一阀体外壳上端面106，第一阀体外壳内侧面107，弹簧座2，弹簧座第二下端面201，弹簧座内壁面凹槽202，阀套3，线圈4，隔磁管5，定铁6，定铁壁面凹槽601，定铁内表面602，引线7，橡胶密封圈8，第一通孔801，第二通孔802，阀座9，弹簧10，移动推杆11，衔铁12，第二阀体外壳13，出油口131，第二阀体外壳第二内侧面132，第二阀体外壳第一内侧面133，第二阀体外壳左侧腔体134，第二阀体外壳右腔体135，第二阀体外壳第二上端面136，第二阀体外壳下端面137，第二阀体外壳第三上端面138，第二阀体外壳安装吊耳139，密封凹槽1311，密封凹槽左侧腔体1313，密封凹槽右侧腔体1310，螺纹孔1312，阀口14，紧定螺钉15。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

本发明提供一种自保持式双阀芯电磁开关阀，如图1所示，其包括阀体机构、电磁机构和阀芯机构。

如图1所示，阀体机构包括第一阀体外壳1、第二阀体外壳13、紧定螺钉15、橡胶密封圈8、阀套3、阀座9和阀口14。如图2所示，第一阀体外壳包括进油口101、第一阀体外壳左侧腔体102、第一阀体外壳右侧腔体103、第一阀体外壳安装吊耳104、螺纹通孔105、第一阀体外壳上端面106和第一阀体外壳内侧面107；如图3所示，第二阀体外壳包括出油口131、第二阀体外壳第二内侧面132、第二阀体外壳第一内侧面133、第二阀体外壳左侧腔体134、第二阀体外壳右腔体135、第二阀体外壳第二上端面136、第二阀体外壳下端面137、第二阀体外壳第三上端面138、第二阀体外壳安装吊耳139、密封凹槽1311、螺纹孔1312、密封凹槽左侧腔体1313和密封凹槽右侧腔体1310；如图6所示，橡胶密封圈包括第一通孔801和第二通孔802。

第一阀体外壳上端面106设置有进油口101，进油口101内设置内螺纹，进油口101下端连通两个相同且对称的第一阀体外壳左侧腔体102和第一阀体外壳右侧腔体103，第一阀体外壳外表面两侧设置安装吊耳104，安装吊耳上设置螺纹通孔105。

第二阀体外壳下端面137设置有出油口131，出油口131内设置内螺纹，出油口131上端连通两个相同且对称的第二阀体外壳左侧腔体134和第二阀体外壳右腔体135，第二阀体外壳外表面两侧设置安装吊耳139，安装吊耳上设置螺纹孔1312。

第一阀体外壳1与第二阀体外壳2通过紧定螺钉15固定连接，紧定螺钉15位于螺纹通孔105和螺纹孔1312内，橡胶密封圈8与第二阀体外壳第二上端面136和第二阀体外壳第一内侧面133连接，阀套3与第二阀体外壳第三上端面138和第二阀体外壳第二内侧面132连接，阀座9与第二阀体外壳的第三上端面138和阀套3内表面连接。

如图1所示，电磁机构包括弹簧座2、线圈4、引线7、隔磁环5和定铁6。如图4所示，弹簧座包括弹簧座第二下端面201和弹簧座内壁面凹槽202。如图5所示，定铁包括定铁壁面凹槽601和定铁内表面602。

弹簧座2与第一阀体外壳内侧面107和阀套3上端面连接，线圈4与阀套3内表面和弹簧座第二下端面201连接，线圈4连接引线7，引线7从阀套3、第一阀体外壳1侧面开设的孔引出，隔磁环5与线圈4内表面和弹簧座第二下端面201连接，定铁6与弹簧座第二下端面201和隔磁环5内表面连接。

如图1所示，阀芯机构包括移动推杆11、弹簧10和衔铁12。移动推杆11与定铁内表面602为滑动配合，弹簧10两端分别与弹簧座2和移动推杆11连接，衔铁12与移动推杆11采用过盈方式连接。

在实施例中，如图1所示，阀套3、阀座9、弹簧座2、线圈4、隔磁环5、定铁6、弹簧10、移动推杆11、衔铁12与阀口14的中心线位于同一条直线上。

如图6所示，橡胶密封圈8为双圆环结构，橡胶密封圈8的第一通孔801与第二通孔802分别与密封凹槽左侧腔体1313和密封凹槽右侧腔体1310的中心线在同一条直线上。

以下结合实施例对本发明的一种自保持式双阀芯电磁开关阀进行工作原理的进一步描述与验证：

如图1、图7和图8所示，本发明的工作过程包括初始状态、开启过程、开启状态、关闭过程以及关闭状态，本实施例的工作原理描述如下：

初始状态：在初始位置时，衔铁12与阀座9相接触，衔铁12不移动，即阀芯关闭，进油口101与出油口131处于未连通的状态。

开启过程：当外接控制电源开启时，产生的电信号通过引线7接入线圈4，线圈4中通过正向电流+i，电磁铁对应产生一定的电磁力，定铁6迅速被磁化，衔铁12由永磁体材料组成，因此，衔铁12自身将一直存在磁场，衔铁12与通入正向电流+i后的定铁6相近侧磁极异性，衔铁12磁场产生的磁力线通过定铁6，定铁6与衔铁12之间产生的电磁力大于阻力，阻力为弹簧力与液动力之和，衔铁12迅速开启，进油口101与出油口131连通，工作流体介质由进油口101流入，分别经过两腔的弹簧座内壁面凹槽202、定铁壁面凹槽601到达阀口14位置，由出油口131流出。

开启保持状态：当外接控制电源关闭时，无法产生接入线圈4的电信号，线圈4中无电流通过，在控制电源关闭前的阀芯开启位置处，衔铁12磁场产生的磁力线仍通过定铁6，定铁6与衔铁12之间产生的电磁力大于阻力，衔铁12保持开启状态，进油口101与出油口131连通，工作流体介质由进油口101流入，经过弹簧座内壁面凹槽202、定铁壁面凹槽601到达阀口14位置，由出油口131流出；

关闭过程：当外接控制电源再次开启时，产生的电信号通过引线7接入线圈4，线圈4中通过反向电流-i，电磁铁对应产生一定的电磁力，定铁6再次迅速被磁化，衔铁12与通入反向电流-i后的定铁6相近侧磁极同性，定铁6与衔铁12磁场产生的磁力线相互排斥，但是，此时定铁6与衔铁12之间产生的电磁力小于阻力，衔铁12迅速关闭，进油口101与出油口131不连通，工作流体介质无法通过此阀；

关闭保持状态：当外接控制电源再次关闭时，无法产生接入线圈4的电信号，线圈4中无电流通过，在控制电源关闭前的阀芯关闭位置处，定铁6与衔铁12产生的磁力线仍相互排斥，定铁6与衔铁12之间产生的电磁力小于阻力，衔铁12保持关闭状态，进油口101与出油口131不连通，工作流体介质无法通过此阀。

至此，电磁开关阀完成一次开启/关闭动作，重复上述过程，能够实验电磁开关阀的连续开启/关闭以及保持开启/关闭状态。

以下结合实施例对本发明的一种自保持式双阀芯电磁开关阀如何同时满足低压降、大流量进一步描述：

在某一具体实施例下，具体工况为，压降：≤50pa@0.36l/min，流量：0.36l/min@30℃，工作流体介质密度：ρ＝1000kg/m³，流量系数：cd＝0.62；

根据流量计算公式：

可得总阀口面积a为35mm²，由于本发明设计为一种自保持式双阀芯电磁开关阀，可得单个阀口面积a’为17.5mm²；

进一步的，阀口14与衔铁12组合为阀口结构，选取球形阀口与锥形阀口进行对比分析。

针对球形阀口，分别选取不同球阀半径r：1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、4mm，得到阀口开度x与孔径d的变化曲线，如图9所示；同理，分别选取不同阀口结构的锥角：60°、90°、150°、180°，得到阀口开度x与孔径d的变化曲线，如图10所示；

对比图9和图10，显然，在满足流量性能要求下，锥形阀口的参数调整范围大，因此，本发明设计选用锥形阀口。

以下结合实施例对本发明的一种自保持式双阀芯电磁开关阀的工作原理进行验证，具体验证过程如下：

通过电磁场有限元仿真对上述原理的可行性进行验证，在maxwell软件中搭建仿真模型，其包括线圈4、定铁6和衔铁12，仿真中线圈4中分别通入正向电流+i和反向电流-i，仿真结果如图11所示。

一具体实施例下，在图10所示锥形阀口的一曲线中选取阀口结构锥角为60°，阀口开度为2.5mm，孔径为5mm；

利用流体力计算公式：

f＝πd²

可计算得：流体力f＝0.00098n；

阻力为流体力与弹簧力之和，即fz＝f+fs，其中，fs为弹簧力，所选弹簧的预紧力f0为0.3n；

开启过程：在图11a中，选取一点，该点电磁力fm＝0.42n，阻力fz＝0.3n，定铁与衔铁之间产生的电磁力大于阻力，衔铁迅速开启，与工作原理相符；

开启状态：在图11b中，选取一点，该点电磁力fm＝1.98n，阻力fz＝0.9n，定铁与衔铁之间产生的电磁力大于阻力，衔铁保持开启，与工作原理相符；

关闭过程：在图11c中，选取一点，该点电磁力fm＝0.87n，阻力fz＝0.9n，定铁与衔铁之间产生的电磁力小于阻力，衔铁迅速关闭，与工作原理相符；

关闭状态：在图11d中，选取一点，该点电磁力fm＝0.23n，阻力fz＝0.3n，定铁与衔铁之间产生的电磁力小于阻力，衔铁保持关闭，与工作原理相符；

综上，在所设计工作原理下，本发明能够通过永磁铁与软磁铁的配合使用与结构设计，使得线圈通电时阀芯开启或关闭，线圈不通电时，阀芯仍可保持原有的开启或关闭状态。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。