集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀

本发明涉及电磁阀，特别是涉及一种集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀。

背景技术：

1、高速气动电磁阀是现代工业体系下的重要执行部件之一，由于其体积小巧、成本低、结构简单、抗污染能力强、响应速度快等优点，在医疗卫生、环保、选别机械、包装机械、汽车工业、燃烧系统、工程建设等领域被广泛应用。

2、随着高端气动系统的快速发展，对气动电磁阀有了更高的要求，其中气动电磁阀的快速性是主要性能指标之一，其快速性主要体现在电磁阀开启和关闭过程的响应能力。可以通过以下手段进行改进与提升：设计合适的外部激励电路、更强的复位弹簧、更大的电磁力、较小的工作气隙等。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，本发明能够显著提升气动电磁阀的快速响应能力，以满足日益提高的市场需求。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，包括电磁阀模块、瞬时大功率驱动电路模块以及检测模块；

3、所述电磁阀模块包括电磁铁组件、气动阀体组件、密封组件以及辅助组件；

4、所述瞬时大功率驱动电路模块包括电源、微机控制器、功率放大器以及输出控制端，所述微机控制器输出为双脉宽调制信号，双脉宽调制信号经功率放大器后输出大电压幅值的双脉宽调制信号，大电压幅值的双脉宽调制信号通过输出控制端作用于所述电磁阀模块的电磁铁组件上，所述电源为微机控制器、功率放大器和输出控制端提供激励电源；

5、所述检测模块采集电磁阀模块的电流信号，并将电流信号传递给微机控制器，微机控制器判断电磁阀模块的动作时间，从而及时调整双脉宽调制信号的瞬时大功率脉宽时间。

6、本发明进一步设置为，双脉宽调制信号包括两段脉宽调制信号，第一段为占空比为100%的瞬时大功率脉宽，第二段为占空比为10-20%的长脉宽，瞬时大功率脉宽和长脉宽时间均由所述微机控制器进行控制。

7、本发明进一步设置为，所述电磁铁组件包括pin针、静铁芯、线圈骨架、外壳、线圈以及衔铁，所述线圈均匀地缠绕于线圈骨架上，所述pin针插装于线圈骨架的一端并且与线圈的出线或进线端焊接连接；所述线圈骨架插设在所述外壳内部，所述静铁芯螺纹连接于外壳上，并且所述静铁芯伸入所述线圈骨架内部,所述衔铁沿轴向滑动设置在线圈骨架内，并且所述衔铁的一端接近静铁芯设置，衔铁的另一端设置在外壳的外部。

8、本发明进一步设置为，所述静铁芯和衔铁均为两端开口且中空的结构。

9、本发明进一步设置为，所述气动阀体组件包括外阀体、强力弹簧以及导套，所述导套设置在外壳内，所述导套的外周设有于外壳内壁相贴合的支撑凸缘，所述外阀体的一端螺纹连接于外壳内并将所述支撑凸缘压紧在线圈骨架内端，所述衔铁贯穿所述导套，所述衔铁上沿轴向依次设有第一活塞部、梯形环状凸台和第二活塞部，所述第一活塞部和第二活塞部的外周分别与导套和外阀体的内周相贴合，所述外阀体上位于第一活塞部与梯形环状凸台之间的位置设有第一气口，外阀体上位于第二活塞部与梯形环状凸台之间的位置设有第二气口，并且外阀体内壁上设有用于与梯形环状凸台构成密封配合的密封凸缘，所述强力弹簧套设在衔铁外周，并且所述强力弹簧的两端分别与所述第一活塞部以及导套相抵。

10、本发明进一步设置为，所述梯形环状凸台表面注塑有阀芯橡胶层。

11、本发明进一步设置为，所述密封组件包括第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈以及密封垫，所述外阀体外周对应第一气口两侧的位置分别设有第一环形槽和第二环形槽，所述第一密封圈和第二密封圈分别嵌设在第一环形槽和第二环形槽上，所述第一活塞部外周和第二活塞部外周分别设有第三环形槽和第四环形槽，所述第三密封圈和第四密封圈分别嵌设在第三环形槽和第四环形槽上，所述密封垫夹设在所述支撑凸缘外端与外阀体内端之间，并且所述密封垫的外周与外壳的内周相贴合，所述密封垫的内周与导套的外周相贴合。

12、本发明进一步设置为，所述辅助组件包括磁轭，所述磁轭包括管状部以及设置在管状部一端的半圆形片状部，所述管状部套设在静铁芯外周，所述半圆形片状部夹设在外壳与线圈骨架之间。

13、本发明进一步设置为，大电压幅值的双脉宽调制信号是由双脉宽调制信号通过所述功率放大器放大而产生的，所述大电压幅值的双脉宽调制信号的电压幅值范围为36-48v。

14、本发明进一步设置为，所述检测模块为霍尔电流传感器。

15、与现有技术相比，本发明的优点是：

16、1.本发明提供了一种集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其中瞬时大功率驱动电路模块与电磁阀模块组成一个闭环系统，可实现低成本的响应速度控制。

17、2.阀芯开口采用阀芯橡胶层设计，当本发明高速平衡式气动电磁阀开启或关闭期间，柔性面的凸型结构受压变形，从而吸收的绝大部分的气动力，衔铁（阀芯）上下表面不会受到气动力产生的不平衡力或力矩影响，开启时只需克服弹簧力做功，关闭时靠弹簧力复位，有效解决了衔铁（阀芯）卡滞、阀门泄漏等问题。

18、3.本发明采用的瞬时大功率驱动电路模块是一种双占空比驱动电路，大功率脉宽输入时电磁阀高速开启；切换至低占空比长脉宽时电磁阀保持开启，稳态功耗小，大大降低了稳态长时间保持状态下的线圈温升问题。

19、4.衔铁具有中心孔通孔，可有效减少衔铁运动质量，提高响应速度。

20、5.本发明所设计的导套结构不仅能在衔铁运动过程中起到导向作用，还能包罗大部分磁感应线加强静铁芯的磁力，与密封垫一同装配使用，还能起到气电隔离功能。

技术特征：

1.集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：包括电磁阀模块(1)、瞬时大功率驱动电路模块(2)以及检测模块(3)；

2.根据权利要求1所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：双脉宽调制信号包括两段脉宽调制信号，第一段为占空比为100%的瞬时大功率脉宽，第二段为占空比为10-20%的长脉宽，瞬时大功率脉宽和长脉宽时间均由所述微机控制器(9)进行控制。

3.根据权利要求1所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述电磁铁组件(4)包括pin针(12)、静铁芯(13)、线圈骨架(14)、外壳(47)、线圈(15)以及衔铁(16)，所述线圈(15)均匀地缠绕于线圈骨架(14)上，所述pin针(12)插装于线圈骨架(14)的一端并且与线圈(15)的出线或进线端焊接连接；所述线圈骨架(14)插设在所述外壳(47)内部，所述静铁芯(13)螺纹连接于外壳(47)上，并且所述静铁芯(13)伸入所述线圈骨架(14)内部,所述衔铁(16)沿轴向滑动设置在线圈骨架(14)内，并且所述衔铁(16)的一端接近静铁芯(13)设置，衔铁(16)的另一端设置在外壳(47)的外部。

4.根据权利要求3所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述静铁芯(13)和衔铁(16)均为两端开口且中空的结构。

5.根据权利要求3所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述气动阀体组件(5)包括外阀体(17)、强力弹簧(18)以及导套(19)，所述导套(19)设置在外壳(47)内，所述导套(19)的外周设有于外壳(47)内壁相贴合的支撑凸缘(20)，所述外阀体(17)的一端螺纹连接于外壳(47)内并将所述支撑凸缘(20)压紧在线圈骨架(14)内端，所述衔铁(16)贯穿所述导套(19)，所述衔铁(16)上沿轴向依次设有第一活塞部(21)、梯形环状凸台(22)和第二活塞部(23)，所述第一活塞部(21)和第二活塞部(23)的外周分别与导套(19)和外阀体(17)的内周相贴合，所述外阀体(17)上位于第一活塞部(21)与梯形环状凸台(22)之间的位置设有第一气口(24)，外阀体(17)上位于第二活塞部(23)与梯形环状凸台(22)之间的位置设有第二气口(25)，并且外阀体(17)内壁上设有用于与梯形环状凸台(22)构成密封配合的密封凸缘(26)，所述强力弹簧(18)套设在衔铁(16)外周，并且所述强力弹簧(18)的两端分别与所述第一活塞部(21)以及导套(19)相抵。

6.根据权利要求5所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述梯形环状凸台(22)表面注塑有阀芯橡胶层(27)。

7.根据权利要求5所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述密封组件(6)包括第一密封圈(28)、第二密封圈(29)、第三密封圈(30)、第四密封圈(31)以及密封垫(32)，所述外阀体(17)外周对应第一气口(24)两侧的位置分别设有第一环形槽(33)和第二环形槽(34)，所述第一密封圈(28)和第二密封圈(29)分别嵌设在第一环形槽(33)和第二环形槽(34)上，所述第一活塞部(21)外周和第二活塞部(23)外周分别设有第三环形槽(35)和第四环形槽(36)，所述第三密封圈(30)和第四密封圈(31)分别嵌设在第三环形槽(35)和第四环形槽(36)上，所述密封垫(32)夹设在所述支撑凸缘(20)外端与外阀体(17)内端之间，并且所述密封垫(32)的外周与外壳(47)的内周相贴合，所述密封垫(32)的内周与导套(19)的外周相贴合。

8.根据权利要求3所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述辅助组件(7)包括磁轭(37)，所述磁轭(37)包括管状部(39)以及设置在管状部(39)一端的半圆形片状部(40)，所述管状部(39)套设在静铁芯(13)外周，所述半圆形片状部(40)夹设在外壳(47)与线圈骨架(14)之间。

9.根据权利要求1所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：大电压幅值的双脉宽调制信号是由双脉宽调制信号通过所述功率放大器(10)放大而产生的，所述大电压幅值的双脉宽调制信号的电压幅值范围为36-48v。

10.根据权利要求1所述的集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，其特征在于：所述检测模块(3)为霍尔电流传感器。

技术总结
本发明公开了一种集成瞬时大功率脉宽调制电路的高速平衡式气动电磁阀，包括电磁阀模块、瞬时大功率驱动电路模块和检测模块；电磁阀模块包括电磁铁组件、气动阀体组件、密封组件以及辅助组件；瞬时大功率驱动电路模块包括电源、微机控制器、功率放大器以及输出控制端，微机控制器输出的双脉宽调制信号经功率放大器后输出大电压幅值的双脉宽调制信号，大电压幅值的双脉宽调制信号通过输出控制端作用于电磁铁组件；检测模块采集电磁阀模块的电流信号，将电流信号传递给微机控制器，微机控制器判断电磁阀模块的动作时间，从而及时调整双脉宽调制信号的瞬时大功率脉宽时间。本发明能够显著提升气动电磁阀的快速响应能力。

技术研发人员：肖涛,李勇,李韦廷,叶旭锰,玄东吉,吴明格
受保护的技术使用者：温州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15