电磁阀驱动器的制作方法

本申请要求于2014年10月22日提交的美国临时专利申请号62/067,231的权益。

技术领域

本发明总体涉及的领域包括锁定式电磁阀，且更具体地涉及用于锁定电磁阀的驱动器。

背景技术：

那些锁定的电磁阀用于长期需要电磁阀处于通电位置的应用中。电磁阀被锁定在通电位置并留在那里，不消耗功率，直到电磁阀被解锁。为了通电电磁阀，可以接通电脉冲，以启动使电磁阀保持在启动位置的电磁阀磁路。为了释放电磁阀，可以连通具有负极性的电脉冲，以使磁路消磁，从而使电磁阀从启动位置释放出来。

技术实现要素：

多个变型可以包括一种电磁阀，其具有以第一极性由电源选择性通电的线圈。储能装置可以由电源充电。电路可以配置为每当电源选择性地关闭或意外中断时，以与第一极性相反的第二极性将储能装置连接到线圈。

在多个其他变型中，电磁阀可以包括壳体，壳体中具有线圈。端子可以设置在壳体上并且可以连接到线圈。电枢可以响应于线圈的通电。电路可以与壳体集成在一起，并且配置为以第一极性使线圈通电，以使电枢移动至启动位置。该电路还可以配置为以第二极性使线圈通电，以使电枢移动至停用位置。每当端子处存在电压信号时，电枢可以保持在启动位置或移动至启动位置，每当端子处不存在电压信号时，电枢可以保持在停用位置或移动至停用位置。

其他变型可以包括一种用于控制电磁阀的电磁阀驱动器。该电磁阀可以包括壳体、壳体中的线圈、壳体上连接到线圈的端子、以及响应于线圈的通电的电枢。可以包括电源，引线可以连接到端子。电子控制器可以仅被编程为使电源通过引线与端子连接并且使端子与电源断开连接。电路可以在端子和线圈之间与壳体集成在一起。电路可以配置为以第一极性线使圈通电以使电枢移动至启动位置，并且可以配置为以第二极性使线圈通电以使电枢移动至停用位置。当线圈以第一极性通电时，电枢可以被锁定在启动位置，并且电枢可以配置为当线圈断电时保持在启动位置。

根据本文提供的详细描述，在本发明范围内的其他示例性变型将变得显而易见。应当理解的是，虽然公开了本发明范围内的变型，但详细描述和具体实施例仅仅是为了说明的目的，而不是要限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更充分地理解本发明范围内的变型的选择性示例，其中：

图1是根据多个变型的电磁阀布置的示意图。

图2是根据多个变型的用于图1的电磁阀的驱动器的简化电路图。

具体实施方式

以下变型的描述本质上仅仅是说明性的，决非试图限制本发明的范围、其应用或使用。

参照图1，多个变型可以包括电磁阀10，其具有线圈12和电枢组件14。电枢组件可以包括延伸杆16，用于接合诸如由电磁阀10致动的阀球18等装置。当电流施加到线圈的绕组时，产生磁场。响应于磁场，电枢从停用位置平移动至启动位置20。

当停止电流供应时，如本领域中已知的，残余磁场保留在电磁阀10的铁磁元件中。磁场使电枢保持在启动位置，没有电流流到线圈12。通过这种方式，电磁阀停在启动位置20，启动后不继续供电。

电磁阀10包括控制电路22，其集成在与电磁阀相同的硬件封装或壳体中。控制电路22通过连接在端子21和端子23之间的单个导体引线25与电子控制器24联通，用于提供正电压。电子控制器24提供正电压输出信号或不提供信号。控制电路22可以在28处接地以启动闭合电路。

参照图2，多个变型可以包括控制电路22。简化电路22示意性地描述了向电磁线圈12提供电流。为了简单起见，图2可以省略本领域技术人员已知的电阻器。直流电源26通过电子控制器24的作用选择性地连接到线圈12。电源26的正极28可根据电子控制器24的控制逻辑选择性地连接到导体30，负极29接地32。控制器24可以被编程为启动电磁阀10，以满足使用电磁阀的应用的需要。

为了使电磁阀的线圈12通电，电子控制器24对导体30施加电压，使得电流通过导体31、晶体管34、二极管36和导体38传递到电磁阀10。在电磁阀10处，电流施加到线圈12，在电磁阀10的铁磁元件中形成带极性的磁场，以使电磁阀的电枢移动至启动位置。晶体管34可以是PNP半导体器件，其基极连接到导体33，集电极连接到导体31，发射极连接到导体35。当电压从导体31施加到集电极时，电流流到发射极，电流从导体31流到导体35。二极管36可以是PN半导体器件，其仅在一个方向上从其阳极向其阴极传导电流。二极管36可以位于电路22中，其阳极连接到导体35，而其阴极连接到导体37。

线圈12的相对端连接到导体38和39。用于使线圈12通电的电路可以通过导体39、导体41、晶体管44和导体43完成接地32。晶体管44可以是NPN半导体器件，其基极连接到导体40，集电极连接到导体41，发射极连接到导体43。当通过导体30和导体40将电压施加到其基极时，电流流经晶体管44和导体41和43并接地32。当电磁阀10被启动时，通过提供电流而形成的残余磁场使电磁阀的电枢保留并保持在启动位置。形成磁场的电流包括在线圈12端部处的正电压信号，线圈12连接到导体38，导体39接地32。在初始脉冲启动电磁阀后，不再需要电流来使电磁阀保留在启动位置。

如图2所示，电路22的多个变型可以包括电阻器-电容器定时电路48，其可连接到电源26，用于通过电阻器52对电容器50充电。电阻器52可以具有大约1MΩ的电阻。当电子控制器向导体30施加电压时，电流通过电阻器52来测量并施加到电容器50，当电容器50两端的电压接近从电源26提供的电压并且电流接近零时，电容器50充电趋向稳态。对电容器充电，该电容器可以具有大约0.1微法的电容。随着施加到导体33的充电电容器50的电压增加并且通过晶体管34的基极，流过晶体管的电流可以被阻止或阻断。由此，来自电源26的初始电压信号导致锁定电磁阀10并对电容器50充电的电流脉冲。电磁阀10被锁定时，不再需要电流来将其保持在启动位置，阻断通过晶体管34的电流意味着电磁阀10不消耗不需要的电流。随着电流减小，控制器24继续向导体30施加电压。锁定电磁阀10的电流脉冲的持续时间取决于电阻器-电容器定时电路48中电阻器52和电容器50的尺寸。

电路22还可以包括晶体管56，晶体管56可以是PNP半导体器件，其基极连接到导体55，集电极连接到导体57，发射极连接到导体59。当通过控制器24将电压施加到导体30并且通过导体56时，晶体管56的基极处的电压阻止流过导体59接地32的电流。

为了使电磁阀10从启动状态释放出来，必须消除或“消磁”残余磁场。为了实现消磁，可以选择性地向线圈12施加具有相反极性的电流。电路22可以包括储能装置，该储能装置可以是电容器60，其正极端子连接到导体61并且其负极端子连接到导体63。电容器60的尺寸可以设计为实现电磁阀10的解锁，并且可以具有大约100微法的电容。为了解锁电磁阀10，电容器60可以被充电且选择性地放电，以施加具有极性的电流，其与用于锁定电磁阀10的电流相反。

用于对电容器60充电的电流可以通过晶体管62提供，晶体管62的基极连接到导体67，其集电极连接到导体65，其发射极连接到导体69。晶体管62可以是NPN半导体器件。当控制器24在导体30处产生电压时，信号继续提供到导体40、导体67以及晶体管62的基极。这允许电流从集电极流到发射极，从导体65流到导体69，并且流过导体61，以对电容器60充电。由于导体30处的电压，当电容器60两端的电压接近从电源26提供的电压并且电流接近零时，电容器60充电趋向稳态。在电容器充电时，电压可以保持接通，但电流和功率的消耗下降至接近零。

电压信号还通过导体40和导体71到达晶体管72的基极。晶体管72可以是PNP半导体器件，其基极连接到导体72，集电极连接到导体73，发射极连接到导体75。导体75可以通过二极管76、导体79和导体39与电磁阀10的线圈12连接。当控制器24通过导体30、40和71将电压施加到晶体管72的基极时，电流不能在集电极和发射极之间流动，或者不能从导体73流到导体75。这维持电容器60中的电荷。二极管76可以是PN半导体器件，其仅在一个方向上从其阳极向其阴极传导电流。二极管76可以定位成其阳极连接到导体75并且其阴极连接到导体79。

晶体管72可以用于将电容器60的正极侧与线圈12连接。形成锁定式电磁阀10的磁场的电流包括在线圈12端部处的正电压，线圈12连接到导体38，导体39接地32。为了使磁路消磁，导体39可以连接到正电压源，导体38可以接地32。这将向线圈12施加具有极性的电流，该电流与来自电源26的启动电磁阀所施加的电流相反。相反极性的电流消除了电磁阀的铁磁元件中的残余磁场，从而解锁电枢组件20并允许电枢组件20返回停用状态。

当控制器24使电路22断电时，可以向线圈12施加解锁电流，从而中止导体30的电压供应。晶体管56和72的基极处不存在电压信号允许电流在集电极和发射极之间流动，晶体管62和44的基极处不存在电压信号阻止电流在集电极和发射极之间流动。因此，当控制器24中断电压时，电流可以从电容器60的正极侧流到线圈12的提供锁定电流的相反端。更具体地，电流从充电的电容器60流过导体73、晶体管72、导体75、二极管76、导体79和导体39，流至线圈12。线圈12的相反端通过导体38、导体57、晶体管56和导体59接地32。电流可以以用于锁定电磁阀10的相反极性流过线圈12，并且磁路被消磁，从而使电磁阀从启动状态释放。通过这种机制，当启动时消耗很少或不消耗功率的锁定式电磁阀可以安装在控制器的应用场合中，该控制器被编程为控制在双态模式下操作的常规电磁阀，其中通电的电路导致电磁阀启动，断电的电路导致电磁阀停用。这可以允许替换成锁定式电磁阀，以减少功率消耗，而使用电磁阀的产品没有其他变化，且也不需要对控制器重新编程。

当电路22中的功率意外损失时，例如由引线25的中断导致功率意外损失时，电容器60操作以使残余磁场消磁，并确保电磁阀移动至断电或默认状态，如同控制器24已下令停用。通过这种方式，提供了防故障操作，其中所提供的电压的损失将使电磁阀返回停用状态。为了装置的防故障性质最大化，将控制电路22集成在与电磁阀10相同的硬件封装中。这也简化了在给定应用场合中用锁定式电磁阀代替常规电磁阀的操作。

以下变型的描述仅是说明本发明范围内的部件、元件、动作、产品和方法，并不以任何方式通过具体公开或未明确阐述的内容来限制这种范围。除了本文明确描述的以外，部件、元件、动作、产品和方法可以组合和重新设置，并且仍被认为属于本发明的范围。

变型1可以包括一种电磁阀，其具有以第一极性由电源选择性通电的线圈。储能装置可以由电源充电。电路可以配置为每当电源选择性地关闭或意外中断时，以与第一极性相反的第二极性将储能装置连接到线圈。

变型2可以包括如变型1所述的电磁阀，其中当电源使线圈通电时，电磁阀被锁定在启动位置。

变型3可以包括如变型2所述的电磁阀，其中电流的初始脉冲使电磁阀锁定在启动位置，并且其中电路配置为使初始脉冲后的电流消耗减小到接近零水平。

变型4可以包括如变型3所述的电磁阀，其中电路中的电压保持恒定，同时电流消耗减小。

变型5可以包括如变型1至4中任一项所述的电磁阀，其中，电磁阀包括壳体，并且电路集成到壳体中。

变型6可以包括如变型1至5中任一项所述的电磁阀，其中电源由电子控制器通电，并且其中电子控制器被编程为仅实现电源的开/关状态。

变型7可以包括如变型1至6中任一项所述的电磁阀，其中线圈包括选择性地连接到电源的正极端子的第一端以及选择性地连接到储能装置的正极端子的第二端。

变型8可以包括如变型1至7中任一项所述的电磁阀，其可以包括通过磁场锁定在启动位置的电枢。

变型9可以包括如变型8所述的电磁阀，其中引线在电子控制器和电磁阀之间延伸，并且其中引线的中断使磁场消磁。

变型10可以包括具有壳体的电磁阀，壳体中具有线圈。端子可以设置在壳体上并且连接到线圈。电枢可以响应于线圈的通电。电路可以与壳体集成在一起，并且配置为以第一极性使线圈通电，以使电枢移动至启动位置。该电路还可以配置为以第二极性使线圈通电，以使电枢移动至停用位置。每当端子处存在电压信号时，电枢可以保持在启动位置或移动至启动位置，每当端子处不存在电压信号时，电枢可以保持在停用位置或移动至停用位置。

变型11可以包括如变型10所述的电磁阀，其中当线圈被通电时，电磁阀被锁定在启动位置。

变型12可以包括如变型11所述的电磁阀，其中电流的初始脉冲使电磁阀锁定在启动位置，并且其中电路配置为使初始脉冲后的电流消耗减小到接近零水平。

变型13可以包括如变型12所述的电磁阀，其中电路中的电压保持恒定，同时电流消耗减小。

变型14可以包括如变型10至13中任一项所述的电磁阀，电子控制器可以实现向端子提供电源，并且其中电子控制器可以被编程为仅实现电源的开/关状态。

变型15可以包括如变型10至14中任一项所述的电磁阀，其中线圈可以包括连接到端子的第一端以及选择性地连接到储能装置的正极端子的第二端。

变型16可以包括如变型14至15中任一项所述的电磁阀，其中引线可以在电子控制器和端子之间延伸，并且其中引线的中断使电枢从启动位置解锁。

变型17可以包括用于控制电磁阀的电磁阀驱动器。该电磁阀可以包括壳体、壳体中的线圈、壳体上连接到线圈的端子、以及响应于线圈的通电的电枢。可以包括电源，引线可以连接到端子。电子控制器可以仅被编程为使电源通过引线与端子连接并且使端子与电源断开连接。电路可以在端子和线圈之间与壳体集成在一起。该电路可以配置为以第一极性使线圈通电以使电枢移动至启动位置，并且可以配置为以第二极性使线圈通电以使电枢移动至停用位置。当线圈以第一极性通电时，电枢可以被锁定在启动位置，并且电枢可以配置为当线圈断电时保持在启动位置。

变型18可以包括如变型17所述的电磁阀，其中电路中的电压保持恒定，同时电枢被锁定在启动位置。

变型19可以包括如变型18所述的电磁阀驱动器，其中当电子控制器实现端子与电源断开时，电路可以配置为使电枢解锁，从而允许电枢移动至停用位置。

变型20可以包括如变型17或18所述的电磁阀驱动器，其中当导线的任何中断使端子与电源断开时，电路可以配置为使电枢解锁，从而允许电枢移动至停用位置。

上述对本发明范围内所选变型的描述本质上仅是说明性的，因此，其变型或变体不应被视为偏离本发明的精神和范围。