電磁閥驅動器的製作方法

2023-06-12 14:55:01 2

本申請要求於2014年10月22日提交的美國臨時專利申請號62/067,231的權益。

技術領域

本發明總體涉及的領域包括鎖定式電磁閥，且更具體地涉及用於鎖定電磁閥的驅動器。

背景技術：

那些鎖定的電磁閥用於長期需要電磁閥處於通電位置的應用中。電磁閥被鎖定在通電位置並留在那裡，不消耗功率，直到電磁閥被解鎖。為了通電電磁閥，可以接通電脈衝，以啟動使電磁閥保持在啟動位置的電磁閥磁路。為了釋放電磁閥，可以連通具有負極性的電脈衝，以使磁路消磁，從而使電磁閥從啟動位置釋放出來。

技術實現要素：

多個變型可以包括一種電磁閥，其具有以第一極性由電源選擇性通電的線圈。儲能裝置可以由電源充電。電路可以配置為每當電源選擇性地關閉或意外中斷時，以與第一極性相反的第二極性將儲能裝置連接到線圈。

在多個其他變型中，電磁閥可以包括殼體，殼體中具有線圈。端子可以設置在殼體上並且可以連接到線圈。電樞可以響應於線圈的通電。電路可以與殼體集成在一起，並且配置為以第一極性使線圈通電，以使電樞移動至啟動位置。該電路還可以配置為以第二極性使線圈通電，以使電樞移動至停用位置。每當端子處存在電壓信號時，電樞可以保持在啟動位置或移動至啟動位置，每當端子處不存在電壓信號時，電樞可以保持在停用位置或移動至停用位置。

其他變型可以包括一種用於控制電磁閥的電磁閥驅動器。該電磁閥可以包括殼體、殼體中的線圈、殼體上連接到線圈的端子、以及響應於線圈的通電的電樞。可以包括電源，引線可以連接到端子。電子控制器可以僅被編程為使電源通過引線與端子連接並且使端子與電源斷開連接。電路可以在端子和線圈之間與殼體集成在一起。電路可以配置為以第一極性線使圈通電以使電樞移動至啟動位置，並且可以配置為以第二極性使線圈通電以使電樞移動至停用位置。當線圈以第一極性通電時，電樞可以被鎖定在啟動位置，並且電樞可以配置為當線圈斷電時保持在啟動位置。

根據本文提供的詳細描述，在本發明範圍內的其他示例性變型將變得顯而易見。應當理解的是，雖然公開了本發明範圍內的變型，但詳細描述和具體實施例僅僅是為了說明的目的，而不是要限制本發明的範圍。

附圖說明

通過詳細描述和附圖將更充分地理解本發明範圍內的變型的選擇性示例，其中：

圖1是根據多個變型的電磁閥布置的示意圖。

圖2是根據多個變型的用於圖1的電磁閥的驅動器的簡化電路圖。

具體實施方式

以下變型的描述本質上僅僅是說明性的，決非試圖限制本發明的範圍、其應用或使用。

參照圖1，多個變型可以包括電磁閥10，其具有線圈12和電樞組件14。電樞組件可以包括延伸杆16，用於接合諸如由電磁閥10致動的閥球18等裝置。當電流施加到線圈的繞組時，產生磁場。響應於磁場，電樞從停用位置平移動至啟動位置20。

當停止電流供應時，如本領域中已知的，殘餘磁場保留在電磁閥10的鐵磁元件中。磁場使電樞保持在啟動位置，沒有電流流到線圈12。通過這種方式，電磁閥停在啟動位置20，啟動後不繼續供電。

電磁閥10包括控制電路22，其集成在與電磁閥相同的硬體封裝或殼體中。控制電路22通過連接在端子21和端子23之間的單個導體引線25與電子控制器24聯通，用於提供正電壓。電子控制器24提供正電壓輸出信號或不提供信號。控制電路22可以在28處接地以啟動閉合電路。

參照圖2，多個變型可以包括控制電路22。簡化電路22示意性地描述了向電磁線圈12提供電流。為了簡單起見，圖2可以省略本領域技術人員已知的電阻器。直流電源26通過電子控制器24的作用選擇性地連接到線圈12。電源26的正極28可根據電子控制器24的控制邏輯選擇性地連接到導體30，負極29接地32。控制器24可以被編程為啟動電磁閥10，以滿足使用電磁閥的應用的需要。

為了使電磁閥的線圈12通電，電子控制器24對導體30施加電壓，使得電流通過導體31、電晶體34、二極體36和導體38傳遞到電磁閥10。在電磁閥10處，電流施加到線圈12，在電磁閥10的鐵磁元件中形成帶極性的磁場，以使電磁閥的電樞移動至啟動位置。電晶體34可以是PNP半導體器件，其基極連接到導體33，集電極連接到導體31，發射極連接到導體35。當電壓從導體31施加到集電極時，電流流到發射極，電流從導體31流到導體35。二極體36可以是PN半導體器件，其僅在一個方向上從其陽極向其陰極傳導電流。二極體36可以位於電路22中，其陽極連接到導體35，而其陰極連接到導體37。

線圈12的相對端連接到導體38和39。用於使線圈12通電的電路可以通過導體39、導體41、電晶體44和導體43完成接地32。電晶體44可以是NPN半導體器件，其基極連接到導體40，集電極連接到導體41，發射極連接到導體43。當通過導體30和導體40將電壓施加到其基極時，電流流經電晶體44和導體41和43並接地32。當電磁閥10被啟動時，通過提供電流而形成的殘餘磁場使電磁閥的電樞保留並保持在啟動位置。形成磁場的電流包括在線圈12端部處的正電壓信號，線圈12連接到導體38，導體39接地32。在初始脈衝啟動電磁閥後，不再需要電流來使電磁閥保留在啟動位置。

如圖2所示，電路22的多個變型可以包括電阻器-電容器定時電路48，其可連接到電源26，用於通過電阻器52對電容器50充電。電阻器52可以具有大約1MΩ的電阻。當電子控制器嚮導體30施加電壓時，電流通過電阻器52來測量並施加到電容器50，當電容器50兩端的電壓接近從電源26提供的電壓並且電流接近零時，電容器50充電趨向穩態。對電容器充電，該電容器可以具有大約0.1微法的電容。隨著施加到導體33的充電電容器50的電壓增加並且通過電晶體34的基極，流過電晶體的電流可以被阻止或阻斷。由此，來自電源26的初始電壓信號導致鎖定電磁閥10並對電容器50充電的電流脈衝。電磁閥10被鎖定時，不再需要電流來將其保持在啟動位置，阻斷通過電晶體34的電流意味著電磁閥10不消耗不需要的電流。隨著電流減小，控制器24繼續嚮導體30施加電壓。鎖定電磁閥10的電流脈衝的持續時間取決於電阻器-電容器定時電路48中電阻器52和電容器50的尺寸。

電路22還可以包括電晶體56，電晶體56可以是PNP半導體器件，其基極連接到導體55，集電極連接到導體57，發射極連接到導體59。當通過控制器24將電壓施加到導體30並且通過導體56時，電晶體56的基極處的電壓阻止流過導體59接地32的電流。

為了使電磁閥10從啟動狀態釋放出來，必須消除或「消磁」殘餘磁場。為了實現消磁，可以選擇性地向線圈12施加具有相反極性的電流。電路22可以包括儲能裝置，該儲能裝置可以是電容器60，其正極端子連接到導體61並且其負極端子連接到導體63。電容器60的尺寸可以設計為實現電磁閥10的解鎖，並且可以具有大約100微法的電容。為了解鎖電磁閥10，電容器60可以被充電且選擇性地放電，以施加具有極性的電流，其與用於鎖定電磁閥10的電流相反。

用於對電容器60充電的電流可以通過電晶體62提供，電晶體62的基極連接到導體67，其集電極連接到導體65，其發射極連接到導體69。電晶體62可以是NPN半導體器件。當控制器24在導體30處產生電壓時，信號繼續提供到導體40、導體67以及電晶體62的基極。這允許電流從集電極流到發射極，從導體65流到導體69，並且流過導體61，以對電容器60充電。由於導體30處的電壓，當電容器60兩端的電壓接近從電源26提供的電壓並且電流接近零時，電容器60充電趨向穩態。在電容器充電時，電壓可以保持接通，但電流和功率的消耗下降至接近零。

電壓信號還通過導體40和導體71到達電晶體72的基極。電晶體72可以是PNP半導體器件，其基極連接到導體72，集電極連接到導體73，發射極連接到導體75。導體75可以通過二極體76、導體79和導體39與電磁閥10的線圈12連接。當控制器24通過導體30、40和71將電壓施加到電晶體72的基極時，電流不能在集電極和發射極之間流動，或者不能從導體73流到導體75。這維持電容器60中的電荷。二極體76可以是PN半導體器件，其僅在一個方向上從其陽極向其陰極傳導電流。二極體76可以定位成其陽極連接到導體75並且其陰極連接到導體79。

電晶體72可以用於將電容器60的正極側與線圈12連接。形成鎖定式電磁閥10的磁場的電流包括在線圈12端部處的正電壓，線圈12連接到導體38，導體39接地32。為了使磁路消磁，導體39可以連接到正電壓源，導體38可以接地32。這將向線圈12施加具有極性的電流，該電流與來自電源26的啟動電磁閥所施加的電流相反。相反極性的電流消除了電磁閥的鐵磁元件中的殘餘磁場，從而解鎖電樞組件20並允許電樞組件20返回停用狀態。

當控制器24使電路22斷電時，可以向線圈12施加解鎖電流，從而中止導體30的電壓供應。電晶體56和72的基極處不存在電壓信號允許電流在集電極和發射極之間流動，電晶體62和44的基極處不存在電壓信號阻止電流在集電極和發射極之間流動。因此，當控制器24中斷電壓時，電流可以從電容器60的正極側流到線圈12的提供鎖定電流的相反端。更具體地，電流從充電的電容器60流過導體73、電晶體72、導體75、二極體76、導體79和導體39，流至線圈12。線圈12的相反端通過導體38、導體57、電晶體56和導體59接地32。電流可以以用於鎖定電磁閥10的相反極性流過線圈12，並且磁路被消磁，從而使電磁閥從啟動狀態釋放。通過這種機制，當啟動時消耗很少或不消耗功率的鎖定式電磁閥可以安裝在控制器的應用場合中，該控制器被編程為控制在雙態模式下操作的常規電磁閥，其中通電的電路導致電磁閥啟動，斷電的電路導致電磁閥停用。這可以允許替換成鎖定式電磁閥，以減少功率消耗，而使用電磁閥的產品沒有其他變化，且也不需要對控制器重新編程。

當電路22中的功率意外損失時，例如由引線25的中斷導致功率意外損失時，電容器60操作以使殘餘磁場消磁，並確保電磁閥移動至斷電或默認狀態，如同控制器24已下令停用。通過這種方式，提供了防故障操作，其中所提供的電壓的損失將使電磁閥返回停用狀態。為了裝置的防故障性質最大化，將控制電路22集成在與電磁閥10相同的硬體封裝中。這也簡化了在給定應用場合中用鎖定式電磁閥代替常規電磁閥的操作。

以下變型的描述僅是說明本發明範圍內的部件、元件、動作、產品和方法，並不以任何方式通過具體公開或未明確闡述的內容來限制這種範圍。除了本文明確描述的以外，部件、元件、動作、產品和方法可以組合和重新設置，並且仍被認為屬於本發明的範圍。

變型1可以包括一種電磁閥，其具有以第一極性由電源選擇性通電的線圈。儲能裝置可以由電源充電。電路可以配置為每當電源選擇性地關閉或意外中斷時，以與第一極性相反的第二極性將儲能裝置連接到線圈。

變型2可以包括如變型1所述的電磁閥，其中當電源使線圈通電時，電磁閥被鎖定在啟動位置。

變型3可以包括如變型2所述的電磁閥，其中電流的初始脈衝使電磁閥鎖定在啟動位置，並且其中電路配置為使初始脈衝後的電流消耗減小到接近零水平。

變型4可以包括如變型3所述的電磁閥，其中電路中的電壓保持恆定，同時電流消耗減小。

變型5可以包括如變型1至4中任一項所述的電磁閥，其中，電磁閥包括殼體，並且電路集成到殼體中。

變型6可以包括如變型1至5中任一項所述的電磁閥，其中電源由電子控制器通電，並且其中電子控制器被編程為僅實現電源的開/關狀態。

變型7可以包括如變型1至6中任一項所述的電磁閥，其中線圈包括選擇性地連接到電源的正極端子的第一端以及選擇性地連接到儲能裝置的正極端子的第二端。

變型8可以包括如變型1至7中任一項所述的電磁閥，其可以包括通過磁場鎖定在啟動位置的電樞。

變型9可以包括如變型8所述的電磁閥，其中引線在電子控制器和電磁閥之間延伸，並且其中引線的中斷使磁場消磁。

變型10可以包括具有殼體的電磁閥，殼體中具有線圈。端子可以設置在殼體上並且連接到線圈。電樞可以響應於線圈的通電。電路可以與殼體集成在一起，並且配置為以第一極性使線圈通電，以使電樞移動至啟動位置。該電路還可以配置為以第二極性使線圈通電，以使電樞移動至停用位置。每當端子處存在電壓信號時，電樞可以保持在啟動位置或移動至啟動位置，每當端子處不存在電壓信號時，電樞可以保持在停用位置或移動至停用位置。

變型11可以包括如變型10所述的電磁閥，其中當線圈被通電時，電磁閥被鎖定在啟動位置。

變型12可以包括如變型11所述的電磁閥，其中電流的初始脈衝使電磁閥鎖定在啟動位置，並且其中電路配置為使初始脈衝後的電流消耗減小到接近零水平。

變型13可以包括如變型12所述的電磁閥，其中電路中的電壓保持恆定，同時電流消耗減小。

變型14可以包括如變型10至13中任一項所述的電磁閥，電子控制器可以實現向端子提供電源，並且其中電子控制器可以被編程為僅實現電源的開/關狀態。

變型15可以包括如變型10至14中任一項所述的電磁閥，其中線圈可以包括連接到端子的第一端以及選擇性地連接到儲能裝置的正極端子的第二端。

變型16可以包括如變型14至15中任一項所述的電磁閥，其中引線可以在電子控制器和端子之間延伸，並且其中引線的中斷使電樞從啟動位置解鎖。

變型17可以包括用於控制電磁閥的電磁閥驅動器。該電磁閥可以包括殼體、殼體中的線圈、殼體上連接到線圈的端子、以及響應於線圈的通電的電樞。可以包括電源，引線可以連接到端子。電子控制器可以僅被編程為使電源通過引線與端子連接並且使端子與電源斷開連接。電路可以在端子和線圈之間與殼體集成在一起。該電路可以配置為以第一極性使線圈通電以使電樞移動至啟動位置，並且可以配置為以第二極性使線圈通電以使電樞移動至停用位置。當線圈以第一極性通電時，電樞可以被鎖定在啟動位置，並且電樞可以配置為當線圈斷電時保持在啟動位置。

變型18可以包括如變型17所述的電磁閥，其中電路中的電壓保持恆定，同時電樞被鎖定在啟動位置。

變型19可以包括如變型18所述的電磁閥驅動器，其中當電子控制器實現端子與電源斷開時，電路可以配置為使電樞解鎖，從而允許電樞移動至停用位置。

變型20可以包括如變型17或18所述的電磁閥驅動器，其中當導線的任何中斷使端子與電源斷開時，電路可以配置為使電樞解鎖，從而允許電樞移動至停用位置。

上述對本發明範圍內所選變型的描述本質上僅是說明性的，因此，其變型或變體不應被視為偏離本發明的精神和範圍。