一種微型自鎖電磁閥的製作方法

2024-02-04 06:21:15

專利名稱：一種微型自鎖電磁閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微推進系統用自鎖電磁閥。
背景技術：
基於MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems,微(型)機電系統)的微推進系 統擁有質量小、體積小，推質比高的優點，使推進系統小型化達到空前的水平，從而大大降 低了研製成本。 在微推進系統中，電磁閥作為微流體的控制組件是一個關鍵部件。需要滿足流體 流量小(10mg/s左右)，控制精度相對較高、響應時間儘可能短、單次工作時間要求長的工 作要求。常規電磁閥無法滿足長時間處於開啟工作狀態所帶來的功耗、質量等問題。

發明內容
本發明目的是提供一種質量小、結構簡單可靠、功耗低、響應時間快的微型自鎖電
磁閥，其解決了現有電磁閥無法滿足微推進系統對電磁閥功耗、質量的技術問題。 本發明的技術解決方案是 —種微型自鎖電磁閥，包括筒狀閥座1 、設置在閥座1內的閥體7、設置在閥座1和 閥體7之間的閥芯5、設置在閥體7和閥芯5之間的彈簧8、設置在閥座1和閥芯5側面之 間的電磁線圈6，所述電磁閥入口設置在閥體7上，所述電磁閥出口設置在閥座1上，其特殊 之處在於所述電磁閥還包括設置在閥座1和閥芯5側面之間的永磁體4，所述永磁體4靠 近閥座1的端面；所述電磁線圈6為可正反通電的單線圈電磁線圈；所述永磁體4和閥座 1以及閥芯5之間設置有法蘭導磁套92，所述電磁線圈6和閥芯5之間設置有筒狀隔磁套 91 ;所述閥座l的內端面設置有隔磁限位墊片2，所述閥芯5上與閥體7接觸的端面設置有 凸臺10。 上述法蘭導磁套92材料為1Crl3Ni9Ti，所述隔磁套91材料1Crl3Ni9Ti，所述蘭 導磁套92和隔磁套91為一體式結構。 上述閥芯5包括設置在閥芯內的閥芯流道51以及與閥芯流道51相通且設置在閥 芯5外側面的流通槽52。 上述閥芯5和隔磁套91之間的配合間隙為0. 02 0. 04mm。
本發明微型自鎖電磁閥與現有電磁閥相比，優點在於 1、結構簡單、體積小。本發明採用整體式閥座和單電磁線圈結構，開啟和關閉使用 一個電磁線圈，導致結構小型化，單件閥只有不到27g。 2、響應時間快。本發明隔磁墊片與凸臺厚度不等，從而合理分配電磁力，圓柱彈簧 加速閥芯釋放，因而其響應時間快，響應時間< 5ms。 3、功耗低。本發明採用釹鐵硼永磁體作為恆磁場源，產生自鎖保持力，瞬時通電後 利用自鎖保持力維持原有工作狀態，大大降低電磁閥的功耗。 4、使用壽命長。本發明採用最佳閥芯和閥體配合間隙，摩擦力小，並且閥芯動作穩定，同時採用彈簧導向，隔磁墊片限位，可以實現長時間10—7Pa *m3/S的低漏磁率，因而壽命 可達20000次以上。 5、本發明除可應用於微推進系統外，還可應用於冶金、電力、化工、機械等各領域。


圖1是本發明微型自鎖電磁閥結構簡圖； 圖2是本發明微型自鎖電磁閥閥芯打開後的結構示意圖； 其中1-閥座，2_隔磁限位墊片，3-密封圈，4-永磁體，5_閥芯，51_閥芯流道， 52-流通槽，6-電磁線圈，7-閥體，8-彈簧，91-隔磁套，92-法蘭導磁套，10-凸臺。
具體實施例方式
如圖1 、圖2所示， 一種微型自鎖電磁閥，包括筒狀閥座1 、設置在閥座內的閥體7、 設置在閥座1和閥體7之間的閥芯5、設置在閥體7和閥芯5之間的圓柱彈簧8、設置在閥座 1和閥芯5側面之間的電磁線圈6和永磁體4，電磁閥入口設置在閥體7上，電磁閥出口設 置在閥座1上，永磁體4靠近閥座1的端面；電磁線圈6為可正反通電的單線圈電磁線圈； 閥座1的內端面設置有隔磁限位墊片2，閥芯5上與閥體7接觸的端面設置有凸臺10 ;閥芯 5和電磁線圈6以及永磁體4之間設置有隔磁套91 ;閥芯5包括設置在閥芯內的閥芯流道 51以及與閥芯流道51相通且設置在閥芯5外側面的流通槽52。隔磁限位墊片2的厚度和 凸臺10的厚度不相等，則斷電後永磁體4保持原來的工作狀態；隔磁限位墊片在起到氣隙 作用的同時作為閥芯限位結構。圓柱彈簧8增強閥芯運動導向性，提高自鎖閥工作壽命。
本發明的工作原理和工作過程是 電磁閥的自鎖力由永久磁鐵產生磁通，在兩個磁迴路中因工作氣隙不同而分磁通 不同的原理實現，在完成開啟/關閉動作後，利用永磁體在閥芯兩端因氣隙不同而分磁通 不同將閥芯保持在最後的工作位置上，無需額外施加電源。控制電磁線圈為單電磁線圈控 制，開啟和關閉時電磁線圈正負極轉換，電磁磁路方向改變，克服永磁體吸力實現電磁閥開 啟和關閉。當電磁線圈接通一脈衝電流(脈寬約為100ms)，電磁線圈產生足夠的磁通與永 磁體磁通疊加或者抵消，克服圓柱彈簧力、摩擦力以及液壓不平衡力，從而驅動銜鐵運動， 並打開閥芯，工作介質由閥入口經閥芯上的閥芯流道和流通槽，從閥出口流出。在閥芯圓周 表面銑出流通槽，可顯著提高電磁閥的抗汙染能力，其安全性和壽命也可相應提高。當電磁 線圈斷電後，由於永磁體的作用，閥芯保持在打開位置。需要電磁閥關閉時，給電磁線圈反 向通電，電磁磁通方向改變，在彈簧力輔助下，克服永磁體磁通，促使閥芯運動，關閉閥。由 於電磁閥打開或關閉後不再需要通電，也無需外加氣源控制，達到顯著的節能效果。並且由 於閥打開和關閉，閥芯受到的力都是主動力，輔以隔磁墊片與凸臺不等厚結構設計，合理分 配電磁力，因而其響應時間快。 在基於MEMS技術的微推進系統中，微型自鎖電磁閥作為流體供應和控制單元的 組件，根據相應控制命令，通過對打開時間的控制對流量進行控制。當接收到停止工作命令 後，輸入反向電壓，關閉電磁閥，切斷流體供應。 本發明的技術解決方案是閥門採用單線圈直通螺線管式結構，利用電磁力驅動。 採用矯頑力、剩磁較大的釹鐵硼永磁材料作為恆磁場源，在斷電之後利用產生的自鎖保持力維持原來的工作狀態:
權利要求
一種微型自鎖電磁閥，包括筒狀閥座(1)、設置在閥座(1)內的閥體(7)、設置在閥座(1)和閥體(7)之間的閥芯(5)、設置在閥體(7)和閥芯(5)之間的彈簧(8)、設置在閥座(1)和閥芯(5)側面之間的電磁線圈(6)，所述電磁閥入口設置在閥體(7)上，所述電磁閥出口設置在閥座(1)上，其特徵在於所述電磁閥還包括設置在閥座(1)和閥芯(5)側面之間的永磁體(4)，所述永磁體(4)靠近閥座(1)的端面；所述電磁線圈(6)為可正反通電的單線圈電磁線圈；所述永磁體(4)和閥座(1)以及閥芯(5)之間設置有法蘭導磁套(92)，所述電磁線圈(6)和閥芯(5)之間設置有筒狀隔磁套(91)；所述閥座(1)的內端面設置有隔磁限位墊片(2)，所述閥芯(5)上與閥體(7)接觸的端面設置有凸臺(10)。
2. 根據權利要求l所述的微型自鎖電磁閥，其特徵在於所述法蘭導磁套(92)材料為 1Crl3Ni9Ti，所述隔磁套(91)材料1Crl3Ni9Ti，所述蘭導磁套(92)和隔磁套(91)為一體 式結構。
3. 根據權利要求1或2所述的微型自鎖電磁閥，其特徵在於所述閥芯(5)包括設置 在閥芯內的閥芯流道(51)以及與閥芯流道(51)相通且設置在閥芯(5)外側面的流通槽 (52)。
4. 根據權利要求3所述的微型自鎖電磁閥，其特徵在於所述閥芯(5)和隔磁套(91) 之間的配合間隙為0. 02 0. 04mm。
全文摘要
本發明涉及一種微型自鎖電磁閥，電磁閥還包括設置在閥座和閥芯側面之間的永磁體，永磁體靠近閥座的端面；電磁線圈為可正反通電的單線圈電磁線圈；永磁體和閥座以及閥芯之間設置有法蘭導磁套，電磁線圈和閥芯之間設置有筒狀隔磁套；閥座的內端面設置有隔磁限位墊片，閥芯上與閥體接觸的端面設置有凸臺。本發明解決了現有電磁閥無法滿足微推進系統對電磁閥功耗、質量的技術問題，本發明具有質量小、結構簡單可靠、功耗低、響應時間快的微型自鎖電磁閥。
文檔編號F16K31/08GK101709806SQ20091031222
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月24日 優先權日2009年12月24日
發明者蔣建 申請人:中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所