專利名稱：控制流體流動(dòng)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在各種系統(tǒng)中的流體流動(dòng)的控制。
背景技術(shù)：
工業(yè)、農(nóng)業(yè)和家庭中使用各種類型的用于控制流體流動(dòng)的系統(tǒng)。最常見(jiàn)形式的電操作閥門(mén)采用纏繞在一個(gè)繞線管上的一個(gè)螺線管，而且在該繞線管內(nèi)放置一個(gè)閥門(mén)部件并且由流經(jīng)該螺線管的驅(qū)動(dòng)電流所驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)閉合位置，閥門(mén)部分的梢端頂壓閥座并且從而停止通過(guò)該閥座所在管道的流體的流動(dòng)。雖然在多數(shù)情況下的閥門(mén)部件的梢端是由合成樹(shù)脂或其它彈性材料制成，但是閥門(mén)部件的其它部分是由具有很高導(dǎo)磁率的材料，例如鋼材料制成，使得其受到來(lái)自螺線管的磁場(chǎng)力并且起到一個(gè)螺線管電樞的作用。
在電池操作的致動(dòng)器中，電閥門(mén)控制電路應(yīng)該采用盡可能少的電能。為了實(shí)現(xiàn)高能效率的操作，該閥門(mén)部件(即螺線管的電樞)需要盡可能高地導(dǎo)磁。此外，在栓閉閥門(mén)中(即閥門(mén)的致動(dòng)器需要功率打開(kāi)或關(guān)閉該閥門(mén)，而是不保持其打開(kāi)或關(guān)閉的狀態(tài))，在電樞起動(dòng)過(guò)程中，電閥門(mén)控制電路應(yīng)該只施加所必需的最小的、并且持續(xù)時(shí)間最短的驅(qū)動(dòng)電流。在非栓閉致動(dòng)器中，用于保持閥門(mén)打開(kāi)的過(guò)高的驅(qū)動(dòng)電流還可能徒然降低電池的壽命。因此，降低能耗是致動(dòng)器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的方面。
在許多已有技術(shù)的致動(dòng)器中，水(或其它所調(diào)控的流體)能夠流入包含該致動(dòng)器的繞線管的腔中。該致動(dòng)器常包括一個(gè)與內(nèi)部空腔連通的流動(dòng)通道，以提供一個(gè)低流阻路徑，并且補(bǔ)償在該閥門(mén)部件的外部壓力(即由該調(diào)節(jié)的流體施加在該電樞上的壓力)。因此，該調(diào)節(jié)的流體響應(yīng)對(duì)該致動(dòng)器的閉合或打開(kāi)而來(lái)回流動(dòng)。這通常會(huì)引起電樞的退化(即腐蝕)以及在繞線管腔內(nèi)累積的金屬和其它離子(即其它沉積物)所帶來(lái)的問(wèn)題。問(wèn)題的嚴(yán)重性取決于調(diào)控流體的類型，例如水的類型。
如上所述，最理想的螺線管電樞應(yīng)具有盡可能高的磁導(dǎo)率。但是，具有很高磁導(dǎo)率的材料通常具有低的耐蝕性。因此，過(guò)去設(shè)計(jì)師不得不為了耐蝕性而犧牲導(dǎo)磁率。例如，碳鋼具有高磁導(dǎo)率，但是十分易受生銹和腐蝕的損害。因此，設(shè)計(jì)師采取高導(dǎo)磁率等級(jí)的不銹鋼，即使不銹鋼的導(dǎo)磁率比碳鋼低。然而，設(shè)計(jì)師還面臨上述的淀積問(wèn)題，即與通過(guò)電樞、繞線管或其它閥門(mén)元件防止流體污染的相反的問(wèn)題。
因此，仍然存在改進(jìn)閥門(mén)致動(dòng)器的需要。
本發(fā)明概要本發(fā)明涉及用于控制在各種系統(tǒng)中的流體流動(dòng)的裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種電磁致動(dòng)器包括一個(gè)螺線管和一個(gè)電樞外殼，用于來(lái)構(gòu)成一個(gè)電樞容器，用于容納包括末梢部分的一個(gè)鐵磁體電樞。該致動(dòng)器還包括相對(duì)于該容器固定的一個(gè)膜片，并且用于至少局部地封套該末梢的梢端，以便將電樞流體密封在該容器內(nèi)部，其中該電樞末梢部分相對(duì)于由該致動(dòng)器控制的閥門(mén)通道而移動(dòng)該膜片。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，一個(gè)電磁致動(dòng)器，包括一個(gè)螺線管和形成一個(gè)電樞容器的電樞外殼，在該容器之內(nèi)放置有一個(gè)鐵磁電樞。該致動(dòng)器可由流經(jīng)該螺線管的驅(qū)動(dòng)電流操作，以便在縮進(jìn)和伸出電樞的位置之間驅(qū)動(dòng)該電樞。該致動(dòng)器包括一個(gè)固定在容器口的柔性膜片，從而當(dāng)該電樞移動(dòng)到其延伸的電樞位置時(shí)向外變形并且繼而利用該電樞外殼一起形成一個(gè)包括該電樞的實(shí)質(zhì)上不透流體的電樞容腔。一個(gè)實(shí)質(zhì)上不能壓縮的流體將實(shí)際占據(jù)未由電樞占據(jù)的整個(gè)容腔體積。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，閥門(mén)包括形成提供閥門(mén)座的流體流動(dòng)通道的一個(gè)導(dǎo)管，以及一個(gè)電磁致動(dòng)器。該電磁致動(dòng)器包括一個(gè)螺線管和形成一個(gè)電樞容器的電樞外殼，在該容器之內(nèi)放置有一個(gè)鐵磁電樞。該致動(dòng)器可由流經(jīng)該螺線管的驅(qū)動(dòng)電流操作，以便在縮進(jìn)和伸出電樞的位置之間驅(qū)動(dòng)該電樞。該致動(dòng)器還包括固定在該容器口一個(gè)柔性膜片，從而當(dāng)該電樞移動(dòng)到其伸出電樞位置時(shí)變形并且密封地頂壓該閥門(mén)座，從而阻止流體流經(jīng)該流體流動(dòng)的通道，其中該膜片和該電樞外殼形成一個(gè)包含該電樞的實(shí)質(zhì)上不透流體的電樞容腔。一個(gè)實(shí)質(zhì)上不能壓縮的流體將實(shí)際占據(jù)未由電樞占據(jù)的整個(gè)容腔體積。
本發(fā)明這些方面的最佳實(shí)施例包括一個(gè)或多個(gè)下列特征。該致動(dòng)器可以包括用于形式一個(gè)栓閉致動(dòng)器的一個(gè)永久磁鐵。該致動(dòng)器可以包括一個(gè)偏置彈簧，用于定位并且把所說(shuō)的電樞向其延伸位置偏置。當(dāng)該電樞處在其延伸的電樞定位時(shí)，該電樞的末梢部分(即電樞梢端)可被用于壓迫該膜片而頂壓該閥門(mén)座。該末梢部分支承的區(qū)域相對(duì)暴露于膜片的導(dǎo)管上游的該膜片的區(qū)域的比例是在1.4和12.3之間。
該電樞流體可以包括由抗腐劑構(gòu)成的不可壓縮的流體。該不可壓縮的流體可以實(shí)質(zhì)上由水與抗腐蝕劑的混合物組成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)包括一個(gè)致動(dòng)器，包括一個(gè)電樞和可通過(guò)應(yīng)用一個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)操作的一個(gè)線圈，從而移動(dòng)該電樞，以及一個(gè)局部密封該電樞的一個(gè)膜片。該致動(dòng)器系統(tǒng)還包括一個(gè)電樞檢測(cè)器，被構(gòu)成用于檢測(cè)該電樞的位移；以及一個(gè)控制電路，可操作用于響應(yīng)來(lái)自該電樞檢測(cè)器的輸出而開(kāi)始把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)包括含有一個(gè)電樞、一個(gè)膜片、和一個(gè)線圈的致動(dòng)器，該線圈可由其上第一驅(qū)動(dòng)方向的線圈驅(qū)動(dòng)操作以便在第一電流方向傳導(dǎo)電流，并且從而趨向于將該電樞驅(qū)動(dòng)到一個(gè)第一未端位置； 耦合到該致動(dòng)器的一個(gè)聲音檢測(cè)器，用于檢測(cè)由達(dá)到該第一末端位置過(guò)程中的電樞產(chǎn)生的聲音，該聲音檢測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)指示其所檢測(cè)聲音的檢測(cè)器輸出。該系統(tǒng)還包括一個(gè)控制電路，可操作來(lái)開(kāi)始在第一驅(qū)動(dòng)方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈，并且響應(yīng)滿足一個(gè)預(yù)定的第一電流終止判據(jù)的該檢測(cè)器的輸出，以便停止在第一驅(qū)動(dòng)方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈。
在本實(shí)施例中，該線圈最好可在一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)方向上由其上施加的一個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)操作，以便在第二電流方向傳導(dǎo)電流，并且從而趨向把該電樞驅(qū)動(dòng)到一個(gè)第二末端位置；該檢測(cè)器被耦合到該致動(dòng)器，從而檢測(cè)達(dá)到該第二末端位置的電樞；并且該控制電路可操作來(lái)開(kāi)始在第二方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈，并且響應(yīng)滿足一個(gè)預(yù)定的第二電流終止判據(jù)的該檢測(cè)器的輸出，以便停止在第二驅(qū)動(dòng)方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈。
該致動(dòng)器可以包括不同的第一和第二電流終止判據(jù)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的技術(shù)方案降低通常出現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)該致動(dòng)器電樞的過(guò)程中的能耗。一個(gè)電樞檢測(cè)器監(jiān)視該電樞的移動(dòng)或確定該電樞已經(jīng)到達(dá)其行程末端的時(shí)間。根據(jù)來(lái)自電樞檢測(cè)器的信號(hào)，在一個(gè)選擇點(diǎn)結(jié)束對(duì)該致動(dòng)器線圈驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這將能夠大大減小能量消耗，因?yàn)榫€圈驅(qū)動(dòng)持續(xù)期因此不總是需要足夠長(zhǎng)到滿足通常在沒(méi)有應(yīng)用電樞檢測(cè)器時(shí)的最壞情況的要求。這將能夠?qū)е码姵貕勖娘@著增加。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該閥門(mén)致動(dòng)器能夠使用具有例如不銹鋼鐵磁體類型的高磁導(dǎo)率的材料而不考慮其低耐腐蝕力，并且該電樞不需要經(jīng)受提供一個(gè)可接受的耐腐蝕力等級(jí)的若干處理步驟。因此，本發(fā)明的設(shè)計(jì)降低了閥門(mén)造價(jià)，即減小由于電樞的導(dǎo)磁率不是最大可能地優(yōu)化該電樞的導(dǎo)磁率而加大螺線管線徑的要求。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，把一個(gè)柔性膜片固定在該電樞在其中移動(dòng)的該容器的末端上面，從而防止電樞的高磁導(dǎo)率材料暴露于被控制流經(jīng)該閥門(mén)的可能是腐蝕性的流體。此外，以不能壓縮的流體填充該電樞容器，以便平衡由受控流體壓力所施加的力。
本發(fā)明通過(guò)克服例如授予Nagel的美國(guó)專利5941505所存在的問(wèn)題而改進(jìn)已有技術(shù)的各種設(shè)計(jì)，防止了在保護(hù)該受控流體不受閥門(mén)組件雜質(zhì)影響的膜片中的滲漏。
附圖的簡(jiǎn)要描述

圖1是一個(gè)電操作閥門(mén)致動(dòng)器的截面圖。
圖2是一個(gè)電操作閥門(mén)致動(dòng)器另一實(shí)施例的截面圖。
圖2A是在2示出的操作器的部件分解圖。
圖3是圖2示出的包括一個(gè)壓電換能器的操作器的截面圖。
圖4是閥門(mén)致動(dòng)器的控制系統(tǒng)的方框圖。
實(shí)施例詳細(xì)描述參考圖1，示出工業(yè)、農(nóng)業(yè)和家庭中使用各種類型的用于控制流體流動(dòng)的系統(tǒng)?？呻姴僮鞯拈y門(mén)10使用螺線管把一個(gè)柱塞驅(qū)動(dòng)到一個(gè)閥門(mén)座中從而停止通過(guò)其中放置該閥門(mén)座的管道的流動(dòng)。具體地說(shuō)，閥門(mén)致動(dòng)器10包括一個(gè)致動(dòng)器基座16、鐵磁體極靴24、可滑動(dòng)地裝在極靴24中形成的一個(gè)電樞容器中的鐵磁體電樞30、和纏繞螺線管線軸14纏繞的一個(gè)螺線管線圈28。閥門(mén)10還包括一個(gè)在螺線管線軸14和致動(dòng)器基座16之間形成一個(gè)密封的可彈性變形的O型環(huán)12，都這些部件都由一個(gè)外殼18整合為一體。在其上端，繞線管14形成一個(gè)磁鐵凹進(jìn)處20，被用于形成一個(gè)盤(pán)狀磁鐵22。螺線管外殼18(即容倉(cāng)18)壓接在致動(dòng)器基座16，以便保持磁鐵22和極靴24頂壓線軸14，從而在容倉(cāng)18內(nèi)固定線圈28和致動(dòng)器基座16。
閥門(mén)致動(dòng)器10可以被構(gòu)成栓閉式(如圖1所示)或非栓閉式。該栓閉式實(shí)施例包括提供磁場(chǎng)的磁鐵22，該磁場(chǎng)的取向和力量足以克服一個(gè)螺旋型彈簧48的力，并從而即使在螺線管線圈28中沒(méi)有驅(qū)動(dòng)電流流動(dòng)之后仍然保持電樞30處在開(kāi)啟狀態(tài)。在非栓閉實(shí)施例中，不存在永久磁鐵(即磁鐵22)。為了把電樞30保持在開(kāi)啟狀態(tài)，必須讓驅(qū)動(dòng)電流持續(xù)流經(jīng)線圈28，以便提供必要的磁場(chǎng)。如果沒(méi)有驅(qū)動(dòng)電流，該電樞30在彈簧48的彈力作用下進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。另一方面，在栓閉式實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電流以相反的方向加到線圈28，以便在該開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)之間移動(dòng)電樞30，但是不需要驅(qū)動(dòng)電流來(lái)保持任一狀態(tài)。
參考圖1，致動(dòng)器基座16包括一個(gè)實(shí)際處在容倉(cāng)18之內(nèi)的一個(gè)寬基座部分和一個(gè)變窄的基座擴(kuò)展部分32。該閥門(mén)致動(dòng)器還包括具有肩部42的一個(gè)可彈性變形的膜片40。
該基座擴(kuò)展32的外表面與由安裝塊體34的上表面形成的一個(gè)凹進(jìn)提供的互補(bǔ)螺紋螺旋嚙合。由在該基座擴(kuò)展32的下表面中的一個(gè)擴(kuò)孔形成的一個(gè)環(huán)狀表面36擠壓可彈性變形的膜片40的一個(gè)加厚外圍邊緣38，頂壓形成在該安裝塊體34的上凹進(jìn)處中形成的肩部42。這將產(chǎn)生一個(gè)不透流體的密封，使得該膜片保護(hù)該電樞30不被暴露于在安裝塊體34的內(nèi)部流體導(dǎo)管44中流動(dòng)的流體。還配合一個(gè)O型環(huán)密封46，形式一個(gè)以一種電樞流體(即液體或氣體)填充的不透流體的電樞容腔，該流體最好是相對(duì)無(wú)粘性的、不可壓縮的和無(wú)腐蝕性的。
例如，該電樞流體可以是混合了抗腐蝕劑的水，例如混合了20％的聚丙烯乙二醇和鉀磷酸鹽的水。另外，電樞液體可以包括硅基液體，聚丙烯聚乙烯乙二醇或其它具有大分子的流體。該電樞液體通?？梢允窍鄬?duì)于該電樞而言具有低粘性和非腐蝕性的任何不可壓縮的液體。由于這種保護(hù)，圖示實(shí)施例的電樞材料能夠是低碳鋼的電樞；耐腐蝕力不象其在沒(méi)有這種保護(hù)的情況中那樣的大的因素。其它實(shí)施例可以采用例如420或430系列不銹鋼的電樞材料。僅需要該電樞實(shí)質(zhì)上由一個(gè)鐵磁材料組成，即一個(gè)螺線管和磁鐵能夠吸引的材料。雖然如此，該電樞實(shí)質(zhì)可以包括例如柔性梢端，即不是鐵磁體的部件。
操作中，放置在電樞30中心空腔50中的環(huán)形彈簧48支承頂壓一個(gè)腔肩52并且由此趨于把電樞30從圖1所示的縮進(jìn)位置推向一個(gè)延伸位置。在非栓閉實(shí)施例中，電樞30趨于達(dá)到?jīng)]有螺線管電流的延伸位置。在圖1所示的栓閉實(shí)施例中，電樞30被磁鐵22保持在沒(méi)有螺線管電流情況下的縮進(jìn)位置。為了把電樞驅(qū)動(dòng)到該延伸位置，要求電樞電流的方向和幅值所產(chǎn)生的磁力足夠抵消磁鐵的磁力，以便使得該彈簧力起主導(dǎo)作用。當(dāng)實(shí)現(xiàn)這種效果時(shí)，彈簧力把電樞30移動(dòng)到其延伸定位，其中使得膜片40的外表面密封頂壓形成在該導(dǎo)管44中的安裝塊體34的閥門(mén)座54。這將停止該導(dǎo)管44中的流體的流動(dòng)。在該位置，電樞距該磁鐵有足夠的空間，該彈簧力能夠保持該電樞的延伸而無(wú)需螺線管的幫助。
彈性膜片40密封在與由電樞主體形成的一個(gè)電樞端口56連通的一個(gè)流體密閉的電樞容腔中的電樞流體。而且，彈性膜片40暴露于導(dǎo)管44中的被調(diào)節(jié)流體的壓力并且可能因此經(jīng)受相當(dāng)?shù)耐獠苛α?。但是，電?0以及彈簧48不必克服該力量，因?yàn)樵搶?dǎo)管的壓力通過(guò)膜片40傳遞到在該電樞容腔中的該不可壓縮的電樞流體。因此，在容腔中的該壓力產(chǎn)生的力與該導(dǎo)管壓力施加的力平衡。
參考圖1，在容腔中的電樞30根據(jù)流體壓力在縮進(jìn)和延伸位置之間自由移動(dòng)。電樞端口56實(shí)現(xiàn)從該電樞容腔的下腔58通過(guò)彈簧空腔50轉(zhuǎn)移到在致動(dòng)時(shí)已經(jīng)從其中撤出的電樞上端(即梢端)的該電樞容腔部分的流體的力平衡。雖然電樞流體也可以圍繞電樞的側(cè)面流動(dòng)，但是需要快速電樞運(yùn)動(dòng)的裝置應(yīng)該具有一個(gè)很低流阻的路徑，例如端口56協(xié)助形成的一個(gè)路徑。類似的考慮支持使用相對(duì)無(wú)粘性的電樞容腔流體。
為了把電樞返回到示出的縮進(jìn)位置并且從而實(shí)現(xiàn)流體的流動(dòng)，電流被驅(qū)動(dòng)通過(guò)螺線管，其電流方向使得產(chǎn)生的磁場(chǎng)加強(qiáng)磁鐵的磁場(chǎng)。如上所述，磁鐵22施加在縮進(jìn)位置中的電樞上的力量足夠大，以便將其保持在那里頂壓該彈簧力。但是在一個(gè)不采用這種磁鐵的單穩(wěn)定狀態(tài)型的電樞中，只要該螺線管傳導(dǎo)用于產(chǎn)生超過(guò)該彈簧力的磁力的足夠電流，該電樞就將保持在該縮進(jìn)位置。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，膜片40保護(hù)電樞30并且產(chǎn)生以一種無(wú)腐蝕性很低流體填充的空腔，這將使得致動(dòng)器設(shè)計(jì)師能夠在高耐腐蝕力和高磁導(dǎo)率的材料之間進(jìn)行更有利的選擇。而且，膜片40提供了對(duì)于那些傾向進(jìn)入該空腔的金屬離子以及其它渣粒的屏障。
在圖示的實(shí)施例中，電樞30的低端形成一個(gè)具有與膜片40接觸的縮窄的梢端部分60(柱塞)，該膜片40又與閥門(mén)座54接觸。柱塞表面與閥門(mén)座開(kāi)口面積相關(guān)，它們都是能夠被增減的?？梢葬槍?duì)該閥門(mén)致動(dòng)器所設(shè)計(jì)操作的壓力范圍而優(yōu)化該柱塞表面和閥門(mén)座54的表面。降低該柱塞表面(即縮小梢端部分60)將減小涉及擠壓膜片40而頂壓閥門(mén)座54的柱塞面積，并且這又降低了針對(duì)一種給定上游流體導(dǎo)管壓力而需要的彈簧力。另一方面，把該柱塞梢端區(qū)域作得太小將會(huì)易于在閥門(mén)關(guān)閉的過(guò)程中損壞膜片40。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，梢端接觸面積對(duì)閥門(mén)座開(kāi)口區(qū)域的最佳比值范圍是在1.4和12.3之間。本發(fā)明的致動(dòng)器適合于各種控制流體的壓力。包括大約150psi的壓力。在不作任何實(shí)質(zhì)修改的條件下，該閥門(mén)致動(dòng)器可以使用在大約30psi到80psi的范圍中，甚至在大約125psi的水壓下使用。
圖2和2A示出一個(gè)可電操作的閥門(mén)的另一實(shí)施例。閥門(mén)致動(dòng)器10A包括磁鐵23、鐵磁極片25、鐵磁電樞80、可滑動(dòng)安裝在極靴中形成的電樞容器25以及一個(gè)致動(dòng)器基座70。閥門(mén)10A還包括關(guān)于螺線管線軸14纏繞的螺線管線圈28、彈性膜片90和導(dǎo)引主體部件100?？蓮椥宰冃蔚腛型環(huán)12形成在螺線管線軸14和致動(dòng)器基座16之間的一個(gè)密封，都這些部件都由一個(gè)外殼18整合為一體。繞線管14形成凹進(jìn)處20，用于極靴25和盤(pán)狀磁鐵23的末端。外殼18壓接在致動(dòng)器基座70，以便保持磁鐵23以及極靴25頂壓繞線管14并且從而把線圈28和致動(dòng)器基座70固定在一起。與閥門(mén)致動(dòng)器10類似，閥門(mén)致動(dòng)器10A可以被構(gòu)成栓閉式(如圖2所示)或非栓閉式。
參考圖2和2A，致動(dòng)器基座70包括與繞線管接觸的一個(gè)寬基座主體、壓接在內(nèi)的容倉(cāng)18和一個(gè)縮窄的基座延伸部分。
致動(dòng)器基座70的該縮窄的基座延伸包括外螺紋72和內(nèi)螺紋74。內(nèi)螺紋74與導(dǎo)引主體部件100的外螺紋101互補(bǔ)配合，以便嚙合一個(gè)可彈性變形的膜片90。
可彈性變形的膜片90包括外環(huán)92、適應(yīng)區(qū)94和有彈性的C形狀區(qū)96。膜片90可以是EDPM隔膜或其它類型的隔膜?？偟膩?lái)說(shuō)，根據(jù)導(dǎo)引主體部件100和電樞80的柱塞86的設(shè)計(jì)和尺寸，可變形膜片90和區(qū)域96可以具有各種形狀和尺寸?？勺冃文て?0由堅(jiān)固材料制成并且至少可以局部地由一種有彈性的材料制成。而且，該可變形膜片90的材料的選擇要耐得住可能由導(dǎo)引主體部件100中的所調(diào)節(jié)的流體引起的退化。因此只要具體地針對(duì)所調(diào)節(jié)流體設(shè)計(jì)可變形膜片90和導(dǎo)引主體部件100，就能制造同樣的閥門(mén)致動(dòng)器用于各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)應(yīng)用。在醫(yī)療應(yīng)用中，膜片90和導(dǎo)引部件100被殺菌，即可以由易處理的材料制成。因此，該閥門(mén)致動(dòng)器可以利用新的易處理的元件而被重復(fù)使用。
鐵磁電樞80包括梢端部分86(即柱塞86)和用于容納彈簧84的彈簧空腔82，具有錐形未端部分84A和84B。該錐形彈簧未端使設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行調(diào)整和組裝。
鐵磁電樞80還包括一個(gè)能使流體在空腔82之間溝通的一個(gè)通道85和由O型環(huán)密封46和膜片90密封的容腔89。這將再一次產(chǎn)生用于該電樞流體的流體密閉的密封，其中膜片90防止電樞80暴露地處在與導(dǎo)引主體部件100接觸的外部流體中。如上所述，該電樞流體最好具有很低的粘性并且是非可壓縮的和非腐蝕性的流體。而且，隨著致動(dòng)器的移動(dòng)，繞線管14、極靴25、電樞80和通道85實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)無(wú)阻礙的密封電樞流體的流動(dòng)，即出現(xiàn)一個(gè)用于該電樞液體的低阻路徑。
致動(dòng)器組件包括可反復(fù)產(chǎn)地固定到該操作器組件的導(dǎo)引主體部件100，這提供了許多優(yōu)點(diǎn)。具體地說(shuō)，導(dǎo)引主體部件100包括在極靴70中與互補(bǔ)螺紋74嚙合的外螺紋101，和一個(gè)凸緣102。凸緣102銜接頂壓極靴70的肩部分76，提供對(duì)于擰到該操作器組件上的導(dǎo)引主體部件的一個(gè)確定止動(dòng)。該確定止動(dòng)提供一個(gè)在有彈性的部分96的外表面和閥門(mén)座104之間的已知的、實(shí)際恒定的距離和幾何結(jié)構(gòu)。該已知的、實(shí)質(zhì)上恒定的距離和幾何結(jié)構(gòu)又保證了該閥門(mén)部件的可反復(fù)閉合和開(kāi)啟的功能。
總的來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)場(chǎng)維修或替換的過(guò)程中，該閥門(mén)致動(dòng)器或其它元件可以移去或替代，這又可能引起在該閥門(mén)致動(dòng)器的閥門(mén)座104和元件96之間的距離的變化。而且，各種部件的容差和O型環(huán)可變形性可能導(dǎo)致該導(dǎo)引主體中心管道106相對(duì)于有彈性的部分96的位置中的某些易變性。這種易變性能夠引起該閥門(mén)操作中或在開(kāi)關(guān)時(shí)間上的產(chǎn)生的易變性。另一方面，當(dāng)導(dǎo)引部件100被預(yù)裝配在這個(gè)閥門(mén)操作器之上時(shí)，導(dǎo)閥和閥門(mén)座間距和幾何結(jié)構(gòu)即被設(shè)置，如圖2和3所示。
在該關(guān)閉位置，有彈性的部分96封閉閥門(mén)座104的開(kāi)口，并且因此阻止流體從導(dǎo)引通道105流到導(dǎo)引通道106。導(dǎo)引主體部件100可以經(jīng)過(guò)導(dǎo)引通道105和106耦合到一個(gè)隔膜。因此，使用導(dǎo)引主體部件100是對(duì)于隔膜控制的沖洗閥門(mén)，例如美國(guó)專利5125621、5195720、5196118和5244179公開(kāi)的隔膜控制沖洗閥門(mén)的一個(gè)新奇改進(jìn)，這些美國(guó)專利結(jié)合在此作為參考。而且，可以把幾個(gè)隔膜級(jí)聯(lián)在一起，其中通道105和106連接到較小的第一個(gè)隔膜，這又控制較大的第二個(gè)隔膜，該較大的第二個(gè)隔膜使在其開(kāi)啟狀態(tài)中能夠有大量的流體流動(dòng)通過(guò)該隔膜。這兩個(gè)隔膜鏈接在一起產(chǎn)生一個(gè)對(duì)于由一個(gè)隔膜實(shí)際控制液體流動(dòng)的放大效果。
圖3示出該閥門(mén)致動(dòng)器的另一實(shí)施例。閥門(mén)致動(dòng)器10B包括纏繞在線軸14上的線圈28和安裝在致動(dòng)器外殼18內(nèi)的致動(dòng)器基座70。栓閉型閥門(mén)致動(dòng)器10B包括栓閉磁鐵23、鐵磁極靴25、和可滑動(dòng)地安裝在極靴25中形成的電樞容器中的鐵磁電樞80。彈性可變形O型環(huán)12形成在螺線管線軸14和致動(dòng)器基座70之間的一個(gè)密封，并且O型環(huán)46形成在極靴24和螺線管線軸14之間的一個(gè)密封。繞線管14形成凹進(jìn)處20，用于極靴25和盤(pán)狀磁鐵23的末端。閥門(mén)致動(dòng)器10B還包括一個(gè)位置檢測(cè)器，例如放在檢測(cè)器外殼112中的一個(gè)壓電換能器110。非栓閉型的閥門(mén)致動(dòng)器10B不包括栓閉磁鐵23，但是可選擇地在磁鐵23的位置包括有位置檢測(cè)器。如上所述，這些致動(dòng)器元件被壓接在螺線管外殼18內(nèi)。
參考圖3，閥門(mén)致動(dòng)器10B還包括放置在基座70和導(dǎo)引主體部件100之間的可彈性變形的膜片90。如上所述，致動(dòng)器基座70包括與線軸14接觸的一個(gè)寬基座主體和一個(gè)縮窄的基座延伸部分。致動(dòng)器基座70的該縮窄的基座延伸包括外螺紋72和內(nèi)螺紋74。導(dǎo)引主體部件100包括與互補(bǔ)內(nèi)螺紋74嚙合的外螺紋101，和一個(gè)凸緣102。(另外，致動(dòng)器基座70和導(dǎo)引主體部件100可以通過(guò)其它類型的鎖定機(jī)構(gòu)連接。)凸緣102銜接頂壓極靴70的肩部分76，提供對(duì)于擰到該操作器組件上的導(dǎo)引主體部件的一個(gè)確定止動(dòng)。同樣，該確定止動(dòng)提供一個(gè)在有彈性的部分96的外表面和閥門(mén)座104之間的已知的、實(shí)際恒定的距離和幾何結(jié)構(gòu)。
如上所述，可彈性變形的膜片90包括外環(huán)92、適應(yīng)區(qū)94和有彈性的C形狀區(qū)96。根據(jù)導(dǎo)引主體部件100和電樞80的柱塞86的設(shè)計(jì)和尺寸，可變形膜片90和區(qū)域96可以具有各種形狀和尺寸。
鐵磁電樞80包括柱塞86和用于容納彈簧84的彈簧空腔82，具有錐形未端部分84A和84B。該錐形彈簧未端使設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行調(diào)整和組裝。柱塞86可以具有圓形、橢圓形、矩形或其它剖面。鐵磁電樞80還包括一個(gè)能使流體在空腔82之間溝通的一個(gè)通道85(圖2A所示)和由O型環(huán)密封46和膜片90密封的容腔89。這將再一次產(chǎn)生用于該電樞流體的流體密閉的密封，其中膜片90防止電樞80和柱塞86暴露于處在與導(dǎo)引主體部件100接觸的外部流體。即，由電樞流體環(huán)繞的整個(gè)電樞80實(shí)質(zhì)具有加到電樞表面的平衡壓力(即電樞80實(shí)質(zhì)上″浮″在這電樞流體中)。如上所述，該電樞流體最好具有很低的粘性并且是非可壓縮的和非腐蝕性的流體。而且，隨著致動(dòng)器的移動(dòng)，繞線管14、極靴25和70、電樞80和通道85實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)無(wú)阻礙的密封電樞流體的流動(dòng)，即出現(xiàn)一個(gè)用于該電樞液體的低阻路徑。
如上所述，致動(dòng)器組件有益地包括導(dǎo)引主體部件100，可反復(fù)地固定到該操作器組件。凸緣102銜接頂壓提供一個(gè)確定止動(dòng)的極靴70的肩部76，該確定止動(dòng)提供了在有彈性的部分96和閥門(mén)座104之間的一個(gè)已知的、實(shí)質(zhì)上恒定的距離和幾何結(jié)構(gòu)。該已知的、實(shí)質(zhì)上恒定的距離和幾何結(jié)構(gòu)又保證了該閥門(mén)部件的可反復(fù)閉合和開(kāi)啟的功能。而且，導(dǎo)引主體部件100可被成形來(lái)容納一個(gè)隔膜。
圖4是局部示意圖，局部地示出用于閥門(mén)致動(dòng)器10C的一個(gè)控制電路。控制電路130包括讀出放大器和包絡(luò)檢測(cè)器132、比較器134、從一個(gè)目標(biāo)檢測(cè)器138接收信號(hào)的微控制器136、比較器140和閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器142。為了關(guān)閉閥門(mén)，閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器142通過(guò)例如終端29A和29B施加一個(gè)激勵(lì)電壓，以便傳送一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)線圈28，如美國(guó)專利6293516和6305662中描述的那樣，這兩個(gè)專利都結(jié)合在此作為參考。
通常，閥門(mén)致動(dòng)器可以使用不同類型的控制電路，例如美國(guó)專利5781399、5803711、5815365或6021038中描述的電路。驅(qū)動(dòng)電流感應(yīng)出主要由鐵磁體外殼18、后極靴25、前極靴70導(dǎo)引的對(duì)應(yīng)磁沖量。在栓閉實(shí)施例中，激勵(lì)電壓的極性使得產(chǎn)生的磁通量與永久磁鐵23的磁通量相反。這將中斷磁鐵23對(duì)于電樞80的保持并且使得恢復(fù)彈簧84連同膜片部分96一起將柱塞86驅(qū)策到閥門(mén)座104。一旦該閥門(mén)已經(jīng)因此關(guān)閉，該恢復(fù)彈簧則保持其關(guān)閉而不需來(lái)自線圈的任何進(jìn)一步的幫助。在該關(guān)閉狀態(tài)中，由于電樞22距磁鐵23的增加的距離，磁鐵23對(duì)于電樞22的磁力小于恢復(fù)彈簧84的彈力。
為了打開(kāi)閥門(mén)，閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器142在相反的方向施加激勵(lì)電壓，使產(chǎn)生的磁通量具有與磁鐵23的磁通量相同的方向。因此，施加的磁通量增強(qiáng)永久磁鐵18的磁通量并且克服恢復(fù)彈簧84的力量。因此，電樞80向磁鐵23移動(dòng)，并且在柱塞86的縮進(jìn)位置，永久磁鐵23的力量足夠大以便保持電樞80抵消恢復(fù)彈簧84的力而不必施加任何″保持″驅(qū)動(dòng)電流。另一方面，在該非栓閉實(shí)施例中，必須施加該″保持″驅(qū)動(dòng)電流，因?yàn)槠渲袥](méi)有永久磁鐵23。
由于該栓閉閥門(mén)的雙穩(wěn)態(tài)的特性，操作該閥門(mén)的控制電路通常在該閥門(mén)已經(jīng)達(dá)到該期望的狀態(tài)之后即中斷電流的流動(dòng)。
因?yàn)樵撻y門(mén)達(dá)到該期望狀態(tài)所需要的時(shí)間可能大范圍地變化，所以該傳統(tǒng)的控制電路將使得電流流動(dòng)的持續(xù)期相當(dāng)長(zhǎng)，因此這將是出現(xiàn)最壞情況的充分條件。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的啟動(dòng)不是在最糟情況環(huán)境下執(zhí)行，因此在閥門(mén)達(dá)到其穩(wěn)定位置之后其線圈驅(qū)動(dòng)通常會(huì)延續(xù)一段時(shí)間。這將是電池能量的一種浪費(fèi)。為了減小這種浪費(fèi)，控制電路130能夠監(jiān)視該電樞，以便確定該電樞是否已經(jīng)達(dá)到其終點(diǎn)，并且恰好在其達(dá)到終點(diǎn)之前或當(dāng)其達(dá)到終點(diǎn)時(shí)停止施加線圈驅(qū)動(dòng)。
通常，為了監(jiān)視柱塞86的位置，閥門(mén)致動(dòng)器10B包括可以是一個(gè)壓電換能器的一個(gè)電容換能器、一個(gè)電感換能器、一個(gè)光換能器或任何直接或間接與電樞80耦合的其它變換器的一個(gè)位置檢測(cè)器。例如，壓電換能器110利用了當(dāng)電樞達(dá)到其行程的一未端時(shí)該電樞產(chǎn)生的聲音監(jiān)視電樞80的位置。在此使用的術(shù)語(yǔ)“聲音”是壓力或應(yīng)力波的廣義解釋。而且在大多數(shù)實(shí)施例中，該″聲音″的主要頻率分量通常高于可聽(tīng)范圍。
在圖3示出的實(shí)施例中，電樞檢測(cè)器是響應(yīng)該外殼壁中的振動(dòng)的壓電換能器110。壓電體元件110的大小和形狀通常具有的選擇要使得對(duì)于主要頻率分量的響應(yīng)最大，并且通常安裝在要檢測(cè)的聲音為最大幅度或最可從噪音區(qū)別的一個(gè)位置中。另外，電樞檢測(cè)器是一個(gè)電容檢測(cè)器，包括放置在靜止致動(dòng)器面上的一個(gè)板極和放置在移動(dòng)電樞80的一個(gè)表面上的其它板極。電樞80的移動(dòng)引起兩個(gè)電容器板極的相對(duì)移動(dòng)，這又改變?cè)摐y(cè)量的電容值。根據(jù)該電容值，電容檢測(cè)器確定電樞80的末端位置或任何即時(shí)位置(并且因此確定柱塞86的位置)。
另外，電樞檢測(cè)器是一個(gè)光檢測(cè)器，包括光源和光檢測(cè)器。該光源發(fā)出輻射光，從電樞的反射面反射(或可能發(fā)送經(jīng)過(guò))并且由檢測(cè)器檢測(cè)。該反射面改變?cè)摪l(fā)出的光信號(hào)。
因此，該檢測(cè)信號(hào)隨著電樞的位置改變(即隨著柱塞86的即時(shí)位置改變)。根據(jù)該檢測(cè)的光信號(hào)，光檢測(cè)器確定電樞80的末端位置或任何即時(shí)位置。另外，該電樞檢測(cè)器使用一個(gè)電磁輻射源和一個(gè)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器。該檢測(cè)器測(cè)量根據(jù)該電樞位置由該電樞產(chǎn)生的電磁輻射的擾動(dòng)。根據(jù)該檢測(cè)的擾動(dòng)的輻射，光檢測(cè)器確定電樞的末端位置或任何即時(shí)位置。
再一次參考圖3，終端114通過(guò)由例如塑料帽112固定就位的一個(gè)接觸彈簧116提供對(duì)該換能器110電極之一的電傳遞。例如，如果該換能器由在外殼和電極之間的導(dǎo)電結(jié)合固定到該外殼18，則線圈28可以共用換能器110的另一電極。
參考圖4，壓電檢測(cè)器110把一個(gè)檢測(cè)器信號(hào)131提供到放大器和包絡(luò)檢測(cè)器132，其包括調(diào)諧到預(yù)期的聲音主要(通常超聲波范圍)頻率分量的放大器。放大器和包絡(luò)檢測(cè)器132檢波該產(chǎn)生的濾波信號(hào)，并且低通濾波該產(chǎn)生的結(jié)果，以便產(chǎn)生表示調(diào)諧放大器輸出包絡(luò)的一個(gè)輸出信號(hào)。當(dāng)電樞80達(dá)到一個(gè)終點(diǎn)并且使得外殼振動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的包絡(luò)值超出一個(gè)比較器134施加的一個(gè)閾值。由于在該說(shuō)明的實(shí)施例中當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)的音波幅度高于其關(guān)閉時(shí)的音波幅度，所以一個(gè)微控制器136設(shè)置一個(gè)比較器閾值，當(dāng)該閥門(mén)被開(kāi)啟時(shí)的閾值不同于當(dāng)該閥門(mén)被關(guān)閉時(shí)的閾值。
微控制器136可以響應(yīng)來(lái)自一個(gè)目標(biāo)檢測(cè)器138的觸發(fā)信號(hào)操作該閥門(mén)致動(dòng)器?？刂齐娐?30的構(gòu)成能夠以檢測(cè)人的出現(xiàn)或運(yùn)動(dòng)的不同類型的目標(biāo)檢測(cè)器操作。例如，目標(biāo)檢測(cè)器138可以是一個(gè)超音波檢測(cè)器、電容性的檢測(cè)器或光檢測(cè)器，例如在美國(guó)專利5984262、6127671或6212697中描述的任何檢測(cè)器之一，所有這些美國(guó)專利結(jié)合在此作為參考。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，目標(biāo)檢測(cè)器138是美國(guó)專利6212697中描述的一個(gè)光檢測(cè)器。該光檢測(cè)器包括一個(gè)光源和一個(gè)光檢測(cè)器。光源(例如一個(gè)紅外LED)放置在一個(gè)透鏡之后，該透鏡通常有用于光有用部分的圓形部分。光源透鏡形成球狀凸透鏡的后表面，具有0.63英寸曲率半徑和一個(gè)外圍邊緣，該外圍邊緣定義了對(duì)于一個(gè)直線的平面法線該直線以與水平橫向?yàn)?8.6度的角度向右下延伸。透鏡的前出口表面也是球凸?fàn)睿哂?.0英寸曲率半徑和一個(gè)外圍邊緣，該外圍邊緣定義了對(duì)于一個(gè)直線的平面法線，該直線以與水平橫向?yàn)?.8度的角度向左延伸。該光源被定位以便提供美國(guó)專利6212697中描述和示出的一個(gè)輻射圖。該輻射檢測(cè)器(例如一個(gè)光電二極管)放置在接收透鏡之后，該接收透鏡具有的左、右表面的形狀與發(fā)射透鏡對(duì)應(yīng)于表面相同。該接收透鏡表面收集來(lái)自從一個(gè)目標(biāo)(例如在一個(gè)小便池前面的一個(gè)人)并且直接朝著該輻射檢測(cè)器方向接收光。此設(shè)計(jì)用于一個(gè)接收機(jī)方案并且在美國(guó)專利6212697中描述和示出。
例如，當(dāng)檢測(cè)器檢測(cè)用戶離開(kāi)沖洗器附近時(shí)，在從目標(biāo)檢測(cè)器138接收一個(gè)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，微控制器136可以把一個(gè)″打開(kāi)″信號(hào)提供到閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器142。而且，在該閥門(mén)已經(jīng)打開(kāi)了一個(gè)預(yù)定的持續(xù)時(shí)間之后，微控制器136可以提供一個(gè)″關(guān)閉″信號(hào)。為了開(kāi)啟該閥門(mén)，微控制器設(shè)置一個(gè)加到閥門(mén)驅(qū)動(dòng)電路142的開(kāi)啟(OPEN)信號(hào)。這將使得該電路在使得閥門(mén)開(kāi)啟的方向驅(qū)動(dòng)該電流通過(guò)致動(dòng)器28的線圈。
當(dāng)電流開(kāi)始流動(dòng)時(shí)，比較器134的輸出最初指示該放大器132的輸出小于此閾值，所以該放大器不接收與該電樞達(dá)到其行程未端一致的一個(gè)幅值的聲音。該微控制器136因此保持該要求的OPEN信號(hào)。但是比較器134的輸出響應(yīng)在電樞80的行程結(jié)束產(chǎn)生的聲音而改變。當(dāng)電樞80已經(jīng)達(dá)到該點(diǎn)時(shí)，閥門(mén)將停留在開(kāi)啟而沒(méi)有電流流動(dòng)，所以該微控制器解除維護(hù)其OPEN輸出，并且從而使得閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器142停止把驅(qū)動(dòng)電流施加到致動(dòng)器的線圈28。該結(jié)果通常是，該電流流動(dòng)持續(xù)時(shí)間要比在最壞情況條件下開(kāi)啟該閥門(mén)所需要的時(shí)間小得多，所以該系統(tǒng)節(jié)省可觀的能量。
為了關(guān)閉該閥門(mén)，微控制器136維護(hù)其關(guān)閉(CLOSE)輸出并且由此使得閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器142以相反的方向?qū)⒃擈?qū)動(dòng)信號(hào)施加到該致動(dòng)器線圈28。同樣，該微控制器將僅將電流流動(dòng)提供到比較器134通知這電樞已經(jīng)達(dá)到其行程的未端時(shí)為止。
控制電路130不僅可用于控制該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間而且可用于控制其幅值。驅(qū)動(dòng)信號(hào)持續(xù)時(shí)間可以在小于1毫秒到大約10毫秒的范圍中，最好是在1.5毫秒到8毫秒的范圍中。高到足以用于普通操作的一個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)電平可能有時(shí)會(huì)是不充分的電平，并且如果該電樞未能達(dá)到該終點(diǎn)，則能夠增加該線圈驅(qū)動(dòng)電平。增加該線圈驅(qū)動(dòng)電平的一種方法是增加通過(guò)該致動(dòng)器線圈放電的電容器上的電壓。
圖4描述了由一個(gè)電池144供電的閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器142的情況。閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器140通常包括能量存儲(chǔ)電容器，電池144通過(guò)電感器L1和Shottky二極管D1在啟動(dòng)之間充電。當(dāng)該微控制器136維護(hù)其OPEN或CLOSE信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)器通過(guò)致動(dòng)器的線圈28放電該電容器。通常，是電池144電壓的本身確定該電容器將被充電的電壓情況，并且該電容器的充電又確定該線圈電流而因此確定電樞的力量。
在某些條件下，各種因素(例如由于高溫引起的元件膨脹、由于低溫引起的致動(dòng)器液體粘滯、膜片90或其它致動(dòng)器元件的退化)可以使得其比通常移動(dòng)電樞80更困難。但是，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常設(shè)置在正常操作值。另外，如果該電池電壓被設(shè)置成高到足以對(duì)付這種更困難的情況，則在正常操作期間，將導(dǎo)致通常使用的能量屬于是不必要地高的情況。因此，本實(shí)施例使用的電池電壓電平對(duì)于正常狀態(tài)是足夠的高但是對(duì)于更困難情形則屬不足。
如果在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的最初作用之后該電樞尚未移動(dòng)，或在預(yù)定最大電流流動(dòng)持續(xù)期中尚未到達(dá)其行程末端，則控制電路130被構(gòu)成用于增加該電容器電壓。具體地說(shuō)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的最大電流流動(dòng)持續(xù)時(shí)間時(shí)，微控制器136暫時(shí)截止該閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器，并且開(kāi)始通過(guò)一個(gè)限流電阻R1脈沖激勵(lì)一個(gè)晶體管Q1。在每一個(gè)脈沖期間，晶體管通過(guò)電感器L1從電池獲取電流。但是由于二極管D1的作用，該晶體管并不放電該閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器的電容器。在每一脈沖的結(jié)束，晶體管Q1關(guān)斷，并且電感器L1中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)使得電流繼續(xù)流動(dòng)并且因此通過(guò)二極管D2充電該驅(qū)動(dòng)電路的電容器，即使那些電池電壓超出電池144的電壓。所以那些電容器能夠被充電到超過(guò)電池電壓的電壓值。
為了實(shí)現(xiàn)正確的電容器電壓，比較器140把電容器電壓與微控制器136設(shè)置的一個(gè)電平比較。響應(yīng)該比較器的結(jié)果輸出，如果該電容器電壓小于該閾值，則該微控制器136增加該脈沖的占空因數(shù)，并且如果該電容器電壓超出該閾值，則該微控制器降低該脈沖的占空因數(shù)。該閾值被設(shè)置成高于該電池電壓，因此當(dāng)微控制器隨即再次開(kāi)啟該閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，在該電樞上的力量更大并且更可能開(kāi)啟或關(guān)閉該閥門(mén)。
說(shuō)明的實(shí)施例僅是能夠采用本發(fā)明指教的許多實(shí)施例的之一。例如，雖然優(yōu)選使用一個(gè)聲波檢測(cè)器，具體地說(shuō)是使用一個(gè)超聲換能器，但是能夠使用其它檢測(cè)該電樞行程未端的方法。而且，盡管該示出的實(shí)施例在閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)和關(guān)閉時(shí)都控制線圈驅(qū)動(dòng)持續(xù)期，但是某些實(shí)施例可以僅控制在開(kāi)啟過(guò)程中的持續(xù)時(shí)間或僅控制在關(guān)閉過(guò)程中的持續(xù)時(shí)間。并且操作不同于閥門(mén)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的栓閉致動(dòng)器系統(tǒng)也可以受益于本發(fā)明的指教。
而且，雖然采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的幅度判據(jù)來(lái)確定該電樞是否已經(jīng)到達(dá)其行程的未端，但是可以找到其它判據(jù)更適于某些應(yīng)用。例如，可以對(duì)音頻信號(hào)取樣并且通過(guò)信號(hào)處理與知是該電樞達(dá)到其終點(diǎn)之一的特性的一個(gè)存儲(chǔ)波形比較。該存儲(chǔ)信號(hào)可以針對(duì)不同終點(diǎn)而不同，并且可以有這樣的情況，其中認(rèn)為有必要使用一個(gè)比較來(lái)區(qū)別致動(dòng)器的兩個(gè)狀態(tài)。
上述閥門(mén)致動(dòng)器的任何之一都適合于許多應(yīng)用。例如，描述的閥門(mén)致動(dòng)器可被用于2000年11月20日提交的美國(guó)申請(qǐng)No.718026中描述的一個(gè)雙流體閥門(mén)，該美國(guó)申請(qǐng)?jiān)诖私Y(jié)合作為參考。另外，該閥門(mén)致動(dòng)器可被用于在美國(guó)專利6161726或PCT應(yīng)用PCT/US99/30898(公開(kāi)為WO 00/38561)中描述的一個(gè)流體分配系統(tǒng)，這兩個(gè)專利都結(jié)合在此作為參考。此外，該閥門(mén)致動(dòng)器可被用于使用在農(nóng)業(yè)或園藝中的各種灌溉系統(tǒng)。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施例和實(shí)施方案，對(duì)于本專業(yè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯見(jiàn)的是，上述內(nèi)容只是以實(shí)例的方式進(jìn)行說(shuō)明而不是限制。在上述列出的出版物中描述有適合于上述實(shí)施例的其它實(shí)施例或元件，所有這些實(shí)施例或元件都結(jié)合在此作為參考。任何一個(gè)元件的功能可以用可選實(shí)施例中的各種方法實(shí)現(xiàn)。并且，在可選實(shí)施例中的幾個(gè)元件的功能可以通過(guò)較少的或單一元件實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種電磁致動(dòng)器，包括一個(gè)螺線管和一個(gè)電樞外殼，構(gòu)成來(lái)用于形式一個(gè)電樞容器，用于容納包括末梢部分的一個(gè)鐵磁電樞，和相對(duì)于所說(shuō)的容器固定的一個(gè)膜片，用于至少局部地密封所說(shuō)的末梢的梢端以便把電樞流體密封在所說(shuō)的容器之內(nèi)，其中所說(shuō)的電樞末梢部分相對(duì)于由所說(shuō)的致動(dòng)器控制的閥門(mén)通道而移動(dòng)所說(shuō)的膜片。
2.權(quán)利要求1的致動(dòng)器，還包括用于形式一個(gè)栓閉致動(dòng)器的一個(gè)永久磁鐵。
3.權(quán)利要求2的致動(dòng)器，還包括一個(gè)偏置彈簧，定位所說(shuō)的電樞并且用于把所說(shuō)的電樞向其延伸位置偏置。
4.權(quán)利要求1、2或3的致動(dòng)器，其中所說(shuō)的電樞流體可以包括由抗腐劑構(gòu)成的不可壓縮的流體。
5.權(quán)利要求1、2或3的致動(dòng)器，其中該不可壓縮的流體可以實(shí)質(zhì)上由水與抗腐蝕劑的混合物組成。
6.權(quán)利要求1、2或3的致動(dòng)器，其中當(dāng)所說(shuō)的電樞處在其延伸的電樞位置時(shí)，所說(shuō)的電樞的末梢部分用于壓迫所說(shuō)的膜片而頂壓一個(gè)閥門(mén)座。
7.權(quán)利要求6的致動(dòng)器，其中所說(shuō)的末梢部分支承的區(qū)域?qū)Ρ┞队谀て膶?dǎo)管上游的所說(shuō)的膜片的區(qū)域的比例是在1.4和12.3之間。
8.操作權(quán)利要求1的一個(gè)致動(dòng)器的一種方法。
9.一種致動(dòng)器系統(tǒng)包括一個(gè)致動(dòng)器，包括一個(gè)電樞和可通過(guò)應(yīng)用一個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)操作并且從而移動(dòng)所說(shuō)的電樞的一個(gè)線圈；一個(gè)局部地密封所說(shuō)的電樞的一個(gè)膜片；一個(gè)電樞檢測(cè)器，構(gòu)成用于檢測(cè)所說(shuō)的電樞的位移；以及一個(gè)控制電路，構(gòu)成來(lái)響應(yīng)來(lái)自所說(shuō)的電樞檢測(cè)器的輸出而把所說(shuō)的線圈驅(qū)動(dòng)加到所說(shuō)的線圈。
10.一種致動(dòng)器系統(tǒng)包括包括一個(gè)電樞和一個(gè)線圈的一個(gè)栓閉致動(dòng)器，可通過(guò)其上的線圈驅(qū)動(dòng)的作用在第一驅(qū)動(dòng)方向上操作，以便在第一電流方向傳導(dǎo)電流，并且從而趨向把所說(shuō)的電樞驅(qū)動(dòng)到一個(gè)第一未端位置；一個(gè)局部地密封所說(shuō)的電樞的一個(gè)膜片；耦合到該致動(dòng)器的一個(gè)檢測(cè)器，從而檢測(cè)達(dá)到所說(shuō)的第一未端位置的所說(shuō)的電樞；以及一個(gè)控制電路，可操作來(lái)開(kāi)始在所說(shuō)的第一方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到所說(shuō)的線圈，并且響應(yīng)來(lái)自所說(shuō)的所說(shuō)的檢測(cè)器的滿足一個(gè)預(yù)定的第一電流終止判據(jù)的輸出，以便停止在所說(shuō)的第一驅(qū)動(dòng)方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到所說(shuō)的線圈。
11.權(quán)利要求10的致動(dòng)器系統(tǒng)，其中該線圈可在一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)方向上由其上施加的一個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)操作，以便在第二電流方向傳導(dǎo)電流，并且從而趨向把該電樞驅(qū)動(dòng)到一個(gè)第二末端位置；所說(shuō)的檢測(cè)器被耦合到所說(shuō)的致動(dòng)器，從而檢測(cè)達(dá)到所說(shuō)的第二末端位置的電樞；以及所說(shuō)的控制電路可操作來(lái)開(kāi)始在第二方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到所說(shuō)的線圈，并且響應(yīng)滿足一個(gè)預(yù)定的第二電流終止判據(jù)的所說(shuō)的所說(shuō)的檢測(cè)器的輸出，以便停止在第二驅(qū)動(dòng)方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到所說(shuō)的線圈。
12.權(quán)利要求11的致動(dòng)器系統(tǒng)，其中該第一和第二電流終止判據(jù)不同。
13.權(quán)利要求9或10的致動(dòng)器系統(tǒng)，其中所說(shuō)的檢測(cè)器包括一個(gè)壓電換能器。
14.權(quán)利要求14的致動(dòng)器系統(tǒng)，其中在控制電路開(kāi)始以第一驅(qū)動(dòng)方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈之后的一個(gè)預(yù)定的第一驅(qū)動(dòng)持續(xù)期之內(nèi)，如果該檢測(cè)器輸出不滿足該第一電流終止判據(jù)，則該控制電路在該第一驅(qū)動(dòng)方向上以一個(gè)比開(kāi)始加到該線圈的線圈驅(qū)動(dòng)電平更高的電平把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈。
15.權(quán)利要求14的致動(dòng)器系統(tǒng)，其中，在控制電路開(kāi)始以第二驅(qū)動(dòng)方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈之后的一個(gè)預(yù)定第二驅(qū)動(dòng)持續(xù)期之內(nèi)，如果該檢測(cè)器輸出不滿足該第二電流終止判據(jù)，則控制電路在第二驅(qū)動(dòng)方向上以一個(gè)比開(kāi)始加到第二線圈的線圈驅(qū)動(dòng)電平更高的電平把線圈驅(qū)動(dòng)加到線圈。
16.權(quán)利要求13的致動(dòng)器系統(tǒng)，其中所說(shuō)的致動(dòng)器系統(tǒng)包括一個(gè)包含所說(shuō)的電樞和線圈的外殼；并且所說(shuō)的壓電換能器被固定到和所說(shuō)的外殼。
17.一種致動(dòng)器系統(tǒng)包括包括一個(gè)電樞和一個(gè)線圈的致動(dòng)器，該線圈可通過(guò)其上的線圈驅(qū)動(dòng)的作用在第一驅(qū)動(dòng)方向上操作，以便在第一電流方向傳導(dǎo)電流，并且從而趨向把該電樞驅(qū)動(dòng)到一個(gè)第一未端位置；一個(gè)局部地密封所說(shuō)的電樞的一個(gè)膜片；一個(gè)終點(diǎn)檢測(cè)器，檢測(cè)該電樞達(dá)到該第一末端位置并且通過(guò)由此產(chǎn)生一個(gè)檢測(cè)器輸出指示來(lái)響應(yīng)該電樞達(dá)到該第一末端位置；并且一個(gè)控制電路，可操作以一個(gè)正常的第一方向驅(qū)動(dòng)電平在第一方向上開(kāi)始把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈，如果在該電樞已經(jīng)達(dá)到該第一末端位置之后的一個(gè)預(yù)定第一驅(qū)動(dòng)持續(xù)期中該檢測(cè)器輸出沒(méi)有指示，則以比該正常第一方向驅(qū)動(dòng)電平更高的一個(gè)提高的第一方向驅(qū)動(dòng)電平把線圈驅(qū)動(dòng)在該第一方向上加到該線圈。
18.一種流量控制系統(tǒng)，包括可在開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)之間操作的一個(gè)閥門(mén)；一個(gè)栓閉致動(dòng)器，包括一個(gè)操作地連接到該閥門(mén)的一個(gè)電樞并且進(jìn)一步包括在一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)方向上可由其上的一個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)的作用操作的一個(gè)線圈，以便在一個(gè)第一電流方向傳導(dǎo)電流并且從而趨向把該電樞驅(qū)動(dòng)到一個(gè)第一末端位置，其中該電樞保持該閥門(mén)處在所說(shuō)的開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)之一；一個(gè)局部地密封所說(shuō)的電樞的一個(gè)膜片；一個(gè)終點(diǎn)檢測(cè)器，檢測(cè)該電樞達(dá)到該第一末端位置并且通過(guò)由此產(chǎn)生一個(gè)檢測(cè)器輸出指示來(lái)響應(yīng)該電樞達(dá)到該第一末端位置；和一個(gè)控制電路，可操作來(lái)開(kāi)始在該第一方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈，并且響應(yīng)指示該電樞達(dá)到該第一末端位置的檢測(cè)器輸出，以便停止在該第一驅(qū)動(dòng)方向把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中該流動(dòng)控制系統(tǒng)還包括一個(gè)目標(biāo)檢測(cè)器，生產(chǎn)一個(gè)目標(biāo)檢測(cè)器輸出；和該控制電路對(duì)該線圈的線圈驅(qū)動(dòng)的操作取決于該目標(biāo)檢測(cè)器輸出。
20.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中該線圈可通過(guò)其上的一個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)的作用在第二驅(qū)動(dòng)方向上操作，以便在一個(gè)第二電流方向上傳導(dǎo)電流，并且從而趨向把該電樞驅(qū)動(dòng)到一個(gè)第二末端位置，其中該電樞把該閥門(mén)保持在所說(shuō)的開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)的另一狀態(tài)中；該終端檢測(cè)器檢測(cè)達(dá)到該第二末端位置的電樞并且通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)檢測(cè)器輸出指示來(lái)響應(yīng)達(dá)到該第二末端位置；和該控制電路能以正常的第一方向驅(qū)動(dòng)電平在該第二方向上開(kāi)始把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈的操作，并且響應(yīng)指示該電樞達(dá)到該第二末端位置的檢測(cè)器輸出，停止在該第二驅(qū)動(dòng)方向上把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈。
21.權(quán)利要求9或10的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器。
22.權(quán)利要求9或10的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)人的出現(xiàn)檢測(cè)器。
23.用于控制一個(gè)致動(dòng)器的方法，該致動(dòng)器包括一個(gè)電樞和一個(gè)線圈的致動(dòng)器，該線圈可通過(guò)其上的線圈驅(qū)動(dòng)的作用在第一驅(qū)動(dòng)方向上操作，以便在第一電流方向傳導(dǎo)電流，并且從而趨向把該電樞驅(qū)動(dòng)到一個(gè)第一未端位置，該方法包括在第一驅(qū)動(dòng)方向上把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈；確定該電樞是否已經(jīng)到達(dá)該第一末端位置；以及在其后的一個(gè)預(yù)定第一驅(qū)動(dòng)持續(xù)期之內(nèi)，如果該電樞沒(méi)有達(dá)到該第一末端位置，則在第一方向上以比該正常第一方向驅(qū)動(dòng)電平更高的一個(gè)提高的第一方向驅(qū)動(dòng)電平把線圈驅(qū)動(dòng)加到該線圈。
24.權(quán)利要求23的方法，其中該致動(dòng)器是一個(gè)栓閉致動(dòng)器。
全文摘要
致動(dòng)器基座(16)、繞線管(14)和極靴(24)形成一個(gè)用于電樞(30)的容器，柔性膜片(40)密封該容器以便形成以不能壓縮的流體填充的一個(gè)電樞容腔。膜片(40)保護(hù)該電樞(30)不暴露于導(dǎo)管(44)中流動(dòng)的腐蝕性流體。能夠通過(guò)驅(qū)動(dòng)該膜片(40)頂壓閥門(mén)座(54)而停止導(dǎo)管流通。導(dǎo)管(40)中的受控流體的壓力經(jīng)過(guò)膜片傳遞到電樞容腔中的流體，因此該電樞不需要抵消由導(dǎo)管流體的壓力加到膜片(40)的力。
文檔編號(hào)F16K7/16GK1471617SQ01817416
公開(kāi)日2004年1月28日 申請(qǐng)日期2001年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月25日
發(fā)明者納坦·E·帕森斯, 凱·赫伯特, 莫小雄, 伯特, 納坦 E 帕森斯 申請(qǐng)人:阿利查爾技術(shù)有限公司