本發(fā)明屬于控制閥領(lǐng)域，具體涉及一種電磁驅(qū)動(dòng)裝置及先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥。

背景技術(shù)：

先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥主要用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和關(guān)閉，普通汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其響應(yīng)速度要求不高。

先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥一般由電磁驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)閥和主閥構(gòu)成，其中電磁驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)直接影響到先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥的開通或關(guān)閉速度。

航天應(yīng)用領(lǐng)域中的軌控發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑流量大和壓力高，要求控制其啟閉的先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥能在大流量條件下實(shí)現(xiàn)快響應(yīng)性能。而傳統(tǒng)電磁閥不能滿足在大流量工況下實(shí)現(xiàn)快響應(yīng)的要求，因此需要研制一種能滿足快響應(yīng)、耐高壓、大流量要求的先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種電磁驅(qū)動(dòng)裝置，利用永磁鐵的貯能特性來(lái)增大電磁驅(qū)動(dòng)的啟動(dòng)功率，同時(shí)通過(guò)對(duì)其內(nèi)部的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使銜鐵受到差動(dòng)磁能分配，克服了永磁鐵自鎖力的不利影響，有效的保證了所需響應(yīng)性能的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還提出一種包含上述電磁驅(qū)動(dòng)裝置的先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥，該先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥具有響應(yīng)快，能夠滿足高壓、大流量的要求。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種電磁驅(qū)動(dòng)裝置，包括殼體、電磁線圈、永磁鐵、銜鐵和頂桿；所述電磁線圈、永磁鐵和銜鐵設(shè)置在殼體內(nèi)；所述永磁鐵為環(huán)形，設(shè)置在殼體內(nèi)的中部，與殼體同心，永磁鐵在銜鐵的上下部分分別產(chǎn)生磁場(chǎng)，上磁場(chǎng)與下磁場(chǎng)的方向相反；電磁線圈與殼體同心，電磁線圈分為兩段，兩段電磁線圈分別設(shè)置在永磁鐵的上部與下部；在電磁線圈通電后，電磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與永磁鐵產(chǎn)生的上磁場(chǎng)方向相反，與永磁鐵產(chǎn)生的下磁場(chǎng)方向相同；所述銜鐵沿殼體軸向設(shè)置，且與殼體同心，并穿過(guò)永磁鐵和電磁線圈，銜鐵的外側(cè)面與永磁鐵和電磁線圈的內(nèi)側(cè)面存有間隙，銜鐵可在殼體內(nèi)部軸向上下移動(dòng)；在電磁線圈未通電時(shí)，所述永磁鐵處于銜鐵的上下端面之間；所述頂桿與銜鐵同心設(shè)置，且頂桿的一端與銜鐵的一端接觸，所述頂桿在殼體內(nèi)可上下運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，上述電磁驅(qū)動(dòng)裝置還包括隔磁墊，所述隔磁墊位于銜鐵的上端面和殼體內(nèi)部的上表面之間，所述隔磁墊用于在電磁線圈未通電時(shí)，調(diào)整銜鐵的上端面和下端面分別與殼體內(nèi)部的上表面和下表面之間的距離并使之相等。

進(jìn)一步地，上述殼體和銜鐵均采用軟磁材料。

本發(fā)明提供的先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥的技術(shù)方案是：一種先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥，包括閥體、導(dǎo)閥單元和主閥單元，其特殊之處在于：

還包括上述電磁驅(qū)動(dòng)裝置；所述導(dǎo)閥單元和主閥單元都設(shè)置在閥體內(nèi)；所述導(dǎo)閥單元包括導(dǎo)閥芯和復(fù)位彈簧，所述導(dǎo)閥芯設(shè)置在閥體內(nèi)，所述導(dǎo)閥芯的一端與銜鐵接觸，所述復(fù)位彈簧設(shè)置在導(dǎo)閥芯的另一端與閥體之間；所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置用于控制導(dǎo)閥單元的開啟；所述導(dǎo)閥單元用于控制主閥單元的開啟和關(guān)閉。

進(jìn)一步地，上述導(dǎo)閥芯上靠近銜鐵處設(shè)有徑向密封元件。

進(jìn)一步地，上述徑向密封元件采用o型橡膠密封圈或彈簧蓄能密封圈。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

1、采用永磁蓄能結(jié)構(gòu)，為電磁鐵提供儲(chǔ)備磁能，在提高電磁鐵響應(yīng)性能的同時(shí)也保證了其驅(qū)動(dòng)能力。

2、采用差動(dòng)磁能分配設(shè)計(jì)，克服了永磁鐵自鎖力的不利影響，有效的保證了所需響應(yīng)性能的可靠實(shí)現(xiàn)。

3、通過(guò)隔磁墊片調(diào)整銜鐵與殼體內(nèi)部的軸向兩端面的間隙并使之相等，實(shí)現(xiàn)了初始永磁自鎖力的相互抵消。

4、導(dǎo)閥芯上設(shè)置徑向密封圈實(shí)現(xiàn)電磁驅(qū)動(dòng)裝置與控制介質(zhì)隔離，軟磁材料可不考慮介質(zhì)相容性問(wèn)題。

5、本發(fā)明除可應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外，在衛(wèi)星在軌執(zhí)行系統(tǒng)、地面試驗(yàn)系統(tǒng)、自動(dòng)化流體管路系統(tǒng)的相關(guān)閥門中均可推廣應(yīng)用，可有效提高閥門的響應(yīng)并能保證較大的流通能力。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥的軸向剖面圖；

圖2是本發(fā)明先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥的導(dǎo)閥關(guān)閉狀態(tài)下的卸荷原理圖；

圖3是本發(fā)明先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥的導(dǎo)閥開啟狀態(tài)下的卸荷原理圖。

其中：1-閥體；201-殼體；202-電磁線圈；203-永磁鐵；204-銜鐵；205-隔磁墊；206-頂桿；3-導(dǎo)閥芯；31-導(dǎo)閥芯a段；32-導(dǎo)閥芯b段；33-導(dǎo)閥芯c段；34-導(dǎo)閥芯d段；311-第一控制腔貼合面；321-第一密封面；331-第二密封面；4-復(fù)位彈簧；5-徑向密封元件；6-主閥芯；7-第二復(fù)位彈簧；8-密封元件b；9-導(dǎo)閥芯安裝腔；91-腔體上部；912-第一腔體配合面；913-第一導(dǎo)閥閥座；914-第二導(dǎo)閥閥座；92-腔體中上部；93-腔體中下部；94-腔體下部；10-主閥芯安裝腔；103-主閥閥座；106-控制腔；12-進(jìn)氣口；13-排氣口；14-介質(zhì)入口；15-介質(zhì)出口；17-密封元件c。

d1——導(dǎo)閥芯a段的直徑；

d2——第一導(dǎo)閥閥座的內(nèi)徑；

d3——第二導(dǎo)閥閥座的內(nèi)徑；

f——介質(zhì)力。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳述：

參見圖1，一種電磁驅(qū)動(dòng)裝置，包括殼體201、電磁線圈202、永磁鐵203、銜鐵204、隔磁墊205和頂桿206；電磁線圈202、永磁鐵203和銜鐵204設(shè)置在殼體201內(nèi)，永磁鐵203為環(huán)形，設(shè)置在殼體201內(nèi)的中部，與殼體201同心；電磁線圈202與殼體201同心，電磁線圈202分為兩段，兩段電磁線圈202分別設(shè)置在永磁鐵203的上部與下部；在電磁線圈202通電后，電磁線圈202產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與永磁鐵203產(chǎn)生的上磁場(chǎng)方向相反，與永磁鐵203產(chǎn)生的下磁場(chǎng)方向相同。

銜鐵204沿殼體201軸向設(shè)置，且與殼體201同心，并穿過(guò)永磁鐵203和電磁線圈202，銜鐵204的外側(cè)面與永磁鐵203和電磁線圈202的內(nèi)側(cè)面存有間隙，銜鐵204可在殼體201內(nèi)部軸向上下移動(dòng)；在電磁線圈202未通電時(shí)，永磁鐵203處于銜鐵204的上下端面之間。頂桿206與銜鐵204同心設(shè)置，且頂桿206的一端與銜鐵204的一端接觸，頂桿206在殼體201內(nèi)可上下運(yùn)動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)快響應(yīng)，對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)置隔磁墊205調(diào)整銜鐵204在電磁線圈202未通電時(shí)，銜鐵204的上端面與殼體201內(nèi)部的上表面的距離和銜鐵204的下端面與殼體201內(nèi)部的下表面的距離相等或近似相等，通過(guò)該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)初始永磁自鎖力的相互抵消，克服永磁鐵203自鎖力對(duì)負(fù)載的影響。

永磁鐵203在殼體201和銜鐵204內(nèi)形成上下磁路，當(dāng)銜鐵204相對(duì)于殼體201內(nèi)部軸向上下端面的工作間隙相等時(shí)，永磁鐵203上下端產(chǎn)生的自鎖力相互抵消，對(duì)導(dǎo)閥的密封及啟動(dòng)力狀態(tài)不產(chǎn)生影響；當(dāng)電磁線圈202通電后，由于電磁線圈202產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與永磁鐵203上磁路磁場(chǎng)方向相反，與永磁鐵203下磁路磁場(chǎng)方向相同，使得永磁鐵203產(chǎn)生的上磁路減弱，下磁路增強(qiáng)，銜鐵204雙端面電磁吸力打破平衡，從而產(chǎn)生軸向向下的電磁吸力。

參見圖1，一種先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥，包括閥體1、導(dǎo)閥單元、主閥單元和電磁驅(qū)動(dòng)裝置。導(dǎo)閥單元包括導(dǎo)閥閥芯組件，主閥單元包括主閥閥芯組件。閥體1內(nèi)設(shè)有導(dǎo)閥芯安裝腔9、主閥芯安裝腔10、進(jìn)氣口12、排氣口13、介質(zhì)入口14和介質(zhì)出口15。

導(dǎo)閥閥芯組件設(shè)置在導(dǎo)閥芯安裝腔9內(nèi)，導(dǎo)閥閥芯組件包括導(dǎo)閥芯3、復(fù)位彈簧4和徑向密封元件5；主閥閥芯組件包括主閥芯6。

導(dǎo)閥芯安裝腔9從上至下依次分為腔體上部91、腔體中上部92、腔體中下部93和腔體下部94，腔體上部91和腔體中上部92之間設(shè)有第一腔體配合面912，腔體中上部92和腔體中下部93之間設(shè)有第一導(dǎo)閥閥座913，腔體中下部93和腔體下部94之間設(shè)有第二導(dǎo)閥閥座914。

主閥芯安裝腔10包括控制腔106；在介質(zhì)出口15處設(shè)有主閥閥座103。

導(dǎo)閥芯3分為導(dǎo)閥芯a段31、導(dǎo)閥芯b段32、導(dǎo)閥芯c段33和導(dǎo)閥芯d段34，導(dǎo)閥芯a段31位于腔體上部91和腔體中上部92內(nèi)，導(dǎo)閥芯b段32位于腔體中上部92和腔體中下部93內(nèi)，導(dǎo)閥芯c段33位于腔體中下部93內(nèi)，導(dǎo)閥芯d段34位于腔體中下部93和腔體下部94內(nèi)；復(fù)位彈簧4設(shè)置在腔體下部94內(nèi)且位于導(dǎo)閥芯d段34和閥體1之間。

導(dǎo)閥芯a段31的側(cè)面為第一控制腔貼合面311，所述第一控制腔貼合面311與第一腔體配合面912配合，導(dǎo)閥芯b段32和導(dǎo)閥芯c段33之間形成第一密封面321，導(dǎo)閥芯c段33和導(dǎo)閥芯d段34之間形成第二密封面331。

進(jìn)氣口12與腔體中上部92連通，排氣口13與腔體下部94連通，腔體中下部93與主閥芯安裝腔10連通。

電磁驅(qū)動(dòng)裝置包括殼體201、電磁線圈202、永磁鐵203、銜鐵204、隔磁墊205和頂桿206；電磁線圈202、永磁鐵203和銜鐵204設(shè)置在殼體201內(nèi)，永磁鐵203為環(huán)形，設(shè)置在殼體201內(nèi)的中部，與殼體201同心；電磁線圈202與殼體201同心，電磁線圈202分為兩段，兩段電磁線圈202分別設(shè)置在永磁鐵203的上部與下部；銜鐵204沿殼體201軸向設(shè)置，且與殼體201同心，并穿過(guò)永磁鐵203和電磁線圈202，銜鐵204的外側(cè)面與永磁鐵203和電磁線圈202的內(nèi)側(cè)面存有間隙，銜鐵204可在殼體201內(nèi)部軸向上下移動(dòng)；在電磁線圈202未通電時(shí)，永磁鐵203處于銜鐵204的上下端面之間。頂桿206與銜鐵204同心設(shè)置，且頂桿206的一端與銜鐵204的一端接觸，頂桿206在殼體201內(nèi)可上下運(yùn)動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)快響應(yīng)，對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)置隔磁墊205調(diào)整銜鐵204在電磁線圈202未通電時(shí)，銜鐵204的上端面與殼體201內(nèi)部的上表面的距離和銜鐵204的下端面與殼體201內(nèi)部的下表面的距離相等或近似相等，通過(guò)該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)初始永磁自鎖力的相互抵消，克服永磁鐵203自鎖力對(duì)負(fù)載的影響。

其中徑向密封元件5、密封元件b8和密封元件c17可采用o型橡膠密封圈或彈簧蓄能密封圈。殼體201與銜鐵204均采用軟磁材料。

本發(fā)明提供的先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥的工作原理是：

在初始狀態(tài)時(shí)，永磁鐵203在殼體201內(nèi)形成上下磁路，當(dāng)銜鐵204相對(duì)于殼體201內(nèi)部軸向上下端面的工作間隙相等時(shí)，永磁鐵203上下端產(chǎn)生的自鎖力相互抵消，對(duì)導(dǎo)閥的密封狀態(tài)不產(chǎn)生影響；當(dāng)電磁線圈202通電后，由于電磁線圈202產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與永磁鐵203上磁路磁場(chǎng)方向相反，與永磁鐵203下磁路磁場(chǎng)方向相同，使得永磁鐵203產(chǎn)生的上磁路減弱，下磁路增強(qiáng)，銜鐵204雙端面電磁吸力打破平衡，從而產(chǎn)生軸向向下的電磁吸力，通過(guò)頂桿206驅(qū)動(dòng)導(dǎo)閥芯3向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)閥芯3朝向排氣口13移動(dòng)時(shí)，控制氣從進(jìn)氣口12進(jìn)入導(dǎo)閥芯安裝腔9，導(dǎo)閥芯3移動(dòng)到行程上限后，第二密封面331與第二導(dǎo)閥閥座914形成密封配合，阻止控制氣從排氣口13流出，控制氣在控制腔106內(nèi)建立壓力后，驅(qū)動(dòng)主閥芯6朝向介質(zhì)出口15移動(dòng)，介質(zhì)出口15打開，推進(jìn)劑介質(zhì)從介質(zhì)入口14流出介質(zhì)出口15，發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作；電磁驅(qū)動(dòng)裝置斷電后，電磁線圈202磁勢(shì)帶來(lái)的磁能迅速減弱，最終，復(fù)位彈簧4克服全開位置的永磁自鎖力，控制氣從排氣口13排出，主閥芯安裝腔10的控制腔106內(nèi)卸壓，第二復(fù)位彈簧7復(fù)位迅速推動(dòng)主閥芯6朝向?qū)чy芯3移動(dòng)，主閥芯6與主閥閥座103形成密封，阻止推進(jìn)劑介質(zhì)從介質(zhì)出口15流出，導(dǎo)閥芯3移動(dòng)到行程上限后，第一密封面321和第一導(dǎo)閥閥座913形成密封，關(guān)閉控制腔106，切斷推進(jìn)劑介質(zhì)的供應(yīng)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)。

導(dǎo)閥芯a段31采用o型橡膠密封圈實(shí)現(xiàn)電磁驅(qū)動(dòng)裝置與控制介質(zhì)隔離，電磁驅(qū)動(dòng)裝置使用的軟磁材料可不考慮介質(zhì)相容性問(wèn)題。

主閥芯6使用密封元件b8和密封元件c17兩道密封，密封元件b8防止控制氣進(jìn)入介質(zhì)燃料內(nèi)，密封元件c防止推進(jìn)劑介質(zhì)進(jìn)入導(dǎo)閥芯安裝腔9內(nèi)。

第一密封面321和第二密封面331分別與第一導(dǎo)閥閥座913和第二導(dǎo)閥閥座914采用菌狀密封，此處也可采用錐面密封；主閥芯13與主閥閥座103采用錐面密封，此處也可采用菌狀密封。

為了實(shí)現(xiàn)快響應(yīng)，對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)置隔磁墊205調(diào)整銜鐵204在電磁線圈202未通電時(shí)，銜鐵204的上端面與殼體201內(nèi)部的上表面的距離和銜鐵204的下端面與殼體201內(nèi)部的下表面的距離相等或近似相等，通過(guò)該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)初始永磁自鎖力的相互抵消，克服永磁鐵203自鎖力對(duì)負(fù)載的影響。

參見圖2和圖3，為實(shí)現(xiàn)快響應(yīng)，對(duì)導(dǎo)閥芯3和導(dǎo)閥芯安裝腔9進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在伸入腔體上部91內(nèi)的導(dǎo)閥芯a段31上設(shè)置徑向密封元件5，阻止控制氣進(jìn)入腔體上部91，從而避免導(dǎo)閥芯a段31端面承受控制氣壓力，同時(shí)，利用導(dǎo)閥芯a段31的直徑d1和第一導(dǎo)閥閥座913的內(nèi)徑d2、第二導(dǎo)閥閥座914的內(nèi)徑d3相等，構(gòu)成卸荷結(jié)構(gòu)。在導(dǎo)閥進(jìn)氣端密封狀態(tài)下，利用導(dǎo)閥芯a段31的直徑d1和第一導(dǎo)閥閥座913的內(nèi)徑d2相等構(gòu)成卸荷結(jié)構(gòu)，減小介質(zhì)力帶來(lái)的負(fù)載力。在導(dǎo)閥排氣端密封狀態(tài)下，利用導(dǎo)閥芯a段31的直徑d1和第二導(dǎo)閥閥座914的內(nèi)徑d3相等構(gòu)成卸荷結(jié)構(gòu)，減小介質(zhì)力對(duì)導(dǎo)閥芯3關(guān)閉的影響，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。

本實(shí)施例只展示了一種應(yīng)用了本發(fā)明電磁驅(qū)動(dòng)裝置的先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥，本發(fā)明的電磁驅(qū)動(dòng)裝置也可與其他結(jié)構(gòu)的導(dǎo)閥和主閥構(gòu)成先導(dǎo)式電磁氣動(dòng)閥。

本發(fā)明除可應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外，在衛(wèi)星在軌執(zhí)行系統(tǒng)、地面試驗(yàn)系統(tǒng)、自動(dòng)化流體管路系統(tǒng)的相關(guān)閥門中均可推廣應(yīng)用，可有效提高閥門的響應(yīng)并能保證較大的流通能力。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)參數(shù)在不偏離權(quán)利要求所界定的結(jié)構(gòu)的情況下進(jìn)行各種增補(bǔ)、改進(jìn)和更換，因此，本發(fā)明是廣泛的。