[发明专利]线圈固定设备和结合该线圈固定设备的导阀控制的水阀

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及电磁控制阀，更尤其是涉及用于在导阀控制的水阀上连接电磁线圈组件的设备。

背景技术

阀被使用在许多需要控制工艺流体的流量的应用中。这样的工艺流体可以包括诸如油、燃料、水等的液体或者诸如天然气、氧气等的气体。有些阀操作以计量通过的流体流量，并通过准确定位阀门元件来操作而控制允许通过阀的流体量。有些阀则以开关方式操作，其中，通过的流体流或者被接通或者被断开。这样的阀可以在诸如用户设备或商业设备例如洗衣机等中使用，借助阀，允许水流动一预定时间段，或者直到已经分配预定体积。这种阀的操作通常是由电子控制电路(例如基于微处理器的控制器)以及与之相联的驱动电路系统来进行控制的，以打开和/或关闭阀内部的阀门元件。

这种开关阀存在的问题是必须施力克服作用在阀门元件一侧上的工艺流体的静压力才能打开阀门元件。根据应用，该压力可能相当高，尤其是与阀门元件的相对一侧上的低压力相比的情况下，在许多设备应用中，该相对一侧的低压力为大气压力。除作用于阀门元件且倾向于使之关闭的流体静压力之外，许多这样的开关阀还包括设置成在阀门元件上施加力的弹簧。该弹簧的作用力允许阀在移除驱动信号时关闭，并在阀门元件上维持一偏压力，以使之保持关闭。

在这样的配置中，阀致动器必须克服该流体静压力和弹簧力这两个作用力，而流体静压力可能相当高，并且可能随着安装的不同而不同，流体静压力和弹簧力都起作用以保持阀关闭。但是，一旦克服了这两个作用力，继续打开阀至其全开位置所必需的力随着阀门元件表面上的压力的压差显著下降而大大减小。一旦该压力得到平衡，致动器必须克服的作用力就仅剩下了弹簧力。

许多电子控制开关阀包括电致动螺线管，该电致动螺线管直接作用于与阀门元件相连的柱塞以使阀门元件移动至其打开位置。不幸的是，由于关闭的阀存在的高压差以及弹簧力的缘故，致动器必须相对较大，这样才能在全部工作状况和安装下对阀进行可靠地操作。在许多工业例如家庭设备工业中，严格的政府要求和鉴定机构要求在电力使用上产生了大量保险费。由此，这些包括大小设计成可靠地打开阀门元件的螺线管的直接作用式电磁控制阀在获取机构证明方面给设备制造商带来了很大的缺点，例如″节能之星设备″等级设备。此外，设备工业竞争性高，这种大型电磁致动器的成本对其使用带来了很大的损害。

为克服这些问题，许多制造商已经转到导阀结构，这种导阀结构允许使用尺寸显著减小的电磁致动器对阀进行操作。具体地说，导阀控制的换向阀(pilot operated valve)利用了较小的螺线管来移动柱塞，以打开小的导阀，该导阀在阀门部分具有小的先导开口。当打开时，该导阀允许少量水流动而利用压差和表面面积的原理打开膜片。然后膜片打开控制工艺流体的主要流动的主阀门元件。换句话说，导阀控制的换向阀利用了工艺流体压力的能量来完成打开和关闭阀的大部分工作。

由于螺线管现在仅需要打开小的导阀，所以可大大减小螺线管的尺寸。这种小尺寸则导致低的能量使用以及低的成本，而低的能量使用以及低的成本则在许多工业例如家庭设备工业中都提供了很大的优势。因此，设备制造商，例如本申请的受让人，每年实际上提供上百万的导阀控制的水阀。

典型的小螺线管包括缠绕在线轴上的大约7055匝38AWG(美国线规)线规铜线的电磁线圈，其使用了大约28克铜。而后对线圈和线轴进行封装模制处理。螺线管还包括铁磁极框架，所述铁磁极框架在其磁路中具有气隙。铁磁极框架由一对托架构造而成。

虽然典型导阀控制的水阀与直接作用式电磁致动阀相比大大减小了电磁致动器尺寸，并因而大大降低了成本，但是，螺线管仍然依靠铜线绕组来产生操作导阀致动器所需的磁力。不幸的是，近年来，铜的成本已经增加了百分之三百以上。这种价格的显著提高已经大大提高了电磁致动器线圈的成本，而使得电磁线圈占据了阀整体上的很大一部分成本(大约50％)。不幸的是，在这样的竞争性工业中，仅仅几分的差异也可能使得主要销售成功或破坏主要销售。据预测显示：铜以及用于构造电磁致动器的其他原材料的成本会继续提高，因此本领域存在对新的电磁线圈结构的需要，这种新的电磁线圈结构能够通过减少用于形成电磁线圈的铜的量来降低材料成本。但是，与该铜减少努力相对的是这种阀每次致动时的可靠操作和延长使用寿命的需要。