[发明专利]基于永磁偏置的双稳态线性力电磁阀

说明书

本发明公开了一种基于永磁偏置的双稳态线性力电磁阀，在由上端盖和下端盖对接形成的壳体内同轴设置各构件，包括中轴位置活塞杆、与活塞杆固连的电枢，外围的电磁线圈，以及夹持在上下端盖间的磁环；通过在电枢与上下端盖之间设置对压弹簧约束电枢沿轴向运动，并为电枢沿轴向提供回复力和减振缓冲；由磁环与上端盖、电枢和下端盖形成闭合永磁回路，为电磁线圈断电工况下电枢保持在上端或下端提供永磁偏置磁通和足够的线性端部自保持力；通过给电磁线圈加载正反向脉冲电压来克服基于永磁偏置的线性端部自保持力，实现电枢开/关状态的连续切换，本发明有效提升切换性能的稳定性并降低能耗，显著降低了落座冲击振动和噪声辐射，实现软着陆。

技术领域

本发明涉及电磁阀领域，更具体地说是涉及一种采用永磁偏置设计的含闭合磁回路的双稳态线性力电磁阀。

背景技术

电磁阀是采用电磁驱动的工业设备，属于电磁执行机构，广泛应用于发动机气门控制、底盘控制、电动车窗及变速器控制系统等自动化领域。常规的电磁阀一般由电磁铁、衔铁、弹簧、阀芯和阀体等部件构成，电磁线圈通过接受来自电控单元提供的驱动电压产生可控电磁场，将衔铁套筒组件在电磁场中磁化，获得作用在衔铁套筒上的拉力或推力，用以克服弹簧预紧力来调控阀芯的动作，实现阀孔的开/关状态切换，从而能够有效用于自动控制系统中流体介质方向、流量、速度等关键性能参数的精准调控。

现有的电磁阀主要为基于双弹簧、双电磁铁的机构，虽然具有结构简单、成本低、控制容易、工作频率高、响应迅速等优点，但该类电磁阀所提供的电磁力会随着电磁铁与衔铁间隙的减小而显著增大并具有强非线性特征，使得电磁阀在落座时产生剧烈的冲击振动，引发振动和噪声问题。较大的落座冲击不仅会引起阀门反弹，影响对流体介质方向、流量、流速等参数的精确控制，而且还会降低电磁阀构件的使用寿命，给落座冲击的有效控制带来了困难。另外，电磁阀保持开状态或关状态所需的保持力通常由持续通电的电磁铁吸住衔铁提供，产生严重的发热问题，显著增加了能耗，导致了电磁阀端部自保持性能不足的问题。

现有技术中，针对电磁执行器的端部自保持主要是以机械自保持加以实现，但是，机械自保持的方式使动质量增加，易使电磁执行机构在实现开/关状态切换时产生撞击噪声，且无法提升执行器的启动力性能。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于永磁偏置的双稳态线性力电磁阀，采用永磁自保持的方式在两端获得稳定状态，即获得对应的开/关稳定状态，降低能耗，提升电磁执行器在不同状态间切换所需的启动力。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于永磁偏置的双稳态线性力电磁阀的结构特点是：

在由上端盖和下端盖对接形成的壳体内同轴设置各构件，包括：中轴位置上的活塞杆、与活塞杆固连的电枢，设置在外围的电磁线圈，以及夹持在上端盖和下端盖之间的磁环；

所述活塞杆，其上端依次穿过上对压弹簧和上端盖与外部活塞头固定连接，其下端与电枢固定连接，使活塞杆能够与电枢一同轴向运动，以此带动外部活塞头进行流体介质的流动控制；

所述电枢是由上对压弹簧和下对压弹簧沿轴向对压固定，利用相互对压的上对压弹簧和下对压弹簧约束电枢沿轴向运动，并为电枢沿轴向提供回复力和减振缓冲作用；

所述磁环是沿轴向磁化的一段环形永磁体，能够与上端盖、下端盖以及电枢构成闭合的永磁回路，为在电磁线圈断电工况下，电枢保持在上端或下端提供永磁偏置磁通和线性端部自保持力；

所述上端盖、下端盖和电枢均采用具有高磁导率的低碳钢材质，其它部件采用非导磁材料或弱导磁材料。

本发明基于永磁偏置的双稳态线性力电磁阀的结构特点也在于：所述磁环的装配结构为：在所述上端盖的底部内侧壁上设置第一底部缺口，在所述下端盖的底部内侧壁上设置第二底部缺口，所述磁环嵌装在由第一底部缺口和第二底部缺口共同形成的环槽内。