一种电磁阀及阀门流量精准控制方法与流程

1.本发明涉及电磁阀技术领域，尤其涉及一种电磁阀及阀门流量精准控制方法。


背景技术：

2.电磁阀是用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数的，并用电磁控制的自动化基础元件，现有技术中的一种电磁阀控制结构见图24与图25，上部分为电磁铁，中间为动片(衔铁)，下部分流通孔。当电磁铁通电时，动片被电磁铁吸住，动片与流通孔之间打开一定的间距，流体经狭缝并最终通过中间的流通孔流出，断电后，动片回复(在流体、弹簧、重力等作用下)到紧贴流通孔的位置，电磁阀关闭，流体流动被阻断；
3.当电磁阀的动片与流通孔之间的间隙h足够大时，电磁阀的流量取决于中孔的流通截面，基于公式：
4.当电磁阀的动片与流通孔之间的间隙不够大时，电磁阀的流量取决于流通孔与动片之间形成的环面，基于公式：s2＝πd
·
h；
5.另外动片与流通孔之间的间隙h，同时也是电磁阀关闭时，动片与电磁铁铁芯之间的距离，电磁铁的吸力与h成二次反比关系，f
∝
h-2
,因此，为了保证电磁铁的吸力，一般希望，动片距离铁芯的距离不要过大；
6.有些对泄漏率要求较高的电磁阀，其动片与流通孔接触的一侧会包裹一层软质橡胶，图24与图25动片下边缘所示；
7.当电磁阀流量取决于s2＝πd
·
h时，要提高电磁阀的流量精确度，除了要提高通孔的直径d的精确，也要提高间距h的精度。
8.在电磁阀的整个生命周期内，随着电磁阀使用次数的增加，动片会有部分磨损，也即h会产应一定变化，电磁阀的流量与初始时就会产生一定的偏差，另外，如果动片上包裹有橡胶层，质地较软的橡胶层，其厚度的精度也相对较低，随着电磁阀使用次数的上升，其厚度的磨损也会更大。
9.一般来说，d的精度是相对容易控制的，如果一台设备对多个电磁阀流量精度要求较高时，h的精度常常难以满足要求，为此，我们提出一种电磁阀及阀门流量精准控制方法来提高电磁阀流量的精准度。


技术实现要素：

10.本发明是为解决现有技术中，电磁阀流量的精准度不够高，尤其是多个电磁阀之间的流量的一致性不够高的缺点，而提出的一种电磁阀及阀门流量精准控制方法。
11.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
12.一种电磁阀，包括电磁阀本体，所述电磁阀本体包括上壳体与底块，所述上壳体与底块之间设有磁体框架，且磁体框架顶部设有电路板，磁体框架内顶部设有多个铁芯柱，铁芯柱外围设有励磁线圈，所述底块顶部中间位置开设有容纳槽，且容纳槽中开设有若干贯
穿底块的流通孔，流通孔上口径大于下口径，所述容纳槽中设有若干个对应并覆盖在流通孔上的动片，所述底块底部设有连接块。
13.电磁阀工作状态分为打开状态与闭合状态，一般闭合为常态。
14.优选的，所述上壳体顶部中间位置设有接口管，且接口管顶端通过螺纹连接有上快接头，使用时上快接头与下快接头皆便于和气管连接。
15.优选的，所述磁体框架包括主体部与裙边部，其中裙边部一体成型在主体部表面，使得裙边部与主体部底部在一个平面上，主体部顶部高于裙边部顶部，主体部顶部开设有窗口。
16.优选的，所述主体部顶部设有隔块，隔块位于磁体框架与电路板之间，在组装时，上壳体内顶端将主体部顶部笼罩，使得电路板位于主体部顶部与上壳体内部之间，所述主体部外圈套设有垫圈a并位于裙边部顶部，当上壳体笼罩在主体部上后，上壳体底部与裙边部顶部接触，并通过垫圈a将两者之间密封。
17.优选的，所述励磁线圈包括绕线骨架与线圈绕组，绕线骨架顶部靠近边缘位置设有两个导电引柱，并且线圈绕组与两个导电引柱电连接，组装时多个励磁线圈的导电引柱皆与电路板上的相匹配的插口焊接牢靠，保证良好的电连接。
18.优选的，所述底块顶部开设有嵌入槽a并位于容纳槽外圈位置，且嵌入槽a内部嵌设有垫圈b，垫圈b用于底块与磁体框架之间的密封，所述底块顶部开设有两个柱槽并分别位于容纳槽与嵌入槽a之间。
19.优选的，所述底块顶部还开设有位于柱槽与容纳槽之间的限位口，用于容纳、限位动片，所述容纳槽中间位置还设有若干组限位块用于限位动片，防止动片偏移。
20.优选的，所述底块底部设有位于流通孔外部的嵌入槽b，且嵌入槽内部嵌设有垫圈c，用于连接块和底块之间的密封。
21.优选的，所述动片为软磁金属薄片，其底部设有软质压块并压在流通孔上，且动片的金属薄片上下两面平行，其动作方式为转动式，习惯上也称为拍合式，打开状态时，动片与磁体框架的底面平行；闭合状态时，动片将与磁体框架底面产生一定角度，另外为保证闭合状态时动片与流通孔之间的良好密封，将流通孔的顶面设置为倾斜面，倾角为1～5度。
22.优选的，所述底块顶部设有缓冲垫，缓冲垫位于动片顶部，覆盖于动片顶部的位置位于铁芯柱底部与动片顶部之间，且不完全覆盖动片，防止动片向上时直接撞击在铁芯柱底部，并在电磁阀断电后，利于动片迅速复位，其中缓冲垫的厚度在0.01mm-0.08mm之间。
23.优选的，所述连接块底部设有密封垫片，及多个快接头，且密封垫片套设于快接头外部。
24.进一步的，一种电磁阀及阀门流量精准控制方法如下：
25.电磁阀常态为闭合状态，需要打开时，驱动电路通过电路板接通对应的励磁线圈，励磁线圈产生励磁电流并使铁芯柱具磁性，具有磁性的铁芯柱与动片之间产生吸力，动片转动并离开流通孔顶部，此时流通孔不被堵住，电磁阀处于打开状态，介质可流通，通过改变流通孔口径以及开口形状，调节动片与流通孔之间环形狭缝的环面积与流通孔最小处的流通截面的大小关系，使其满足关系式：可提高控制效果和流量控制的精准度；断开电路，励磁线圈中励磁电流消失，软磁铁芯柱磁性消失，此时在回复力的用下动
片转动压在流通孔顶部，流通孔被堵住，电磁阀转为闭合状态，介质无法流通(介质可以是气体也可以是液体)。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
27.相较于传统的圆柱形等，定截面的流通孔，本方案中采用一种变截面的孔，即流通孔的上口径大于下口径，具体的是在动片与流通孔接触的地方，孔径d2较大，另一端孔径d1较小，这样的设计既可以利用相对容易控制精度的d1来保证电磁阀的流量精度，也可以降低h，得到较大的电磁吸力，在提高电磁阀流量的精准度的同时，降低对励磁电流的需求，保证电磁阀的打开顺畅。
附图说明
28.图1为本发明提出的一种电磁阀的轴视图；
29.图2为图1的仰视方向结构示意图；
30.图3为图1中上壳体与磁体框架的拆分结构图；
31.图4为图3中上壳体的仰视方向结构示意图；
32.图5为图3中电路板与磁体框架的拆分结构示意图；
33.图6为图5中底块与连接块的拆分结构示意图；
34.图7为图6的仰视方向结构示意图；
35.图8为图7中底块与垫圈c的拆分结构示意图；
36.图9为图8中底块与磁体框架的拆分结构示意图；
37.图10为图9中铁芯柱与励磁线圈的拆分结构示意图；
38.图11为图9中底块顶部结构的拆分示意图；
39.图12为图11中底块与动片的拆分示意图；
40.图13为图12的仰视方向结构示意图；
41.图14为图7中磁体框架与底块的剖切图；
42.图15为图14的结构拆分图；
43.图16为图15中流通孔与动片的剖切示意图；
44.图17为图16的一种演变示意图；
45.图18为电磁阀流通孔的第二种演变形式示意图；
46.图19为图18的一种演变示意图；
47.图20为电磁阀流通孔的第三种演变形式示意图；
48.图21为电磁阀流通孔的第四种演变形式示意图；
49.图22为电磁阀流通孔的第五种演变形式示意图；
50.图23为电磁阀流通孔的第六种演变形式示意图；
51.图24为现有技术一种电磁阀的打开状态示意图；
52.图25为图24示意的电磁阀的闭合状态示意图。
53.图中：1、上壳体；110、接口管；120、上快接头；2、电路板；3、隔块；4、磁体框架；410、主体部；420、裙边部；5、垫圈a；6、铁芯柱；7、励磁线圈；8、底块；810、嵌入槽a；820、嵌入槽b；830、容纳槽；9、垫圈b；10、缓冲垫；11、柱槽；1110、限位口；12、限位块；13、垫柱；14、动片；15、软质压块；16、垫圈c；17、连接块；18、下快接头；19、密封垫片；20、流通孔。
具体实施方式
54.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
55.在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
56.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
58.参照图1-15，一种电磁阀，包括电磁阀本体，电磁阀本体包括上壳体1与底块8，上壳体1与底块8之间设有磁体框架4，且磁体框架4顶部设有电路板2，磁体框架4内顶部设有多个铁芯柱6，底块8顶部中间位置开设有容纳槽830，且容纳槽830中开设有若干贯穿底块8的流通孔20，容纳槽830中设有若干个对应并覆盖在流通孔20上的动片14，底块8底部设有连接块17，且连接块17底部连通设有若干个下快接头18，并且下快接头18与流通孔20连通。
59.具体阐述如下：
60.上壳体1顶部中间位置设有接口管110，且接口管110顶端通过螺纹连接有上快接头120，使用时上快接头120与下快接头18皆便于和气管连接，另外上壳体1顶部还开设有供电路板2上的接电插口贯穿的匹配孔，使得电路板2上的接电插口裸露出来便于插接。
61.磁体框架4包括主体部410与裙边部420，其中裙边部420一体成型在主体部410表面，使得裙边部420与主体部410底部在一个平面上，主体部410顶部高于裙边部420顶部，主体部410顶部开设有矩形口，主体部410顶部设有隔块3，电路板2位于隔块3顶部，在组装时，上壳体1内顶端将主体部410顶部笼罩，使得电路板2位于主体部410顶部与上壳体1内部之间，主体部410外圈套设有垫圈a5并位于裙边部420顶部，当上壳体1笼罩在主体部410上后，上壳体1底部与裙边部420顶部接触，并通过垫圈a5密封。
62.励磁线圈7包括绕线骨架与线圈绕组，绕线骨架顶部靠近边缘位置设有两个导电引柱，线圈绕组的两端分别与两个导电引柱电连接，组装时多个励磁线圈7的两个导电引柱皆贯穿矩形口并与电路板2上的相匹配的插口焊接牢靠，保证良好的电连接。
63.底块8顶部开设有嵌入槽a810并位于容纳槽830外圈位置，且嵌入槽a810内部嵌设有垫圈b9，垫圈b9用于底块8与裙边部420之间的密封，底块8顶部开设有两个柱槽11并分别位于容纳槽830与嵌入槽a810之间。
64.底块8顶部还开设有位于柱槽11与容纳槽830之间的限位口1110用于容纳、限位动片14，容纳槽830中间位置还设有若干组限位块12用于限位动片14，防止其偏移。
65.底块8底部设有位于流通孔20外部的嵌入槽b820，其中嵌入槽b820之间相连通，且嵌入槽820内部嵌设有垫圈c16用于连接块17和底块8之间的密封。
66.底块8顶部设有缓冲垫10并位于动片14顶部，其中缓冲垫10覆盖于动片14顶部的位置位于铁芯柱6底部与动片14顶部之间，且不完全覆盖动片，防止动片14向上直接撞击在铁芯柱6底部。缓冲垫的厚度在0.01mm-0.08mm之间。
67.磁体框架4及动片14为软磁材质，连接块17底部设有密封垫片19，且密封垫片19套设于下快接头18外部，具体在使用时螺栓自上而下贯穿上壳体1、主体裙边部420、底块8、连接块17与密封垫片19后再与外部安装位置连接，以实现电磁阀本体的安装密封。
68.动片14为金属薄片，其底部设有软质压块15。动片14的金属薄片上下两面平行，其动作方式为转动式，打开状态时，动片14与磁体框架4的下表面平行；闭合状态时，动片14将与磁体框架底面产生一定角度。与为保证闭合状态时，动片14与流通孔20的良好密封，将流通孔20的顶面设置为倾斜面，倾角为3
±
1度。
69.参照图1-23，一种电磁阀及阀门流量精准控制方法如下：
70.电磁阀常态为闭合状态，需要打开时，驱动电路通过电路板2接通对应的励磁线圈7，励磁线圈7产生励磁电流并使铁芯柱6具磁性，具有磁性的铁芯柱6与动片14之间产生吸力，动片14转动并离开流通孔20顶部，此时流通孔20不被堵住，电磁阀处于打开状态，介质可流通，通过改变流通孔20的口径以及开口形状，调节动片14与流通孔20之间环形狭缝的环面积与流通孔20最小处的流通截面的大小关系，使其满足关系式：可提高控制效果和流量控制的精准度；断开电路，励磁线圈7励磁电流消失，软磁铁芯柱6磁性消失，此时在流体的作用下动片14转动压在流通孔20顶部，即流通孔20被堵住，电磁阀转为闭合状态，介质无法流通(介质可以是气体也可以是液体)。
71.缓冲垫10的厚度为0.05mm
±
0.03mm,避免打开状态时动片14与铁芯柱6紧密贴合，当励磁线圈7断电后，降低剩磁对动片回复的影响，利于动片14迅速复位。
72.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
73.电磁阀的设计有以下几种常见的演变：
74.参照图16-23，在实际应用时流通孔20上口径可开设为大于下口径的状态，见图16，流通孔20不再采用圆柱形的孔，而是采用一种变截面的孔，在动片14与流通孔20上口接触的地方，孔径d2较大，另一端孔径d1较小，合理设置d1、d2、h的大小关系，使其满足关系式：电磁阀的流量将取决于：同时较大的d2，也可以帮助降低h，这样既可以利用相对容易控制精度的d1来保证电磁阀的流量精度，也可以利用较小的h得到较大的电磁吸力，保证电磁阀的打开顺畅。动片14的动作采用平动式。
75.见图17，流通孔与图16相同，其动片14的动作采用转动式，即动片14以某处为支点，以转动式实现打开与闭合。打开状态，动片与流通孔的密封面之间不是平行面，见图15与图17，而是有一定的角度，动片14与流通孔20之间的间隙不是一个定值，这时间隙不再是一个高度为h的环面，而是一种狭缝，这种情况，由几何分析可知，狭缝的平均高度为中轴线处的h，因此，环面的面积依然是：s2＝πd2·
h。合理设置d1、d2、h的大小关系，使其满足关系
式：式：电磁阀的流量依然取决于：
76.见图18，其动片的动作采用转动式，流通孔20的上开口不再是一个圆形，而是近似一个椭圆形，其s2＝c2·
h，c2为流通孔20的通口周长，h为图18中狭缝的平均高度，合理设置d1、d2、h的大小关系，使其满足关系式：电磁阀的流量依然取决于：电磁阀的流量依然取决于：
77.见图19，流通孔与图18相同，其动片的动作采用平动式，动片14与流通孔20的开口保持平行，其s2＝c2·
h，c2为流通孔20的通口周长，h为狭缝的高度，合理设置d1、d2、h的大小关系，使其满足关系式：电磁阀的流量依然取决于：
78.另外电磁阀设计的演变形式并不局限此，也可为演变为图20-图23的形式。
79.图20-图23中略去了动片，只强调流通孔的结构设计，但不难理解动片的存在位置，合理的设置动片与流通孔的间距，这几种演变的结构，电磁阀的流量依然取决于：
80.在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种电磁阀，包括电磁阀本体，其特征在于，所述电磁阀本体包括上壳体(1)与底块(8)，所述上壳体(1)与底块(8)之间设有磁体框架(4)，且磁体框架(4)顶部设有电路板(2)，磁体框架(4)内顶部设有多个铁芯柱(6)，所述底块(8)顶部中间位置开设有容纳槽(830)，且容纳槽(830)中开设有若干贯穿底块(8)的流通孔(20)，流通孔(20)上口径大于下口径，所述容纳槽(830)中设有若干个对应并覆盖在流通孔(20)上的动片(14)，所述底块(8)底部设有连接块(17)。2.根据权利要求1所述的一种电磁阀，其特征在于，所述磁体框架(4)包括主体部(410)与裙边部(420)，裙边部(420)一体成型在主体部(410)表面，主体部(410)顶部高于裙边部(420)顶部，主体部(410)顶部开设有窗口。3.根据权利要求2所述的一种电磁阀，其特征在于，所述主体部(410)与上壳体之间设有电路板(2)，所述主体部(410)外圈套设有垫圈a(5)并位于裙边部(420)顶部。4.根据权利要求1所述的一种电磁阀，其特征在于，铁芯柱(6)的外围套设有励磁线圈(7)，所述励磁线圈(7)包括绕线骨架与线圈绕组。5.根据权利要求1所述的一种电磁阀，其特征在于，所述底块(8)顶部开设有嵌入槽a(810)并位于容纳槽(830)外圈位置，且嵌入槽a(810)内部嵌设有垫圈b(9)，所述底块(8)顶部开设有两个柱槽(11)并分别位于容纳槽(830)与嵌入槽a(810)之间。6.根据权利要求5所述的一种电磁阀，其特征在于，所述底块(8)顶部还开设有位于柱槽(11)与容纳槽(830)之间的限位口(1110)，所述容纳槽(830)中间位置设有若干组限位块(12)，所述底块(8)顶部设有缓冲垫(10)并位于动片(14)顶部。7.根据权利要求5所述的一种电磁阀，其特征在于，所述柱槽(11)中设有垫柱(13)并支撑于动片(14)下方，提供动片(14)转动的支点。8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种电磁阀及阀门流量精准控制方法，电磁阀常态为闭合状态，需要打开时，驱动电路通过电路板(2)接通对应的励磁线圈(7)，励磁线圈(7)产生励磁电流并使铁芯柱(6)具磁性，具有磁性的铁芯柱(6)与动片(14)之间产生吸力，动片(14)转动并离开流通孔(20)顶部，此时流通孔(20)不被堵住，电磁阀处于打开状态，介质可流通，通过改变流通孔(20)口径以及开口形状，调节动片(14)与流通孔(20)之间环形狭缝的环面积与流通孔(20)最小处的流通截面的大小关系，使其满足关系式：可提高控制效果和流量控制的精准度；断开电路，励磁线圈(7)中励磁电流消失，软磁铁芯柱(6)磁性消失，此时在回复力作用下动片(14)转动，压在流通孔(20)顶部，即流通孔(20)顶部被堵住，电磁阀转为闭合状态，介质无法流通。

技术总结
本发明公开了一种电磁阀，包括电磁阀本体，所述电磁阀本体包括上壳体与底块，所述上壳体与底块之间设有磁体框架，且磁体框架顶部设有电路板，磁体框架内顶部设有多个励磁线圈，所述底块顶部中间位置开设有容纳槽，且容纳槽中开设有若干贯穿底块的流通孔，流通孔上口径大于下口径，所述容纳槽中设有若干个对应并覆盖在流通孔上的动片，所述底块底部设有连接块。本发明通过改变流通孔口径以及开口形状，调节动片与流通孔之间环形狭缝的环面积与流通孔本身的最小处流通截面的大小关系，来精准控制电磁阀的流量。准控制电磁阀的流量。准控制电磁阀的流量。


技术研发人员：袁林 李明珠
受保护的技术使用者：合肥伦琴智能科技有限公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/1