專利名稱：一種微流量單組元電磁閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于衛(wèi)星推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種由電信號控制、通過螺線管電 磁鐵驅(qū)動，控制衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)中推進(jìn)劑流動的閥門。
背景技術(shù)：
目前衛(wèi)星用電磁閥為吸入式結(jié)構(gòu)閥門，吸入式電磁鐵的可動鐵芯部分地或全部地 位于線圈之內(nèi)。從閥門內(nèi)部活動部件有無摩擦可分為有摩擦吸入式電磁閥、無摩擦吸入式 電磁閥。有摩擦吸入式電磁閥一般采用柔性支撐片彈簧，片彈簧將銜鐵一端支撐起來，這種 結(jié)構(gòu)屬于“懸臂梁”，即單點支撐，穩(wěn)定性欠佳，所以實際工作中摩擦不可避免；無摩擦吸入 式電磁閥在此基礎(chǔ)上將銜鐵的另一端也懸起，保證了銜鐵的無摩擦運動。但兩側(cè)懸浮式的 銜鐵擋板組件必須要穿過整個閥門內(nèi)腔，將導(dǎo)致其長度很長。這樣不僅將使得銜鐵擋板組 件整體的同軸度難以保證，給裝配帶來較大的難度，也會因組件重量的激增影響閥門的快 速響應(yīng)特性。另外，相比拍合式方案零件較多，可靠性降低，也不利于實現(xiàn)小型化。隨著航天任務(wù)的發(fā)展，發(fā)動機(jī)的推力從幾毫牛一直覆蓋到了幾千牛，特別是微小 流量電磁閥，最小流通面積不到目前衛(wèi)星用電磁閥流通面積的十分之一，對小型化提出了 更高要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種快速響應(yīng)、小型 化、無摩擦的微流量單組元電磁閥。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種微流量單組元電磁閥，包括閥體組件、外導(dǎo)磁 體、線圈、引線、墊片、銜鐵擋板組件和閥座；線圈位于外導(dǎo)磁體和閥體組件之間，繞在閥體 組件上；兩根引線位于外導(dǎo)磁體下端出口，與線圈兩端分別通過焊接連接；閥體組件包括 閥體入口接頭、閥體隔磁環(huán)、閥體連接環(huán)和閥體法蘭盤，通過焊接方式連接在一起；外導(dǎo)磁 體在閥體組件的外圍，其兩端分別與閥體入口接頭和閥體連接環(huán)固定連接；在銜鐵擋板組 件和閥體組件之間安裝墊片；通過閥座將銜鐵擋板組件、墊片壓在閥體組件的內(nèi)腔中。所述銜鐵擋板組件包括非金屬密封件、擋板、彈簧和銜鐵；非金屬密封件固定在擋 板一側(cè)，彈簧被銜鐵壓在擋板的另一側(cè)，銜鐵與擋板固定連接。所述彈簧為三臂片式彈簧。本實用新型的工作原理是電磁閥線圈通電時產(chǎn)生磁場，磁力線經(jīng)過外導(dǎo)磁 體-閥體導(dǎo)磁材料-氣隙-銜鐵-氣隙-閥體導(dǎo)磁材料-外導(dǎo)磁體閉合。通過上述磁路閉 合。銜鐵組件在磁場力的作用下克服支撐簧片和密封簧片的密封力帶動擋板開啟閥口，具 有一定壓強(qiáng)的推進(jìn)劑通過閥口進(jìn)入催化劑床，經(jīng)催化分解后產(chǎn)生的高壓氣體，經(jīng)過拉瓦爾 噴管噴出，產(chǎn)生控制衛(wèi)星姿態(tài)的推力；斷電時，銜鐵釋放，銜鐵在彈簧力和液壓力的作用下 復(fù)位，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷對推力器的推進(jìn)劑供應(yīng)，并保持密封狀態(tài)。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為[0010](1)本實用新型采用螺線管驅(qū)動、拍合式、軸流式、平面密封的結(jié)構(gòu)，使銜鐵組件支 撐懸浮電磁閥一階固有頻率達(dá)到347. 67Hz，和現(xiàn)有技術(shù)相比提高3 4倍；電磁閥開一致 性達(dá)到士 OJms，關(guān)一致性達(dá)到士 0.8ms，和現(xiàn)有技術(shù)相比提高2. 5倍。同時，在現(xiàn)有驅(qū)動電 路的驅(qū)動下，電磁閥開關(guān)響應(yīng)時間都實現(xiàn)了< 5ms的目標(biāo)，大大低于現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)響應(yīng) 時間。(2)本實用新型的電磁閥采用了拍合式的磁路設(shè)計結(jié)構(gòu)，吸入式電磁鐵的可動鐵 芯部分地或全部地位于線圈之內(nèi)，有效的減輕了閥門質(zhì)量、減少了尺寸，達(dá)到了輕質(zhì)、小型 化的目的。采用本實用新型的微流量電磁閥，其重量約為70g左右，與現(xiàn)有的星上電磁閥相 比減少了 50%以上。(3)本實用新型的電磁閥設(shè)計了簧片與銜鐵共同組成的銜鐵組件，充分利用了片 彈簧徑向剛度大，對中性好的優(yōu)點，將銜鐵組件完全懸浮，開關(guān)動作時不與閥體摩擦，性能 穩(wěn)定，一致性好；避免了自污染，開關(guān)可靠性高。本發(fā)明設(shè)計的電磁閥經(jīng)100萬次開關(guān)后進(jìn) 行潔凈度檢測，閥體內(nèi)壁和銜鐵擋板組件摩擦產(chǎn)生的不同大小粒子數(shù)和現(xiàn)有技術(shù)相比降低 了 8 10倍，大大提高了電磁閥潔凈度。最重要的是電磁閥經(jīng)過100萬次干打(即沒有通 過介質(zhì))進(jìn)行檢漏，仍能滿足密封要求；遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)水平，實現(xiàn)了真正意義 上的無摩擦。(4)本實用新型的電磁閥沒有內(nèi)部螺紋，使得新型電磁閥具有裝配調(diào)試、焊接和裝 配難度小的優(yōu)點。新型電磁閥產(chǎn)品合格率和現(xiàn)有技術(shù)相比提高了 40%以上。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為銜鐵擋板組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為閥體組件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，本實用新型的電磁閥包括閥體組件1、外導(dǎo)磁體2、線圈3、引線4、墊 片5、銜鐵擋板組件6和閥座7。線圈3位于外導(dǎo)磁體2和閥體組件1之間，繞在閥體組件 1上。墊片5位于銜鐵擋板組件6和閥體組件1之間；通過閥座7將銜鐵擋板組件6和墊 片5壓在閥體組件1的內(nèi)腔中。圖2為閥體組件1結(jié)構(gòu)示意圖。閥體組件1是電磁閥的主要組成部分，是整個電 磁閥的骨架，是電磁閥的磁路通路之一，其上游和推進(jìn)系統(tǒng)通過螺紋連接，下游和衛(wèi)星用推 力器通過法蘭盤連接。如圖2所示的閥體組件1結(jié)構(gòu)包括兩段導(dǎo)磁材料閥體入口接頭11 和閥體隔磁環(huán)12，以及兩段不導(dǎo)磁材料閥體連接環(huán)13和閥體法蘭盤14。它們通過焊接方 式連接在一起。外導(dǎo)磁體2在閥體組件1的外圍，其兩端分別與閥體入口接頭11和閥體連接環(huán)13 固定連接；線圈3繞在閥體組件1上，位于外導(dǎo)磁體2和閥體組件1之間。銜鐵擋板組件6位于閥體組件1腔內(nèi)，包括非金屬密封件61、擋板62、彈簧63和 銜鐵64，如圖3所示。非金屬密封件61固定在擋板62的一側(cè)，彈簧63被銜鐵64壓在擋板62的另一側(cè)，銜鐵64與擋板62固定連接。彈簧63為三臂片式彈簧。為使銜鐵擋板組件6懸浮在電磁閥內(nèi)，利用徑向剛度大且對中性好的S形彈簧63 使得組件懸浮起來。這種懸浮支撐方式使得銜鐵質(zhì)量輕，有利于實現(xiàn)快速響應(yīng)；而且使銜鐵 擋板組件不與電磁閥內(nèi)壁摩擦，因而具有性能穩(wěn)定，開關(guān)可靠性和密封可靠性高、抗污染能 力強(qiáng)的優(yōu)點。本實用新型電磁閥的工作原理是當(dāng)電磁閥引線4建立工作電壓時，由于螺線管 線圈為感性元件，線圈3中電流按指數(shù)規(guī)律增大，電磁閥磁路的磁場強(qiáng)度增加，作用在銜鐵 擋板組件6的磁場力增大。當(dāng)磁場力能夠克服彈簧63的密封力時，銜鐵64開始運動，閥口 打開。由于銜鐵擋板組件6運動產(chǎn)生反電動勢，線圈電流減小直至銜鐵擋板組件6停止運 動，線圈電流又重新按指數(shù)規(guī)律增加直至閥口完全打開。當(dāng)電磁閥斷電時，線圈電流下降導(dǎo) 致銜鐵擋板組件6磁場力降低，當(dāng)磁場力小于彈簧力時銜鐵擋板組件6開始運動并產(chǎn)生反 電磁，線圈電流開始上升，當(dāng)銜鐵擋板組件6停止運動時，線圈電流停止上升，重新按指數(shù) 規(guī)律下降直至閥口完全關(guān)閉。另外，由于閥體組件1的加工比較復(fù)雜，除了要將各組成部分焊在一起外，還需對 焊縫質(zhì)量可檢，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，閥體組件1各組成部分焊接時需按一定的焊接 順序。首先應(yīng)該將閥體隔磁環(huán)12與閥體連接環(huán)13焊接為一體；接著再將其與閥體入口接 頭11焊接；最后將這三者與閥體法蘭盤14焊接。為實現(xiàn)無污染來源，在所有的流通通道之 內(nèi)不允許有內(nèi)螺紋。因此需要設(shè)計相應(yīng)的外部工裝以及通過焊接方式來保證閥門無自污染 源。經(jīng)測試，本實施例電磁閥的一階固有頻率達(dá)到347. 67Hz，和現(xiàn)有技術(shù)相比提高 3 4倍；電磁閥開一致性達(dá)到士0. :3ms，關(guān)一致性達(dá)到士0. 8ms，和現(xiàn)有技術(shù)相比提高2. 5 倍。同時，在現(xiàn)有驅(qū)動電路的驅(qū)動下，電磁閥開關(guān)響應(yīng)時間都實現(xiàn)了< 5ms的目標(biāo)，大大低 于現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)響應(yīng)時間。本實施例的微流量電磁閥，其重量約為70g左右，與現(xiàn)有的星上電磁閥相比減少 了 50%以上。本實施例的電磁閥經(jīng)100萬次開關(guān)后進(jìn)行潔凈度檢測，閥體內(nèi)壁和銜鐵組件摩擦 產(chǎn)生的不同大小粒子數(shù)和現(xiàn)有技術(shù)相比降低了 8 10倍，大大提高了電磁閥潔凈度。更重 要的是電磁閥經(jīng)過100萬次干打(即沒有通過介質(zhì))進(jìn)行檢漏，仍能滿足密封要求；遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 過了現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)水平，實現(xiàn)了真正意義上的無摩擦。當(dāng)然，對本實用新型的各組成部件、位置關(guān)系及連接方式在不改變其功能的情況 下，進(jìn)行的等效變換或替代，也落入本實用新型的保護(hù)范圍。本實用新型說明書未公開的技術(shù)屬本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種微流量單組元電磁閥，其特征在于包括閥體組件(1)、外導(dǎo)磁體( 、線圈(3)、 引線(4)、墊片(5)、銜鐵擋板組件(6)和閥座(7)；線圈(3)位于外導(dǎo)磁體(2)和閥體組件 (6)之間，繞在閥體組件(1)上；兩根引線(4)位于外導(dǎo)磁體下端出口，分別與線圈(3)兩端 通過焊接連接；閥體組件(1)包括閥體入口接頭(11)、閥體隔磁環(huán)(12)、閥體連接環(huán)(13) 和閥體法蘭盤(14)，通過焊接方式連接在一起；外導(dǎo)磁體(2)在閥體組件⑴的外圍，其兩 端分別與閥體入口接頭(11)和閥體連接環(huán)(1 固定連接；在銜鐵擋板組件(6)和閥體組 件⑴之間安裝墊片(5)；通過閥座(7)將銜鐵擋板組件(6)、墊片(5)壓在閥體組件⑴ 的內(nèi)腔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種微流量單組元電磁閥，其特征在于所述銜鐵擋板組件(6) 包括非金屬密封件(61)、擋板(62)、彈簧(6 和銜鐵(64)；非金屬密封件(61)固定在擋 板(62) —側(cè)，彈簧(63)被銜鐵(64)壓在擋板(62)的另一側(cè)，銜鐵(64)與擋板(62)固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種微流量單組元電磁閥，其特征在于所述彈簧(63)為三臂片 式彈簧。
專利摘要本實用新型公開了一種衛(wèi)星推進(jìn)用的微流量單組元電磁閥，包括閥體組件(1)、外導(dǎo)磁體(2)、線圈(3)、引線(4)、墊片(5)、銜鐵擋板組件(6)和閥座(7)；線圈(3)繞在閥體組件(1)上；兩根引線(4)分別與線圈(3)兩端連接；外導(dǎo)磁體(2)在閥體組件(1)的外圍，其兩端分別與閥體入口接頭(11)和閥體連接環(huán)(13)固定連接；在銜鐵擋板組件(6)和閥體組件(1)之間安裝墊片(5)；通過閥座(7)將銜鐵擋板組件(6)、墊片(5)壓在閥體組件(1)的內(nèi)腔中。本實用新型采用螺線管驅(qū)動、拍合式、軸流式、平面密封的結(jié)構(gòu)，提高了電磁閥一階固有頻率、開關(guān)一致性和開關(guān)響應(yīng)時間。
文檔編號F16K31/06GK201896989SQ20102060797
公開日2011年7月13日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者于金盈, 武蔥籠, 汪旭東, 陳君 申請人:北京控制工程研究所