近場(chǎng)無線供電電磁閥的制作方法
【專利摘要】一種電磁閥組件，其包括被管裝在危險(xiǎn)環(huán)境中的過程控制閥；與該閥配合并被配置成操作該閥的電磁線圈，該電磁線圈位于該危險(xiǎn)環(huán)境中；被配置成接收供電并將電力傳送至電磁線圈從而操作該閥的閥線圈，該閥線圈位于該危險(xiǎn)環(huán)境中；以及，被配置成向該閥線圈傳輸電力的控制器線圈，該控制器線圈位于該危險(xiǎn)環(huán)境中。
【專利說明】近場(chǎng)無線供電電磁閥
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本國(guó)際專利申請(qǐng)要求提交于2011年6月6日的第13/153，926號(hào)美國(guó)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本文所揭示和教導(dǎo)的發(fā)明一般地涉及電磁操作的閥；更具體地，涉及可在危險(xiǎn)或敏感的環(huán)境中使用的電磁操作的閥。
【背景技術(shù)】
[0004]第20080245422號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)揭示了一種“流體傳遞設(shè)備，其包括位于隔離物(barrier)的第一側(cè)面上的流體出口，以及位于該隔離物第二側(cè)面上的至少一個(gè)電動(dòng)部件。該設(shè)備還包括無線供電傳送裝置，以向該電動(dòng)部件供電”。
[0005]本文所揭示和教導(dǎo)的發(fā)明涉及一種改進(jìn)的系統(tǒng)，用于在危險(xiǎn)或敏感的環(huán)境下操作電磁閥。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明中的閥組件可被安裝成將電磁操作的過程控制閥管裝(plumbing)在危險(xiǎn)環(huán)境中；并且將該閥組件配線連接(wiring)至該危險(xiǎn)環(huán)境外面的控制器上，該閥組件的部件被配置成能夠無線地傳達(dá)數(shù)據(jù)信號(hào)和/或供電。這種配置允許從危險(xiǎn)環(huán)境中移除過程控制閥，而不斷開控制器或者停止(inhibit)對(duì)該控制器的供電。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1示出了使用本發(fā)明一些的方面的閥組件的具體實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖；
[0008]圖2示出了圖1中的閥組件的一些部件的簡(jiǎn)化示意圖；
[0009]圖3示出了圖1中的閥組件的一些部件的備選實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖；
[0010]圖4示出了使用本發(fā)明的一些方面的閥組件的備選的特定實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖；
[0011]圖5示出了圖4中閥組件的一些部件的簡(jiǎn)化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以上所說明的附圖以及以下具體結(jié)構(gòu)和功能的文字說明并不限制 申請(qǐng)人:所發(fā)明的范圍或隨附的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。而是，這些附圖和文字說明僅被提供用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員來制造和使用所要求專利保護(hù)的本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，為了清楚和有利于理解，并未說明或示出本發(fā)明的商業(yè)實(shí)施例的所有特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到結(jié)合本發(fā)明的各方面的實(shí)際商業(yè)實(shí)施例的發(fā)展將需要許多具體的實(shí)現(xiàn)策略，以實(shí)現(xiàn)研發(fā)人員對(duì)于該商業(yè)實(shí)施例的最終目標(biāo)。這樣的具體實(shí)現(xiàn)策略可包括，并很可能并不限于，符合系統(tǒng)相關(guān)的、公司相關(guān)的、政府相關(guān)的，以及其它約束，其可根據(jù)具體的實(shí)現(xiàn)、地點(diǎn)以及隨時(shí)間變化而變化。雖然研發(fā)者的努力在絕對(duì)意義上可能是很復(fù)雜且耗時(shí)的，然而，這樣的努力就是那些從本揭示內(nèi)容中受益的本領(lǐng)域技術(shù)人員日常例行的。必須理解的是，本文所揭示和教導(dǎo)的發(fā)明可具有許多不同的變體和備選形式。最后，例如，但不限于“一個(gè)”的單數(shù)形式的術(shù)語的使用并不旨在限制目標(biāo)的數(shù)量。而且，例如但不限于“頂部”、“底部”、“左”、“右”、“上部”、“下部”、“向下”、“向上”、“側(cè)面”等的相互關(guān)系術(shù)語，特別是參考附圖時(shí)，是為了清楚而在文字說明中被使用的，而并不旨在限制本發(fā)明或所附權(quán)利要求書的范圍。
[0013] 申請(qǐng)人:提出了一種閥組件，其可被安裝成將電磁操作的過程控制法管裝在危險(xiǎn)環(huán)境中；并且將該閥組件配線連接至該危險(xiǎn)環(huán)境外面的控制器，使得該閥組件的部件被配置成能夠無線地交換數(shù)據(jù)信號(hào)和/或供電。這種配置能夠從危險(xiǎn)環(huán)境中移除該過程控制閥，而不斷開控制器或否則阻止對(duì)該控制其的供電。
[0014]圖1示出了使用了本發(fā)明的一些方面的閥組件10。該閥組件10優(yōu)選地跨過隔離物12。當(dāng)被用于將危險(xiǎn)環(huán)境14與安全環(huán)境16分離開時(shí)，例如當(dāng)閥組件10被用于精煉廠、化學(xué)車間等時(shí)，隔離物12優(yōu)選地為水汽密封的。更具體地，在這些情況下，隔離物12優(yōu)選地將液體和/或危險(xiǎn)氣體容納在危險(xiǎn)環(huán)境14中，或否則防止液體和/或危險(xiǎn)氣體從危險(xiǎn)環(huán)境14傳輸至安全環(huán)境16中。正如將更加詳細(xì)地說明的，本發(fā)明的閥組件10完全起到通過隔離物的功能，而在隔離物上不需要任何穿透，諸如傳統(tǒng)使用配線來控制現(xiàn)有技術(shù)的閥。
[0015]本發(fā)明的閥組件10可被用于選擇性地控制，諸如，在過程控制管件或管道18中的液體或氣體的流動(dòng)。這樣的管道18通常被用于控制生產(chǎn)或精煉過程，并可容納危險(xiǎn)液體和/或氣體。在一些情況下，管道18可容納惰性液體和/或氣體，但也可在其它危險(xiǎn)的、高壓的和/或?qū)Νh(huán)境敏感的環(huán)境中操作。
[0016]為了選擇性地控制液體或氣體的流動(dòng)，閥組件10優(yōu)選地包括控制閥20，管道18在正常情況下將被管裝至該控制閥20上。因?yàn)楣艿?8通常被用在危險(xiǎn)環(huán)境14中，閥也是在危險(xiǎn)環(huán)境14中典型地管裝至管道18。為了控制閥20，閥組件10優(yōu)選地包括閥驅(qū)動(dòng)器22。正如將在下面更加詳細(xì)地說明的，閥驅(qū)動(dòng)器22優(yōu)選地通過控制器驅(qū)動(dòng)器24來通電，該控制器驅(qū)動(dòng)器24優(yōu)選地被定位在隔離物12的相反側(cè)，諸如，第二環(huán)境或安全環(huán)境16中?？刂破黩?qū)動(dòng)器24可包括，或者可簡(jiǎn)單地被用于與控制器26的連接，諸如可編程邏輯控制器(PLC)或其它工業(yè)用過程控制系統(tǒng)。更具體地，該控制器驅(qū)動(dòng)器24優(yōu)選地被電氣耦接至控制器26，例如，通過配線28，和/或與控制器26集成?？刂破黩?qū)動(dòng)器24可由，或通過，控制器26供電，或者可從單獨(dú)的電源獨(dú)立供電。
[0017]同樣參考圖2，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，閥驅(qū)動(dòng)器22包括電磁線圈30，電磁線圈30在通電時(shí)生成場(chǎng)，以選擇性地操作閥20。當(dāng)然，閥20可為正常關(guān)閉的閥，以便對(duì)電磁線圈30通電來打開閥20，或者正常打開閥，以便對(duì)電磁線圈30通電來關(guān)閉閥20。
[0018]在該優(yōu)選實(shí)施例中，電磁線圈30由整流器32供電，該整流器32由閥線圈34供電?？刂破骶€圈36，穿過隔離物12，在閥線圈34中選擇性地感生出電流?？刂破?6通過變換器38選擇性地使控制器線圈36通電。
[0019]在過程控制應(yīng)用中普遍采用的典型的電磁線圈正常工作在直流電流(DC)下。類似地，典型的PLC和其它工業(yè)用工程控制系統(tǒng)也工作在DC下。但是，為了在控制器線圈36和閥線圈34之間，穿過隔離物12，實(shí)現(xiàn)電感性耦接，則需要交流電流。因此，本發(fā)明的閥組件10采用變換器38，以在要對(duì)閥18進(jìn)行操作時(shí)將從控制器26接收到的DC變換成AC，用于在控制器線圈36和閥線圈34之間，穿過隔離物12，進(jìn)行電感性耦接。本發(fā)明的閥組件10還優(yōu)選地采用整流器32，將從閥線圈34接收的AC整流成DC，然后將該DC提供給電磁線圈30，以選擇性地操作閥20。
[0020]在備選的實(shí)施例中，控制器26可使用AC產(chǎn)生控制信號(hào)，然后其可更為直接地供給控制器線圈36，從而潛在地消除了變換器38。此外，或備選地，電磁線圈30可被配置成使用AC來選擇性地操作閥20，從而潛在消除了整流器32。
[0021 ] 同樣參考圖3，閥組件10可包括可對(duì)控制器26或整個(gè)過程控制系統(tǒng)有用的傳感器和邏輯器件。例如，閥驅(qū)動(dòng)器22可包括微處理器40以及一個(gè)或多個(gè)傳感器，諸如，位置傳感器42、溫度傳感器44和/或流速傳感器46。位置傳感器42可指示閥20的位置，諸如，該閥20是在打開、關(guān)閉還是在轉(zhuǎn)換。溫度傳感器44可指示閥20、管道18和/或流過該閥20或管道18的過程控制液體或氣體的溫度。流速傳感器46可指示正在流過該閥20或管道18的過程控制液體或氣體的速度。當(dāng)然，可使用流速傳感器46來替換位置傳感器42，因?yàn)榱魉傩畔⒁矔?huì)指示閥20的位置。
[0022]在任何情況下，微處理器40可監(jiān)控傳感器并產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)指示來自傳感器的輸入，并將該數(shù)據(jù)信號(hào)通過閥線圈34和控制器線圈36發(fā)送回控制器驅(qū)動(dòng)器24。例如，微處理器40可將數(shù)據(jù)信號(hào)生成為高頻脈沖序列，并將該數(shù)據(jù)信號(hào)疊加到閥線圈34的AC上，并且這樣做將該數(shù)據(jù)信號(hào)電感耦合至控制器線圈36上，在此該數(shù)據(jù)信號(hào)可被傳送至控制器26。例如，控制器26可被直接連接至控制器線圈36，或者變換器38可被配置成將該數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制器26。
[0023]同樣參考圖4和圖5，控制器驅(qū)動(dòng)器24也可被置于危險(xiǎn)環(huán)境14中。在這種情況下，將需要針對(duì)環(huán)境14來設(shè)定與控制器26的配線連接28和/或與控制器26的集成。因?yàn)樵谂渚€連接28和閥20之間將沒有物理連接，所以閥20將仍然是可移除的，而無需將控制器驅(qū)動(dòng)器24與其電源和/或控制器26斷開。
[0024]由此可見，本發(fā)明針對(duì)在危險(xiǎn)環(huán)境和/或需要更好地與濕氣或其它物質(zhì)進(jìn)行隔離的環(huán)境中連接電磁閥的問題提供了更好的方案。在這些環(huán)境中使用電磁閥的典型安裝需要通過帶螺紋的剛性導(dǎo)體，或排除可能滲透電氣連接或損壞電氣連接或構(gòu)成著火隱患的潛在爆炸性氣體、大量的濕氣或水分，或者高壓液體的其它方式，而將電磁管的線圈連接至供電系統(tǒng)。在這些安裝中對(duì)這些閥進(jìn)行維修在當(dāng)前是很困難的，這是因?yàn)榫S修中需要進(jìn)行大量的拆裝來移除閥。在危險(xiǎn)環(huán)境情況下，在拆卸設(shè)備之前需要關(guān)斷該區(qū)域的電源。
[0025]本發(fā)明通過消除所有與電磁線圈30的直接電氣連接，并將其替換為近場(chǎng)高頻振蕩電感耦合來為電磁線圈30供電，解決了這個(gè)問題。該技術(shù)包括通過以高頻AC信號(hào)操作的一對(duì)線圈關(guān)斷電源或控制器驅(qū)動(dòng)器24到閥驅(qū)動(dòng)器22的耦合?？刂破骶€圈36被定位成靠近隔離物12，與伴隨閥線圈34位于隔離物12的同一側(cè)或相反側(cè)，該伴隨閥線圈34優(yōu)選地位于容納有電磁線圈30的閥驅(qū)動(dòng)器22中。用于操作閥20的電能不通過任何直接的、有線的連接至電源來供給。供電可通過有線或無線連接跨越隔離物12傳送。但是，由于不存在直接的、有線的電氣連接至操作閥20的電磁線圈30，目前閥組件10可被更加有效地密封，并且諸如閥20的獨(dú)立部件可被選擇性地移除，而不斷開電源，不必?fù)?dān)心產(chǎn)生點(diǎn)火源或打開通向危險(xiǎn)環(huán)境14的電路，或配線28。這種設(shè)施易于維修和更換，并且簡(jiǎn)化了閥組件10和/或其獨(dú)立部件的安裝。[0026]使用以上所說明的發(fā)明中的一個(gè)或多個(gè)方面可出現(xiàn)其它的以及進(jìn)一步的實(shí)施例，而不背離本 申請(qǐng)人:的發(fā)明的精神。而且，本發(fā)明的不同的方法和實(shí)施例可在彼此結(jié)合中被包括，以產(chǎn)生所揭示的方法和實(shí)施例的變形。對(duì)單個(gè)元件的描述可包括多個(gè)的元件，且反之亦然。
[0027]除非另外具體限定，否則步驟的順序可以不同的排列出現(xiàn)。在本文中說明的各種步驟可與其它步驟相結(jié)合、插入規(guī)定步驟，和/或分裂成多個(gè)步驟。相似地，這些元件已經(jīng)在功能上進(jìn)行了說明，并可作為分別的部件進(jìn)行整合，或可被合并到具有多種功能的部件中。
[0028]本發(fā)明已經(jīng)在優(yōu)選的及其它的實(shí)施例上下文中進(jìn)行了說明，但并非已經(jīng)說明了本發(fā)明的每一種實(shí)施例。對(duì)于那些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說還有對(duì)已說明的實(shí)施例的明顯變體和備選。已揭示的和未揭示的實(shí)施例并不限制或約束 申請(qǐng)人:所構(gòu)想的本發(fā)明的范圍或應(yīng)用，而是，依據(jù)專利法， 申請(qǐng)人:意圖全面地保護(hù)落入所附權(quán)利要求書的等價(jià)物的范圍或程度中的所有這樣的變體和改進(jìn)。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 將過程控制閥組件管裝在危險(xiǎn)環(huán)境中，所述組件包括電磁操作的閥； 向所述控制閥組件供電； 移除所述電磁操作的閥，而不斷開對(duì)所述控制閥組件的供電。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，管裝所述控制閥組件包括以物理方式將所述控制閥組件管裝至所述危險(xiǎn)環(huán)境里面的管道。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述控制閥組件配線連接至所述危險(xiǎn)環(huán)境外面的控制器。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，移除所述電磁操作的閥包括，從所述危險(xiǎn)環(huán)境中移除所述電磁操作的閥，而不斷開與所述控制器的所述配線連接。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，移除所述電磁操作的閥包括，從所述危險(xiǎn)環(huán)境中移除所述閥，而不停止對(duì)所述控制器的供電。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 將閥線圈定位成與所述危險(xiǎn)環(huán)境的隔離物相鄰并且在所述危險(xiǎn)環(huán)境里面；以及 將控制器線圈定位成與所述隔離物相鄰，在所述危險(xiǎn)環(huán)境外面，并且相對(duì)于所述閥線圈位于所述隔離物的相反側(cè)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括使所述控制器線圈通電，從而在所述閥線圈中感生電流，從而打開所述閥。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括使所述控制器線圈通電，從而在所述閥線圈中感生電流，從而關(guān)閉所述閥。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 將閥線圈定位在所述危險(xiǎn)環(huán)境里面，所述閥線圈被配線連接至所述電磁線圈；以及 將所述控制器線圈定位成與所述閥線圈相鄰，并且在所述危險(xiǎn)環(huán)境里面，所述控制器線圈被配線連接至所述控制器。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括，使所述控制器線圈通電，從而在所述閥線圈中感生電流，從而操作所述閥。
11.一種過程控制閥組件，包括: 過程控制閥，其被管裝在受控環(huán)境中； 電磁線圈，其與所述閥配合，并被配置成操作所述閥，所述電磁線圈被置于所述受控環(huán)境中； 閥線圈，其被配置成接收電力并將電力傳送至所述電磁線圈，從而操作所述閥，所述電磁線圈被置于所述受控環(huán)境中；以及 控制器線圈，其被配置成將電力發(fā)送至所述閥線圈，所述控制器線圈被配線連接至控制器，所述控制器被置于所述受控環(huán)境以外的第二環(huán)境中。
12.如權(quán)利要求11所述的閥組件，進(jìn)一步包括在所述閥線圈和所述控制器線圈之間的隔離物。
13.如權(quán)利要求11所述的閥組件，進(jìn)一步包括在所述控制器線圈和所述控制器之間的隔離物。
14.如權(quán)利要求12所述的閥組件，其中，所述過程控制閥被配置成，能夠在不斷開所述控制器線圈和所述控制器的情況下被移除。
15.如權(quán)利要求11所述的閥組件，進(jìn)一步包括控制器驅(qū)動(dòng)器，其被連接至所述控制器線圈，并被配置成將直流信號(hào)變換成交流信號(hào)，用于無線傳輸至所述閥線圈。
16.如權(quán)利要求15所述的閥組件，進(jìn)一步包括閥驅(qū)動(dòng)器，其被連接至所述閥線圈，并被配置成整流從所述控制器線圈接收的所述交流信號(hào)，從而使所述電磁線圈通電，以操作所述閥。
17.如權(quán)利要求16所述的閥組件，其中，所述閥驅(qū)動(dòng)器也被配置成將數(shù)據(jù)信號(hào)無線發(fā)送至所述控制器驅(qū)動(dòng)器。
18.如權(quán)利要求17所述的閥組件，其中，所述數(shù)據(jù)信號(hào)包括所述閥的位置。
19.如權(quán)利要求17所述的閥組件，其中，所述數(shù)據(jù)信號(hào)包括所述閥的溫度。
20.如權(quán)利要求17所述的閥組件，其中，所述數(shù)據(jù)信號(hào)包括通過所述閥的流速。
【文檔編號(hào)】F16K31/06GK103732963SQ201280027835
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月6日
【發(fā)明者】J.J.哈勒 申請(qǐng)人:自動(dòng)開關(guān)公司