本發(fā)明屬于機械領(lǐng)域，涉及一種適用于衛(wèi)星姿控發(fā)動機的電磁閥結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

螺線管電磁閥由于其結(jié)構(gòu)簡單、功能可靠及性能穩(wěn)定等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車及石化領(lǐng)域。螺線管電磁閥的響應(yīng)速度是其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，例如用于衛(wèi)星姿控推力器的螺線管電磁閥，其響應(yīng)速度直接決定了姿態(tài)調(diào)整的機動性和靈活性，關(guān)系到衛(wèi)星能否快速、精確入軌。因此，電磁閥的響應(yīng)特性已經(jīng)成為航天電磁閥設(shè)計中追求的關(guān)鍵性能，也是高性能電磁閥發(fā)展的主要方向。

對于螺線管電磁閥來說，提高電磁閥的開啟響應(yīng)，需要增大線圈安匝數(shù)，而增大安匝數(shù)又會使線圈斷電瞬間銜鐵上剩磁吸力過大，關(guān)閉時間延長。因此，開啟時間與關(guān)閉時間是此消彼長的關(guān)系。

目前，提高電磁閥響應(yīng)速度的方法主要有兩種：一種是采用獨特的驅(qū)動線路，實現(xiàn)高電壓啟動、低電壓維持，提高電磁閥的響應(yīng)速度。例如2015年4月，常遠(yuǎn)等在《內(nèi)燃機工程》第36卷第2期上發(fā)表的《高壓共軌噴油器電磁閥新型驅(qū)動控制技術(shù)研究》中給出了一種基于電流反饋控制的高低壓分時驅(qū)動電路，采用高驅(qū)動電壓和低電感線圈提升電磁閥的開啟速度，采用低維持電流和大泄流電阻縮短電磁閥的關(guān)閉時間。再例如2012年12月，宋會玲等在《火箭推進》第38卷第6期上發(fā)表的《集成控制雙繞組高速電磁閥的設(shè)計與仿真分析》中介紹了一種集成控制雙繞組電磁閥，通過增加一個加速啟動線圈，輔以內(nèi)置芯片式集成控制電路，通過對兩個線圈工作時序的控制，實現(xiàn)高電流啟動、低電流維持的工作模式。另一種方法是通過增加永磁偏置力的辦法，提高電磁閥的響應(yīng)時間。例如中國發(fā)明專利《一種基于非耦合永磁偏置的單穩(wěn)態(tài)軸流式電磁閥》(專利號：ZL201510527807.5)通過巧妙地銜鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計和永磁體布置，形成了一個獨立的永磁偏置回路，提高了電磁閥的開啟能力，降低了電磁閥的功耗。

以上兩種提高電磁閥響應(yīng)速度的方法均具有明顯的不足之處。對于上述第一種方法而言，會使得系統(tǒng)復(fù)雜、成本增加；對于上述第二種方法，將會使得電磁閥的可裝配性及可調(diào)試性變差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、可裝配性好的快速響應(yīng)螺線管電磁閥結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種快速響應(yīng)螺線管電磁閥，包括入口接頭、外導(dǎo)磁體、回復(fù)彈簧、閥體、線圈、銜鐵組件、閥座，其中入口接頭上設(shè)有介質(zhì)入口，閥座上設(shè)有介質(zhì)出口；線圈纏繞在閥體外側(cè)，閥體的一側(cè)裝配入口接頭，閥體和入口接頭之間設(shè)置有回復(fù)彈簧，閥體的另一側(cè)裝配閥座，銜鐵組件從閥體內(nèi)部穿過，銜鐵組件的一端與所述回復(fù)彈簧配合，銜鐵組件的另一端與所述介質(zhì)出口構(gòu)成密封副；外導(dǎo)磁體套接在閥體和線圈的外側(cè)。

所述的銜鐵組件包括頂桿、銜鐵、密封彈簧和密封墊；頂桿為圓柱形長桿，銜鐵為中心開有通孔的圓柱體，在銜鐵圓柱體外表面開有對稱的溝槽，銜鐵的一個端面上開有十字槽，十字槽與所述溝槽相互連通；密封彈簧為圓形三臂式片彈簧，中心開有圓孔；頂桿穿過密封彈簧的中心孔，并從銜鐵未開十字槽的一端插入，將密封彈簧壓緊在頂桿與銜鐵之間，并通過銷釘固定。

所述的銜鐵外圓與閥體內(nèi)孔之間存在間隙。

所述的銜鐵組件與回復(fù)彈簧之間設(shè)置有空程。

所述的回復(fù)彈簧為圓形三臂片彈簧，中心開有圓孔，圓面上對稱開有三條長縫。

所述的電磁閥還包括密封彈簧墊圈，密封彈簧墊圈為環(huán)形薄片，安裝于銜鐵組件與閥體、閥座的配合面上。

所述的電磁閥還包括回復(fù)彈簧墊圈，回復(fù)彈簧墊圈為環(huán)形薄片，安裝于閥體與回復(fù)彈簧之間。

所述的閥體包括左閥體、隔磁環(huán)和右閥體，左閥體和右閥體均為兩種不同直徑的圓柱體，兩端面均開有不同直徑的中心通孔；隔磁環(huán)為一個空心圓環(huán)，左閥體小直徑端面與隔磁環(huán)一端面固定連接，隔磁環(huán)另一端面與右閥體小直徑端面固定連接。

左閥體和右閥體為軟磁合金材料，隔磁環(huán)為不銹鋼材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明的快速響應(yīng)螺線管電磁閥設(shè)置了一個高剛度回復(fù)彈簧，并使其與頂桿之間存在一定間隙，這樣高剛度回復(fù)彈簧可以吸收銜鐵組件開啟過程中的能量，而不對開啟時間產(chǎn)生負(fù)面影響；當(dāng)電磁閥斷電后，高剛度回復(fù)彈簧積蓄的能量可以為銜鐵組件的關(guān)閉提供一個附加的回復(fù)力，來縮短關(guān)閉時間，最終實現(xiàn)開關(guān)響應(yīng)時間的同步提高；

(2)本發(fā)明的快速響應(yīng)螺線管電磁閥的銜鐵與閥體之間存在間隙，實現(xiàn)了銜鐵組件的無摩擦，不但進一步提高了響應(yīng)速度，而且解決了因銜鐵摩擦產(chǎn)生的多余物問題及卡死問題；

(3)本發(fā)明的快速響應(yīng)螺線管電磁閥的銜鐵組件采用三臂式片彈簧實現(xiàn)了銜鐵組件的兩端懸浮，其徑向定位性及穩(wěn)定性好，更好地保證了銜鐵組件運動過程中的無摩擦；

(4)本發(fā)明提供的快速響應(yīng)螺線管電磁閥采用密封彈簧墊圈和回復(fù)彈簧墊圈來調(diào)節(jié)銜鐵組件的行程及空程、密封彈簧變形量，使得電磁閥可裝配性、可調(diào)試性好且結(jié)構(gòu)簡單；

(5)本發(fā)明提供的快速響應(yīng)螺線管電磁閥的密封彈簧與回復(fù)彈簧均為圓形三臂片彈簧，其徑向定位性好、應(yīng)力集中小，保證了銜鐵組件無摩擦并提高了電磁閥壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明電磁閥閥體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明電磁閥銜鐵組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明電磁閥密封彈簧結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明電磁閥回復(fù)彈簧結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明電磁閥工作過程示意圖；

圖7為本發(fā)明電磁閥電流曲線示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，為本發(fā)明快速響應(yīng)螺線管閥的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括入口接頭1、外導(dǎo)磁體2、回復(fù)彈簧3、回復(fù)彈簧墊圈4、閥體5、線圈6、銜鐵組件7、密封彈簧墊圈8、閥座9。其中，入口接頭1上設(shè)有介質(zhì)入口，閥座9上設(shè)有介質(zhì)出口。

如圖2所示，閥體5由左閥體51、隔磁環(huán)52和右閥體53組成，其中左閥體51和右閥體53為軟磁合金材料，隔磁環(huán)52為不銹鋼材料。左閥體51和右閥體53均為兩種不同直徑的圓柱體組成，其兩端面均開有不同直徑的中心通孔。隔磁環(huán)52為一個空心圓環(huán)，其內(nèi)孔尺寸與右閥體53較細(xì)端中心通孔相同。左閥體51小直徑端面與隔磁環(huán)52一端面接觸，通過電子束焊方式連接；隔磁環(huán)52另一端面與右閥體53小直徑端面接觸，也通過電子束焊方式連接。這樣就在左閥體51和右閥體53之間形成了一個矩形截面積的繞線窗口，線圈6就纏繞在這個繞線窗口中。

如圖3所示，銜鐵組件7包括頂桿71、銷釘72、銜鐵73、密封彈簧74、和密封墊75。頂桿71為包含三種直徑的圓柱型長桿，其大圓柱端面開有圓柱盲孔，盲孔通過硫化或熱壓方式將密封墊75與頂桿71固定連接起來。銜鐵73為中心開有通孔的圓柱體，在其圓柱體外表面開有四個對稱的溝槽，在其一端面上開有十字槽，十字槽與溝槽相互連通，作為介質(zhì)流通的通道。密封彈簧74為圓形三臂片彈簧(如圖4所示)，中心開有圓孔，圓面上對稱開有三條長縫。頂桿71的小圓柱端穿過密封彈簧74的中心孔，并從銜鐵73未開十字槽的一端插入，將密封彈簧74壓在頂桿71和銜鐵73之間，并通過銷釘72固連在一起，組成一個整體---銜鐵組件7。

在電磁閥裝配過程中，首先將密封彈簧墊圈8裝入到右閥體53內(nèi)孔底面臺階，然后將銜鐵組件7從右閥體53的內(nèi)孔一側(cè)裝入到閥體5中，使得密封彈簧74壓緊密封彈簧墊圈8；然后，再將另外的密封彈簧墊圈8從右閥體53的內(nèi)孔一側(cè)裝入到閥體5中，使其與密封彈簧74接觸；最后，將閥座9也從右閥體53的內(nèi)孔一側(cè)裝入到閥體5內(nèi)，使閥座9左側(cè)端面壓緊后裝入的密封彈簧墊圈8。閥座9中心的火山狀閥口壓在密封墊75上形成了電磁閥的密封副。密封彈簧墊圈8一方面可以調(diào)節(jié)密封彈簧74的變形量S，以調(diào)節(jié)密封副的密封應(yīng)力，實現(xiàn)電磁閥可靠密封，另一方面可以調(diào)節(jié)銜鐵組件7的行程L，以使電磁閥獲得足夠的流量要求。通過電子束焊接方式將閥座9和閥體5焊接在一起。將回復(fù)彈簧墊圈4裝入左閥體51的內(nèi)孔底面臺階，然后將回復(fù)彈簧3從左閥體51的內(nèi)孔一側(cè)裝入閥體5內(nèi)并與回復(fù)彈簧墊圈4接觸，其中回復(fù)彈簧為圓形三臂片彈簧，中心開有圓孔，圓面上對稱開有三條長縫(如圖5所示)；頂桿71的最細(xì)圓柱段穿過回復(fù)彈簧3的中心孔?；貜?fù)彈簧墊圈4可以調(diào)節(jié)頂桿71最細(xì)圓柱段底部臺階面與回復(fù)彈簧3之間的空程δ。將入口接頭1從左閥體51的內(nèi)孔一側(cè)裝入到閥體5內(nèi)，壓緊回復(fù)彈簧3，然后通過電子束焊接方式將入口接頭1與閥體5焊接在一起。最后，將外導(dǎo)磁體2從入口接頭1一端套在閥體5外側(cè)，組成了如圖1所示的電磁閥整機。

本發(fā)明所提供的電磁閥為一種單穩(wěn)態(tài)電磁閥，即通電后在電磁力作用下從關(guān)閉位置運動到開啟位置，斷電后在彈簧力作用下從開啟位置回到關(guān)閉位置。本發(fā)明的工作過程如下：

關(guān)閉位置如圖6(a)所示：在非工作狀態(tài)下，線圈6內(nèi)沒有電流，電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，銜鐵組件7位于如圖6(a)所示的位置A。此時，在密封彈簧74的變形力作用下，密封墊75壓在了閥座9的火山狀閥口上，保證電磁閥關(guān)閉狀態(tài)下的閥口密封，切斷介質(zhì)流通。

開啟過程如圖6(a)至(b)至(c)所示：當(dāng)給線圈6加電后，銜鐵組件7上所受的電磁力超過密封彈簧74的變形力時，銜鐵組件7從圖6(a)位置開始運動，運動了δ后到達(dá)圖6(b)位置，此時頂桿71最細(xì)圓柱段底部臺階面與回復(fù)彈簧3剛好接觸；然后，銜鐵組件7繼續(xù)運動，使回復(fù)彈簧3產(chǎn)生變形，直到走完全部行程L運動至開啟位置，即圖6(c)位置。

關(guān)閉過程如圖6(c)至(b)至(a)所示：當(dāng)線圈6斷電后，銜鐵組件7在回復(fù)彈簧3和密封彈簧74的共同作用下，從圖6(c)位置運動δ后到達(dá)圖6(b)位置，此時頂桿71最細(xì)圓柱段底部臺階面與回復(fù)彈簧3開始脫離；然后，銜鐵組件7繼續(xù)運動，在密封彈簧74的作用下，運動到關(guān)閉位置，即圖6(a)位置。

本發(fā)明的快速響應(yīng)電磁閥關(guān)鍵在于設(shè)置了回復(fù)彈簧3，來提供一個附加的回復(fù)力，來縮短關(guān)閉時間，而它并不會對電磁閥開啟產(chǎn)生負(fù)面影響。電磁閥響應(yīng)時間可以通過圖7所示的線圈6的電流曲線得以體現(xiàn)，T1為電磁閥開啟時間，T2為電磁閥的關(guān)閉時間。圖7中的1點代表銜鐵組件7于圖6(a)位置開啟運動的時刻；圖7中的2點代表銜鐵組件7開啟到圖6(b)位置的時刻，此時回復(fù)彈簧3開始產(chǎn)生變形，并開始積累能量；圖7中的3點代表銜鐵組件7到達(dá)最大開啟位置圖6(c)的時刻，此時回復(fù)彈簧3達(dá)到最大變形處；圖7中的4點代表線圈6開始斷電的時刻，銜鐵組件7開始進入關(guān)閉過程，回復(fù)彈簧3彈性勢能成為加速銜鐵組件7關(guān)閉的能量；圖7中的5點代表銜鐵組件7開始運動的時刻；圖7中的6點代表銜鐵組件7關(guān)閉運動到圖6(b)位置的時刻，此時回復(fù)彈簧3的彈性勢能完全釋放；圖7中的7點代表銜鐵組件7回到關(guān)閉位置圖6(a)的時刻。所以，回復(fù)彈簧3對開啟時間的影響為圖7中的2點到3點間，這只占整個開啟時間T1(從0時刻到點3)的很小部分，對開啟時間的影響很??；正是在這個過程，回復(fù)彈簧3積蓄了加速電磁閥關(guān)閉的能量。而回復(fù)彈簧3在關(guān)閉過程中的大部分時間(點4到點6)內(nèi)均在為銜鐵組件7提供附加的回復(fù)力，加速銜鐵組件7的關(guān)閉。這就是本發(fā)明提出的電磁閥實現(xiàn)快速響應(yīng)的原因。

此外，銜鐵組件7的銜鐵73與閥體5之間存在間隙，并通過密封彈簧74和回復(fù)彈簧3實現(xiàn)兩端懸浮，這樣實現(xiàn)了銜鐵組件7與閥體5之間不存在摩擦，這不但進一步提高了響應(yīng)時間，而且提高了電磁閥的壽命。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。