一種基于非耦合永磁偏置的單穩(wěn)態(tài)軸流式電磁閥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于非耦合永磁偏置的單穩(wěn)態(tài)軸流式電磁閥，尤其適用于衛(wèi)星姿軌控火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]單穩(wěn)態(tài)軸流式電磁閥由于其開(kāi)關(guān)響應(yīng)重復(fù)性高、線圈冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于衛(wèi)星姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)中，作為推進(jìn)劑的控制閥門(mén)。對(duì)于單穩(wěn)態(tài)電磁閥來(lái)說(shuō)，其響應(yīng)時(shí)間與功耗是一對(duì)此消彼長(zhǎng)的矛盾體。然而，衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)時(shí)間和功耗均提出了嚴(yán)苛的要求，這就需要電磁閥同時(shí)具有低功耗和快響應(yīng)的特點(diǎn)。
[0003]目前，能夠?qū)崿F(xiàn)電磁閥快響應(yīng)、低功耗的措施有兩種:⑴設(shè)計(jì)專用的驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)電磁閥的高電壓開(kāi)啟、低電壓保持(參見(jiàn)“固體姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)怆姶砰y快速驅(qū)動(dòng)電路研究”，固體火箭技術(shù)第28卷第3期，2005年)，這種方式增加了驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)雜性，并且沒(méi)有從電磁閥本身進(jìn)行改進(jìn)；(2)采用永磁體提供永磁偏置力，也是提高電磁閥響應(yīng)時(shí)間和降低功耗的有效途徑。采用永磁偏置的電磁閥有兩種:一種是雙穩(wěn)態(tài)螺線管電磁閥(參見(jiàn)“用于微小衛(wèi)星的微型雙穩(wěn)態(tài)電磁閥”，上海航天第2期，2005年);另一種是力矩馬達(dá)電磁閥，它既有單穩(wěn)態(tài)形式也有雙穩(wěn)態(tài)形式(參見(jiàn)“New Generat1nlON Bipropellant MMH/NTO Thruster with Double Seat Valve”，35th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propuls1nConference&Exhibit，1999年6月)。雙穩(wěn)態(tài)電磁閥不適用于姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)，而單穩(wěn)態(tài)力矩馬達(dá)閥雖然適用于姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)，但是其線圈無(wú)法實(shí)現(xiàn)軸流式冷卻。此外，這兩種電磁閥的永磁回路與電磁回路均是耦合在一起的，給電磁閥的磁路設(shè)計(jì)過(guò)程帶來(lái)了很大困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決此問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于非耦合永磁偏置的單穩(wěn)態(tài)軸流式電磁閥。該電磁閥通過(guò)巧妙地銜鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和永磁體布置，形成了一個(gè)獨(dú)立的永磁偏置回路，提尚了電磁閥的開(kāi)啟能力。
[0005]本發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]提供一種基于非耦合永磁偏置的單穩(wěn)態(tài)軸流式電磁閥，包括永磁體組件、閥體組件和銜鐵組件、線圈、閥座、外導(dǎo)磁體；
[0007]閥體組件包括上閥體、隔磁環(huán)和下端蓋，所述上閥體與下端蓋通過(guò)隔磁環(huán)連接，夕卜導(dǎo)磁體套設(shè)在上閥體的外部，外導(dǎo)磁體的下端面接觸下端蓋的上端面；上閥體、下端蓋、隔磁環(huán)和外導(dǎo)磁體形成窗口，窗口內(nèi)部設(shè)置線圈；
[0008]銜鐵組件包括銜鐵蓋、銜鐵、簧片和擋板，擋板、簧片和銜鐵固定連接，擋板在簧片的預(yù)變形力作用下封閉閥座上的液體出口 ；銜鐵具有上部的支撐部和下部的主體部，所述支撐部穿過(guò)上閥體的中部，所述支撐部上端與位于上閥體上部的銜鐵蓋連接，所述主體部位于上閥體的下部，主體部與上閥體形成氣隙；線圈通過(guò)上閥體、銜鐵的主體部、下端蓋、隔磁環(huán)和外導(dǎo)磁體形成電磁回路；
[0009]永磁體組件位于電磁閥上部，包括永磁體，永磁體與銜鐵蓋之間形成氣隙，永磁體與銜鐵蓋通過(guò)氣隙形成永磁回路；
[0010]電磁回路和永磁回路分別在銜鐵組件上形成開(kāi)啟力。
[0011]其中所述電磁回路與所述永磁回路沒(méi)有交叉、相互獨(dú)立。
[0012]其中永磁體組件還包括入口壓蓋和永磁體托架，永磁體托架與入口壓蓋封閉永磁體，永磁體托架下端連接外導(dǎo)磁體，入口壓蓋為液體入口。
[0013]其中簧片內(nèi)沿通過(guò)銷釘固定在擋板與銜鐵主體部之間，簧片外沿固定在下端蓋與閥座之間。
[0014]其中永磁體托架、隔磁環(huán)、銷釘、簧片、擋板和閥座為不導(dǎo)磁的不銹鋼材料；上閥體、下端蓋、入口壓蓋、銜鐵蓋、外導(dǎo)磁體、銜鐵為導(dǎo)磁的軟磁合金材料。
[0015]其中，在于當(dāng)給線圈通電時(shí)，銜鐵組件受到向上的開(kāi)啟力為電磁力與永磁力之和，克服簧片向下的力，使得銜鐵組件向上移動(dòng)，電磁閥打開(kāi)。
[0016]其中，當(dāng)給線圈斷電時(shí)，銜鐵組件上受到向上力為永磁力，銜鐵組件在簧片作用下克服永磁力，使電磁閥關(guān)閉。
[0017]其中，當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟后，液體依次流經(jīng)永磁體組件、銜鐵組件中心通孔，經(jīng)擋板的側(cè)孔，由閥座的閥口流出。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019](I)通過(guò)巧妙地銜鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和永磁體布置，形成了一個(gè)與電磁回路不相耦合的永磁偏置回路；該電磁閥銜鐵上具有兩個(gè)工作氣隙(永磁氣隙和電磁氣隙)；非耦合永磁偏置回路通過(guò)永磁氣隙產(chǎn)生一個(gè)永磁偏置力，線圈產(chǎn)生的電磁回路通過(guò)電磁氣隙產(chǎn)生一個(gè)電磁力，永磁偏置力和電磁力共同組成了銜鐵的開(kāi)啟力。通過(guò)永磁偏置力減低了對(duì)開(kāi)啟電磁力的要求。
[0020](2)由于永磁偏置力的存在，可以采用剛度較大的簧片，斷電時(shí)，提供更大的恢復(fù)力，提尚了關(guān)閉速度。
[0021](3)永磁偏置回路與線圈電磁回路相互獨(dú)立，消除了永磁體對(duì)線圈電磁回路的影響，二者線性疊加，使得該單穩(wěn)態(tài)電磁閥磁路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。
[0022](4)提供了永磁偏置力，線圈需要的電流更小，使得該單穩(wěn)態(tài)電磁閥功耗降低。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明關(guān)閉狀態(tài)下電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明開(kāi)啟狀態(tài)下電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明電磁閥的磁路仿真示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，本發(fā)明基于非耦合永磁偏置的單穩(wěn)態(tài)軸流式電磁閥，包括永磁體1、永磁體托架2、上閥體3、隔磁環(huán)4、下端蓋6、銷釘7、簧片8、入口壓蓋9、銜鐵蓋11、線圈12、外導(dǎo)磁體13、銜鐵14、擋板15和閥座16。
[0027]永磁體I為環(huán)形磁體(充磁方向如圖1)，裝入永磁體托架2中，永磁體托架2與入口壓蓋9通過(guò)電子束焊接在一起，組成永磁體組件；上閥體3、隔磁環(huán)4和下端蓋6通過(guò)電子束焊接在一起，組成閥體骨架；線圈12繞在閥體骨架的窗口內(nèi)，組成閥體-線圈組件；閥體-線圈組件插入到外導(dǎo)磁體13中，組成了閥體組件；銜鐵14與擋板15將簧片8壓在中間，通過(guò)銷釘7鉚接在