基于柔性磁石的多状态双稳态电磁三通微阀制造技术

本发明专利技术公开了一种基于柔性磁石的多状态电磁三通微阀，包括上端阀体、上端铁芯、上端线圈、上端柔性磁石、中阀体、中阀体铁芯板、下端柔性磁石、下端铁芯、下端线圈、下端阀体；上、下端铁芯分别设有与上、下端阀体的出口连通的出孔，上、下端柔性磁石可随上、下端线圈电流变化而产生的不同磁力发生形变，从而在完全封堵对应端出孔的第一工作状态和磁吸在中阀体铁芯板的第二工作状态之间切换，且上下两端工作状态的切换是相互独立的，使得电磁三通微阀具有四种可相互切换的工作状态，四种状态都为稳态，即使断电，仍能够维持当前状态。本发明专利技术利用磁排斥力代替弹簧回复力，在降低关闭噪音的同时，将尺寸缩小，适合空间受限的液系统。适合空间受限的液系统。适合空间受限的液系统。

【技术实现步骤摘要】
基于柔性磁石的多状态双稳态电磁三通微阀


[0001]本专利技术属于电磁阀设计领域，具体涉及一种基于柔性磁石的多状态双稳态电磁三通微阀。

技术介绍

[0002]电磁阀因其结构、工作原理简单而被广泛应用于各种流体控制系统中。三通阀常应用于需要切换回路或多个回路结合的场景中，传统电磁三通阀的结构如图1所示，包括：恢复弹簧14/19、电磁线圈15、顶杆16、控制流向的阀芯17、密封圈18和阀体等部件，驱动力主要依靠电磁线圈产生的电磁力和弹簧预紧力提供，具体工作原理为：当对电磁线圈通以一定方向的电流时，电磁力将克服预紧力使顶杆和阀芯运动，切换到另一个回路；当线圈电流撤去时，顶杆和阀芯将在预紧力的作用下切换回初始回路。
[0003]然而现有的电磁三通阀也存在不少缺点：
[0004]首先，现有的电磁三通阀采用机械弹簧作为回复机构，随着电磁阀开启次数的增加，机械弹簧的刚度会发生较大的变化，刚度随着伸缩次数的增加而逐渐降低，弹簧会出现失效的情况，这将会导致顶杆压紧阀口的力减小，使阀口密封不牢靠；此外，弹簧的使用占用过多空间，使电磁三通阀在微型回路中应用受限，很难适应空间有限的液压(气动)回路；由于阀的切换主要依靠弹簧的回复力实现，因此传统电磁阀在切换过程具有较大的噪音。
[0005]其次，目前研究中，为实现流体回路的能量消耗更少，有些控制阀使用“双稳态”的方式用来减少能量消耗。但是，目前大多数微阀的双稳态结构是基于机械方式实现的，虽然可以实现节能，但是其缺点也是显而易见的，机械式的双稳态结构容易收到环境的影响，即受到请问干扰就会改变稳态状态；此外，机械式双稳态结构随着开关次数的增加会迅速老化，对阀的开关性能和寿命有极大不良影响。
[0006]最后，目前的电磁三通阀只具有切换的功能，仅能实现从一个回路到另一个回路的切换，如图2所示。对于需要更多状态的控制阀只能通过增加腔的数目或制造更加复杂的回路，前者会使阀的体积更大，不利于小型化的发展，后者则会增加制造成本且不利于大规模的生产。因此，目前的电磁三通阀不能同时满足小型化和具有多种开闭状态的要求。

技术实现思路

[0007]为解决上述缺点，本专利技术提出了一种基于柔性磁石的多状态电磁三通微阀，用于解决电磁三通阀难以小型化、切换噪音大和开闭状态少等缺点。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]本专利技术提供了一种基于柔性磁石的多状态双稳态电磁三通微阀，其包括上端阀体、上端铁芯、上端线圈、上端柔性磁石、中阀体、中阀体铁芯板、下端柔性磁石、下端铁芯、下端线圈、下端阀体；
[0010]所述上端阀体和下端阀体分别密封设置在中阀体的上、下两端；上端阀体和下端阀体上设有出口，中阀体设有进口；
[0011]上端铁芯设置在上端阀体内，上端铁芯内设有与上端阀体的出口相连通的出孔，出孔贯穿上端铁芯，上端线圈套设在上端铁芯上；下端铁芯设置在下端阀体内，下端铁芯内设有与下端阀体的出口相连通的出孔，出孔贯穿下端铁芯，下端线圈套设在下端铁芯上；中阀体铁芯板水平设置在中阀体中部，中阀体铁芯板上设有供流体上下流动的通道；
[0012]所述上端柔性磁石和下端柔性磁石均可随所受磁力变化而发生形变，从而在第一工作状态和第二工作状态之间切换；其中，上端柔性磁石在第一工作状态时磁吸在上端铁芯上，且完全封堵上端铁芯的出孔，下端柔性磁石在第一工作状态时磁吸在下端铁芯上且完全封堵下端铁芯的出孔，上端柔性磁石和下端柔性磁石在第二工作状态时磁吸在中阀体铁芯板上。
[0013]优选的，上端铁芯出孔的下端孔沿设有凹槽，凹槽内设置有上端密封圈，上端柔性磁石在第一工作状态时与上端密封圈接触完全封堵上端铁芯的出孔；下端铁芯出孔的上端孔沿设有凹槽，凹槽内设置有下端密封圈，下端柔性磁石在第一工作状态时与下端密封圈接触完全封堵下端铁芯的出孔。
[0014]优选的，所述的上端柔性磁石固定设置在上端阀体或中阀体的内壁上；所述下端柔性磁石固定设置在下端阀体或中阀体的内壁内，中阀体铁芯板位于上端柔性磁石和下端柔性磁石之间。
[0015]优选的，所述的上端柔性磁石和下端柔性磁石结构相同，均为镂空结构或在其上设有供流体上下穿过的通道；上端柔性磁石和下端柔性磁石关于中阀体铁芯板上下对称布置。
[0016]优选的，所述的上端阀体和下端阀体的出口、上端铁芯和端铁芯的出孔均沿电磁三通微阀的中心轴线设置。
[0017]优选的，所述的中阀体铁芯板包括中阀体铁芯板铁芯和中阀体铁芯板支架，所述中阀体铁芯板支架与中阀体内壁固定连接，中阀体铁芯板铁芯固定设置在中阀体铁芯板支架的中心处，中阀体铁芯板支架为为镂空结构或在其上设有供流体上下穿过的通道。
[0018]优选的，所述的上端柔性磁石和下端柔性磁石的相对布置方式为充磁后对向排布，两者相互正对的磁极相同。
[0019]优选的，所述上端柔性磁石和下端柔性磁石的材质，均采用钕铁硼磁粉和柔性树脂混合光固化制成。将钕铁硼磁粉与光敏树脂以一定比例混合，其中磁粉为400目的钕铁硼磁粉，光敏树脂为固化波长为405nm和固化后硬度为50A的弹性树脂，将混合物使用光固化3D打印机制造成十字形状。经过电磁和物理材料性能的测试，最终制造得到的柔性磁石矫顽力为214Oe、剩磁为220Gs、杨氏模量为2.14MPa、泊松比为0.3、拉伸和弯曲强度分别为0.92MPa和0.68MPa，经过仿真可以实现其功能。柔性磁石的增材制造可参考文献如下：Joyee E B,Pan Y.Additive manufacturing of multi
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[0020]优选的，上端阀体与中阀体之间，以及下端阀体与中阀体之间均采用凹凸钳合结构配合，防止相对旋转。
[0021]本专利技术还提供了一种上个述的基于柔性磁石的多状态双稳态电磁三通微阀的工作状态切换方法，本专利技术的多状态电磁三通微阀具有关闭状态、两端导通状态、上端导通状态、下端导通状态共四种状态，四种状态之间可进行切换；且四种状态都为稳态，无需持续供电保持状态，即达到各状态后，即使断电，仍能够维持当前状态。
[0022]关闭状态下，上端柔性磁石被上端铁芯吸引而堵住上端铁芯出孔，下端柔性磁石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性磁石的多状态双稳态电磁三通微阀，其特征在于，包括上端阀体、上端铁芯、上端线圈、上端柔性磁石、中阀体、中阀体铁芯板、下端柔性磁石、下端铁芯、下端线圈、下端阀体；所述上端阀体和下端阀体分别密封设置在中阀体的上、下两端；上端阀体和下端阀体上设有出口，中阀体设有进口；上端铁芯设置在上端阀体内，上端铁芯内设有与上端阀体的出口相连通的出孔，出孔贯穿上端铁芯，上端线圈套设在上端铁芯上；下端铁芯设置在下端阀体内，下端铁芯内设有与下端阀体的出口相连通的出孔，出孔贯穿下端铁芯，下端线圈套设在下端铁芯上；中阀体铁芯板水平设置在中阀体中部，中阀体铁芯板上设有供流体上下流动的通道；所述上端柔性磁石和下端柔性磁石均可随所受磁力变化而发生形变，从而在第一工作状态和第二工作状态之间切换；其中，上端柔性磁石在第一工作状态时磁吸在上端铁芯上，且完全封堵上端铁芯的出孔，下端柔性磁石在第一工作状态时磁吸在下端铁芯上且完全封堵下端铁芯的出孔，上端柔性磁石和下端柔性磁石在第二工作状态时磁吸在中阀体铁芯板上。2.根据权利要求1所述的基于柔性磁石的多状态双稳态电磁三通微阀，其特征在于，上端铁芯出孔的下端孔沿设有凹槽，凹槽内设置有上端密封圈，上端柔性磁石在第一工作状态时与上端密封圈接触完全封堵上端铁芯的出孔；下端铁芯出孔的上端孔沿设有凹槽，凹槽内设置有下端密封圈，下端柔性磁石在第一工作状态时与下端密封圈接触完全封堵下端铁芯的出孔。3.根据权利要求1所述的基于柔性磁石的多状态双稳态电磁三通微阀，其特征在于，所述的上端柔性磁石固定设置在上端阀体或中阀体的内壁上；所述下端柔性磁石固定设置在下端阀体或中阀体的内壁内，中阀体铁芯板位于上端柔性磁石和下端柔性磁石之间。4.根据权利要求1所述的基于柔性磁石的多状态双稳态电磁三通微阀，其特征在于，所述的上端柔性磁石和下端柔性磁石结构相同，均为镂空结构或在其上设有供流体上下穿过的通道；上端柔性磁石和下端柔性磁石关于中阀体铁芯板上下对称布置。5.根据权利要求4所述的基于柔性磁石的多状态双稳态电磁三通微阀，其特征在于，所述的上端阀体和下端阀体的出口、上端铁芯和端铁芯的出孔均沿电磁三...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩冬，韩鹏飞，周姝窈，卢方，龚国芳，杨华勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：