ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ВЕНТИЛЬ

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована для автоматического управления подачей хладагента к испарителям от одного компрессора в двухкамерных холодильниках, морозильниках и других подобных устройствах с несколькими испарителями.
Известны электромагнитный пневмогидравлический распределитель по а.с. СССР №1548577 (приоритет 07.12.87 г.) и трехходовой клапан с электромагнитным приводом по а.с. СССР №1663296 (приоритет 30.01.89 г.), содержащие в своих конструкциях постоянные магниты.
Электромагнитный пневмогидравлический распределитель по а.с. СССР №1548577 содержит трехходовой корпус с входным каналом и соосно расположенными выходными каналами, выполненными в магнитопроводах, размещенных внутри катушек индуктивности, последовательно соединенных между собой. В корпусе расположен запорный орган в виде цилиндра с пустотелыми цилиндрическими хвостовиками, размещенными в полостях выходных каналов, с возможностью осевого перемещения. На образующей поверхности запорного органа закреплен кольцевой постоянный магнит и полюсные наконечники, при этом между полюсами постоянного магнита и полюсными наконечниками размещены магнитопроводы с выступами на образующей поверхности. Выступы расположены параллельно главной оси запорного органа и равномерно по окружности, причем выступы магнитопровода одного полюса размещены между выступами магнитопровода другого полюса. Недостатком такой конструкции электромагнитного пневмогидравлического распределителя являются высокая потребляемая мощность, большие габариты и масса, обусловленные наличием двух катушек индуктивности, а также высокая трудоемкость изготовления и сборки магнитопроводов с выступами на образующей поверхности.
Трехходовой клапан с электромагнитным приводом по а.с. СССР №1663296 содержит трехходовой корпус с тремя подсоединительными штуцерами, два из которых оснащены седлами и расположены соосно. Электромагнитный привод состоит из катушки индуктивности, внутри которой размещены магнитопровод и якорь, представляющий собой постоянный магнит с полюсами на концах. Якорь при помощи шарнира соединен с «качающемся» рычагом и телескопическим штоком с пружиной. На рычаге установлен двухсторонний запорный орган, который перекрывает поочередно седла, соосно расположенных подсоединительных штуцеров, при перемещении якоря в крайние положения, а пружина в телескопическом штоке, сжимаясь, фиксирует запорный орган в этих положениях.
Недостатком этой конструкции трехходового клапана с электромагнитным приводом являются высокая потребляемая мощность, связанная с необходимостью преодоления больших усилий, создаваемых пружиной, расположенной в телескопическом штоке, при перемещении якоря в крайние положения, а также низкая надежность, обусловленная расположением двухстороннего запорного органа на «качающемся» рычаге.
Наиболее близкими к предлагаемой полезной модели являются электромагнитные вентили по патентам РФ на полезные модели №40428 (приоритет 12.05.04 г.) и №52146 (приоритет 11.05.05 г.).
Электромагнитный вентиль по патенту №40428 содержит корпус, с двух сторон которого соосно закреплены сердечники. Один из сердечников имеет входной и выходной каналы, а другой сердечник - выходной канал. Внутри корпуса соосно сердечникам размещен якорь, выполняющий функции двухстороннего запорного клапана, с возможностью осевого перемещения. Якорь имеет форму цилиндра со сферическими основаниями, на боковой поверхности которого выполнены грани для прохода хладагента. На внешней поверхности корпуса закреплена катушка индуктивности. Между катушкой индуктивности и корпусом симметрично установлены дугообразные постоянные магниты с диаметральным намагничиванием (типа МДД по ГОСТ 24936-89). Для исключения взаимного притяжения постоянные магниты разделены упорами в виде полуколец, выполненных из немагнитного материала. Положительной особенностью этой конструкции электромагнитного вентиля является низкое потребление электроэнергии за счет эффективного использования постоянных магнитов. Однако сложная геометрическая форма якоря, высокие требования к степени точности его размеров и качеству поверхности повышают трудоемкость его изготовления, а сила трения скольжения, действующая вследствие соприкосновения цилиндрических поверхностей якоря и корпуса и направленная противоположно силе, вызывающей перемещение якоря, увеличивает инерционность работы электромагнитного вентиля.
Отличительной особенностью конструкции электромагнитного клапана по патенту №52146 является якорь, выполняющий функцию двухстороннего запорного клапана. Якорь имеет форму шарика и размещен внутри корпуса с гарантированным кольцевым зазором, образованным диаметром шарика и внутренним диаметром корпуса. Недостатком этой конструкции является отклонение движения якоря в магнитном поле от заданного направления, что приводит к снижению надежности герметичного перекрытия выходных каналов сердечников. Это вызвано тем, что величина магнитного потока по длине магнитопровода непостоянна из-за наличия потоков рассеяния, зависящих от микроструктуры ферромагнитных материалов сердечников и якоря, а также их геометрических форм.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение трудоемкости изготовления, повышение надежности и уменьшение инерционности срабатывания электромагнитного вентиля.
Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом электромагнитном вентиле магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами и катушкой индуктивности, воздействует на якорь, имеющий форму шарика, размещенный внутри цилиндрической камеры корпуса и выполняющий функции двухстороннего запорного клапана. При этом на внутренней образующей поверхности цилиндрической камеры корпуса выполнены пазы для прохода хладагента, общая площадь поперечного сечения которых больше или равна площади внутреннего диаметра входного канала электромагнитного вентиля.
На рисунке 1 изображен общий вид электромагнитного вентиля.
На рисунке 2 изображено поперечное сечение электромагнитного вентиля.
Электромагнитный вентиль содержит корпус 1, имеющий цилиндрическую камеру 2, на внутренней образующей поверхности которой выполнены пазы 3. В цилиндрической камере 2 с двух сторон соосно закреплены сердечники 4 и 5, выполненные из магнитомягкого материала. Сердечник 4 имеет входной канал 6 и выходной канал 7, а сердечник 5 -выходной канал 8. В цилиндрической камере 2 соосно сердечникам 4 и 5 размещен якорь 9 с возможностью осевого перемещения, выполняющий функции двухстороннего запорного клапана. Якорь 9 имеет форму шарика (ГОСТ 3722 - 81) и отличается высокой степенью точности и чистотой поверхности. На внешней поверхности корпуса 1 закреплена катушка индуктивности 10. Между катушкой индуктивности 10 и корпусом 1 симметрично установлены дугообразные постоянные магниты 11 с диаметральным намагничиванием. Для исключения взаимного притяжения постоянные магниты 11 разделены упорами 12 в виде полуколец, выполненных из немагнитного материала.
0
Электромагнитный вентиль работает совместно с энергосберегающим блоком управления ЭБУ (см. патент РФ №.40428), который в зависимости от положения контакта термостата St, размещенного в холодильной камере, формирует импульсы отрицательной или положительной полярности и передает их на катушку индуктивности 10 электромагнитного вентиля, вызывая изменение направления магнитного потока.
1
1
2
2
1
2
В начальном состоянии (при отсутствии рабочего тока в катушке индуктивности 10), постоянные магниты 11 создают магнитный поток, который проходя через якорь 9, разветвляется на две части: магнитный поток Ф, проходящий в зазоре u, и магнитный поток Ф, который проходит зазоре u. Магнитные потоки (Ф, Ф) создают тяговые усилия, действующие на
1
1
2
якорь 9 и направленные в противоположные стороны. Под действием тяговых усилий якорь 9 притягивается, например, к сердечнику 4, герметично перекрывая выходной канал 7 и направляя поток хладагента от компрессора через пазы 3, расположенные на внутренней образующей поверхности цилиндрической камеры 2 корпуса 1, и выходной канал 8 сердечника 5 к испарителю одной из холодильных камер. Пазы 3 выбраны таким образом, что их общая площадь поперечного сечения больше или равна площади внутреннего диаметра входного канала 6. При этом магнитный поток Ф, замыкаясь через полюса постоянных магнитов 11, якорь 9 и сердечник 4, надежно фиксирует положение якоря 9 относительно сердечника 4. В нейтральном положении (т.е. при U=U) якорь 9 практически не останавливается из-за неустойчивости такого положения, так как малейшая несимметричность или ничтожно малое внешнее усилие выводят якорь 9 из среднего положения.
0
у
1
2
1
р1
1
у
2
р2
2
у
р2
р1
При включении энергосберегающего блока управления (ЭБУ) в сеть, в зависимости от положения переключающего контакта термостата St, формируется импульс отрицательной (или положительной) полярности, действующий в течение времени нескольких полупериодов сетевого напряжения и создающий в катушке индуктивности 10 кратковременный (управляющий) магнитный поток Ф, проходящий последовательно через зазоры u и u. Если якорь 9 находится у сердечника 4, тогда в зазоре u будет действовать результирующий магнитный поток Ф=Ф-Ф, а в зазоре u - магнитный поток Ф=Ф+Ф. Следовательно, сила притяжения, обусловленная магнитным потоком Ф, будет больше силы, созданной магнитным потоком Ф, и якорь 9 переместится к сердечнику 5, перекрывая выходной канал 8, и направляя хладагент по выходному каналу 7 сердечника 4 к испарителю второй холодильной камеры.
0
0
2
у
Электросхема энергосберегающего блока управления (ЭБУ) обесточивается до следующего изменения состояния контактов термостата St. В это время положение якоря 9 относительно сердечника 5 будет фиксироваться магнитным потоком Ф. При изменении положения контактов термостата St происходит перезарядка энергосберегающего блока управления (ЭБУ) полуволнами напряжения другой полярности, в результате чего изменяется направление тока в катушке индуктивности 10 и, следовательно, изменяется направление (управляющего) магнитного потока Ф, вызывая перемещение якоря 9 в обратном направлении.
Предлагаемая полезная модель позволяет снизить трудоемкость изготовления, повысить надежность и уменьшить инерционность электромагнитного вентиля за счет размещения якоря, имеющего форму шарика, внутри цилиндрической камеры корпуса, на внутренней образующей поверхности которой выполнены пазы для прохода хладагента.