基于气隙组合的永磁弹簧直动式溢流阀的制作方法

本发明涉及液压元件，更具体地涉及基于气隙组合方式的永磁弹簧直动式溢流阀。

背景技术：

溢流阀作为伺服能源的压力调节元件，主要作用在于定压和溢流，当作为安全阀使用时也可以起到防止过载和安全防护的作用。直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，以控制阀芯的启闭动作。溢流阀大多使用螺旋压缩弹簧作为调压元件和复位元件。螺旋压缩弹簧存在疲劳断裂、氢脆断裂、腐蚀断裂、松弛、塑性变形、永久变形等失效模式，一旦弹簧失效发生断裂或松弛、卡死等故障，将会使液压系统失压，导致所关联的操纵系统失控，对于航天伺服系统可能带来更严重的灾难性后果。

永磁弹簧是利用永磁体间的磁力-气隙特性实现类似金属弹簧的磁力-气隙性能，结构上的非接触特点使其具有可动件质量小、无磨损、功耗低、寿命长、噪音小和无需润滑等优点。

近年来，随着高性能磁铁材料的不断涌现，永磁弹簧的低成本、小体积、大推力以及优良耐循环冲击的性能优势更加凸显，使它有望取代机械弹簧用于快速机械响应机构，在机械、化工、汽车、电力、国防和核工业等很多工程领域有着广泛的应用前景，同时它对提高设备的运转速度与精度，并使设备适应特殊工作环境具有重要意义。

在液压领域，目前已经存在利用磁力弹簧之间的吸引力设计永磁式单向阀和永磁式卸荷阀。另外，也有人对基于永磁压缩弹簧的直动式溢流阀进行了理论与实验研究，但没有相关产品，其通过采用永磁弹簧代替螺旋压缩弹簧，避免了上述失效或卡死等故障。然而，该基于永磁压缩弹簧的直动式溢流阀的永磁弹簧刚度很大，在溢流阀开启时会引起阀芯抖动，这会引起很大的压力波动，从而影响启闭特性与稳压性能。另外，受到溢流阀质量体积的约束，永磁压缩弹簧的弹簧力受到了限制，只能满足一定范围内的溢流阀工作压力要求。

技术实现要素：

鉴于以上问题，本发明提供了一种基于气隙组合方式的永磁弹簧直动式溢流阀，其通过在阀芯的两端增加一对永磁体，使得吸力和斥力组合作用以形成弹簧力，通过调整永磁体体积和永磁体之间的气隙获得理想的刚度曲线，并减小开启时弹簧力的变化，从而减小溢流阀压力波动；而且还能够实现在更小的体积下满足永磁弹簧力的要求，从而增大溢流阀的推重比，使得溢流阀的结构更加紧凑。

根据本发明的一方面，一种永磁弹簧直动式溢流阀，包括：

永磁弹簧组件，所述永磁弹簧组件包括两个永磁基座和阀芯，所述两个永磁基座包括分别设置在所述阀芯的上方和下方的上永磁基座和下永磁基座，其中所述阀芯与所述上永磁基座之间形成第一作用力并且所述阀芯与所述下永磁基座之间形成第二作用力，所述第一作用力与所述第二作用力的合力形成所述永磁弹簧组件的弹簧力，用于与液压力同时作用于所述阀芯以开启和关闭所述溢流阀。

根据实施例，本发明的永磁弹簧直动式溢流阀还包括：

上盖和阀体，所述上盖和所述阀体密封连接以形成用于安装所述永磁弹簧组件的腔体，其中所述上永磁基座可移动地设置在所述腔体的顶部，以与所述阀芯之间形成第一气隙，并且所述下永磁基座固定在所述腔体的底部，以与所述阀芯之间形成第二气隙。

根据实施例，本发明的永磁弹簧直动式溢流阀还包括：

调节螺钉，所述调节螺钉设置在所述上盖，用于调节所述上永磁基座的位置以改变所述第一气隙的大小。

根据实施例，本发明的永磁弹簧直动式溢流阀还包括：

紧固螺母，所述紧固螺母与所述调节螺钉螺纹连接，用于固定上永磁基座的位置。

根据实施例，本发明的永磁弹簧直动式溢流阀还包括：

入口，所述入口设置在所述阀体上并且与所述腔体连通，用于在液体流经所述进口时形成液压力；以及

出口，所述出口设置在所述阀体上并且与所述腔体连通，用于在所述液压力大于所述弹簧力以使所述阀芯运动时，与所述入口连通以实现溢流。

根据实施例，其中，所述第一作用力是斥力并且所述第二作用力是吸引力。

根据实施例，其中，所述上永磁基座与所述阀芯是同名磁体并且所述下永磁基座与所述阀芯是异性永磁体，以使得所述第一作用力是斥力并且所述第二作用力是吸引力。

附图说明

图1是根据本发明实施例的基于气隙组合的永磁弹簧直动式溢流阀的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的基于气隙组合的永磁弹簧直动式溢流阀的永磁弹簧组件的结构示意图。

图3是用于说明根据本发明实施例的基于气隙组合的永磁弹簧直动式溢流阀的阀芯受力情况的示意图。

具体实施方式

以下参照附图具体说明根据本发明实施例的基于气隙组合的永磁弹簧直动式溢流阀。

图1示意性地示出根据本发明实施例的基于气隙组合的永磁弹簧直动式溢流阀的结构。图2进一步示出根据本发明实施例的基于气隙组合的永磁弹簧直动式溢流阀的永磁弹簧组件的结构示意图。图3是用于说明根据本发明实施例的基于气隙组合的永磁弹簧直动式溢流阀的阀芯受力情况的示意图。如图1-3所示，本实施例中的永磁弹簧直动式溢流阀包括：永磁弹簧组件4、5、7，其包括两个永磁基座4、7和阀芯5，两个永磁基座4、7包括分别设置在阀芯5的上方和下方的上永磁基座4和下永磁基座7。

如图2-3所示，阀芯5与上永磁基座4之间形成第一作用力F₁，并且与下永磁基座7之间形成第二作用力F₂，第一作用力F₁与第二作用力F₂的合力形成永磁弹簧组件的弹簧力，用于与液压力F_p同时作用于阀芯5以开启和关闭溢流阀。

如图1-2所示，本实施例中的永磁弹簧直动式溢流阀还包括上盖3和阀体6，所述上盖3和所述阀体6密封连接以形成用于安装永磁弹簧组件的腔体，其中上永磁基座4可移动地设置在腔体的顶部，以与阀芯5形成第一气隙L_g1，并且下永磁基座7固定在腔体的底部，以与阀芯5形成第二气隙L_g2。

如图1-2所示，本实施例中的永磁弹簧直动式溢流阀还包括调节螺钉1，其设置在上盖3上，用于调节上永磁基座4的位置以改变第一气隙Lg1的大小。

如图1所示，本发明的永磁弹簧直动式溢流阀还包括紧固螺母2，其与调节螺钉1螺纹连接，用于固定上永磁基座4的位置。

如图1所示，本实施例中的永磁弹簧直动式溢流阀还包括：

入口8，其设置在阀体6上并且与腔体连通，用于在液体流经入口时形成液压力F_p；以及

出口9，其设置在阀体6上并且与腔体连通，用于在液压力F_p大于弹簧力F₁+F₂以使阀芯5运动时，与入口8连通以实现溢流。

在本实施例中，上永磁基座4与阀芯5是同名磁体并且下永磁基座7与阀芯5是异性永磁体，以使得第一作用力F₁是斥力并且第二作用力F₂是吸引力。

具体地，第一和第二作用力的合力是关闭阀口的力，构成了永磁弹簧组件的弹簧力，与阀芯5受到的液压力相平衡。当入口压力P_s较低时，作用在阀芯5上的力还不足以克服永磁弹簧组件的作用力时，阀芯5处在腔体的最下端，阀口关闭，将入口与出口隔断。当入口压力P_s不断增高达到调定压力，作用在阀芯5上的压力差大于永磁弹簧力时，阀芯5被推动，并在某一位置达到平衡，入口8和出口9相通，实现溢流，入口压力保持恒定。此时入口压力和弹簧力相平衡，为一个确定的值，这就是溢流阀的定压原理。系统的液体经过高压供给管路后，不是所有的压力都被利用了，有一部分要随回路返回到液压单元，由此形成了出口压力P_t，一般来说，出口压力P_t要比入口压力P_s低很多。通过调节螺钉1的旋入和旋出微调上永磁基座4的位置，改变永磁基座和阀芯之间的气隙间距，进而调整设定压力。

上永磁基座4和阀芯5之间产生斥力F₁，组成了斥力永磁体，下永磁基座7和阀芯5之间产生吸引力F₂，组成了吸引力永磁体。阀芯5因受到液压力而提升时，上永磁基座4与阀芯5之间的气隙L_g1减小，F₁增大，下永磁基座7与阀芯5之间的气隙L_g2增大，F₂减小，吸引力和斥力随着气隙的改变使得弹簧力和弹簧刚度发生改变的方式即为气隙组合方式。

阀口开度为x，达到调定压力时x变化非常小，因而斥力弹簧的刚度可以认为是不变的，为k₁，吸引力弹簧的刚度也可以认为是不变的，为k₂。

如图3所示，当阀芯5刚好要推动时，阀芯5受力方程为

F₁+F₂＝F_p (1)

F₁+k₁x+F₂-k₂x+F_d＝F_p+ΔF_p (2)

其中F_d是液动力，其是液体经过阀口时，由于流动方向和流速的变化造成液体动量的改变，而使阀芯受到的附加作用力。F_p是阀芯刚推动时的液压力，ΔF_p是阀芯推动后增加的液压力。(1)和(2)联立得到

(k₁-k₂)x+F_d＝ΔF_p (3)

基于气隙组合的永磁弹簧组件的总刚度K＝k₁-k₂，相对于永磁压缩弹簧，基于气隙组合的永磁弹簧组件可以在不改变弹簧力大小的情况下，通过调整永磁体体积和气隙来调整k₁和k₂，继而得到理想的弹簧总刚度K，这是永磁压缩弹簧所不具备的。而且增大K₂的值也可以抵消一部分液动力F_d。

综上所述，本发明提供了一种基于气隙组合的永磁弹簧直动式溢流阀，由于螺旋压缩弹簧的刚度与线径和工作圈数有关，要想达到一定推力需要螺旋压缩弹簧体积较大，而本发明的永磁弹簧可在较小的磁体间隙获得较大的推力，从而减小了元件的质量和所占的体积，实现了系统小型化和轻量化。并且，基于气隙组合的永磁弹簧组件的永磁体分布在阀芯两端，而永磁压缩弹簧的永磁体只分布在阀芯的上端，在产生相同的弹簧力下，基于气隙组合的永磁弹簧组件的直径比永磁压缩弹簧小得多，结构显得更紧凑。另外，如上所述，本发明的基于气隙组合的永磁弹簧直动式溢流阀可以补充部分液动力，从而减小压力波动。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。