專利名稱：電磁閥控制的自關(guān)閉水龍頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有閉鎖式閥的水龍頭，特別是涉及那種由螺線管(solenoid)電激勵(lì)的自關(guān)閉閥。
作為這種機(jī)械式自動(dòng)關(guān)閉水龍頭的另一種可選擇的方案，電控制的電磁閥式水龍頭業(yè)已被提出。然而，傳統(tǒng)的電磁閥只有當(dāng)電流施加在螺線管致動(dòng)器的電磁線圈上時(shí)電磁閥才保持打開。當(dāng)電流斷開時(shí)，彈簧迫使螺線管關(guān)閉該閥。因此，電磁閥使用的電流量較大，這使得傳統(tǒng)的電磁閥使用電池供電變得不切實(shí)際。因此，由于電源一般是采用建筑物的電線供電，這就要求在洗盆下面有電出口并在電路出現(xiàn)故障時(shí)保護(hù)使用者不觸電。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這樣一種水龍頭，能夠采用電池供電，在電池更換之前使用相當(dāng)長一段時(shí)間。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種具有閉鎖式(latching)電磁閥的自關(guān)閉的自動(dòng)化水龍頭。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供一種標(biāo)準(zhǔn)閥，以方便在制造中和其后的失效組件的更換期間部件的裝配。
本發(fā)明的這些和其他目的是用一種自關(guān)閉水龍頭實(shí)現(xiàn)的，這種水龍頭有一個(gè)帶有主要部分的空心體，主要部分有一個(gè)向上的開口，該水龍頭還具有一個(gè)從主要部分伸出的套管。在空心體內(nèi)裝有一個(gè)作為一個(gè)整體單元的管道組件，管道組件包括一個(gè)電磁閥、一個(gè)進(jìn)水管和一個(gè)送水管。該進(jìn)水管與電磁閥相連并延伸穿過空心體底部的一個(gè)開口。該送水管有一個(gè)連接于電磁閥的第一端，并且送水管延伸穿過空心體的殼體套管，在鄰近殼體套管遠(yuǎn)端開口處有第二端。致動(dòng)器部件在上部開口處連接于殼體并包括一個(gè)用于控制施加給電磁閥電流的計(jì)時(shí)電路。一個(gè)由用戶可操作的機(jī)構(gòu)觸發(fā)而起動(dòng)該計(jì)時(shí)電路的開關(guān)。
由于被起動(dòng)的計(jì)時(shí)電路激活該電磁閥，水從進(jìn)水管經(jīng)送水管送至水龍頭的出口。經(jīng)過一預(yù)定的時(shí)間段之后，計(jì)時(shí)電路計(jì)時(shí)超出，電磁閥關(guān)閉。
本發(fā)明的詳細(xì)說明首先參考
圖1，水龍頭10有一個(gè)空心體12，空心體12有一個(gè)向上伸出并遠(yuǎn)離空心體的主要部分13的套管14?？招捏w有一個(gè)適合于安裝在洗盆的表面或鄰近洗盆的臺(tái)面頂部的基板16?？招捏w12的上部有一個(gè)圓柱形的開口15，它用來安裝具有可移動(dòng)頂帽20的致動(dòng)器部件18，可移動(dòng)頂帽20用螺釘17可滑動(dòng)地固定在一個(gè)相應(yīng)的地方，螺釘17擰入致動(dòng)器部件芯21的槽19內(nèi)。
致動(dòng)器部件18包含電池22，電池22用蓋38固定在一對(duì)電接觸件24和26上，蓋38通過一個(gè)螺釘39固定在部件體21上?？梢苿?dòng)頂帽20和蓋38很容易被移開以便更換電池，而不須切斷水龍頭10和水源的連接，也不須接近安裝水龍頭的10的表面之下的部件。位于空心體12內(nèi)的印刷電路板28經(jīng)安裝在其上的接觸件24接收來自電池的電流。一個(gè)殼體49封閉該印刷電路板28保護(hù)它不受潮氣的損壞，將殼體固定在相應(yīng)的地方的螺釘53也將致動(dòng)器部件固定在水龍頭的空心體12上。
印刷電路板28包含一個(gè)計(jì)時(shí)電路29和一個(gè)用來起動(dòng)計(jì)時(shí)電路的開關(guān)32。開關(guān)推桿34向下伸展從頂帽20的內(nèi)表面的緊下面經(jīng)過致動(dòng)器部件到印刷電路板28上的開關(guān)32。彈簧36也有使頂帽20偏離蓋38并與開關(guān)推桿34脫離接觸。
計(jì)時(shí)電路29的電輸出驅(qū)動(dòng)水龍頭殼體12內(nèi)的電磁閥30。電磁閥30與向下伸展經(jīng)過水龍頭10的基板16的進(jìn)水管40連接。進(jìn)水管40的遠(yuǎn)端的管接頭33包含一個(gè)過濾器(未示)，它吸住可能堵塞電磁閥30的孔的顆粒。送水管42從電磁閥30上伸出經(jīng)套管14到出口管接頭41，出口管接頭41上螺紋連接一個(gè)通氣裝置44。從圖2看出，電磁閥30、進(jìn)水管40、送水管42和出口管接頭41構(gòu)成一個(gè)整體管道組件45，它嵌在水龍頭10的空心殼體12內(nèi)，如圖1所示。水只流經(jīng)管道組件45而不進(jìn)入水龍頭10的空心殼體12。
管道組件45是預(yù)先制造好并作為一個(gè)單元經(jīng)水龍頭10的空心殼體12的開口底部插入空心殼體12。在插入過程中，將送水管42向上推入套管14，直到組件的出口管接頭41對(duì)準(zhǔn)套管14遠(yuǎn)端下側(cè)的開口47。然后將通氣裝置44經(jīng)套管的開口47擰在出口管接頭上。將電磁閥30向上推，直到一個(gè)平的斜表面43緊靠密封印刷電路板28的殼體49。由于進(jìn)水管40向下伸出穿過基板16，將基板16橫過空心體12的底部開口而固定，也就將管道組件45固定在相應(yīng)的地方。為了修理或更換，拆開管道組件45的過程與此相反。
正如將要詳細(xì)描述的，頂帽20被使用者向下推以起動(dòng)水龍頭10。致動(dòng)器頂帽20的移動(dòng)向下壓推桿34閉合開關(guān)32并起動(dòng)印刷板28上的計(jì)時(shí)電路29。當(dāng)計(jì)時(shí)電路29是激活狀態(tài)時(shí)，電磁閥30處于允許水從進(jìn)水管流經(jīng)通氣裝置44的打開狀態(tài)。
參考圖3，電磁閥30包括一個(gè)閉鎖式螺線管(電磁)致動(dòng)器50，它有一個(gè)外殼51，外殼51包圍電磁線圈52，電磁線圈52纏繞在非磁性材料(如塑料)的繞線軸54上。外殼51由鋼或其他透磁材料制成。繞線軸54有一個(gè)中心伸展的通孔，其內(nèi)有一個(gè)圓柱形的金屬磁通量集中器58，其上有一個(gè)“O”形圈60。磁通量集中器58被電磁線圈52所環(huán)繞。一塊永磁體62緊靠磁通量集中器58的一端并鄰近孔56的外端。磁通量集中器58和“O”形圈60密封繞線軸54的孔，這樣，閥的下部的水不能到達(dá)磁體62。因此，可以利用稀土磁體，相對(duì)其尺寸其產(chǎn)生較大的磁力。磁極片64被擰入螺線管外殼51的整體化接頭66并將磁體62緊靠磁通量集中器58固定在繞線軸孔內(nèi)。極片64在裝配過程中可以軸向調(diào)節(jié)以補(bǔ)償相關(guān)零件的制造公差。
不銹鋼柱塞(plunger)68可滑動(dòng)地位于繞線軸孔56內(nèi)，相對(duì)于永磁體62，在磁通量集中器58的另一端，并用彈簧70使之偏離磁通量集中器58。柱塞68的遠(yuǎn)端有一個(gè)凹槽，彈性密封墊圈可以咬合其內(nèi)。柱塞68的遠(yuǎn)端從繞線軸54的內(nèi)端向外伸出。
繞線軸54的內(nèi)端有向外伸展的法蘭74，它有一個(gè)環(huán)形凹槽76環(huán)繞著繞線軸孔56的開口。由透磁材料，如不銹鋼，做成的端蓋80的圓柱形凸緣78位于環(huán)形凹槽76內(nèi)并且用第二“O”形環(huán)82所密封。殼體51的開口端環(huán)繞端蓋80的邊緣被卷邊，這完成了對(duì)螺線管(電磁)致動(dòng)器50的包圍。圓柱形凸緣78的通孔的直徑稍大于由此孔伸出的柱塞68的外徑，因此形成一個(gè)磁通量間隙69。這導(dǎo)致柱塞68可以軸向移動(dòng)而不與端蓋80接觸。端蓋80有從相對(duì)端向外伸展的第二較大直徑管狀凸出84。
極片64、外殼體51、端蓋80、柱塞68和磁通量集中器58為永磁體62和由線圈52構(gòu)成的電磁鐵建立了一個(gè)磁通量路徑。這個(gè)磁通量路徑在柱塞68和端蓋80之間有一個(gè)固定的磁通量間隙96，而在磁通量集中器58和柱塞68之間有一個(gè)可變的磁通量間隙67?？勺兇磐块g隙67的大小隨著柱塞在孔56內(nèi)的移動(dòng)而變化，正如下面將要說明的。
由剛性非磁材料，如塑料，制成的插頭狀閥蓋座(cage)86有一個(gè)封閉端位于端帽第二凸出84的開口內(nèi)并在其之間形成一個(gè)空腔85。這個(gè)空腔85部分地由閥蓋座86內(nèi)凹槽90所限定，它容納柱塞68的遠(yuǎn)端。凹槽90的內(nèi)徑與柱塞68的外徑密切配合以引導(dǎo)柱塞的軸向移動(dòng)而保持柱塞的外表面與透磁端蓋84的間隙。第三個(gè)“O”形圈88使閥蓋座86和端蓋80之間密封。泄漏孔87提供一個(gè)從空腔85經(jīng)閥蓋座86的流體通道。閥蓋座86有一個(gè)引導(dǎo)管92，它向下伸出超過端蓋80的開口凸緣94。穿過引導(dǎo)管92的孔96有一個(gè)面向柱塞68的向上收的錐面孔，由此提供一個(gè)引導(dǎo)閥座98。當(dāng)電磁閥30處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)柱塞密封件72接合(engage)這個(gè)引導(dǎo)閥座98，正如下面將要描述的。
由彈性材料，如橡膠，做成的膜片100橫向伸展穿過閥蓋座86的開口凸緣94并被固定在相應(yīng)的地方，在膜片與罩之間形成一個(gè)引導(dǎo)室115。膜片100的周邊被壓在閥蓋座86和閥體102之間，閥體擰在端蓋84上。膜片100有一個(gè)中心通孔104，端蓋的引導(dǎo)管92緊緊地固定在中心孔內(nèi)。膜片100的中心部分106位于閥體102內(nèi)的入口114，并有一個(gè)泄漏通孔107。閉鎖式電磁閥30處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，膜片100的中心部分106緊靠主閥座108，該主閥座108是從入口114到送水管42環(huán)繞出口110的開口形成的。入口114的水壓經(jīng)過泄漏通孔107傳遞，以致于膜片100后面的空腔85的水壓大于出口110的水壓，因此保持閥座108的進(jìn)口和出口之間的縫隙關(guān)閉。
電磁閥30處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，柱塞68被彈簧70的力和存在的任何氣動(dòng)力或液壓力保持緊靠在引導(dǎo)管92的開口處的引導(dǎo)閥座98上，因此柱塞密封件72關(guān)閉那個(gè)開口。將柱塞68拉向永磁體62而施加的軸向磁力取決于磁通量集中器58和柱塞之間的可變磁通量間隙67的長度，以及磁通量間隙中的磁通量密度。磁通量間隙越長或磁通量密度越小，則磁力越小。柱塞68、磁通量集中器58和永磁體62的設(shè)計(jì)，當(dāng)磁通量間隙長度增加時(shí)，使間隙的磁通量密度下降很快。在柱塞68的閉合位置，可變磁通量間隙67足夠大，以使永磁體62施加的軸向磁力最小，不能克服彈簧力。這樣，在沒有電流流經(jīng)線圈52時(shí)，柱塞在閉合位置閉鎖。
基本上不變的磁通量間隙69存在于柱塞68和端蓋80之間的磁通道中。這個(gè)間隙中的磁通量在柱塞上產(chǎn)生一個(gè)徑向力，它引起一個(gè)不希望的摩擦力，這個(gè)摩擦力阻礙柱塞68的軸向運(yùn)動(dòng)。本結(jié)構(gòu)采用將柱塞68的鄰近端支撐在塑料閥蓋座86上來減小摩擦力的影響。這個(gè)支撐將柱塞保持在接近磁通量間隙69中心，這使徑向力減小并且產(chǎn)生一個(gè)柱塞沿其滑動(dòng)的低磨擦、低磨損表面。用塑料繞線軸54和塑料蓋座86支撐柱塞，不變的磁通量間隙69可以做得比較小，這將改善閉鎖螺線管(電磁)致動(dòng)器50的效率。
當(dāng)使用者壓致動(dòng)器部件18的頂帽20，計(jì)時(shí)電路29被起動(dòng)并給電磁線圈52施加一個(gè)短暫的電流脈沖。這個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間(例如0.025秒)剛好長到使線圈52產(chǎn)生一個(gè)與永磁體62同極性的附加磁場，它進(jìn)一步將柱塞68拉向繞線軸孔56，并拉離在引導(dǎo)管的開口處的引導(dǎo)閥座98，如圖3所示。電流脈沖足夠強(qiáng)，以致柱塞68碰到磁通量集中器58，因此消除了磁通路徑的磁通量間隙67，這樣減小了來自永磁體62的力。永磁體自身的力足夠大，能克服彈簧70的力并且將柱塞保持在離開引導(dǎo)管92的開口的位置。換句話說，來自永磁體62的力這時(shí)大于彈簧力。因此，在計(jì)時(shí)電路的電脈沖末了，柱塞被永磁體62閉鎖在打開狀態(tài)，在這一時(shí)刻，線圈52產(chǎn)生的磁場消失。
柱塞行程的距離保持相當(dāng)短，使得在兩極端位置之間移動(dòng)柱塞需要的能量最小。柱塞的行程用將極片64移出或移進(jìn)線圈軸孔56來調(diào)節(jié)。
當(dāng)柱塞68遠(yuǎn)離引導(dǎo)閥座98時(shí)，蓋座的空腔85打開通向引導(dǎo)通道96，引導(dǎo)通道96與送水管42連通。這經(jīng)泄漏孔87釋放了膜片100后面的空腔85和引導(dǎo)室115的壓力。由于這壓力被釋放，入口114內(nèi)的壓力迫使膜片100遠(yuǎn)離主閥座108，同時(shí)打開進(jìn)水管40和送水管42之間的通道。這使水流經(jīng)閥并流出通氣裝置44。
當(dāng)閥打開的時(shí)間(例如，3-11秒)已過，計(jì)時(shí)電路29自動(dòng)地發(fā)出與第一個(gè)電流脈沖方向相反的另一個(gè)電流脈沖通過電磁線圈52，從而產(chǎn)生一個(gè)與永磁體62極性相反的電磁場。當(dāng)電磁閥打開時(shí)，使用者以壓頂帽20來控制開關(guān)時(shí)，計(jì)時(shí)電路29也產(chǎn)生那樣的脈沖。這個(gè)脈沖產(chǎn)生一個(gè)電磁場，該電磁場基本上抵消永磁體的力，使彈簧迫使柱塞68移出繞線軸54并靠在閥蓋座86上，同時(shí)關(guān)閉引導(dǎo)通道96。這個(gè)移動(dòng)也增加了磁通量集中器58和柱塞68之間的可變磁通量間隙67，所以在電脈沖的末了，當(dāng)電磁場消失時(shí)，永磁體的力減小到小于彈簧力。結(jié)果，彈簧70保持柱塞在閉合狀態(tài)。
由于柱塞68在引導(dǎo)管96的開口處頂靠著引導(dǎo)閥座98而被密封，膜片100后面的引導(dǎo)室115的壓力變得大于出口110的壓力。由于壓力差的結(jié)果，膜片100被迫靠在主閥座108上，因此關(guān)閉了進(jìn)口40和流水管42之間的通道。膜片100被保持在這個(gè)位置直到柱塞68再一次離開引導(dǎo)閥座98而使壓力相等。由于柱塞68接觸剛性閥蓋座86以關(guān)閉引導(dǎo)通道，它不直接給膜片100施加力。這使膜片柔和地平穩(wěn)地運(yùn)行。
電磁閥30用計(jì)時(shí)電路29保持打開狀態(tài)的時(shí)間長短是用戶可變的。每當(dāng)電池22被取出和更換時(shí)，計(jì)時(shí)電路被重置并進(jìn)入一個(gè)程序模式。在這個(gè)模式中，用戶將頂帽20按下一段所希望的時(shí)間，這段時(shí)間里水龍頭保持打開狀態(tài)。當(dāng)用戶松開頂帽時(shí)，計(jì)時(shí)電路29儲(chǔ)存一個(gè)時(shí)間量的量度，此后將此量度作為保持電磁閥打開狀態(tài)的時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種自關(guān)閉水龍頭，包括一個(gè)空心體，它有一個(gè)帶有向上開口的主要部分，和從主要部分伸出的套管，該套管在其遠(yuǎn)端有一個(gè)開口；一個(gè)管道組件，包括一個(gè)電磁閥，一個(gè)連接于該電磁閥并伸出空心體的底部的進(jìn)水管，和一個(gè)送水管，送水管有連接于所述電磁閥的第一端和鄰近套管遠(yuǎn)端開口的第二端；一個(gè)在其向上開口處連接于殼體的致動(dòng)器部件，包括用來施加電流連接于電磁閥的計(jì)時(shí)電路，一個(gè)用來起動(dòng)計(jì)時(shí)電路的開關(guān)和一個(gè)用來控制該開關(guān)的用戶操作機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的自關(guān)閉水龍頭，還包括一個(gè)連接于送水管第二端并從套管遠(yuǎn)端開口處伸出的通氣裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的自關(guān)閉水龍頭，其中用戶操作機(jī)構(gòu)包括一個(gè)蓋住致動(dòng)器部件的端帽，并且端帽與一個(gè)將移動(dòng)傳遞給開關(guān)的連桿相連。
4.如權(quán)利要求3所述的自關(guān)閉水龍頭，其中致動(dòng)器部件還包括一個(gè)將端帽偏離空心體的彈簧。
5.如權(quán)利要求1所述的自關(guān)閉水龍頭，其中致動(dòng)器部件還包括一個(gè)給計(jì)時(shí)電路供電的電池。
6.如權(quán)利要求5所述的自關(guān)閉水龍頭，其中用戶操作機(jī)構(gòu)包括一個(gè)端帽，該端帽蓋住致動(dòng)器部件并與一個(gè)將移動(dòng)傳遞給開關(guān)的連桿相連；該端帽可拆，以得到一個(gè)進(jìn)出口來更換電池。
7.如權(quán)利要求1所述的自關(guān)閉水龍頭，其中管道組件作為一個(gè)單元可以從空心體中拆開，以便維修更換。
8.如權(quán)利要求1所述的自關(guān)閉水龍頭，其中空心體還有一個(gè)底部開口，用來將管道組件插入空心體內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的自關(guān)閉水龍頭，還包括一塊橫貫空心體底部開口的板。
10.如權(quán)利要求1所述的自關(guān)閉水龍頭，其中電磁閥包括一個(gè)磁性材料做的殼體，它有一個(gè)開口端和一個(gè)具有螺紋孔的封閉端；一個(gè)擰入該螺紋孔的極片；位于殼體內(nèi)并有一個(gè)孔的由非磁性材料做的繞線軸；繞在繞線軸上的電磁鐵線圈，當(dāng)電流流過它時(shí)產(chǎn)生一個(gè)磁場；一塊位于繞線軸孔內(nèi)并緊靠極片的永磁體；一個(gè)由透磁材料做成的磁通量集中器，緊靠永磁體位于繞線軸孔內(nèi)；一個(gè)由磁性材料做成的柱塞，可滑動(dòng)地位于繞線軸孔內(nèi)，并從繞線軸孔內(nèi)向外伸出；一個(gè)將柱塞偏離磁通量集中器的彈簧；一個(gè)由磁性材料做成的端蓋，它與殼體連接并封閉殼體的開口端，該端蓋有一個(gè)通孔，柱塞無接觸地伸出該端蓋；一個(gè)由剛性非磁性材料做成并與端蓋相連接的閥蓋座，它有相互相對(duì)的第一側(cè)和第二側(cè)，第一側(cè)有一個(gè)凹槽，該凹槽容納并支撐柱塞，該閥蓋座包括一個(gè)引導(dǎo)管，引導(dǎo)管與凹槽相通的一端有一個(gè)引導(dǎo)閥座，引導(dǎo)管還有第二端，該蓋座還包括一個(gè)伸展于凹槽與第二端之間的泄漏孔；一個(gè)與殼體相連的閥體，閥體包括一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口，出水口通過一個(gè)開口與進(jìn)水口相通，其中基礎(chǔ)閥座繞開口伸展；和一個(gè)與閥蓋座的第二側(cè)相鄰的彈性膜片，相互之間構(gòu)成一個(gè)引導(dǎo)室，根據(jù)引導(dǎo)室的壓力選擇性地與基本閥座相接觸，以關(guān)閉出水口與進(jìn)水口之間的通道，彈性膜片有一個(gè)引導(dǎo)孔，引導(dǎo)管位于其內(nèi)，其中引導(dǎo)管的第二端與出水口相通。
全文摘要
一種自關(guān)閉水龍頭(10),包括一個(gè)帶有套管(14)的空心體(12)?？招捏w內(nèi)有一個(gè)整體式的管道組件(45),該管道組件有一個(gè)由進(jìn)水管(40)供水的電磁閥(30),并與伸展經(jīng)過套管(14)到達(dá)該套管遠(yuǎn)端的出水口的送水管(42)相連。一個(gè)連接于殼體的致動(dòng)器部件(18)包括一個(gè)計(jì)時(shí)電路(29),該計(jì)時(shí)電路控制電磁閥從水龍頭在預(yù)定時(shí)間內(nèi)送水。一個(gè)被水龍頭上的用戶操作機(jī)構(gòu)觸發(fā)時(shí)用來起動(dòng)計(jì)時(shí)電路(29)的開關(guān)(32)。
文檔編號(hào)E03C1/05GK1281523SQ98811923
公開日2001年1月24日 申請(qǐng)日期1998年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月27日
發(fā)明者安東·J·科拉, 杰弗里·希爾德布蘭德 申請(qǐng)人:科勒公司