專利名稱：用于直動閥的具有階梯狀導(dǎo)管的螺線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及這樣一種類型的電致動閥，該電動閥用于控制流入(例如用于飲水機(jī)和冰箱的制冰機(jī)以及用于洗碗機(jī)和洗衣機(jī)的)一裝置的水。
背景技術(shù)：
用于裝置的水閥通常使用螺線管型直動閥。螺線管組件產(chǎn)生線性力以移動銜鐵， 用于打開和關(guān)閉閥的孔。在開始位置，銜鐵借助重型彈簧(heavy spring)的力而受迫處于關(guān)閉位置。為了打開閥，螺線管的磁力必須克服彈簧的重力和壓力。在這種情況下，螺線管依靠適當(dāng)尺寸的銅線圈。磁阻是磁路中的磁通量的阻礙。對磁通量產(chǎn)生阻礙的一個原因能由磁路中的間隙引起。一個特定的間隙能直接涉及引導(dǎo)銜鐵的導(dǎo)管的壁厚。這是因為導(dǎo)管的壁厚直接涉及圍繞導(dǎo)管的磁極元件的內(nèi)徑和在導(dǎo)管的內(nèi)部的銜鐵的外徑之間的距離。當(dāng)磁阻增大時，需要較大的螺線管致動器線圈(其由銅線繞組形成)來形成充分的磁力以致動銜鐵，從而控制閥組件。遺憾的是，最近幾年中銅的成本增加了超過百分之三百。這種明顯的價格增長顯著地增加了螺線管致動器線圈的成本，產(chǎn)生了目前螺線管線圈使閥的整體的成本大大增加 (約百分之五十)的情況。遺憾的是，在這種競爭性產(chǎn)業(yè)中，僅幾分的差別就能形成或破壞主要的銷路。由于預(yù)計銅以及用于構(gòu)造螺線管致動器的其他原材料的成本持續(xù)增加，本領(lǐng)域需要新的螺線管線圈的設(shè)計，這種螺線管線圈通過減少用于形成螺線管線圈的銅的量來降低材料的成本。但是，與減少銅相反的是，要求在每次致動時有可靠的工作以及要求這種閥有連續(xù)的長的使用期限。本發(fā)明的實施例提供了這種螺線管致動的水閥，其具有降低的材料成本，但仍提供可靠的致動和長的工作壽命。參考這里提供的本發(fā)明的描述，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點以及額外的創(chuàng)造性特征將變得明顯。
發(fā)明內(nèi)容
如上所述，本發(fā)明的實施例提供了用于螺線管型直動閥的新的以及改進(jìn)的螺線管。更具體地，本發(fā)明的實施例提供了用于螺線管型直動閥的新的以及改進(jìn)的螺線管，該螺線管通過減少在其內(nèi)的螺線管線圈中使用的銅的量使材料成本降低。本發(fā)明的其他實施例提供新的以及改進(jìn)的螺線管型直動閥，其使用根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的螺線管。在一個實施例中，提供一種用于在一裝置中使用的直動式電磁閥的螺線管，該螺線管包括導(dǎo)管，導(dǎo)管具有階梯狀的外表面，階梯狀的外表面包括上部和下部。銜鐵可滑動地承載在導(dǎo)管中。優(yōu)選地，上部具有相對于下部的外徑減小的外徑。在一個特定實施例中，階梯狀的導(dǎo)管具有鄰近上部的閉合端。在階梯狀的導(dǎo)管內(nèi)的彈簧將銜鐵偏壓離開閉合端。
在一個實施例中，螺線管還包括大致圓筒形的上部磁極元件和大致圓筒形的下部磁極元件。導(dǎo)管的下部穿過下部磁極元件，導(dǎo)管的上部穿過上部磁極元件。上部磁極元件和下部磁極元件減小了磁阻并增加了磁路的效率。在一個實施例中，上部磁極元件的內(nèi)徑小于下部磁極元件的內(nèi)徑。在一個實施例中，上部磁極元件的內(nèi)徑小于下部的外徑。在一個實施例中，上部磁極元件的壁厚大于下部磁極元件的壁厚。在一個實施例中，導(dǎo)管的上部的壁厚小于導(dǎo)管的下部的壁厚。在另外的實施例中，提供一種電磁閥，其包括上述的螺線管的任一個實施例。在另外的實施例中，提供了一種用于在一裝置中使用的直動式電磁閥的螺線管， 該螺線管包括銜鐵；銅線的線圈；導(dǎo)管；上部磁極元件和下部磁極元件。導(dǎo)管在其中承載有銜鐵。上部磁極元件具有導(dǎo)管從其中延伸穿過的一部分。上部磁極元件具有內(nèi)徑。下部磁極元件具有導(dǎo)管從其中延伸穿過的一部分。下部磁極元件的內(nèi)徑大于上部磁極元件的內(nèi)徑。在另外的實施例中，導(dǎo)管在其中可滑動地承載有銜鐵。銜鐵與線圈的磁軸線同軸并且在線圈不通電時的不通電位置和線圈通電時的通電位置之間可滑動，在不通電位置處銜鐵的遠(yuǎn)端抵靠閥座以封閉閥座，在通電位置處銜鐵的遠(yuǎn)端與閥座間隔開以打開閥座。根據(jù)下面的詳細(xì)說明，當(dāng)結(jié)合附圖時，本發(fā)明的其他方面、目的和優(yōu)點將變得更明
Mo
被合并并且形成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的一些方面，并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1是合并有根據(jù)本發(fā)明的實施例的教導(dǎo)而構(gòu)成的螺線管的水閥的剖視圖；圖2是圖1的水閥的螺線管的簡化的、放大視圖。雖然將結(jié)合確定的優(yōu)選實施例來描述本發(fā)明，但并不希望將本發(fā)明限制于那些實施例。相反地，希望覆蓋被包含在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的全部替代、修改和等效物。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，并且特別參考圖1，以部分剖視的形式示出了水閥10的實施例，水閥10用于控制向一裝置內(nèi)的兩個分開的功能部分供水。在這一實施例中，水閥10包括一對螺線管型直動閥100、101。螺線管型直動閥100、101控制來自普通水源103水流。這一實施例設(shè)置成螺線管型直動閥100控制通向冰箱內(nèi)的制冰機(jī)的水流。兩個螺線管型直動閥100、101在結(jié)構(gòu)和工作方面是基本相同的。因此，將只描述螺線管型直動閥100，并且為了簡單起見在這里也將被稱為“電磁閥100”。對電磁閥100的下面的描述將同樣適用于螺線管型直動閥101。電磁閥100包括根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)而構(gòu)造的螺線管102。但是，應(yīng)該注意，雖然下面的描述將討論在特定的工作環(huán)境中的本發(fā)明的各種實施例，以說明用于消費(fèi)品裝置的螺線管型直動閥，但對本發(fā)明的教導(dǎo)的應(yīng)用可使用在其他
5環(huán)境中，并且根據(jù)這里所附的權(quán)利要求其專利權(quán)被保留。換句話說，下面的示例性實施例應(yīng)被認(rèn)為是實例而不是限制。電磁閥100包括閥部分104和螺線管102。閥部分104可采取現(xiàn)有技術(shù)中所示的各種方式和結(jié)構(gòu)，因此將只以有限的細(xì)節(jié)描述。電磁閥100的螺線管102在通電時沿壓縮彈簧106的方向移動銜鐵105以打開閥孔108，從而以已知的方式打開閥。螺線管102包括纏繞在繞線管112上的螺線管線圈110。線圈110和繞線管112接著被包覆模制(over molded)在封裝件114內(nèi)，封裝件 114可以是塑料、樹脂或其他基于電磁閥100被安裝在其中的工作環(huán)境的合適的封裝材料。
螺線管102還包括鐵磁體磁極的配置，該配置包括鐵磁體上部磁極元件116和鐵磁體下部磁極元件118，鐵磁體上部磁極元件116和鐵磁體下部磁極元件118在其磁路中具有氣隙119。鐵磁體上部磁極元件116和鐵磁體下部磁極元件118被繞線管112和線圈 110包圍。銜鐵105被承載在大致圓筒形的導(dǎo)管120的內(nèi)腔中，導(dǎo)管120具有封閉端和開口端。導(dǎo)管120定位在上部磁極元件116和下部磁極元件118的內(nèi)徑內(nèi)。盤簧106定位在由導(dǎo)管120形成的腔內(nèi)，并且在導(dǎo)管120的封閉端和銜鐵105的遠(yuǎn)端之間被偏壓。在工作時，線圈110通電從而產(chǎn)生磁場，磁場部分地由上部磁極元件116和下部磁極元件118承載，上部磁極元件116和下部磁極元件118將銜鐵向?qū)Ч艿姆忾]端縮回，并壓縮彈簧106。這一動作打開了閥孔108以允許流體流經(jīng)閥部分104，當(dāng)線圈110不通電時， 磁場消失，盤簧106驅(qū)動銜鐵105向閥孔108返回，以封閉閥孔108。在所示的實施例中，銜鐵105具有附接至銜鐵105的遠(yuǎn)端的密封活塞122，這在密封活塞122被偏壓成抵靠閥座IM時增強(qiáng)了閥部分104的密封作用，閥座IM包括閥體1 的凸起的密封部分。電磁閥100包括由U形上部框架部件1 形成的框架，U形上部框架部件128附接至下部框架部件130。上部磁極元件116延伸入并安裝在(形成在上部框架部件128中的)安裝孔132中。導(dǎo)管軸向延伸穿過上部磁極元件116，并且導(dǎo)管120的封閉端定位在安裝孔132內(nèi)。下部磁極元件118延伸入并安裝在(形成在下部框架部件130中的)安裝孔134 中。導(dǎo)管120軸向延伸穿過下部磁極元件118和安裝孔134。雖然示出為分開的構(gòu)件，但上部磁極元件116和上部框架部件1 能形成為由連續(xù)的金屬件形成的單一的構(gòu)件。同樣地，下部框架部件130和下部磁極元件118能形成為由連續(xù)的金屬件形成的單一的構(gòu)件。如在這里所使用的，連續(xù)的金屬件不應(yīng)包括焊接的或以其他方式結(jié)合在一起的兩個金屬件。例如，上部磁極元件116和下部磁極元件118能分別形成為由形成上部框架部件1 和下部框架部件130的材料制成的圓筒形拉拔件。另外參考圖2，導(dǎo)管120的圓筒形側(cè)壁140具有階梯狀外形。更具體地，側(cè)壁140 包括上部142和下部144，上部142和下部144由形成在導(dǎo)管120的外表面148中的徑向延伸的臺階部146分開。徑向延伸的臺階部146軸向定位在上部磁極元件116和下部磁極元件118的向內(nèi)面對的遠(yuǎn)端之間。因而，上部142的外徑ODl小于下部144的外徑0D2。在優(yōu)選的實施例中，外徑ODl 在大約0. 316英寸和0. 320英寸之間，外徑0D2在大約0. 342英寸和0. 351英寸之間。
但是，因為導(dǎo)管的內(nèi)表面150沿圓筒形側(cè)壁140的整個軸向長度具有基本恒定的內(nèi)徑IDl，所以上部142具有比下部144的壁厚T2小的壁厚Tl。壁厚Tl在大約0. 037英寸和0. 041英寸之間，壁厚T2在大約0. 050英寸和0. 056英寸之間。導(dǎo)管120的這種階梯狀外形允許上部磁極元件116相比于類似設(shè)計的現(xiàn)有技術(shù)的螺線管具有較大的壁厚Wl和(特別地)較小的內(nèi)徑ID2。壁厚Wl在大約0. 050英寸和 0. 056英寸之間，內(nèi)徑ID2在大約0. 324英寸和0. 334英寸之間。通過使上部磁極元件116具有減小的內(nèi)徑ID2，在上部磁極元件116和銜鐵150之間的間隙距離GD相對于先前的設(shè)計(具有恒定的內(nèi)徑的導(dǎo)管)被減小了。間隙距離GD被減小到在大約0. 041英寸和0. 048英寸之間。通過減小上部磁極元件116和銜鐵105之間的間隙距離⑶，由該間隙距離⑶產(chǎn)生的磁阻被減小，從而通過產(chǎn)生改進(jìn)的磁通量允許磁路以更高的效率工作。這種改進(jìn)的效率允許線圈110中的銅的量被減少。這改進(jìn)了線圈的電效率，減小了設(shè)備的重量，但仍保持所需的作動力以驅(qū)動銜鐵105。因此，較小的螺線管能給(使用較少的銅并顯著降低了電磁閥的成本的)電磁閥100提供動力。下部磁極元件118的壁厚W2在大約0. 036英寸和0. 040英寸之間，下部磁極元件 118的內(nèi)徑ID3在大約0. 361英寸和0. 370英寸之間。更具體地，在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計中導(dǎo)管具有恒定的壁厚，設(shè)備將使用規(guī)格為35的電線的4100圈繞線，這導(dǎo)致大約33. 11克的銅。但是，通過改成階梯狀的外形，設(shè)備能使用規(guī)格為37的電線的3800圈繞線，這具有重量為大約20. 70克的銅，并且還具有足夠的功率來致動銜鐵。銅的這種大量的減少導(dǎo)致線圈110的成本顯著降低，特別是考慮到目前的環(huán)境中銅的價格很高。導(dǎo)管的階梯狀外形通過提供具有較大壁厚T2的下部144而有助于保持圓筒形側(cè)壁140的結(jié)構(gòu)剛性。由下部144提供的額外的材料防止導(dǎo)管140在受到來自經(jīng)過電磁閥 100的水的流體壓力時彎曲和脹開，特別是在關(guān)閉位置。圖1中的箭頭160示出了該水。更具體地，在電磁閥100處于關(guān)閉狀態(tài)和打開狀態(tài)的過程中，水160都流入導(dǎo)管120并圍繞銜鐵 105。在描述本發(fā)明的上下文中(特別是下面的權(quán)利要求的上下文中)所使用的術(shù)語 “一個”、“一種”和“這種”等類似表述被解釋為覆蓋單數(shù)和復(fù)數(shù)，除非這里另有說明或上下文明顯矛盾。術(shù)語“包括”、“具有”、“包含”和“含有”被解釋為開放性的術(shù)語(即，表示“包括但不限于”)，除非另有說明。這里對數(shù)值范圍的記載只用作個別地提及落在范圍內(nèi)的每個單獨的數(shù)值的速記法，除非這里另有說明，每個單獨的數(shù)值都合并入說明書，就像在這里被個別地記載。這里描述的所有方法能以任何合適的順序執(zhí)行，除非另有說明或以其他方式在上下文中明顯矛盾。這里提供的對任何以及所有的實例或示例性表述(例如，“例如”) 的使用都只用于更好地說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的范圍加以限制，除非另有要求。說明書中沒有表述應(yīng)解釋為將任何未要求的要素看作對本發(fā)明的實踐是必要的。這里描述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括用于執(zhí)行本發(fā)明的為發(fā)明人已知的最佳模式。那些優(yōu)選實施例的變型在本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀前述的描述時能變得明顯。發(fā)明人希望本領(lǐng)域的技術(shù)人員使用合適的變型，并且發(fā)明人的意圖是使本發(fā)明能以除了這里詳細(xì)描述的之外的其他方式來實踐。所以，本發(fā)明包括了專利法所允許的、所附權(quán)利要求中記載的主題的全部改變和等效物。而且，本發(fā)明的全部可能的變型中上述部件的任何結(jié)合都被本發(fā)明包含，除非這里另有說明或以其他方式在上下文中明顯矛盾。
權(quán)利要求
1.一種用于在一裝置中使用的直動式電磁閥的螺線管，其包括 銜鐵；銅線的線圈；導(dǎo)管，所述導(dǎo)管在其中承載有銜鐵，所述導(dǎo)管具有階梯狀的外表面，所述階梯狀的外表面包括上部和下部，所述上部具有相對于所述下部的外徑減小的外徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺線管，其中，階梯狀的所述導(dǎo)管具有鄰近所述上部的閉合端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺線管，其還包括在階梯狀的所述導(dǎo)管內(nèi)的彈簧，所述彈簧將所述銜鐵偏壓離開所述閉合端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺線管，其還包括大致圓筒形的上部磁極元件和大致圓筒形的下部磁極元件，所述導(dǎo)管的所述下部穿過所述下部磁極元件，所述導(dǎo)管的所述上部穿過所述上部磁極元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺線管，其中，所述上部磁極元件的內(nèi)徑小于所述下部磁極元件的內(nèi)徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的螺線管，其中，所述上部磁極元件的內(nèi)徑小于所述下部的外徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺線管，其中，所述上部磁極元件的內(nèi)徑小于所述下部的外徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺線管，其中，所述上部磁極元件的壁厚大于所述下部磁極元件的壁厚。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺線管，其中，所述導(dǎo)管的所述上部的壁厚小于所述導(dǎo)管的所述下部的壁厚。
10.一種直動式電磁閥，其包括 閥座；銅線的線圈； 銜鐵；導(dǎo)管，所述導(dǎo)管在其中可滑動地承載有銜鐵，所述銜鐵與所述線圈的磁軸線同軸，并且在線圈不通電時的不通電位置和線圈通電時的通電位置之間可滑動，在不通電位置處所述銜鐵的遠(yuǎn)端抵靠所述閥座以封閉所述閥座，在通電位置處所述銜鐵的遠(yuǎn)端與所述閥座間隔開以打開所述閥座，所述導(dǎo)管具有階梯狀的外表面，所述階梯狀的外表面包括上部和下部， 所述上部具有相對于所述下部的外徑減小的外徑；在階梯狀的所述導(dǎo)管內(nèi)的彈簧，所述彈簧將所述銜鐵偏壓成抵靠所述閥座并進(jìn)入不通電位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的直動式電磁閥，其中，階梯狀的所述導(dǎo)管具有鄰近所述上部的閉合端，所述彈簧在所述閉合端和所述銜鐵之間作用。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的直動式電磁閥，其還包括大致圓筒形的上部磁極元件和大致圓筒形的下部磁極元件，所述導(dǎo)管的所述下部穿過所述下部磁極元件，所述導(dǎo)管的所述上部穿過所述上部磁極元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的直動式電磁閥，其中，所述上部磁極元件的內(nèi)徑小于所述下部磁極元件的內(nèi)徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的直動式電磁閥，其中，所述上部磁極元件的內(nèi)徑小于所述下部的外徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的直動式電磁閥，其中，所述上部磁極元件的內(nèi)徑小于所述下部的外徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的直動式電磁閥，其中，所述上部磁極元件的壁厚大于所述下部磁極元件的壁厚。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的直動式電磁閥，其中，所述導(dǎo)管的所述上部的壁厚小于所述導(dǎo)管的所述下部的壁厚。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的直動式電磁閥，其中，在直動式電磁閥中，所述導(dǎo)管的所述上部的壁厚小于所述導(dǎo)管的所述下部的壁厚。
19.一種用于在一裝置中使用的直動式電磁閥的螺線管，其包括銜鐵；銅線的線圈；導(dǎo)管，所述導(dǎo)管在其中承載有銜鐵；上部磁極元件，其具有所述導(dǎo)管從其中延伸穿過的一部分，所述上部磁極元件具有內(nèi)徑；和下部磁極元件，其具有所述導(dǎo)管從其中延伸穿過的一部分，所述下部磁極元件的內(nèi)徑大于所述上部磁極元件的內(nèi)徑。
全文摘要
提供一種用于直動式電磁閥的螺線管，其使線圈中的銅被減少。螺線管利用其導(dǎo)管的階梯狀外形，這減小了磁路中的磁阻，以便能夠使用具有較少的銅的繞線的線圈。還提供了一種直動式電磁閥，其利用了這種銅減少的螺線管。
文檔編號H01F7/08GK102568739SQ20111042841
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者T·恩蓋延 申請人:羅伯特紹控制器公司