燃气比例阀用先导驱动装置的优化设计

燃气比例阀用先导驱动装置的优化设计

宇泰安,徐立权

绍兴艾柯电气有限公司

摘要：本文主要分析了目前先导式燃气比例阀的优点以及存在的问题，针对性地提出了一种先导驱动装置及燃气比例阀，使其能够解决现有技术中存在较大漏磁通，导致永磁体效能浪费的问题。

关键词：先导式、磁场、永磁体、线性度

1、背景技术

燃气比例阀作为壁挂炉及热水器燃气燃烧控制的核心零部件，一般分为先导式和直动式，先导式燃气比例阀较直动式稳压能力更好，得益于先导结构的伺服反馈系统，先导调压膜片感受燃气比例阀出口的压力及流量的波动，实时地调节对应主阀膜片的背腔压力，以快速达到响应减小出口压力变化，达到更好的稳压效果。现有先导结构一般为动芯式结构，该结构中动铁芯在隔磁套管内滑动，存在一定的摩擦力，导致每次调节或存在一定的压力变化，不利于比例阀出口流量的精确调节。为了消除比例阀调节部件的摩擦力，改善小功率燃烧稳定性，会在先导驱动装置中引入音圈喇叭的驱动方式，具有很好的线性度，但还是会因具有较大漏磁通，导致永磁体效能被浪费。

2、先导驱动装置的结构设计

先导驱动装置包括磁场发生体、线圈执行体、簧片组件、罩壳和底座。

2.1磁场发生体

磁场发生体包括均呈环状并依次层叠设置的导磁盖、第一永磁体、第一中极板、第二中极板、第二永磁体、导磁板以及导磁套，导磁套从导磁盖的中孔穿设至导磁板的中孔，第一永磁体和第二永磁体同名磁极相对，以保证由第一中极板和第二中极板通过的磁场是与中部穿设的线圈执行体垂直的，磁场发生体的导磁套与导磁盖连接。线圈执行体的主体结构包括设置绕线的筒体和绕在筒体外表面的绕线，筒体的两端即线圈执行体的两端，线圈执行体的两端分别通过第一弹簧以及簧片组件弹性顶持，使线圈执行体在磁场发生体中部处于悬浮状态，在线圈执行体通电后收到洛伦兹力的作用相对磁场发生体可以往复运动，且线圈执行体与导磁套之间具有间隙，与导磁盖、第一永磁体、第二永磁体、第一中极板、第二中极板以及导磁板等的中孔均有间隙，这样线圈执行体可以在洛伦兹力的作用下，在磁场发生体中无摩擦的往复运动。

2.2线圈执行体

线圈执行体第一端从导磁板的中孔向导磁盖方向穿设，套在导磁套外侧并与导磁套之间具有间隙，线圈执行体能够沿着导磁套的轴心方向往复运动。

线圈执行体的第二端侧壁间隔的设置有多个镂空，导磁板的中孔边沿间隔的设置多个向中心延伸的凸起，凸起分别与镂空相对，并伸入镂空预设距离。线圈执行体的主体结构中，其缠绕线材的筒体第一端外壁绕线(即绕组)，第二端则与侧壁间隔的设置镂空，这样适配的在导磁板的中孔边沿设置凸起，并将线圈执行体穿设在导磁板的中孔后，线圈执行体的侧壁镂空正好与导磁板的凸起相对，导磁板的凸起可以向线圈执行体的侧壁伸入一定距离，使导磁板的凸起与导磁套之间的间隙较小，从而保持第二永磁体、第二中极板、导磁套以及导磁板形成的磁场回路的磁畅通，降低磁阻，提高第二永磁体的效能。

线圈执行体的第二端端部一周间隔的设置有多个支腿，端部中间设置有绕线柱，绕线柱为筒状且侧壁相对的设置有通槽。线圈执行体的第二端侧壁间隔的设置有内线槽和外线槽，端部环绕绕线柱设置有容置槽，容置槽沿线圈执行体的侧壁连通所述内线槽。

2.3簧片组件

簧片组件设置在导磁板远离第二永磁体的一侧，并与线圈执行体的第二端配合。其中，第一中极板的内环设置有向第一永磁体方向弯折的第一翻边，第二中极板的内环设置有向第二永磁体方向弯折的第二翻边，第一翻边的高度大于等于第一永磁体厚度1/4并小于第一永磁体厚度1/2，第二翻边的高度大于等于第二永磁体厚度1/4并小于第二永磁体厚度1/2。

2.4罩壳和底座

底座具有导气孔，与罩壳开口端连接将磁场发生体、线圈执行体和簧片组件限位在罩壳中，线圈执行体的第一端与罩壳顶部通过第一弹簧抵顶，线圈执行体的第二端从底座中部穿过，底座用于与燃气比例阀本体连接，位于燃气比例阀本体的先导阀上方，线圈执行体的第二端与先导阀的先导膜片组相对。

3、工作原理

磁场发生体的第一永磁体、导磁盖、导磁套以及第一中极板形成一个磁场回路，第二永磁体、导磁盖导磁套以及第二中极板形成另一个磁场回路，由于第一永磁体和第二永磁体是同名磁极相对，使经过第一中极板和第二中极板的磁场线与线圈执行体的线圈是垂直的，在线圈执行体通电后，通电的线圈在磁场中受到洛伦兹力，驱使线圈执行体沿导磁套的轴心方向运动。由于在第一中极板和第二中极板的内环处分别设置有向两侧永磁体弯折的翻边，通过翻边的设置可以增大第一中极板和第二中极板与线圈执行体的线圈相对面积，即增大与线圈执行体的线圈长度方向的对应，增大导磁面积，能够更好的聚拢永磁体磁极的磁场，这样根据洛伦兹力公式F＝BIL，在保持输入电流不变的情况下，拥有较大的洛伦兹力，即能够充分利用两个永磁体的磁通，解决漏磁通较大的情况。

4、总结

先导驱动装置通过结构优化，解决了漏磁通较大的情况，提高永磁体的效能，起到加大推力的效果，降低对永磁材料性能等级的要求，降低材料成本，进而使先导驱动装置具有很好的线性度，提高先导驱动装置的控制精度。

参考文献

[1] 杨立峰. 燃气比例阀的研究[J]. 军民两用技术与产品,2017(24):130.

[2] 刘桦,王杰盛,蒋小波,张毅. 燃气比例阀背压管连接结构的设计与应用[J]. 日用电器，2022(7):91-94.

[3] 苏运坤, 胡业龙, 陈鹏,等. 燃气采暖热水炉燃气比例阀的耐久性能[J].  2022(16).