CN101162640A - 一种智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构 - Google Patents

Abstract

一种智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，与现有类似功能的产品相比，它的控制精度更高。主要包括位于同一轴线上并依次前后连接的衔铁、复位螺旋弹簧、定铁芯和永磁体和包容它们的绝磁铜套，其中，衔铁包括位于同一轴线上并依次前后固连的衔铁前凸部分、衔铁主体部分和衔铁后凸部分；衔铁前凸部分由绝磁材料构成；复位螺旋弹簧位于衔铁后凸部分与定铁芯之间，永磁体为整体结构并紧贴在所述定铁芯的后部；衔铁和复位螺旋弹簧可在绝磁铜套内滑动。本发明主要用于需要小电流并需要对离、合工位予以精确控制的智能锁具等电子产品。

Description

一种智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构

技术领域

本发明涉及一种智能锁具用双稳态电磁铁，更确切地说是涉及一种智能锁具用的双稳态电磁铁的磁芯结构。

背景技术

目前市场上一般都采用电磁铁作为电子锁具离合系统或驱动系统的执行机构，即电流通过线圈产生磁场，驱动电磁铁的衔铁克服弹簧的阻力运动，直至吸合；停止给线圈通电则磁感应消失，弹簧复原推动衔铁回到初始位置，从而完成释放动作，并由弹簧作用保持释放状，从而实现对电子锁具离合系统或驱动系统的执行功能。因为在线圈不通电的情况下衔铁无法仍保持吸合状态，所以这种技术方案称为单稳态电磁铁。也有采用双稳态结构的电磁铁，如专利号为ZL02226896.0，授权公告日是2003年9月24日，名称为“电脑锁用双稳态电磁铁”中公开了一种电脑锁用的双稳态电磁铁，在导磁回路中加装了环形的永磁体，当线圈通电后，吸铁穿过永磁铁后吸合在永磁铁上；当线圈停止通电后，吸铁仍然保持在该种工作状态。但这种双稳态电磁铁存在许多不足：

1.由于其整个动铁芯也即通常所说的衔铁是一体化的软铁材料，突出电磁铁的衔铁部分容易被磁化，当有外部强磁干扰的情况下，动铁芯易产生径向间隙偏心跳动而向单边吸合和误动作；

2.它无法去除轴向外磁力对动铁芯的干扰，因为突出电磁铁的衔铁部分即动铁芯外端部分直接驱动锁的离合或驱动部件，而这些部件多为铁金属材料，当金属部件被衔铁所带剩磁或外界其它强磁体磁化之后，它就会对动铁芯产生一个额外的，与动铁芯预期行程方向相反的吸合力或排斥力，妨碍动铁芯的正常动作；

3.该专利的永磁体呈环形，在相同的投影面积下，其吸力效能较低。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种控制精度高，使用寿命长的智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，主要包括位于同一轴线上并依次前后连接的衔铁、复位螺旋弹簧、定铁芯和永磁体，其特征是，所述衔铁包括位于同一轴线上并依次前后固连的衔铁前凸部分、衔铁主体部分和衔铁后凸部分；所述衔铁前凸部分由绝磁材料构成并位于所述衔铁的前端，所述衔铁主体部分及固连在其后部的所述衔铁后凸部分由软磁材料构成并同轴固连；所述复位螺旋弹簧位于所述衔铁后凸部分与所述定铁芯之间，所述永磁体为整体结构并紧贴在所述定铁芯的后部。

上述绝磁材料，是一种剩磁量极低，也极不容易被磁化的非磁材料，如陶瓷、奥式体不锈钢、铜合金和铝合金等具备一定机械强度的材料。上述软磁材料，是一种剩磁量低，但容易被磁化的而利于传导磁场的磁性材料，如纯铁、钴、铁氧体、非晶合金电工钢、矽钢、硅钢等软磁性材料。上述的永磁体，是一种剩磁量高且比较稳定的材料，如铁硼永磁材料、钕铁硼永磁材料等磁性材料。所述永磁体为整体结构，是指所述永磁体中间没有孔的实心整体结构。

所述定铁芯是一种软磁材料制造的部件，起传导磁场和隔离衔铁冲击的作用，防止永磁体与其前面的衔铁直接碰撞冲击而损坏永磁体。

本发明还可以是，所述衔铁后凸部分的直径小于所述衔铁主体部分的直径，所述复位螺旋弹簧的前端套装在所述衔铁后凸部分上，从而当所述衔铁后凸部分被磁场驱动时，可以使所述衔铁后凸部分在弹簧被压缩时，其后部尾端面能够穿过被压缩的所述复位螺旋弹簧进而紧贴在所述定铁芯的前端面，增强永磁体所产生的磁场对衔铁的吸引力。

本发明还可以是，所述定铁芯的中心还设置有承载孔，所述承载孔是盲孔，所述衔铁后凸部分可滑动地穿过支承在所述承载孔中；还可以是，所述承载孔是通孔，所述承载孔的直径小于所述衔铁主体部分的直径，所述衔铁后凸部分可滑动地穿过支承在所述承载孔中，这样可以借助于所述承载孔形成对所述衔铁的行程的限位。上述方案设计，可以借助于所述承载孔，对所述衔铁后凸部分形成轴向滑动轴承的支撑平衡，减少所述衔铁后凸部分在滑动过程中跳动。其次，当所述衔铁后凸部分被磁场驱动时，使所述衔铁后凸部分穿过并支承在所述承载孔中，其后部尾端面能够贴近所述永磁体，使永磁体的效能提高。所述衔铁后凸部分的后部尾端面贴近永磁体，是指衔铁后凸部分的尾端面基本接近永磁体但不会对永磁体产生机械冲击或仅仅只有很小的冲击力但不会损坏永磁体。

本发明还可以是，所述衔铁前凸部分的直径小于所述衔铁主体部分的直径，从而不仅节省材料，也能通过所述衔铁前凸部分与所述衔铁主体部分形成的台阶，借助于电磁铁的前盖板孔形成对所述衔铁的限位，将所述衔铁的轴向滑动范围限制在确定的范围内。

本发明还可以是，还包括绝磁铜套，所述衔铁、复位螺旋弹簧、定铁芯、永磁体全部包容在所述绝磁铜套内；所述衔铁和复位螺旋弹簧可在所述绝磁铜套内滑动，从而可通过所述绝磁铜套，屏蔽电磁铁线圈间的漏磁及外部干扰电磁的干扰，同时又可以增强对铜套内运动部件的润滑作用从而减少磨损。

由于采用了上述技术方案，本发明因此具有了更好的效果：

1.衔铁前凸部分单独采用绝磁材料，保证被其驱动的锁离合或驱动系统的部件不会因磁化对衔铁行程动作构成妨碍，同时也屏蔽部分外部干扰磁场对衔铁主体部分和衔铁后凸部分的影响进而导致衔铁偏心，使利用本发明技术方案制造的电磁铁控制精度高，稳定性好。

2.将衔铁设计成三部分的结构，不仅可以借助衔铁前凸部分形成的凸台实现对衔铁的限位，而且可以借助于衔铁后凸部分稳定复位弹簧，又能使衔铁的后凸部分穿过复位弹簧后贴近定铁芯或永磁体，实现最大的吸引力，使利用本发明技术方案制造的电磁铁稳定性好，且在衔铁后凸部分被吸附在定铁芯或永磁铁上后，线圈可以停止通电，从而节省供电电量。

3.将弹簧装置在衔铁后凸部分与定铁芯之间，并同时设置在绝磁铜套内，使电磁铁的整体结构简单，体积及外形受限更少。

4.衔铁、定铁芯、永磁体设置在绝磁铜套内，不仅使电磁铁的整体结构简单，体积及外形受限更少，也能有效地隔绝线圈漏磁和外部强磁的干扰，防止衔铁产生误动作；同时又可以增强对铜套内运动部件的润滑作用从而减少磨损，使利用本发明技术方案制造的电磁铁寿命提高。

5.将定铁芯的中心设置有承载孔，能对所述衔铁后凸部分形成轴向滑动轴承的支撑平衡，减少所述衔铁后凸部分在滑动过程中跳动，又能使所述衔铁后凸部分的后部尾端面贴近所述永磁体，使永磁体的效能提高。

6.所述永磁体为整体结构并设置在与衔铁同一轴线上，可以使所述永磁体发挥最大的效能。

由于本发明具有上述优点，使得利用该磁芯结构制造的双稳态电磁铁，能够用于需要小电流、节能并需要对开、关或离、合两个工位予以精确控制的智能锁具等电子产品。

附图说明

图1是应用本发明技术方案的实施例1的结构示意图；

图2是应用本发明技术方案的实施例2的结构示意图。

如图所示，1衔铁，2前盖板，3线圈骨架，4绝磁铜套，5线圈，6弹簧，7定铁芯，8永磁体，9后盖板，10导磁固定架 11衔铁前凸部分，12衔铁主体部分，13衔铁后凸部分，21前盖板限位孔，71承载孔。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，主要包括位于同一轴线上并依次前后连接的衔铁1、复位螺旋弹簧6、定铁芯7和永磁体8，其中，所述衔铁1包括位于同一轴线上并依次前后固连的衔铁前凸部分11、衔铁主体部分12和衔铁后凸部分13；所述衔铁前凸部分11是绝磁的奥式体不锈钢材料制成并位于所述衔铁1的前端，其外径小于所述衔铁主体部分12的外径；所述衔铁主体部分12及固连在其后部的所述衔铁后凸部分13由纯铁软磁材料制成并同轴固连；所述衔铁后凸部分13的外径小于所述衔铁主体部分12的外径，所述复位螺旋弹簧6位于所述衔铁后凸部分13与所述定铁芯7之间且所述复位螺旋弹簧6的前端部分套装在所述衔铁后凸部分13上；所述永磁体8为整体结构并紧贴在所述定铁芯7的后部，所述永磁体8位于所述定铁芯7的后部。

如图1所示，还包括中空结构的绝磁铜套4，所述衔铁1、复位螺旋弹簧6、定铁芯7和永磁体8容纳在所述绝磁铜套4内。所述绝磁铜套4不仅可以屏蔽线圈间产生的漏磁及外部干扰磁场，而且可以对在其内运动的部件起到润滑作用，减少磨损及产生径向跳动。为了使所述绝磁铜套4内的主磁场均匀，所述绝磁铜套4为圆桶形。所述定铁芯7和永磁体8固定在所述绝磁铜套4内，而所述衔铁1、复位螺旋弹簧6在所述绝磁铜套4内可以滑动，其形状和尺寸与所述绝磁铜套4的内腔适配。当所述衔铁1处于自由状态时，其前端部位即所述衔铁前凸部分11可以完全伸出所述绝磁铜套4所包容的空间。

如图1所示，与上述智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构配合安装使用的部件还包括前盖板2、前盖板限位孔21、线圈骨架3、线圈5及后盖板9。所述线圈5绕制在所述线圈骨架3的外部，通电后形成对所述衔铁主体部分12的驱动主磁场；所述线圈骨架3为中空结构，其内壁紧贴安装所述绝磁铜套4；在所述线圈骨架3和绝磁铜套4的两端，分别安装所述前盖板2及后盖板9，从而形成一个稳固的电磁铁整体。所述前盖板2是绝磁材料制造并位于电磁铁的前端，其中心设置前盖板限位孔21，其大小以让所述衔铁前凸部分11适配性穿过，但前盖板限位孔21的直径小于所述衔铁主体部分12的直径，从而可以阻止所述衔铁主体部分12穿过；由于所述衔铁前凸部分11外径小于所述衔铁主体部分12的外径，从而借助于该前盖板限位孔21，将所述衔铁主体部分12限制在所述绝磁铜套4内。所述后盖板9是软磁材料制造，并位于电磁铁的尾端，通过所述后盖板9将所述定铁芯7和永磁体8限制固定在绝磁铜套4内。所述前盖板2或后盖板9与所述线圈骨架3之间设置导磁固定架10，所述导磁固定架10将所述前盖板2或后盖板9与所述线圈骨架3连接起来并固定为一体，同时又可以传导线圈5产生的主磁场并形成该主磁场的部分磁路。所述导磁固定架10由纯铁、矽钢、硅钢等具备较高机械强度的电工钢软磁材料制造。

在线圈5未通电的通常状态下，衔铁1的衔铁在复位螺旋弹簧6的驱动下，其衔铁前凸部分11穿过前盖板2伸出电磁铁外；给线圈5一个正向脉冲电流，线圈产生的正向磁力与永磁体8的磁力同向叠加，使衔铁1与定铁芯7之间产生吸引力吸动衔铁1克服套装在衔铁后凸部分13上的复位螺旋弹簧6的阻力向定铁芯7方向运动，当两者的空隙最小时，吸引力达到最大，完成吸合动作。脉冲电流消失后，永磁体8通过定铁芯7对衔铁1的吸引力依然大于复位螺旋弹簧6的反力，使衔铁1继续保持吸合状态。当线圈5被输入一个反向电流，线圈5产生的反向磁场力与永磁体8的磁力冲减但与复位螺旋弹簧6的反力同向叠加，使衔铁1与复位螺旋弹簧6一起克服永磁体8的吸引力，快速脱离定铁芯7作反向运动，完成释放动作，脉冲消失后，复位螺旋弹簧6反作用力大于永磁体8对衔铁1的吸引力，使衔铁1继续保持释放状态，从而实现了电磁铁的双稳态工作。在这个过程中，由于在线圈骨架3中空内壁上设置绝磁铜套4，衔铁前凸部分11及前盖板2也设置为绝磁材料，当外部存在强干扰磁场时，外部磁场被有效屏蔽和隔离，有效地减弱了外部磁场对衔铁1的影响，从而防止衔铁1产生误动作。而衔铁前凸部分11采用了绝磁材料，衔铁前凸部分11不会带剩磁，从而不会对被其驱动的锁离合金属部件产生任何磁化后果。

实施例2

如图2所示，与实施例1不同的是，所述定铁芯7的中心还设置有承载孔71，所述承载孔71是通孔，所述衔铁后凸部分13可滑动地穿过支承在所述承载孔71中，所述承载孔71的直径大于所述衔铁后凸部分13的直径但小于所述衔铁主体部分12的直径，这样可以借助于所述承载孔71形成对所述衔铁1的行程的限位，又能借助于所述承载孔71，对所述衔铁后凸部分13形成轴向滑动轴承的支撑平衡，减少所述衔铁后凸部分13在滑动过程中跳动。

当衔铁1处于释放状态时，所述衔铁后凸部分13的尾端可以与所述承载孔71分离，但如果所述衔铁后凸部分13的长度做得长一点，其尾端面也可以长期支承在所述承载孔71中。也就是说，所述衔铁后凸部分13的长度长一点或短一点，并不影响本技术方案的实施，仅仅与所述衔铁的行程设计有关。

当线圈5中通以正向脉冲电压时，所述衔铁后凸部分13在主磁场作用下穿过复位螺旋弹簧6后，再可滑动地穿过支承在所述承载孔71中，所述后凸部分13的尾端面滑动穿过所述承载孔71并贴近所述永磁铁8，从而使永磁铁的吸力效能更好。所述衔铁后凸部分13的尾端面贴近永磁体8，是指衔铁后凸部分13的尾端面基本接近永磁体8但不会对永磁体8产生机械冲击或仅仅只有非常小的冲击力，保证不会损坏永磁体8。

本实施例2的工作原理与动作过程与实施例1相近。

Claims (9)

1.一种智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，主要包括位于同一轴线上并依次前后连接的衔铁(1)、复位螺旋弹簧(6)、定铁芯(7)和永磁体(8)，其特征是，所述衔铁(1)包括位于同一轴线上并依次前后固连的衔铁前凸部分(11)、衔铁主体部分(12)和衔铁后凸部分(13)；所述衔铁前凸部分(11)由绝磁材料构成并位于所述衔铁(1)的前端，所述衔铁主体部分(12)及固连在其后部的所述衔铁后凸部分(13)由软磁材料构成并同轴固连；所述永磁体(8)为整体结构并紧贴在所述定铁芯(7)的后部。

2.根据权利要求1所述的智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，其特征是，所述衔铁后凸部分(13)的直径小于所述衔铁主体部分(12)的直径，所述复位螺旋弹簧(6)的前端套装在所述衔铁后凸部分(13)上。

3.根据权利要求2所述的智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，其特征是，所述定铁芯(7)的中心还设置有承载孔(71)，所述承载孔(71)是盲孔，所述衔铁后凸部分(13)可滑动地穿过支承在所述承载孔(71)中。

4.根据权利要求2所述的智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，其特征是，所述定铁芯(7)的中心还设置有承载孔(71)，所述承载孔(71)是通孔，其直径小于所述衔铁主体部分(12)的直径，所述衔铁后凸部分(13)可滑动地穿过支承在所述承载孔(71)中。

5.根据权利要求1所述的智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，其特征是，所述衔铁前凸部分(11)的直径小于所述衔铁主体部分(12)的直径。

6.根据权利要求5所述的智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，其特征是，还包括绝磁材料制造的前盖板(2)，所述前盖板(2)位于电磁铁的前端，其中心设置前盖板限位孔(21)；所述衔铁前凸部分(11)适配性穿过所述前盖板限位孔(21)，所述前盖板限位孔(21)的直径小于所述衔铁主体部分(12)的直径。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，其特征是，还包括绝磁铜套(4)，所述衔铁(1)、复位螺旋弹簧(6)、定铁芯(7)和永磁体(8)包容在所述绝磁铜套(4)内；所述衔铁(1)和复位螺旋弹簧(6)可在所述绝磁铜套(4)内滑动。

8.根据权利要求7所述的智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，其特征是，还包括软磁材料制造的后盖板(9)，所述后盖板(9)位于电磁铁的尾端，通过所述后盖板(9)将所述定铁芯(7)和永磁体(8)限制固定在绝磁铜套(4)内。

9.根据权利要求8所述的智能锁具用双稳态电磁铁的磁芯结构，其特征是，还包括导磁固定架(10)，所述导磁固定架(10)位于所述前盖板(2)或后盖板(9)与电磁铁的线圈骨架之间，并将所述前盖板(2)或后盖板(9)与所述线圈骨架连接起来并固定为一体。