CN101923937B - 一种低压电器用电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压电器用电磁铁，包括静铁心、动铁心以及至少一个设置在静铁心或动铁心上的线圈，其中，所述动铁心上形成有突台，所述静铁心两极靴间与突台相对的位置留有间隙。所述动铁心呈T字形状，包括极面部分和突台，所述突台伸入到静铁心两极靴间的间隙内。本发明提供的低压电器用电磁铁，能够减小电磁铁体积，减少用材且保持大吸力。

Description

一种低压电器用电磁铁

技术领域

本发明涉及一种电磁铁，尤其涉及一种低压电器用电磁铁。

背景技术

目前的直流电磁铁,达到大的行程时，由于漏磁较多对体积要求比较大，需要安匝数大，线圈体积，铁心体积都要求较大，就要提高铁耗铜耗。

现在广泛使用的电磁铁，不论是牵引式电磁铁或推动式电磁铁、制动电磁铁，还是各种交流接触器用电磁铁，共同存在的问题是功耗多、噪音大、吸合时撞击严重、寿命低、需要优良的电工硅钢板材，加工制造困难，耗铜量多，体积大，动铁心导向差，使用时一般只能垂直安装。针对这些问题，已经出现了很多解决方案，如交流接触器的各种无声运行控制电路、剩磁保持式继电器、双线圈交流接触器、永磁保持式继电器、机械自锁式继电器、高低电压驱动式电磁铁等。

法国专利文献FR2801721（A1）涉及一种直流电磁铁用于如接触器或接触器-断路器那样的开关电器。电磁铁具有一个与磁路合作的感应线圈。磁路由一个固定部分和一个活动部分组成。它的磁路由铁片组装构成。这些铁片有些高度不高，互相组装在一起。由组装的铁片形成的磁路部分是一个由铁心和极靴组成的活动衔铁。由于极靴的表面大于铁心的截面，该活动衔铁的组装件由H形的铁片和（为了实现极靴）补足铁心铁片分枝的I形铁片组成。

美国专利文献US2002053965（A1）介绍了包括一个锚型的衔铁的铁心，一个有平滑极面的磁轭，铁心光滑并且有衔铁插在它的顶端。

中国专利文献ZL01110057.5，名称为“电磁驱动装置和电磁继电器”的发明专利公布的技术方案中，永久磁铁垂直于偏离U－型铁心中心段的中心位置。电枢在偏离中心位置具有作为支点的凸起，支点放置在永久磁铁的上端面。同样，线圈缠绕在中心位置的近侧上的铁心的磁极片上。利用电磁铁的支点位置不同改变了电磁铁的特性。

上述专利均是通过增加永磁和其它结构改变电磁铁的特性，虽然减小了电磁铁体积，但结构上改动大，增加了永磁和其它零件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低压电器用电磁铁，减小电磁铁体积，减少用材且保持大吸力。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种低压电器用电磁铁，包括静铁心、动铁心以及至少一个设置在静铁心或动铁心上的线圈，其中，所述动铁心上形成有突台，所述静铁心上两个极靴之间与突台相对的位置留有间隙。

上述的低压电器用电磁铁，其中，所述动铁心呈T字形状，包括极面部分和突台，所述突台伸入到静铁心的两个极靴之间的间隙内。

上述的低压电器用电磁铁，其中，所述静铁心为两个相互对称放置的“I”字型静铁心，每个“I”字型静铁心包括铁心柱和极靴，所述极靴面积大于铁心柱面积，两个“I”字型静铁心的极靴间形成有间隙。

上述的低压电器用电磁铁，其中，每个“I”字型静铁心的铁心柱上设有一个线圈及骨架。

上述的低压电器用电磁铁，其中，所述突台的宽度为两极靴之间气隙的60%～80%，高度为磁铁的主工作气隙的90%～110%。

上述的低压电器用电磁铁，其中，所述动铁心上形成有两个突台，两个突台之间放置用于提供电磁铁释放反力的弹簧。

上述的低压电器用电磁铁，其中，所述静铁心和动铁心安装在支架上，所述支架上设置有导槽，所述突台和导槽滑动相连。

上述的低压电器用电磁铁，其中，所述动铁心通过动铁心托架和传动压板相连, 所述传动压板和行程开关器件相连。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的低压电器用电磁铁，所述动铁心上形成有突台，在不提高安匝数的前提下，通过形成第二个磁回路提高吸力，从而可以有效的节能，并控制了电磁铁的体积，使其能在体积有限制的条件下应用。由于安匝较低，有效利用了能源的同时，减小了小气隙时静铁心对动铁心的冲击，提高了电磁铁的寿命。此外，本发明利用传动压板和行程开关器件相连，有效提高了电磁铁的可靠行程，进一步控制了电磁铁的体积。

附图说明

图1为本发明低压电器用电磁铁结构示意图；

图2为本发明电磁铁的静铁心、动铁心结构立体图；

图3为本发明电磁铁的静铁心、动铁心结构正视图；

图4 为本发明的突台在导槽中限定动铁心运动方向的示意图；

图5为本发明的含有两个突台的电磁铁结构示意图。

图6为无突台结构的电磁铁磁路示意图；

图7为本发明带突台结构的电磁铁磁路示意图；

图8为本发明T字形动铁心及磁路分布示意图；

图9为本发明动铁心的突台上吸力分量示意图；

图10为本发明电磁铁因行程不同突台上吸力变化分量示意图；

图11为本发明电磁铁与现有电磁铁的吸力曲线对比示意图；

图中：

1 支架               2 线圈                3 动铁心托架

4 动铁心             4a 极面部分           4b 突台

5 传动压板            6 静铁心              6a 铁心柱

6b 极靴              7 弹簧                8 导槽

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明低压电器用电磁铁结构示意图；图2为电磁铁的静铁心、动铁心立体图；图3为本发明电磁铁的静铁心、动铁心结构正视图。

请参见图1、2和3，本发明提供的低压电器用电磁铁包括静铁心6、动铁心4以及至少一个设置在静铁心6或动铁心4上的线圈，其中，所述动铁心4上形成有突台4b，所述静铁心6的极靴之间与突台4b相对的位置形成有间隙J。静铁心6和动铁心4可以安装在支架1上，支架1由非导磁材料构成，用于支撑静铁心6和动铁心4，确保电磁铁功能的实现。

图4 为本发明的突台在导槽中限定动铁心运动方向的示意图。

请参见图4，动铁心4的突台4b还能在支架1的导槽8中滑动，从而起到限定动铁心4运动，保证动铁心4在运动过程中总是同静铁心6极靴面水平相对，保证动铁心4吸合、释放运动可靠。

图5是本发明的另一个优选实施例，这个实施例在采用本发明间隙和主工作气隙优选比例的条件下，采用了两个突台的结构除能满足电磁铁性能优化外，两个突台能够对弹簧7进行限位，弹簧7用于提供电磁铁释放的反力。其它同类产品一般将弹簧装在外侧同动铁心支架相连提供反力，本实施例与同类产品相比，不占用外部空间，利用自身内部空间实现了反力功能，节省了体积更加紧凑。

此外，所述动铁心4可以通过动铁心托架3和传动压板5相连, 所述传动压板5和行程开关器件相连，如图1所示。传动压板5起到电磁铁行程的放大作用，依据杠杆原理托架在M点压动压板，会使压板在N点的行程大于在M点的行程因此起到了，压板结构的存在，利用杠杆原理变相增加了电磁铁的行程，在对电磁铁体积有要求的应用场合有很大的实用价值，使电磁铁在有限的体积内实现功能。

图6为无突台结构的电磁铁磁路示意图；图7为本发明带突台结构的电磁铁磁路示意图。

请参见图6和7，本发明提供的低压电器用电磁铁，所述动铁心4上形成有突台4b，在不提高安匝数的前提下，通过形成第二个磁回路，即辅助磁路C2提高吸力。

图8为本发明T字形动铁心及磁路分布示意图。

请参见图8，上述的低压电器用电磁铁，作为优先选择，所述动铁心4可以呈T字形状，包括极面部分4a和突台4b，所述突台4b伸入到静铁心6的极靴之间的气隙内。所述静铁心6可以采用两个相互对称放置的“I”字型静铁心，每个“I”字型静铁心包括铁心柱6a和极靴6b，所述极靴6b面积大于铁心柱6a面积，两个“I”字型静铁心的极靴间形成有间隙J。每个“I”字型静铁心的铁心柱6a上设有一个线圈2及骨架。

下面详细描述本发明带突台结构的电磁铁磁路以及增加吸力的原理过程，本发明提供的低压电器用电磁铁，静铁心和动铁心由导磁材料构成，从图中可知，构成磁路的静铁心6有两个对称的放置，每个静铁心包括铁心柱6a和极靴6b,6b面积比铁心大，增加与静铁心的相对面积，减少漏磁通；两个静铁心相对称放置，中间通过极小的间隙相对，构成磁路的静铁心部分。动铁心4整体成T字形，由同极靴相对的极面部分4a，和突起进入静铁心之间的部分 4b构成，其中4a同静铁心一起构成了电磁铁的主磁路C1，对电磁铁的吸合起主导作用；4b同动铁心、静铁心极靴的中间部分构成了一个辅助的磁环路C2，同时4b还同支架1一起构成限位保证了动铁心4的运动中极面始终同极靴极面相对，保证了漏磁通的最小化。

由于增加了4b部分,当主工作气隙H较小时，主磁路C1起主要作用，C2辅助磁路的作用很小，但是当主工作气隙H大时,由于磁路C1中气隙的加大，漏磁通的增多，C1磁路中磁场强度下降很快，但是对于辅助磁路C2，主工作气隙H的增大并没有影响磁路,由于动铁心同静铁心极靴形成的气隙K保持不变，因此C1磁路的磁场强度并不随主工作气隙H的增大而减小。

正是由于上述特性，本发明的电磁铁可以在大气隙时提供比一般电磁铁更大的初始吸力，而不用增加电磁铁的安匝数和铁心面积，在节省铜和铁的同时又节约了体积。在不增加材料的情况下，在吸合的过程中，全程增加了由磁路C2形成的吸力，充分利用了磁通能量。在主工作气隙H较小时，由于磁路C1占主导地位，因此C2磁路形成的吸力可以忽略，并不会因磁路C2存在而增大动铁心对极靴的冲击力。而气隙K较大时，由于C1产生的吸力与C2 产生的吸力已经处于大小相当的范围之内，C2磁路的存在对于动铁心的初始运动会产生有利于吸合的吸力作用。释放时，由于突台4b同静铁心的气隙K，同主工作气隙H相比很大，由剩磁而产生的力并不会因这个结构而增加 ，因此并不会影响电磁铁的失电释放时间。与此同时4b部分又起到了动铁心运动定位的作用，并未因此而增加其它零件。并且考虑到突台4b的尺寸不同对初始吸力的影响大小程度也不同，可以通过调整突台的尺寸，设定需要的初始吸力。同时由于提供了水平分量的力，增加了动铁心运动的稳定性，可靠性。

动铁心突台4b的尺寸对磁铁的吸力有影响，经过仿真计算可知宽度X不变，当Y的大小同动、静铁心气隙大小相当时，吸力最大。动静铁心气隙Y值保持不变，突台宽度X不同时吸力大小也不同，比如X取值为7mm，6.5mm，6mm时的吸力曲线各不相同。虽然由于X值不同，吸力曲线的数值大小有不同，但是其上升下降趋势是一致的，下面简单分析其趋势上升下降原因。

请继续参见图6，出现最大气隙时，没有小突台时电磁铁中的磁通流向，设此时的总磁通为                                                

，漏磁通为

，流过动铁心的磁通

，有

＝

＋

。 如图7所示，加入小突台4b后，因为小突台亦为导磁性材料，会有一部分磁通从其中流过，动铁心中的磁通分为两部分，流过动铁心主体的

和流经小突台的

。而施加的激励不变的情况下，总的磁势不变因此有

＝＋

＋

，即原来没有突台时的磁通被分成了两个分量。这两个分量的比例和其对动铁心的作用情况将会影响电磁铁的吸力。由于增加了突台变相的减小了动静铁心之间的距离即有

>

，

＋

>

。因此，加入突台后比没加突台时的初始吸力要高。

图9为本发明动铁心的突台上吸力分量示意图；图10为本发明电磁铁因行程不同突台上吸力变化分量示意图；图11为本发明电磁铁与现有电磁铁的吸力曲线对比示意图。

请参见图9，电磁铁离开初始位置，做吸合运动，此时磁通和吸力情况又有了进一步的变化。由于气隙减小，通过动铁心的磁通加大，突台进入了II形静铁心之间，其分散了很大一部分从动铁心主体流过的磁通，并且这些分散的磁通很大一部分为平行于静铁心并不有利于吸合，因此图9中的吸力有一个明显的下降。

如图10所示，随着进一步吸合，由于流过突台的磁通进一步加大，作用在突台上的合力也随之加大，但是，对于其在竖直方向的分力则并不是一个单调上升的过程，而是一个抛物线的过程。这时因为影响其竖直分量的大小的因素有合力的大小和同水平方向夹角两个因素，如图10所示，在突台刚刚进入II形静铁心中间时，由于突台还未磁饱和合力增长很快F2 > F，虽然夹角有所减小，但是对于竖直分量还是增加了F2y > Fy。而随着突台进一步进入，磁通趋于饱和，虽然F3仍大于F2，但是其在量上已无法抵消，由于角度随动铁心的吸合而逐渐减小（c<b<a）造成的竖直分量的减小，F3y < F2y。

因此，吸力曲线有一个抛物线形状，如图11所示，曲线①为无突台时的吸力曲线，曲线②为突台4b宽度X取7mm时的吸力曲线，吸力上升到最大值之后减小。而当吸力减小到一定情况后将维持在一个水平上不再下降，但是其总是小于没有突台时的力，这是因为其分掉了一部分的磁通，而这部分磁通对于吸力增大并没有贡献。而最后小气隙时，由于主磁路的气隙大小已与第二磁路的气隙大小相当，磁通又回归主磁路，因此吸力又变大。

总之，由于突台结构的增加，会对电磁铁的吸力特性有较大的改善，若利用突台结构来增大初始吸力，则突台在X方向上为极靴之间气隙的60%～80%，且Y方向取值应为磁铁的主工作气隙90%～110%时为最优值；若要减小动铁心对静铁心的冲击，增加吸合的稳定可靠性，则突台在Y为方向取值高过极靴， X方向上可依据需要调整，越大则吸力越平缓。只要依照上述限定突台尺寸，则可达到电磁铁特性的优化。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种低压电器用电磁铁，包括静铁心（6）、动铁心（4）以及至少一个设置在静铁心（6）或动铁心（4）上的线圈，其特征在于，所述动铁心（4）上形成有突台（4b），所述静铁心（6）两极靴间与突台（4b）相对的位置留有间隙；所述动铁心（4）呈T字形状，包括极面部分（4a）和突台（4b），所述突台（4b）伸入到静铁心（6）的两极靴间的间隙内；所述静铁心（6）为两个相互对称放置的“I”字型静铁心，每个“I”字型静铁心包括铁心柱（6a）和极靴（6b），所述极靴（6b）面积大于铁心柱（6a）面积，两个“I”字型静铁心的极靴间形成有间隙。

2.如权利要求1所述的低压电器用电磁铁，其特征在于，每个“I”字型静铁心的铁心柱（6a）上设有一个线圈及骨架。

3.如权利要求1所述的低压电器用电磁铁，其特征在于，所述突台（4b）的宽度为两极靴之间气隙的60%～80%，高度为磁铁的主工作气隙的90%～110%。

4.如权利要求1所述的低压电器用电磁铁，其特征在于，所述动铁心（4）上形成有两个突台（4b），两个突台（4b）之间放置用于提供电磁铁释放反力的弹簧（7）。

5.如权利要求1～4所述的任一低压电器用电磁铁，其特征在于，所述静铁心（6）和动铁心（4）安装在支架（1）上，所述支架（1）上设置有导槽（8），所述突台（4b）和导槽（8）滑动相连。

6.如权利要求1～4所述的任一低压电器用电磁铁，其特征在于，所述动铁心（4）通过动铁心托架（3）和传动压板（5）相连, 所述传动压板（5）和行程开关器件相连。

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