CN101984496B - k型盘式比例电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种k型盘式比例电磁铁，包括衔铁(2)和推杆(6)等；衔铁(2)的纵剖面呈“k”形，衔铁(2)包括底部(21)、环形侧壁(20)和外圈(25)，在环形侧壁(20)的端部设置V形槽(22)；环形侧壁(20)与导磁外壳体(9)之间的间隙形成径向工作气隙Ⅰ(203)，环形侧壁(20)与导磁铁芯柱(8)之间的间隙形成径向工作气隙Ⅱ(204)，外圈(25)与导磁外壳体(9)之间的间隙形成轴向工作气隙Ⅲ(201)，底部(21)与导磁铁芯柱(8)之间的间隙形成轴向工作气隙Ⅳ(202)；在导磁铁芯柱(8)与导磁外壳体(9)所形成的环形空间内还设置永磁体(4)。其具有比例特性好等特点。

Description

k型盘式比例电磁铁

技术领域

本发明涉及一种盘式结构的比例电磁铁。

背景技术

比例电磁铁作为一种比例控制的电—机械转换器件，其功能是将电流信号转换为相应的力/位移信号。而通常的螺管式比例电磁铁的输出力和行程受限于结构，难以应用在一些对负载输出力要求较高或工作行程较长的场合。发明专利CN200910097989公开了一种双锥形盘式比例电磁铁，采用双锥形盘式衔铁的结构，有效地结合了传统螺管式比例电磁铁和盘式电磁铁的优点，提高了输出力；但是仍然存在着比例特性较差、输出力提高有限的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有比例特性好、输出力大和行程长的k型盘式比例电磁铁。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种k型盘式比例电磁铁，包括中空的导磁外壳体、内设空腔的导磁铁芯柱、控制线圈、衔铁和推杆；导磁铁芯柱套装在导磁外壳体的内腔中，在导磁铁芯柱与导磁外壳体所形成的环形空间内设置控制线圈；衔铁的纵剖面呈“k”形，衔铁包括底部和与底部固定相连的环形侧壁，在环形侧壁的外表面设置与底部相齐平的外圈，在环形侧壁的端部设置V形槽；包含V形槽的环形侧壁位于导磁铁芯柱与导磁外壳体所形成的环形空间内；环形侧壁的外表面与导磁外壳体之间的间隙形成径向工作气隙Ⅰ，环形侧壁的内表面与导磁铁芯柱之间的间隙形成径向工作气隙Ⅱ，衔铁的外圈与导磁外壳体之间的间隙形成轴向工作气隙Ⅲ，衔铁的底部与导磁铁芯柱之间的间隙形成轴向工作气隙Ⅳ；推杆贯穿导磁铁芯柱和衔铁的底部，推杆与衔铁固定相连，推杆与导磁铁芯柱滑动相连；在导磁铁芯柱与导磁外壳体所形成的环形空间内还设置永磁体，永磁体位于环形侧壁和控制线圈之间。

作为k型盘式比例电磁铁的改进：在底部与导磁铁芯柱之间的间隙内设置非导磁材料制成的限位片，限位片套装在推杆上。

作为k型盘式比例电磁铁的进一步改进：V形槽的两条斜边与轴向所成的夹角分别为夹角α和夹角β，夹角α为45～60°，夹角β为25～40°。

作为k型盘式比例电磁铁的进一步改进：滑动支撑部件与导磁铁芯柱固定相连，推杆在滑动支撑部件中滑动。

作为k型盘式比例电磁铁的进一步改进：在导磁外壳体上设有与导磁外壳体的内腔相连通的导线孔。

作为k型盘式比例电磁铁的进一步改进：导磁铁芯柱、导磁外壳体和衔铁均为导磁体，推杆由非导磁材料制成。

作为k型盘式比例电磁铁的进一步改进：永磁体为环状永磁体，其磁化方向为径向辐射向。

作为k型盘式比例电磁铁的进一步改进：夹角α为49°，夹角β为31°。

在本发明中，永磁体为环状永磁体，其由一块或多块永磁材料组成，其磁化方向为径向辐射向。

本发明的k型盘式比例电磁铁与背景技术相比，具有以下有益效果：

1、采用k型盘式衔铁结构的比例电磁铁，有效地结合了传统螺管式比例电磁铁和盘式电磁铁的优点，提高了输出力和工作行程，并具有良好的比例特性；

2、k型盘式结构的衔铁，与导磁铁芯柱和导磁外壳体之间共形成四个工作气隙，因此电磁铁的输出力特性易于调整，从而具有较好的水平特性。

3、当控制线圈不通电时(如图4所示)，永磁体建立的极化磁通不经过工作气隙，因此避免了通常永磁体结构所固有的自锁力。

4、当控制线圈通电后(如图5所示)，永磁体产生的极化磁通与控制线圈产生的控制磁通相叠加，增强了工作气隙的磁通。因此，永磁体和控制线圈的混合激磁方式能增大电磁力，加大工作行程。

5、结构工艺简单，价格便宜。

本发明的k型盘式比例电磁铁的静态特性曲线如图6所示，能够满足比例特性的输出要求。将本发明的k型盘式比例电磁铁与发明专利CN200910097989的双锥形盘式比例电磁铁的结构和性能进行综合指标对比，从而表明本发明的k型盘式比例电磁铁不仅具有良好的水平特性，而且输出力和工作行程均较大。具体对比数据如表1所示：

表1

由表1可知：本发明的有效行程比双锥型盘式比例电磁铁提高了25％，额定电磁输出力比提高了9.4％，这足以说明本发明性能的优越性。综上所述，本发明的k型盘式比例电磁铁，可广泛应用于内燃机、小型或微型阀配油式单柱塞泵和比例阀。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的k型盘式比例电磁铁的结构示意图；

图2是图1中的永磁体4的结构示意图；

图2中：左图为单块永磁材料制成的呈环状的永磁体4，右图是两块永磁材料拼接制成的呈环状的永磁体4；

图3是图1放大后的局部示意图；

图4是控制线圈7不通电时，图1所示的磁路示意图；

图5是控制线圈7通电时，图1所示的磁路示意图；

图6是本发明k型盘式比例电磁铁的位移一力特性曲线；

图7是本发明k型盘式比例电磁铁不通电时的电磁力。

具体实施方式

图1～图3结合给出了一种k型盘式比例电磁铁，包括固定螺母1、纵剖面呈“k”形的衔铁2、限位片3、永磁体4、推杆6、控制线圈7、内设空腔的导磁铁芯柱8、中空的导磁外壳体9；衔铁2、导磁铁芯柱8和导磁外壳体9均由软磁材料制成，推杆6由非导磁材料制成。

导磁外壳体9是一个中空的立方型壳体，导磁铁芯柱8套装在导磁外壳体9的内腔中，导磁铁芯柱8与导磁外壳体9固定相连；在导磁铁芯柱8与导磁外壳体9所形成的环形空间内分别设置永磁体4及控制线圈7。在导磁外壳体9的内腔设有与导磁外壳体9固定相连的挡块91，永磁体4位于挡块91的右侧和控制线圈7之间。此永磁体4为环状永磁体，其磁化方向为径向辐射向；即，永磁体4的磁化方向垂直于导磁铁芯柱8的中心轴线。永磁体4可由单块或多块(例如两块)永磁材料制成，如图2所示。在导磁外壳体9上设有与导磁外壳体9的内腔相连通的导线孔92，此导线孔92位于挡块91的右侧，控制线圈7的导线可穿过此导线孔92后与控制线圈7相连。

衔铁2包括底部21和与底部21固定相连的环形侧壁20，在环形侧壁20的外表面设置与底部21相齐平的外圈25，即，外圈25的左侧面与底部21的左侧面相齐平，外圈25的右侧面与底部21的右侧面相齐平，因此，外圈25的厚度＝底部21的厚度。在环形侧壁20的端部挖设了一个环状的V形槽22；因此衔铁2纵剖面呈“k”形。V形槽22的两条斜边(斜边24和斜边23)与轴向所成的夹角分别为夹角α和夹角β，即，斜边24与环形侧壁20的内表面形成夹角α，斜边23与环形侧壁20的外表面形成夹角β，夹角α为49°，夹角β为31°。整个衔铁2采用一体式制成。

包含V形槽22的环形侧壁20位于导磁铁芯柱8与导磁外壳体9所形成的环形空间内；且整个衔铁2位于挡块91的左侧；因此，永磁体4位于环形侧壁20和控制线圈7之间。

环形侧壁20的外表面与导磁外壳体9内表面之间的间隙形成径向工作气隙Ⅰ203，此径向工作气隙Ⅰ203一般为0.2～0.3mm(即环形侧壁20的外表面与导磁外壳体9内表面之间的间隙)。环形侧壁20的内表面与导磁铁芯柱8外表面之间的间隙形成径向工作气隙Ⅱ204，此径向工作气隙Ⅱ204一般为0.2～0.3mm(即环形侧壁20的内表面与导磁铁芯柱8外表面之间的间隙)。

衔铁2的底部21设有通孔；在导磁铁芯柱8空腔内的左右两侧分别设置用于支撑推杆6的滑动支撑部件5和滑动支撑部件10，推杆6贯穿滑动支撑部件10、滑动支撑部件5和底部21的通孔后被固定螺母1固定于底部21，从而实现推杆6与衔铁2的固定相连。由于推杆6的左右两侧分别由滑动支撑部件5和滑动支撑部件10支撑，从而实现推杆6与导磁铁芯柱8的滑动相连。

衔铁2的外圈25与导磁外壳体9的左端面之间所形成的间隙形成轴向工作气隙Ⅲ201；衔铁2的底部21与导磁铁芯柱8的左端面之间所形成的间隙形成轴向工作气隙Ⅳ202，此轴向工作气隙Ⅲ201和轴向工作气隙Ⅳ202均在1.4～6.4mm之间变换。因此，轴向工作气隙Ⅲ201和轴向工作气隙Ⅳ202的最小工作气隙状态为1.4mm处，最大工作气隙为6.4mm处，空行程为6.4～10.4mm。轴向工作气隙Ⅲ201＝轴向工作气隙Ⅳ202，即导磁外壳体9的左端面与导磁铁芯柱8的左端面在同一条竖线上。

在轴向工作气隙Ⅳ202内装有非导磁材料制成的限位片3，该限位片3套装在推杆6的外表面，该限位片3的作用是消除小气隙时的输出力特性非比例段。

本发明的k型盘式比例电磁铁的工作原理如图4和图5所示，具体如下：

当控制线圈7不通电时，如图4所示，永磁体4建立极化磁场，形成极化磁通Φ’₂。Φ’₂沿永磁体4、导磁外壳体9、导磁铁芯柱8形成闭合磁路。由此可见，当控制线圈7不通电时，永磁体4建立的极化磁场不经过工作气隙，也就不会产生自锁力。但是由于漏磁的影响，实际中会有很小的电磁力自锁力产生，如图7所示。由于这个自锁力很小，可视为摩擦力的一部分而忽略。

当控制线圈7通给一定极性的电流后，如图5所示，控制线圈7产生的控制磁通形成两条磁路，分别是Φ₁₁和Φ₁₂；同时永磁体4产生的极化磁通在控制磁通的作用下，闭合路径发生变化，形成新的磁路Φ₂。

磁路Φ₁₁，由导磁外壳体9沿径向工作气隙Ⅰ203，进入衔铁2，沿衔铁2的环形侧壁20穿过径向工作气隙Ⅱ204进去导磁铁芯柱8，然后又回到导磁外壳体9。

磁路Φ₁₂，由导磁外壳体9沿轴向工作气隙Ⅲ201，进入衔铁2，沿外圈25、衔铁2的底部21穿过轴向工作气隙Ⅳ202进入导磁铁芯柱8，然后又回到导磁外壳体9。

磁路Φ₂，沿永磁体4、导磁外壳体9、径向工作气隙Ⅰ203、衔铁2的环形侧壁20、径向工作气隙Ⅱ204、导磁铁芯柱8形成闭合磁路。

这种特殊形式磁路的形成，主要是由于采用了k型盘式结构的衔铁2和环形的永磁体4。由于混合激磁的作用，控制线圈7通过径向工作气隙Ⅰ203和径向工作气隙Ⅱ104的磁通分别产生了两个电磁力的轴向分力F_M1、F_M2；控制线圈7通过轴向工作气隙Ⅲ201和轴向工作气隙Ⅳ202分别产生了两个端面轴向力F_M3和F_M4；永磁体4通过径向工作气隙Ⅰ203和径向工作气隙Ⅱ104的磁通分别产生了两个电磁力的轴向分力F_M5、F_M6。这六个轴向力的综合，就得到整个k型盘式电磁铁的输出力F。在整个工作行程内，电磁力相对于衔铁2的位移基本呈水平力特性关系。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种k型盘式比例电磁铁，包括中空的导磁外壳体(9)、内设空腔的导磁铁芯柱(8)、控制线圈(7)、衔铁(2)和推杆(6)；导磁铁芯柱(8)套装在导磁外壳体(9)的内腔中，在导磁铁芯柱(8)与导磁外壳体(9)所形成的环形空间内设置控制线圈(7)；其特征是：所述衔铁(2)的纵剖面呈“k”形，衔铁(2)包括底部(21)和与底部(21)固定相连的环形侧壁(20)，在环形侧壁(20)的外表面设置与底部(21)相齐平的外圈(25)，在环形侧壁(20)的端部设置V形槽(22)；包含V形槽(22)的环形侧壁(20)位于导磁铁芯柱(8)与导磁外壳体(9)所形成的环形空间内；环形侧壁(20)的外表面与导磁外壳体(9)之间的间隙形成径向工作气隙I(203)，环形侧壁(20)的内表面与导磁铁芯柱(8)之间的间隙形成径向工作气隙II(204)，衔铁(2)的外圈(25)与导磁外壳体(9)之间的间隙形成轴向工作气隙III(201)，衔铁(2)的底部(21)与导磁铁芯柱(8)之间的间隙形成轴向工作气隙IV(202)；所述推杆(6)贯穿导磁铁芯柱(8)和衔铁(2)的底部(21)，推杆(6)与衔铁(2)固定相连，推杆(6)与导磁铁芯柱(8)滑动相连；在导磁铁芯柱(8)与导磁外壳体(9)所形成的环形空间内还设置永磁体(4)，所述永磁体(4)位于环形侧壁(20)和控制线圈(7)之间。

2.根据权利要求1所述的k型盘式比例电磁铁，其特征是：在底部(21)与导磁铁芯柱(8)之间的间隙内设置非导磁材料制成的限位片(3)，所述限位片(3)套装在推杆(6)上。

3.根据权利要求2所述的k型盘式比例电磁铁，其特征是：所述V形槽(22)的斜边(24)与环形侧壁(20)的内表面形成夹角α，V形槽(22)的斜边(23)与环形侧壁(20)的外表面形成夹角β，所述夹角α为45～60°，夹角β为25～40°。

4.根据权利要求3所述的k型盘式比例电磁铁，其特征是：滑动支撑部件(5、10)与导磁铁芯柱(8)固定相连，推杆(6)在滑动支撑部件(5、10)中滑动。

5.根据权利要求4所述的k型盘式比例电磁铁，其特征是：在导磁外壳体(9)上设有与导磁外壳体(9)的内腔相连通的导线孔(92)。

6.根据权利要求5所述的k型盘式比例电磁铁，其特征是：导磁铁芯柱(8)、导磁外壳体(9)和衔铁(2)均为导磁体，推杆(6)由非导磁材料制成。

7.根据权利要求6所述的k型盘式比例电磁铁，其特征是：所述永磁体(4)为环状永磁体，其磁化方向为径向辐射向。

8.根据权利要求7所述的k型盘式比例电磁铁，其特征是：所述夹角α为49°，夹角β为31°。

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