CN102148085A - 一种采用电磁装置控制行程和速度的方法及电磁装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用电磁装置控制行程和速度的方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)制备一电磁装置；(2)设置一控制电路，并将其与所述线圈电性连接，通过该控制电路调节所述线圈中通过的电流的大小及通断状态；(3)依次向线圈通入初始电流，使推拉杆在最远端上永磁体所受到的引力与复位弹簧对其的推力相互平衡，以此时的电流大小作为初始作用电流数值；(4)根据需要依次向线圈通入初始电流多倍数值的电流，则推拉杆可依次在不同的位置上；(5)根据需要通过控制电路编程调整依次向线圈通入初始电流数值的倍数及通断时间，即可自动控制该电磁装置移动行程及速度。本发明还公开了实现上述方法的电磁装置，可广泛应用于自动控制。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术，具体涉及一种采用电磁装置控制行程和速度的方法及电磁装置。
背景技术
现有技术中，电磁装置的启闭都是不可控速的，通常启闭速度都非常快，这是由于电磁线圈只是控制线圈电流的通断。而无法控制电磁铁推拉杆的位置，推拉杆的位置完全由机械结构来决定，所以通常只有两个位置，通和断，而无法控制在中间位置。
在管道中由于阀门的通断造成介质流速的变化，流速的变化又会引起压力的变化，尤其在阀门快速开启和关闭时引起压力的变化更大，有时我们甚至可以听到管道中有一种类似锤击的声音，这就是著名的水锤或气锤现象。有时快速关闭造成的压力波动会造成管道破裂，所一些重要的管道工程，都要做这方面的校验。
在日常生活中，我们在使用燃气热水器时就有这种体会：当你刚开始打开水阀时，水温是忽冷忽热的，尤其是当你关了一会再开，开始一下水温很高，然后一下又变冷，然后再变热正常，在使用管道煤气时，这种现象更为严重且持续的时间更长。这是由于当气阀关闭时，管道中没有压力损失，在阀口处压力比使用时高，刚一打开时这种较高的压力就会让燃气流速较正常使用时更高，燃烧时产生更多的热量，所以此时温度比平常高，因为气体在管道有也有惯性，也只有在管道中形成压力梯度后才产生流速，当前面的气体燃烧后，后面的气体还没有流过来，就造成压力快速下降，气体的流量下降，就引起燃烧热量的下降，这时水温就降低了。因为管道煤气的管路通常比采用液化气的管路要长很多，这种压力波传递的时间就要长，这种现象就会更明显。
由电磁学的知识知道在电磁铁结构不变的情况下电磁铁的作用力与其线圈中的电流成正比，与线圈的匝数也成正比。在一般电磁铁中，由于阀片在不同位置时磁路上的气隙长度不同，而磁导是气隙的倒数，磁通又与磁导成正比，而电磁力与磁通的平方成正比，所以电磁力与气隙倒数的平方成正比。因而当线圈中电流恒定时阀片处于不同位置时电磁力是差别很大的，尤其是当阀片完全吸合时，气隙为0，吸非常大，此时只要很微弱的电流就能维持此状态。所以一般的电磁铁现在都是这种设计方式，即闭合磁路，好处是只需开始时的大操作电流，然后只需很小电流就可以自保持。所以虽有弹簧的作用，每一电流无法得到一个平衡的位置，所以这种电磁铁的推拉杆位置是无法控制的。
现代微芯片的遍及应用给众多的电路控制带来很多方便。由软件控制电路的通断既简单又方便，一种通过控制通断时间比例不同从而实现在输入电压不变的情况下得到不同的平均电压的方法得广泛应用，这种方法叫脉冲宽度调制，因为英文名叫“Pulse Width Modulation”，所以简称“PWM”。众所周知在弹簧的弹性极限内，弹簧的变形量与所加的外力成正比，这就著名的虎克定律。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种采用电磁装置控制行程和速度的方法，使其能够控制电磁铁推拉杆位置和启闭速度，从而能够控制电磁铁所在的推拉杆的位置和启闭速度，这样可以使电磁铁分段启闭，或渐开渐闭，亦或停留在某个位置。
本发明所采用的方法是将封闭的磁路改为开放的磁路，以减小气隙变化的影响，因为外面没有了导磁的软磁体材料(通常为铁)，作为衔铁的推拉杆可以改为永磁材料。
本发明还提供了一种实现上述方法的电磁装置。
本发明实现上述目的所采用的技术方案是：
一种采用电磁装置控制行程和速度的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)制备一电磁装置，该装置包括一支架、一线圈、一推拉杆、一永磁体、一复位弹簧，所述的线圈绕于支架上、其内部中空，所述永磁体固定设置在推拉杆前部，推拉杆尾部设有一凸肩及一工作部；推拉杆可在磁力作用下在所述线圈内部中空位置中做前后直线运动；所述的复位弹簧套设在所述推拉杆上，其前部与所述支架接触，其后部与所述凸肩接触，并被二者固定在该中间位置；
(2)设置一控制电路，并将其与所述线圈电性连接，通过该控制电路调节所述线圈中通过的电流的大小及通断状态；
(3)依次向线圈通入初始电流，使推拉杆在最远端上永磁体所受到的引力与复位弹簧对其的推力相互平衡，以此时的电流大小作为初始作用电流数值；
(4)根据需要依次向线圈通入初始电流的一倍、二倍、三倍以至多倍数值的电流，则推拉杆可依次在不同的位置上，实现其永磁体所受到的引力与复位弹簧对其的推力相互平衡，并停留在该位置；
(5)根据需要通过控制电路编程调整依次向线圈通入初始电流数值的倍数及通断时间，即可自动控制该电磁装置移动行程及速度。
所述的推拉杆为非磁性材料构件，所述的永磁体通过一压盖固定设置在该推拉杆中。
所述的控制电路通过改变施加在线圈上的电压的时间比例，实现改变线圈内通过电流，并进一步改变该线圈所生产的磁力大小和作用速度。
一种实现前述采用电磁装置控制行程和速度的方法的电磁装置，其特征在于，其包括一支架、一线圈、一推拉杆、一永磁体、一复位弹簧，所述的线圈绕于支架上、其内部中空，所述永磁体固定设置在推拉杆前部，推拉杆尾部设有一凸肩及一工作部；推拉杆可在磁力作用下在所述线圈内部中空位置中做前后直线运动；所述的复位弹簧套设在所述推拉杆上，其前部与所述支架接触，其后部与所述凸肩接触，并被二者固定在该中间位置。
所述的推拉杆为非磁性材料构件，所述的永磁体通过一压盖固定设置在该推拉杆中。
本发明提供的方法，其当线圈充电励磁产生磁场时就与永磁体14之间就会产生拉力或推力，当产生拉力时，就会压紧弹簧，直到弹簧力与电磁力平衡为止，励磁电流改变时电磁力也改变，由于弹簧力的作用将推拉杆推或拉到新的平衡位置，从而实现通过控制电流来控制推拉杆位置的目的，通过控制改变电流的速度同样也就控制了推拉杆动作的速度。
本发明提供的方法可以应用于各种自动化控制设备，如电磁阀。将推拉杆工作部带动的是电磁阀的阀片，这就是电磁阀，所以此原理也可以应用在各种电磁阀上。根据电磁阀的大小设计适当的复位弹簧，设计适当的线圈，并控制线圈中的电流从而控制电磁铁的力度，使线圈的电磁力度与复位弹簧的力度相适应。当改变线圈中的电流大小时，线圈电磁力随之改变，由于弹簧力的作用，推拉杆位置也改变直到弹簧力与电磁力平衡时，推拉杆就停在该位置，如此就使推拉杆行程与线圈中的电流成正相关的关系；线圈中的电流如果缓慢加大则电磁力也缓慢加大，电磁铁将缓慢动作，反之亦然，这样就控制了电磁铁的操作速度。
本发明采用的控制线圈中的电流的方法，因通常在数字控制电路中要改变电压值是比较困难的，采用了新的通过改变PWM值，也即是改变施加在线圈上电压通断的时间比例，使其平均电压或有效电压改变，因线圈本身就是一个电感，当电流变化时会引起自感，所以有贮能，滤波，延迟等作用，因而在线圈中的电流不会是脉冲的，会有一部分直流分量，和一部分其他波形。此时线圈产生的电磁力虽有一些波动，但因频率较高，且推拉杆本身也有惯性，因此推拉杆只会有非常小的振动，而不致于产生大的位置变化。
附图说明
图1是本发明实施例的电磁装置结构示意图；
图2是本发明的永磁体在离开线圈不同位置和线圈中充以不同电流时所产生的电磁力的受力平衡分析图。
具体实施方式
参见图1及图2，本发明提供的一种采用电磁装置控制行程和速度的方法，其包括如下步骤：
(1)制备一电磁装置，该装置包括一支架11、一线圈12、一推拉杆16、一永磁体14、一复位弹簧15，所述的线圈12绕于支架11上、其内部中空，所述永磁体14固定设置在推拉杆16前部，推拉杆16尾部设有一凸肩及一工作部；推拉杆16可在磁力作用下在所述线圈12内部中空位置中做前后直线运动；所述的复位弹簧15套设在所述推拉杆16上，其前部与所述支架11接触，其后部与所述凸肩接触，并被二者固定在该中间位置；
(2)设置一控制电路，并将其与所述线圈12电性连接，通过该控制电路调节所述线圈12中通过的电流的大小及通断状态；
(3)依次向线圈12通入初始电流，使推拉杆16在最远端上永磁体14所受到的引力与复位弹簧15对其的推力相互平衡，以此时的电流大小作为初始作用电流数值；
(4)根据需要依次向线圈12通入初始电流的一倍、二倍、三倍以至多倍数值的电流，则推拉杆16可依次在不同的位置上，实现其永磁体14所受到的引力与复位弹簧15对其的推力相互平衡，并停留在该位置；
(5)根据需要通过控制电路编程调整依次向线圈通入初始电流数值的倍数及通断时间，即可自动控制该电磁装置移动行程及速度。
所述的推拉杆16为非磁性材料构件，所述的永磁体14通过一压盖13固定设置在该推拉杆16中。
所述的控制电路通过改变施加在线圈12上的电压的时间比例，实现改变线圈12内通过电流，并进一步改变该线圈12所生产的磁力大小和作用速度。
一种实现前述采用电磁装置控制行程和速度的方法的电磁装置，其包括一支架11、一线圈12、一推拉杆16、一永磁体14、一复位弹簧15，所述的线圈11绕于支架上、其内部中空，所述永磁体14固定设置在推拉杆16前部，推拉杆16尾部设有一凸肩及一工作部；推拉杆16可在磁力作用下在所述线圈12内部中空位置中做前后直线运动；所述的复位弹簧15套设在所述推拉杆16上，其前部与所述支架11接触，其后部与所述凸肩接触，并被二者固定在该中间位置。
所述的推拉杆16为非磁性材料构件，所述的永磁体14通过一压盖固定设置在该推拉杆中。
参见图1，线圈12绕于支架11上，永磁体14装在推拉杆16之中，盖13用于压住固定永磁体，15是复位弹簧。当线圈12充电励磁产生磁场时就与永磁体14之间就会产生拉力或推力，当产生拉力时，就会压紧弹簧，直到弹簧力与电磁力平衡为止，励磁电流改变时电磁力也改变，由于弹簧力的作用将推拉杆推或拉到新的平衡位置，从而实现通过控制电流来控制推拉杆位置的目的，通过控制改变电流的速度同样也就控制了推拉杆动作的速度。
参见图2，其是一个永磁材料8(相当于本发明的永磁体14)在离线圈7(相当于本发明的线圈12)不同位置时，充以不同电流时的拉力或推力。图中，线1是1倍电流时永磁材料处于不同位置时所产生有推力或拉力，线2是2倍电流时永磁材料处于不同位置时所产生有推力或拉力，线3是3倍电流时永磁材料处于不同位置时所产生有推力或拉力，线4是4倍电流时永磁材料处于不同位置时所产生有推力或拉力，线5是5倍电流时永磁材料处于不同位置时所产生有推力或拉力，配置一个弹簧，用来平衡电磁力，其在不同位置产生的拉力或推力的关系如线6，线6与线1、2、3、4、5分别交于A，B，C，D，E点，这些点的横坐标值就是不同电流下永磁材料所处的平衡位置。当电流改变时由于弹簧力的作用，平衡位置随之改变，如由4倍电流变为3倍电流时，由于电磁力变小了，在弹簧的作用下永磁材料由D点推向C点，在C点处获得平衡。由此可见，尽管电流与位置不完全是线性变化，但输入不同的电流值，永磁体就会在不同的位置获得平衡，这样就可以通过控制电流及其变化速度来控制永磁体位置及移动速度，将永磁体装入电磁铁推拉杆中，就可以控制电磁铁开启的程度和速度。
本发明的方法可以直接用来制造电磁阀，如果推拉杆的工作部是电磁阀的阀片，则构成一电磁阀，所以此原理也可以应用在其他的各种电磁阀上。本发明可以根据阀的大小设计适当的复位弹簧，设计适当的线圈，并控制线圈中的电流从而控制电磁铁的力度，使线圈的电磁力度与复位弹簧的力度相适应。当改变线圈中的电流大小时，线圈电磁力随之改变，由于弹簧力的作用，推拉杆位置也改变直到弹簧力与电磁力平衡时，推拉杆就停在该位置，如此就使推拉杆行程与线圈中的电流成正相关的关系；线圈中的电流如果缓慢加大则电磁力也缓慢加大，电磁铁将缓慢动作，反之亦然，这样就控制了电磁铁的操作速度。
现有技术中，要控制线圈中的电流就要控制施加在线圈上的电压，通常在数字控制电路中要改变电压值是比较困难的，本发明采用了一种比较通用的方法是通过改变PWM值，也即是改变施加在线圈上电压通断的时间比例，使其平均电压或有效电压改变，因线圈本身就是一个电感，当电流变化时会引起自感，所以有贮能，滤波，延迟等作用，因而在线圈中的电流不会是脉冲的，会有一部分直流分量，和一部分其他波形。此时线圈产生的电磁力虽有一些波动，但因频率较高，且推拉杆本身也有惯性，因此推拉杆只会有非常小的振动，而不致于产生大的位置变化。
本发明可以广泛应用于各种自动化控制设备制造。
本发明并不限于上述实施方式，凡是能实现本发明目的的所有相似或等同的实施方式，均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种采用电磁装置控制行程和速度的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)制备一电磁装置，该装置包括一支架、一线圈、一推拉杆、一永磁体、一复位弹簧，所述的线圈绕于支架上、其内部中空，所述永磁体固定设置在推拉杆前部，推拉杆尾部设有一凸肩及一工作部；推拉杆可在磁力作用下在所述线圈内部中空位置中做前后直线运动；所述的复位弹簧套设在所述推拉杆上，其前部与所述支架接触，其后部与所述凸肩接触，并被二者固定在该中间位置；
(2)设置一控制电路，并将其与所述线圈电性连接，通过该控制电路调节所述线圈中通过的电流的大小及通断状态；
(3)依次向线圈通入初始电流，使推拉杆在最远端上永磁体所受到的引力与复位弹簧对其的推力相互平衡，以此时的电流大小作为初始作用电流数值；
(4)根据需要依次向线圈通入初始电流的一倍、二倍、三倍以至多倍数值的电流，则推拉杆可依次在不同的位置上，实现其永磁体所受到的引力与复位弹簧对其的推力相互平衡，并停留在该位置；
(5)根据需要通过控制电路编程调整依次向线圈通入初始电流数值的倍数及通断时间，即可自动控制该电磁装置移动行程及速度。
2.根据权利要求1所述的采用电磁装置控制行程和速度的方法，其特征在于，所述的推拉杆为非磁性材料构件，所述的永磁体通过一压盖固定设置在该推拉杆中。
3.根据权利要求1所述的采用电磁装置控制行程和速度的方法，其特征在于，所述的控制电路通过改变施加在线圈上的电压的时间比例，实现改变线圈内通过电流，并进一步改变该线圈所生产的磁力大小和作用速度。
4.一种实现权利要求1～3之一所述采用电磁装置控制行程和速度的方法的电磁装置，其特征在于，其包括一支架、一线圈、一推拉杆、一永磁体、一复位弹簧，所述的线圈绕于支架上、其内部中空，所述永磁体固定设置在推拉杆前部，推拉杆尾部设有一凸肩及一工作部；推拉杆可在磁力作用下在所述线圈内部中空位置中做前后直线运动；所述的复位弹簧套设在所述推拉杆上，其前部与所述支架接触，其后部与所述凸肩接触，并被二者固定在该中间位置。
5.根据权利要求4所述的电磁装置，其特征在于，所述的推拉杆为非磁性材料构件，所述的永磁体通过一压盖固定设置在该推拉杆中。
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