CN102779611B

CN102779611B - 永磁回复型高速开关电磁铁

Info

Publication number: CN102779611B
Application number: CN201210240644.9A
Authority: CN
Inventors: 李其朋; 李威
Original assignee: Zhejiang Lover Health Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Lover Health Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: CN102779611A

Abstract

本发明公开了一种永磁回复型高速开关电磁铁，包括推杆（7）、环状永磁体（14）以及均为导磁体的外壳（3）、前导磁套（6）、后导磁套（10）、衔铁（11）、挡块（2）和后端盖（13）；在前导磁套（6）和后导磁套（10）之间设置隔磁套（9），从而组成了磁套组件，在磁套组件和外壳（3）之间设置控制线圈（5）；在磁套组件的内腔（62）中设置衔铁（11），在前端盖（1）和衔铁（11）之间设置挡块（2），推杆（7）和衔铁（11）固定相连；在衔铁（11）端部设置环状永磁体（14）；在后端盖（13）内设有后端盖通道，环状永磁体（14）位于后端盖通道内，后端盖通道与磁套组件的内腔（62）相连通。

Description

永磁回复型高速开关电磁铁

技术领域

本发明涉及一种永磁回复型高速开关电磁铁。

背景技术

高速开关电磁铁作为一种电-机械转换器，其功能是将PWM控制放大器信号转换成高速开关电磁铁的开启和关闭状态。发明专利201010130543.7公开了一种特殊结构的一体成型导向套的高速开关电磁铁；导向套中间有一环状梯形凹槽，分为前盆锥段、中间底部、后盆锥段，中间底部设置一环状永磁体，环状永磁体使中间底部的漏磁减少，加快了电磁铁反应。但是，其复位时靠一复位弹簧，复位弹簧刚度影响衔铁返回时间和电磁铁固有频率。弹簧作为一个机械部件，在使用过程中不可避免出现疲劳、断裂或腐蚀等，影响电磁铁使用寿命；弹簧安装使内部结构也变得复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用寿命长、行程长、输出力大的永磁回复型高速开关电磁铁。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种永磁回复型高速开关电磁铁，包括外壳，在外壳的两端分别设置前端盖和后端盖，还包括推杆、环状永磁体、隔磁套以及前导磁套、后导磁套、衔铁和挡块；外壳、前导磁套、后导磁套、衔铁、挡块和后端盖均为导磁体；

在前导磁套和后导磁套之间设置隔磁套，轴心线相重叠的前导磁套、后导磁套和隔磁套组成了磁套组件，磁套组件位于外壳内，在磁套组件和外壳之间设置控制线圈；

在磁套组件的内腔中设置衔铁，在前端盖和衔铁之间设置挡块，挡块位于外壳的内腔中，推杆的右端依次贯穿前端盖、挡块和衔铁；推杆的两端均由位于外壳内的轴承支撑；推杆和衔铁固定相连；在衔铁端部设置环状永磁体；在后端盖内设有后端盖通道，环状永磁体位于后端盖通道内，后端盖通道与磁套组件的内腔相连通。

备注说明1：磁套组件的内腔由前导磁套的内腔、隔磁套的内腔和后导磁套的内腔组成。

备注说明2：推杆与前端盖和挡块的关系仅仅是贯穿，即，推杆与前端盖之间不相连，推杆与挡块之间也不相连。

备注说明3：衔铁的外表面与磁套组件的内腔之间有0.1～0.5mm的间距，从而确保衔铁能在磁套组件内的移动。

作为本发明的永磁回复型高速开关电磁铁的改进：前导磁套紧贴隔磁套的面为前斜端面，后导磁套紧贴隔磁套的面为后斜端面，隔磁套的纵截面呈梯形截面，隔磁套与前斜端面和后斜端面无间隙的固定贴合。

作为本发明的永磁回复型高速开关电磁铁的进一步改进：挡块由挡块底部和挡块凸台组成，挡块凸台位于前导磁套的内腔中，在挡块凸台的顶端设置限位片，限位片由非导磁材料制成，限位片位于前导磁套的内腔中。

作为本发明的永磁回复型高速开关电磁铁的进一步改进：前斜端面与前导磁套的内壁之间的夹角α为30°~90°，后斜端面与后导磁套的内壁之间的夹角β为30°~90°。

作为本发明的永磁回复型高速开关电磁铁的进一步改进：位于后端盖内的后端盖通道为阶梯形的后端盖通道，阶梯形的后端盖通道由相互连通的大通道和小通道组成；

大通道与后导磁套的内腔相连通，且大通道的孔径大于后导磁套内腔的孔径；

大通道和小通道的交界面形成台阶面，台阶面上设有一突起的环形通道，大通道、小通道和环形通道形成了盆形。

作为本发明的永磁回复型高速开关电磁铁的进一步改进：环状永磁体的纵截面呈矩形。

作为本发明的永磁回复型高速开关电磁铁的进一步改进：在衔铁紧贴端面的外表面设置环状矩形槽，位于环状矩形槽内的环状永磁体与环状矩形槽相吻合。

作为本发明的永磁回复型高速开关电磁铁的进一步改进：限位片的厚度为0.1～0.5mm。

作为本发明的永磁回复型高速开关电磁铁的进一步改进：在磁套组件和外壳之间设置线圈框，控制线圈位于线圈框内；在线圈框和后端盖之间设置用于固定线圈框的法兰，法兰为导磁体。

作为本发明的永磁回复型高速开关电磁铁的进一步改进：控制线圈为同心螺管式控制线圈。

在本发明的永磁回复型高速开关电磁铁中，导磁套（包括前导磁套和后导磁套）、隔磁套和衔铁组成了一个动铁式结构，前导磁套、用于设置限位片的挡块凸台的顶面一起组成了一个盆形极靴。

在本发明中，法兰的作用包括两个，一是固定线圈框，防止线圈框移动，二是优化磁路。

本发明的永磁回复型高速开关电磁铁与技术背景相比，具有以下有益效果：

1、取消高速开关电磁铁的机械复位弹簧，改用永磁体代替复位弹簧提供复位力，避免弹簧疲劳、断裂或腐蚀等失效引起的电磁铁可靠性差、使用寿命短等问题。

2、电磁铁结构简单，制造成本低。

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是本发明的永磁回复型高速开关电磁铁的剖视结构示意图；

图2是图1中的环状永磁体14的结构示意图；

图3是图1中I的放大结构示意图；

图4是图1中II的放大结构示意图；

图5是图3于控制线圈5不通电状态下的磁路示意图；

图6是图3于控制线圈5通电状态下的磁路示意图；

图7是图4于控制线圈5不通电状态下的磁路示意图；

图8是图4于控制线圈5通电状态下的磁路示意图。

具体实施方式

图1～图8结合给出了一种永磁回复型高速开关电磁铁，包括前端盖1、挡块2、外壳3、线圈框4、控制线圈5、前导磁套6、推杆7、限位片8、隔磁套9、后导磁套10、衔铁11、法兰12、后端盖13、环状永磁体14和轴承15。挡块2、外壳3、前导磁套6、后导磁套10、衔铁11、法兰12、后端盖13均为导磁材料制成的导磁体。

在外壳3的两端分别设置前端盖1和后端盖13，外壳3、前端盖1、后端盖13组成了一个外表面为长方体且内设圆柱形空腔的壳体；外壳3的侧壁和前端盖1、后端盖13分别固定相连。

挡块2套装在外壳3内，挡块2由固定相连的挡块底部21和挡块凸台22组成（挡块底部21和挡块凸台22可一体成型制作出挡块2），挡块底部21与前端盖1固定相连。

法兰12套装在外壳3内，法兰端面121和外壳3无间隙的固定相连，法兰侧壁122和后端盖侧壁131固定相连。

前导磁套6和后导磁套10采用高强度导磁材料制成，隔磁套9由非导磁材料制成。在前导磁套6和后导磁套10之间设置隔磁套9，前导磁套6、隔磁套9、后导磁套10水平叠加在一起，即，轴心线相重叠的前导磁套6、后导磁套10和隔磁套9组成了一个呈圆筒体的磁套组件，该磁套组件位于外壳3内。前导磁套6的内腔、隔磁套9的内腔、后导磁套10的内腔组成了磁套组件的内腔62。

前导磁套6紧贴隔磁套9的面为前斜端面631，后导磁套10紧贴隔磁套9的面为后斜端面103，隔磁套9的纵截面呈梯形截面，隔磁套9与前斜端面631和后斜端面103无间隙的固定贴合。

前斜端面631与前导磁套6的内壁之间的夹角α为：15°≤α≤90°（例如如图1所述的60°），后斜端面103与后导磁套10的内壁之间的夹角β为：15°≤β≤90°（例如如图1所述的45°）。由于隔磁套9的纵截面呈梯形截面，且隔磁套9与前斜端面631和后斜端面103无间隙的固定贴合；因此，隔磁套92的2个梯形腰部与隔磁套9的内壁之间的夹角为≥90°且≤165°。

整个磁套组件套装在外壳3内，即，前导磁套6、隔磁套9和后导磁套10均被套装在外壳3内。挡块底部21和挡块凸台22形成的台阶面24与前导磁套端面61无间隙的固定相连，挡块凸台22位于磁套组件的内腔62，且挡块凸台22仅位于前导磁套6的内腔中。

后导磁套端面101和法兰侧壁123无间隙固定相连。

前导磁套6的侧壁、隔磁套9的侧壁、后导磁套10的侧壁、法兰侧壁123、外壳3的侧壁和台阶面24所围成的区域内设置线圈框4，控制线圈5被固定在线圈框4内，控制线圈5可选用同心螺管式控制线圈。

在后端盖13内设有后端盖通道，后端盖通道为阶梯形的后端盖通道，该阶梯形的后端盖通道由相互连通的大通道133和小通道134组成，大通道133的孔径大于小通道134的孔径；大通道133与磁套组件的内腔62相连通，即，大通道133与后导磁套10的内腔相连通；大通道133的孔径大于后导磁套10内腔的孔径（一般，比后导磁套10内腔的孔径大0mm～16mm）。大通道133和小通道134的交界面形成台阶面136，在该台阶面136上设有一突起的环形通道135，该环形通道135与大通道133相连通；该环形通道135的外圈孔径等于大通道133的孔径，该环形通道135的内圈孔径略大于或等于后导磁套10内腔的孔径（即，环形通道135的内圈孔径比后导磁套10内腔的孔径大0mm～3mm），从而形成盆形。

在磁套组件的内腔62中设置一个衔铁11，衔铁11是圆柱形结构。磁套组件的内腔62比衔铁11的直径大0.2mm～1mm，衔铁11能在磁套组件的内腔62中左右滑动。

衔铁11的端面111置于后端盖13的大通道133中，在衔铁11紧贴端面111的外表面设置环状矩形槽112，该环状矩形槽112位于大通道133内，在该环状矩形槽112内设置环状永磁体14，因此，环状永磁体14也位于大通道133内。环状矩形槽112的底部113在衔铁11的外表面自然形成了台阶面。位于环状矩形槽112内的环状永磁体14的纵截面呈矩形；环状永磁体14与环状矩形槽112内相吻合，环状永磁体14与衔铁11固定相连。

为了避免衔铁11被挡块凸台22吸牢，从而加快释放过程，因此在挡块凸台22的顶面23固定设置非导磁材料制成的环状的限位片8，该限位片的轴向长度为0.1mm～0.5mm（即，厚度为0.1mm～0.5mm）。当衔铁11与限位片8接触时，衔铁11就不能向前移动（在图1中显示，衔铁11就不能向左侧移动）。

在本发明的永磁回复型高速开关电磁铁中，前导磁套6、隔磁套9、后导磁套10和衔铁11组成了一个动铁式结构，前导磁套6和用于设置限位片8的挡块凸台22的顶面23组成了一个盆行极靴。

推杆7依次贯穿前端盖1、挡块2、位于内腔62中的衔铁11、后端盖13的大通道133和小通道134，推杆7和衔铁11固定相连。推杆7的2端分别各由1个轴承15支撑，其中一个轴承15安装在挡块2内，另一个轴承15安装在后端盖13的小通道134内；依靠轴承15，推杆7可沿着轴心线左右滑动。

衔铁11的端面111与后端盖13的台阶面136之间形成轴向工作气隙132。

内腔62的侧壁与衔铁11的外表面之间的间隙形成径向工作气隙621。

挡块凸台22的顶面23与衔铁11的前端112之间的间隙形成轴向工作气隙622。

本发明的永磁回复型高速开关电磁铁实际工作原理如图5~图8所述，具体如下：

1、如图5和图7所示，当控制线圈5不通电时，环状永磁体14首先建立极化磁场，极化磁场分四部分Φ₁、Φ₂、Φ₂₁和Φ₃。

Φ₁沿着环状永磁体14、环状矩形槽112的底部113、径向工作气隙621、法兰12、后端盖13、轴向工作气隙132回到环状永磁体14，形成闭合回路。

Φ₂沿着环状永磁体14、衔铁11、径向工作气隙622、前导磁套6、挡块2、外壳3、后端盖13、轴向工作气隙132回到环状永磁体14，形成闭合回路。

Φ₂₁沿着环状永磁铁14、衔铁11、轴向工作气隙622、挡块2、外壳3、后端盖13、轴向工作气隙132回到环状永磁体14，形成闭合回路。

Φ₃沿着环状永磁体14、环状矩形槽112的底部113、轴向工作气隙132、后端盖13、轴向工作气隙132、回到环状永磁体14，形成闭合回路。

2、如图6和图8所示，当控制线圈5输入控制电流时，控制线圈5产生的控制磁通分为两部分Φ₄和Φ₅。

Φ₄经衔铁11、径向工作气隙621、前导磁套6、挡块2、外壳3、法兰12、后导磁套10、径向工作气隙621回到衔铁11，形成闭合回路。

Φ₅经衔铁11、轴向工作气隙622、限位片8、挡块2、外壳3、法兰12、后导磁套10、径向工作气隙621回到衔铁11，形成闭合回路。

在控制磁通的影响下，环状永磁体14产生的极化磁场的一部分Φ₂路径改变，沿环状永磁体14、衔铁11、轴向工作气隙622、限位片8、挡块2、外壳3、后端盖13、轴向工作气隙132回到环状永磁体14，形成闭合回路。

环状永磁体14产生的极化磁场Φ₁、Φ₂₁和Φ₃路径没变。Φ₁沿着环状永磁体14、环状矩形槽112的底部113、径向工作气隙621、法兰12、后端盖13、轴向工作气隙132回到环状永磁体14，形成闭合回路。Φ₂₁沿着环状永磁铁14、衔铁11、轴向工作气隙622、挡块2、外壳3、后端盖13、轴向工作气隙132回到环状永磁体14，形成闭合回路。Φ₃沿着环状永磁体14、环状矩形槽112的底部113、轴向工作气隙132、后端盖13、轴向工作气隙132、回到环状永磁体14，形成闭合回路。

当控制线圈5接通电源后，在衔铁11上产生相应的电磁力，当产生的电磁力大于环状永磁体14产生的磁场力，衔铁11向前运动，直至与限位片8相接触，达到吸合位置；当控制线圈5断开电源后，环状永磁体14产生的磁场力推动衔铁11向后运动，直至与后端盖13相接触（即，与大通道133和小通道134的交界面形成的台阶面136相接触）。

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

1.永磁回复型高速开关电磁铁，包括外壳（3），在外壳（3）的两端分别设置前端盖（1）和后端盖（13），其特征是：还包括推杆（7）、环状永磁体（14）、隔磁套（9）以及前导磁套（6）、后导磁套（10）、衔铁（11）和挡块（2）；外壳（3）、前导磁套（6）、后导磁套（10）、衔铁（11）、挡块（2）和后端盖（13）均为导磁体；

在前导磁套（6）和后导磁套（10）之间设置隔磁套（9），轴心线相重叠的前导磁套（6）、后导磁套（10）和隔磁套（9）组成了磁套组件，所述磁套组件位于外壳（3）内，在磁套组件和外壳（3）之间设置控制线圈（5）；

在所述磁套组件的内腔（62）中设置衔铁（11），在前端盖（1）和衔铁（11）之间设置挡块（2），所述挡块（2）位于外壳（3）的内腔中，推杆（7）的右端依次贯穿前端盖（1）、挡块（2）和衔铁（11）；所述推杆（7）的两端均由位于外壳（3）内的轴承（15）支撑；所述推杆（7）和衔铁（11）固定相连；在衔铁（11）端部设置环状永磁体（14）；在后端盖（13）内设有后端盖通道，所述环状永磁体（14）位于后端盖通道内，所述后端盖通道与磁套组件的内腔（62）相连通；

所述前导磁套（6）紧贴隔磁套（9）的面为前斜端面（631），所述后导磁套（10）紧贴隔磁套（9）的面为后斜端面（103），所述隔磁套（9）的纵截面呈梯形截面，所述隔磁套（9）与前斜端面（631）和后斜端面（103）无间隙的固定贴合；

所述挡块（2）由挡块底部（21）和挡块凸台（22）组成，所述挡块凸台（22）位于前导磁套（6）的内腔中，在挡块凸台（22）的顶面（23）设置限位片（8），所述限位片（8）由非导磁材料制成，所述限位片（8）位于前导磁套（6）的内腔中；

所述前斜端面（631）与前导磁套（6）的内壁之间的夹角α为30°~90°，后斜端面（103）与后导磁套（10）的内壁之间的夹角β为30°~90°；

所述位于后端盖（13）内的后端盖通道为阶梯形的后端盖通道，所述阶梯形的后端盖通道由相互连通的大通道（133）和小通道（134）组成；

所述大通道（133）与后导磁套（10）的内腔相连通，且大通道（133）的孔径大于后导磁套（10）内腔的孔径；

大通道（133）和小通道（134）的交界面形成台阶面，所述台阶面上设有一突起的环形通道（135），大通道（133）、小通道（134）和环形通道（135）形成了盆形。

2.根据权利要求1所述的永磁回复型高速开关电磁铁，其特征是：所述环状永磁体（14）的纵截面呈矩形。

3. 根据权利要求2所述的永磁回复型高速开关电磁铁，其特征是：

在衔铁（11）紧贴端面（111）的外表面设置环状矩形槽（112），位于环状矩形槽（112）内的环状永磁体（14）与环状矩形槽（112）相吻合。

4. 根据权利要求3所述的永磁回复型高速开关电磁铁，其特征是：所述限位片（8）的厚度为0.1～0.5mm。

5. 根据权利要求4所述的永磁回复型高速开关电磁铁，其特征是：在所述磁套组件和外壳（3）之间设置线圈框（4），所述控制线圈（5）位于线圈框（4）内；在线圈框（4）和后端盖（13）之间设置用于固定线圈框（4）的法兰（12），所述法兰（12）为导磁体。

6. 根据权利要求5所述的永磁回复型高速开关电磁铁，其特征是：所述控制线圈（5）为同心螺管式控制线圈。