CN103714940A - 一种小型化比例电磁铁 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型化比例电磁铁，包括挡铁、连接环、衔铁、极靴、线圈和轭铁；该小型化超高速螺线管电磁铁无需传力杆传输电磁力，挡铁体积小，使整个小型化比例电磁铁体积缩小30％以上，且预留挡铁内部的部分空间给主阀零件使用，制造过程简单，无需焊接，仅通过配合连接就能批量生产。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种比例电磁铁，尤其是用于各类比例电磁阀的结构简单、体积小的小型化比例电磁铁。
背景技术
比例电磁阀是自动控制领域的核心元件。在车用领域，自动变速器等自动机构依赖比例电磁阀实现介质流量、压力的调节以实现电信号驱动时的机械动作完成。比例电磁阀的性能对自动变速的性能有着决定性影响，比例电磁阀能否即时按电控信号实现调节作用决定了自动变速器换挡的品质继而决定了车辆的舒适性。个别情况，由于电磁阀的失效，可能出现自动变速器换挡错误出现车辆行驶安全隐患。
作为比例电磁阀的关键组件之一，比例电磁铁的性能对比例电磁阀的性能有着直接影响。长久以来，自动变速器用比例电磁阀在世界范围内仅少数几家企业可批量制造。对于比例电磁铁的研究随多但真正能够用于实际应用的性能优良的比例电磁铁屈指可数。
比例电磁铁的特性是输出电磁力与输入信号之间成一定线性比例关系，其电磁力的大小基本不受衔铁（运动铁芯）位置的影响，这也是比例电磁铁开关电磁铁的显著区别。比例电磁铁的主要结构包括由软磁材料制成的导磁零件，如受电磁力作为产生运动的衔铁和传导磁场的特定结构的固定件，如挡铁、极靴、轭铁等。
申请号为“CN 201210539935.8”的发明专利是一种典型的比例电磁铁结构，主要结构包括了，衔铁、挡铁、极靴、轭铁等导磁零件，采用了两端支撑的结构，性能优良。其挡铁的盆形结构——薄壁导磁部分的外形剖面为锥形、内部为以盲孔装圆孔，是比例电磁铁的一个显著特点。缺点是零件数量较多，结构较为负载，且受结构限制，该类型电磁铁很难实现小型化的改进。
申请号为“CN 200880019544.5”的发明专利是另外一种比较典型的比例电磁铁结构，采用了导磁零件衔铁与极靴直接接触形成摩擦副的结构。其挡铁也采用了盆形结构，用于产生与衔铁位置无关的电磁力并限制衔铁的位移。实际使用时，需要再盆形结构内设置一非导磁材料的隔磁环用于提高电磁铁的性能。该结构较为简单，性能较为优良。缺点是电磁铁的制造过程复杂，工艺流程较长。实际使用时，需要采用传力杆将衔铁受到的电磁力输出至主阀工作。由于比例电磁铁要求滑动部件具有极小的摩擦系数，客观上增加了挡铁的加工难度。
上述两种发明专利的结构均有各自优点，也各有一定缺点。二者的共性是挡铁部分的结构，其挡铁均设置有盲孔。电磁铁工作时磁场分布类似，具有磁力线通过设置有盲孔的挡铁区域。实际使用时，均需要在该盲孔结构中设置隔磁环以实现电磁铁的功能；同时，电磁力的输出均需要通过传力杆来实现。当需要对电磁铁进行密封仿制介质中的污染物污染电磁铁导致电磁铁性能下降是，隔离介质的膜片等结构因占用一定空间而无法放置的挡铁内部，需要占用主阀部分额外的空间。
现有的比例电磁铁结构主要有以下几点不足：
1）体积较大，主要是挡铁部分体积较大。
2） 结构复杂或工艺过程复杂。
发明内容
本发明专利目的是提供一种体积小、结构简单、制造方便的小型化比例电磁铁。
为实现本发明的技术目的，本发明采用的技术方案是：包括挡铁、连接环、衔铁、极靴、线圈和轭铁，所述挡铁内设有挡铁内孔、且左端设置有圆环状平面及具有特定角度的锥面，所述连接环内设有连接环内孔;所述极靴内设有极靴内孔；所述连接环位于挡铁与极靴之间；所述衔铁为圆柱形，所述线圈上设置有输入信号接插件，所述衔铁可在挡铁内孔和极靴内孔内滑动，且与连接环内孔表面不接触，衔铁外圆柱面与挡铁内孔、极靴内孔均为0.01~0.03mm的间隙配合，所述小型化比例电磁铁最大外径不大于22mm、且长度不大于33mm。
作为优选，所述连接环为非导磁连接环，所述挡铁为软磁挡铁，所述挡铁设置有圆柱面用于和连接环实现过盈配合连接，所述极靴为软磁极靴，所述极靴设置有圆柱面用于和连接环实现过盈配合连接。
作为优选，所述衔铁为软磁衔铁，其表面设置有厚度为0.01～0.04mm的非导磁、摩擦系数低的耐磨层。
作为优选，所述挡铁表面经抗腐蚀和降低摩擦系数的工艺处理，所述极靴表面经抗腐蚀和降低摩擦系数的工艺处理。
本发明的有益技术效果是：
1、本发明专利结构简单，无需传力杆传输电磁力。
2、本发明专利产品体积小，缩小了挡铁的体积，整个小型化比例电磁铁体积缩小30％以上，且预留挡铁内部的部分空间给主阀零件使用。
3、本发明专利制造过程简单，无需焊接等操作，仅通过配合连接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明专利一种小型化比例电磁铁的结构原理图；
图2为本发明专利一种小型化比例电磁铁中极靴、连接环和挡铁的连接示意图；
图3为本发明专利一种小型化比例电磁铁实测电磁力与衔铁位移关系结果的示意图；
其中附图标记为：1-挡铁，2-连接环，3-衔铁，4-极靴，5-线圈，6-轭铁，1a-挡铁内孔，2a-连接环内孔，4a-极靴内孔，5a-输入信号接插件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图1和图2，本发明提供一种小型比例电磁铁，包括挡铁1、连接环2、衔铁3、极靴4、线圈5和轭铁6构成；所述挡铁1由软磁材料制成，内有挡铁内孔1a，左端设置有圆环状平面（未图示）及具有特定角度的锥面（未图示）；所述连接环2由非导磁材料制成，内有连接环内孔2a；极靴4由软磁材料制成，内有极靴内孔4a；所述连接环2位于挡铁1与极靴4之间；所述衔铁3为圆柱形，由软磁材料制成，内设偏心通孔；所述线圈5设置有输入信号接插件5a，所述轭铁6右端预留空间用于连接主阀，所述衔铁可在挡铁内孔1a和极靴内孔4a内滑动，且与连接环内孔2a表面不接触，所述衔铁3外圆柱面与挡铁内孔1a、极靴内孔4a均为间隙配合，且间隙为0.01～0.03mm，所述小型化比例电磁铁最大外径不大于22mm、且长度不大于33mm。
所述挡铁1设置有圆柱面（未图示）用于和连接环2实现过盈配合连接，上述极靴4设置有圆柱面（未图示）用于和连接环2实现过盈配合连接。所述衔铁3表面设置有厚度为0.01～0.04mm的非导磁、摩擦系数低的耐磨层（未图示）。所述挡铁1表面经抗腐蚀和降低摩擦系数的工艺处理，所述极靴4表面经抗腐蚀和降低摩擦系数的工艺处理。
如图1和图2所示，挡铁1、衔铁3极靴4和轭铁6由常用软磁材料制成，构成电磁铁通电时线圈5产生的磁场的磁力线回路，且表面均经防腐蚀处理。衔铁3外圆柱面与挡铁内孔1a、极靴内孔4a的间隙配合一方面降低的制造难度，同时也预留用于补偿电磁体工作时大范围温度变化导致的材料热蠕变影响衔铁的运动灵活性。衔铁3表面的特定范围的非导磁涂层，即不会是电磁力明显减小同时也避免了因衔铁3与配合孔之间存在间隙，导致的电磁铁工作时衔铁偏心的问题。由于电磁铁工作各导磁零件均有强磁场存在，衔铁3的偏心将导致衔铁受直径方向的较大的电磁吸力作用，而贴合在与衔铁3配合的孔的某一部分圆孔面上，形成特别的大摩擦力。一般来说摩擦力大于1N时，衔铁3的运动灵活已经降低到电磁力性能显著下降的程度。挡铁1与连接环2以及连接环2与极靴4之间为配合连接结构，避免了焊接等操作的繁琐。由于衔铁3与连接环内孔2a不接触，连接环内孔2a也无更高的加工精度要求。由于显著缩短了挡铁1的长度，并改变了挡铁内孔1a的结构形状，通过合适的挡铁1结构设计，例如特定角度的锥面结构的设计，依然能够保证比例电磁铁的输入信号与输出电磁力之间的线性比例特性。挡铁1内部的挡铁内孔1a结构以及挡铁1尺寸的缩短，使得电磁力的输出可实现衔铁3与主阀零件直接接触的方式，无需传力杆这一部件，挡铁1尺寸的缩短主要是为了衔铁3与主阀零件，直接接触输出电磁力时主阀零件的加工难度不会显著的增加。轭铁6右端预留的结构可以实现与主阀组件的快速安装连接。
参阅附图3所示，附图3为小型化超高速螺线管电磁铁实测电磁力与衔铁位移关系结果的示意图，其中Y方向代表电磁铁输出力（N），X方向代表衔铁与挡铁的距离（MM），图中的坐标点代表24V驱动电磁力。
实际应用表明，该比例电磁铁可实现不大于22mm的最大外径，长度不大于33mm，衔铁在2.0mm运动范围内均可实现理想的比例特性。相比一般的比例电磁铁外径缩小1～8mm，长度缩短5mm以上，体积缩小30%以上，重量缩小30%以上且电磁铁性能优良。与主阀组件链接成比例电磁阀工作时减少零件2个，通过与不同形式的主阀匹配，可以实现正比例减压电磁阀、反比例减压电磁阀、比例流量阀以及比例流量换向阀等功能，广泛适用于各类自动变速器、发动机VVT系统等汽车领域。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围内的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种小型化比例电磁铁，其特征在于：包括挡铁、连接环、衔铁、极靴、线圈和轭铁，所述挡铁内设有挡铁内孔、且左端设置有圆环状平面及具有特定角度的锥面，所述连接环内设有连接环内孔，所述极靴内设有极靴内孔，所述连接环位于挡铁与极靴之间，所述衔铁为圆柱形，所述线圈上设置有输入信号接插件，所述衔铁内设与衔铁外径不同心的通孔，所述衔铁可在挡铁内孔和极靴内孔内滑动、且与连接环内孔表面不接触，所述衔铁外圆柱面与挡铁内孔、极靴内孔均为0.01~0.03mm的间隙配合，所述小型化比例电磁铁最大外径不大于22mm、且长度不大于33mm。
2.根据权利要求1所述的一种小型化比例电磁铁，其特征在于：所述连接环为非导磁连接环，所述挡铁为软磁挡铁，所述挡铁设置有圆柱面用于和连接环实现过盈配合连接，所述极靴为软磁极靴，所述极靴设置有圆柱面用于和连接环实现过盈配合连接。
3.根据权利要求1所述的小型化比例电磁铁，其特征在于：所述衔铁为软磁衔铁，其表面设置有厚度为0.01～0.04mm的非导磁、摩擦系数低的耐磨层。
4.根据权利要求1所述的一种小型化比例电磁铁，其特征在于：所述挡铁表面经抗腐蚀和降低摩擦系数的工艺处理，所述极靴表面经抗腐蚀和降低摩擦系数的工艺处理。
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