CN103982693B - 大功率双向无返簧的含永磁电磁阀 - Google Patents

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Abstract

大功率双向无返簧的含永磁电磁阀，属于电磁阀领域，本发明为解决传统的电磁阀具有响应时间慢，输出力低的问题。本发明方案：上磁路部和下磁路部的结构对称设置，且通过衔铁连接杆和外壳连接环连接在一起；上磁路部包括上部铁芯、上部外壳、上部线圈、上部环形永磁体、上部轭铁和上推杆；下磁路部包括下部铁芯、下部外壳、下部线圈、下部环形永磁体、下部轭铁和下推杆；双稳态磁保持，永磁体调整保持力可调，响应时间快，输出力高。

Description

大功率双向无返簧的含永磁电磁阀
技术领域
本发明涉及大功率双向无返簧的含永磁电磁阀，属于电磁阀领域。含永磁电磁阀特指内部设置有永磁体的电磁阀。
背景技术
电磁阀是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。
但传统的电磁阀具有响应时间慢，输出力低等缺点，不能满足特定情况下的工业生产需求。
发明内容
本发明目的是为了解决传统的电磁阀具有响应时间慢，输出力低的问题，提供了一种大功率双向无返簧的含永磁电磁阀。
本发明所述大功率双向无返簧的含永磁电磁阀，它包括上磁路部、下磁路部、衔铁连接杆和外壳连接环，上磁路部和下磁路部的结构对称设置，且通过衔铁连接杆和外壳连接环连接在一起；
上磁路部包括上部铁芯、上部外壳、上部线圈、上部环形永磁体、上部轭铁和上推杆；上部外壳为开口向上的圆桶形结构，上部外壳的上端开口设置有上部轭铁，上部轭铁的中心孔用于容纳上推杆上下运动；上推杆设置在上部铁芯的上端，上部外壳的底部的中心孔用于容纳上部铁芯上下运动；上部外壳的内侧壁设置有上部环形永磁体，上部环形永磁体与上部外壳的底部之间设置有上部线圈；上部环形永磁体的内孔与上部铁芯的外表面之间存在气隙；上部外壳底部的中心孔内表面与上部铁芯的外表面之间存在气隙；
下磁路部包括下部铁芯、下部外壳、下部线圈、下部环形永磁体、下部轭铁和下推杆；下部外壳为开口向下的圆桶形结构，下部外壳的下端开口设置有下部轭铁，下部轭铁的中心孔用于容纳下推杆上下运动；下推杆设置在下部铁芯的下端，下部外壳的顶部的中心孔用于容纳下部铁芯上下运动；下部外壳的内侧壁设置有下部环形永磁体，下部环形永磁体与下部外壳的顶部之间设置有下部线圈；下部环形永磁体的内孔与下部铁芯的外表面之间存在气隙；下部外壳顶部的中心孔内表面与与下部铁芯的外表面之间存在气隙；
上部铁芯的下端部和下部铁芯的上端通过衔铁连接杆固定在一起；
上部外壳和下部外壳之间通过外壳连接环连接在一起，外壳连接环的上圆环与上部外壳底部的中心孔的边缘固定连接；外壳连接环的下圆环与下部外壳的中心孔的边缘固定连接。
本发明的优点：本发明所述大功率双向无返簧的含永磁电磁阀具有对称结构，装配简单；双稳态磁保持，永磁体调整保持力可调，配合不同的反力设计可得到灵活的配置方式；触动条件低，吸合(释放)安匝数小，功率小，具有响应时间快，输出力高的特点。
永磁体远离主触点及灭弧室所在区域，可以减弱高温对于永磁体的不利影响，同时该结构具有良好的抗振性能，实际装配更加高效，同批次产品一致性增强，并降低批次产品的废品率。
附图说明
图1是本发明所述大功率双向无返簧的含永磁电磁阀的结构示意图；
图2为上、下线圈未通电时的磁通路径图，此时为初始位置；
图3为上、下线圈通正向电初始时刻的磁通路径图；
图4为上、下线圈通正向电至完成由下至上运动形态改变后的磁通路径图，此时为完成由至上运动形态改变后的位置；
图5为上、下线圈断电时的磁通路径图；
图6为上、下线圈通反向电初始时刻的磁通路径图；
图7为上、下线圈通反向电至完成由上至下运动形态改变后的磁通路径图，此时回至初始位置。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述大功率双向无返簧的含永磁电磁阀，它包括上磁路部、下磁路部、衔铁连接杆7和外壳连接环14，上磁路部和下磁路部的结构对称设置，且通过衔铁连接杆7和外壳连接环14连接在一起；
上磁路部包括上部铁芯8、上部外壳9、上部线圈10、上部环形永磁体11、上部轭铁12和上推杆13；上部外壳9为开口向上的圆桶形结构，上部外壳9的上端开口设置有上部轭铁12，上部轭铁12的中心孔用于容纳上推杆13上下运动；上推杆13设置在上部铁芯8的上端，上部外壳9的底部的中心孔用于容纳上部铁芯8上下运动；上部外壳9的内侧壁设置有上部环形永磁体11，上部环形永磁体11与上部外壳9的底部之间设置有上部线圈10；上部环形永磁体11的内孔与上部铁芯8的外表面之间存在气隙；上部外壳9底部的中心孔内表面与上部铁芯8的外表面之间存在气隙；
下磁路部包括下部铁芯6、下部外壳5、下部线圈4、下部环形永磁体3、下部轭铁2和下推杆1；下部外壳5为开口向下的圆桶形结构，下部外壳5的下端开口设置有下部轭铁2，下部轭铁2的中心孔用于容纳下推杆1上下运动；下推杆1设置在下部铁芯6的下端，下部外壳5的顶部的中心孔用于容纳下部铁芯6上下运动；下部外壳5的内侧壁设置有下部环形永磁体3，下部环形永磁体3与下部外壳5的顶部之间设置有下部线圈4；下部环形永磁体3的内孔与下部铁芯6的外表面之间存在气隙；下部外壳5顶部的中心孔内表面与与下部铁芯6的外表面之间存在气隙；
上部铁芯8的下端部和下部铁芯6的上端通过衔铁连接杆7固定在一起；
上部外壳9和下部外壳5之间通过外壳连接环14连接在一起，外壳连接环14的上圆环与上部外壳9底部的中心孔的边缘固定连接；外壳连接环14的下圆环与下部外壳5的中心孔的边缘固定连接。
上推杆13、上部铁芯8、衔铁连接杆7、下部铁芯6和下推杆1构成运动部件，向上运动时，上推杆13从上部轭铁12的中心孔向上伸出，直至上部铁芯8的上端部接触上部轭铁12停止；向下运动时，下推杆1从下部轭铁2的中心孔向下伸出，直至下部铁芯6的下端部接触下部轭铁2停止。
上磁路部和下磁路部的结构是镜向对称的。
上部环形永磁体11和下部环形永磁体3均为径向充磁，且充磁方向相同。
上部铁芯8、下部铁芯6、上部轭铁12、下部轭铁2、上部外壳9和下部外壳5均采用高导磁材料制成。
上部铁芯8和下部铁芯6为圆柱形，纵截面为长方形。
上部线圈10和下部线圈4均采用绕制在线圈骨架上的方式实现。
参见图1，设定上部环形永磁体11和下部环形永磁体3均为内N外S，下面详细说明其工作过程。
图2为上部线圈10和下部线圈4均未通电状态，此时处于初始位置，由于重力因素，下部铁芯6的下端面压在下部轭铁2上，下部铁芯6的下端面和下部轭铁2之间接触，近似于无空隙，磁通只走磁阻最小位置，则下磁路部只存在一条永磁磁通路径：下部环形永磁体3的N极→下部铁芯6→下部轭铁2→下部外壳5→下部环形永磁体3的S极→下部环形永磁体3的N极，下部环形永磁体3和下部铁芯6之间的吸力使得运动部件维持在图1所示的初始位置。上磁路部存在两条并联的永磁磁通路径，第一条路径为：上部环形永磁体11的N极→上部铁芯8→上部铁芯8和上部轭铁12之间的空隙→上部轭铁12→上部外壳9→上部环形永磁体11的S极→上部环形永磁体11的N极；第二条路径为：上部环形永磁体11的N极→上部铁芯8→上部铁芯8和上部外壳9之间的空隙→上部外壳9→上部环形永磁体11的S极→上部环形永磁体11的N极。
图3为上部线圈10和下部线圈4同时通正向电状态，令通正向电时产生如图3所示方向的电磁磁通，下部线圈4产生的电磁磁通路径为：下部铁芯6→下部外壳5→下部轭铁2→下部铁芯6，下部线圈4产生的电磁磁通与下部永磁磁通在下部铁芯6中方向相反，该电磁磁通会一直减弱下部永磁磁通，即下部铁芯6中的初始向下的合成磁通会越来越弱，直至0，再反向，合成磁通向上；上部线圈10产生的电磁磁通路径为：上部铁芯8→上部铁芯8和上部轭铁12之间的气隙→上部轭铁12→上部外壳9→上部外壳9和上部铁芯8之间的气隙→上部铁芯8，上部线圈10产生的电磁磁通在上部铁艺8中与第一条永磁磁通方向相同，与第二条永磁磁通方向相反，该电磁磁通与第一条永磁磁通叠加，增强向上，该电磁磁通减弱第二条永磁磁通，随着电磁磁通的不断增强第一条永磁磁通，并不断减弱第二条永磁磁通，当下部铁芯6的合成磁通与上部铁芯8的合成磁通的合力是向上时，运动部件开始向上动作，直至上部铁芯8的上端面顶在上部轭铁12的下表面为止，如图4所示，完成由下至上运动形态改变。若正向电一直通，则一直保持图4所示状态。在图4所示位置，上磁路部只有一条永磁磁通，下磁路部有两条并联的永磁磁通。
若此时上部线圈10和下部线圈4同时断电，则，上部线圈10和下部线圈4产生两条电磁磁通自然就没有了，参见图5，上磁路部只存在一条永磁磁通路径：上部环形永磁体11的N极→上部铁芯8→上部轭铁12→上部外壳9→上部环形永磁体11的S极→上部环形永磁体11的N极；上部铁芯8和上部环形永磁体11之间的吸力使得上部铁芯8维持在该位置；下磁路部存在两条并联的永磁磁通路径，第一路径：下部环形永磁体3的N极→下部铁芯6→下部铁芯6和下部轭铁2之间的气隙→下部轭铁2→下部外壳5→下部环形永磁体3的S极→下部环形永磁体3的N极，第二路径：下部环形永磁体3的N极→下部铁芯6→下部铁芯6和下部外壳5之间的气隙→下部外壳5→下部环形永磁体3的S极→下部环形永磁体3的N极。这两条永磁磁通在下部铁芯6中的方向相反，但其合成磁通会小于上部铁芯8中的磁通，因此，运动部件不会改变位置。
若此时上部线圈10和下部线圈4同时通反向电，则产生如图6所示的电磁磁通，该电磁磁通与通正向电时的图4的电磁磁通方向相反，上磁路部的电磁磁通减弱上部永磁磁通，下磁路部的电磁磁通与第一条永磁磁通叠加增强，减弱第二条永磁磁通，合力不断向下，具体过程与通正向电时相反，运动部件在合力向下时开始向下运动，直至下部铁芯6的下端面压在下部轭铁2为止，完成由上至下运动形态改变，如图7所示。
在通电、断电不同状态时，按照图2至图7所示的磁路进行动作，永磁体(上部环形永磁体11、下部环形永磁体3)提供稳定状态下的保持力，铁芯(下部铁芯6、上部铁芯8)是其中承担开关动作的器件，而轭铁(上部轭铁12、下部轭铁2)是其中承担衔铁限位的器件，以它们为中心，连接线圈铁芯等其它器件组成的整个电磁阀磁路直接决定着含永磁电磁阀的整机性能；磁路与其相应的结构设计可以极大的提高永磁体的利用效率；磁通约束高效、结构简易的磁路，可以使得产品实际装配更加高效，同批次产品一致性更好，并可降低批次产品的废品率。

Claims (5)

1.大功率双向无返簧的含永磁电磁阀，其特征在于，它包括上磁路部、下磁路部、衔铁连接杆(7)和外壳连接环(14)，上磁路部和下磁路部的结构对称设置，且通过衔铁连接杆(7)和外壳连接环(14)连接在一起；
上磁路部包括上部铁芯(8)、上部外壳(9)、上部线圈(10)、上部环形永磁体(11)、上部轭铁(12)和上推杆(13)；上部外壳(9)为开口向上的圆桶形结构，上部外壳(9)的上端开口设置有上部轭铁(12)，上部轭铁(12)的中心孔用于容纳上推杆(13)上下运动；上推杆(13)设置在上部铁芯(8)的上端，上部外壳(9)的底部的中心孔用于容纳上部铁芯(8)上下运动；上部外壳(9)的内侧壁设置有上部环形永磁体(11)，上部环形永磁体(11)与上部外壳(9)的底部之间设置有上部线圈(10)；上部环形永磁体(11)的内孔与上部铁芯(8)的外表面之间存在气隙；上部外壳(9)底部的中心孔内表面与上部铁芯(8)的外表面之间存在气隙；
下磁路部包括下部铁芯(6)、下部外壳(5)、下部线圈(4)、下部环形永磁体(3)、下部轭铁(2)和下推杆(1)；下部外壳(5)为开口向下的圆桶形结构，下部外壳(5)的下端开口设置有下部轭铁(2)，下部轭铁(2)的中心孔用于容纳下推杆(1)上下运动；下推杆(1)设置在下部铁芯(6)的下端，下部外壳(5)的顶部的中心孔用于容纳下部铁芯(6)上下运动；下部外壳(5)的内侧壁设置有下部环形永磁体(3)，下部环形永磁体(3)与下部外壳(5)的顶部之间设置有下部线圈(4)；下部环形永磁体(3)的内孔与下部铁芯(6)的外表面之间存在气隙；下部外壳(5)顶部的中心孔内表面与与下部铁芯(6)的外表面之间存在气隙；
上部铁芯(8)的下端部和下部铁芯(6)的上端通过衔铁连接杆(7)固定在一起；
上部外壳(9)和下部外壳(5)之间通过外壳连接环(14)连接在一起，外壳连接环(14)的上圆环与上部外壳(9)底部的中心孔的边缘固定连接；外壳连接环(14)的下圆环与下部外壳(5)的顶部的中心孔的边缘固定连接。
2.根据权利要求1所述大功率双向无返簧的含永磁电磁阀，其特征在于，上部环形永磁体(11)和下部环形永磁体(3)均为径向充磁，且充磁方向相同。
3.根据权利要求1所述大功率双向无返簧的含永磁电磁阀，其特征在于，上部铁芯(8)、下部铁芯(6)、上部轭铁(12)、下部轭铁(2)、上部外壳(9)和下部外壳(5)均采用高导磁材料制成。
4.根据权利要求1所述大功率双向无返簧的含永磁电磁阀，其特征在于，上部铁芯(8)和下部铁芯(6)为圆柱形，纵截面为长方形。
5.根据权利要求1所述大功率双向无返簧的含永磁电磁阀，其特征在于，上部线圈(10)和下部线圈(4)均采用绕制在线圈骨架上的方式实现。
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