CN104051123B - 电磁铁结构 - Google Patents

Abstract

一种电磁铁结构，属于电器控制与保护装置技术领域。包括铁芯、支座、线圈、弹性件和轭铁组件，轭铁组件包括一对轭铁，在该一对轭铁的轭铁腔内各设置永磁体和分磁片，特点：还包括有非导磁体层，该非导磁体层结合在一对轭铁的表面或铁芯的表面，当线圈通电且铁芯克服弹性件的反作用力而处于与一对轭铁相吸合的状态时，由结合于一对轭铁上的表面的非导磁体层的厚度构成为铁芯与一对轭铁之间的气隙或者由结合于铁芯的表面的非导磁体层的厚度构成为铁芯与一对轭铁之间的气隙。具有对空隙的稳定可控的优异效果；结构简练，非导磁体层尺寸稳定可控而可保障持久稳定的气隙，使电磁铁的工作可靠性得以显著提高。

Description

电磁铁结构

技术领域

本发明属于电器控制与保护装置技术领域，具体涉及一种电磁铁结构。

背景技术

电磁铁作为一种驱动部件而广泛应用于各种控制电器中，包括支架；设置在支架上的作为运动件的铁芯或衔铁、作为静止件的轭铁或静铁芯、线圈和用于驱动运动件运动的作为弹性件的弹簧。当线圈通电时，在运动件与静止件之间形成电磁力，运动件克服弹性件的作用力而向静止件的方向运动，反之当线圈断电时，运动件在弹性件的回复力作用下向着背离静止件的方向运动。

由于在交流电工况下工作的交流电磁铁功耗、体积和噪声大，并且加工难度高，因而逐步被具有整流功能的电源模块加直流电磁铁的形式所替代。出于节能并且减少体积之目的，直流电磁铁通常使用永磁结构。

已有技术中，对永磁结构的直流电磁铁的轭铁与铁芯之间形成气隙的处置方式普遍使用垫片，即在轭铁上并且在对应于铁芯朝向弹性件的一侧的位置设置垫片，并且为了体现良好的节能效果，通常将垫片的厚度设计得尽可能薄，于是便出现了厚度低于0.5㎜甚至为0.04㎜的超薄垫片，微薄的垫片对于节能具有积极意义，但是对垫片的加工以及装配难度显著增大，因为垫片越薄越易出现诸如变形、加工尺寸难以控制和装配误差无法避免之类的技术问题，此外，由于对垫片的平整度、表面粗糙度以及表面镀层等的控制难度增加，因此对电磁铁的工作稳定性产生相应的影响。

在公开的中国专利文献中可见诸关于电磁铁结构的技术信息，典型的如授权公告号CN202905358U推荐的“具有接触凸台的电磁铁”，该专利方案在轭铁正对铁芯与其相对应的贴合面上构成凸台，藉由该凸台而使轭铁与铁芯之间形成气隙。具体地讲以冲压方式在轭铁上直接形成作为构建气隙的凸台的设计思路在很大程度上能够弥补前述的欠缺，并且能客观地体现该专利的说明书第0037段载述的技术效果。但是存在以下缺憾：首先，凸台的尺寸控制难度大，如果凸台的高度和截面这一敏感参数得不到有效控制，那么难以在使用过程中承受铁芯对其的频繁冲击，即在使用过程中存在变形之虞，影响电磁铁的持久工作的稳定性；其次，加工烦琐，因为在整个制造过程中，需先冲切成型轭铁，再在轭铁上镦出凸台，而后在表面镀镀层。

鉴于上述已有技术，有必要加以改进，为此本申请人作了积极而有益的设计，终于形成了下面将要介绍的技术方案，并且在采取了保密措施下在本申请人的试验室进行了模拟试验，结果表现出了意想不到的技术效果。

发明内容

本发明的任务在于提供一种无需以设置垫片或形成凸台的方式构建轭铁与铁芯之间的气隙而藉以有效地控制轭铁与铁芯之间的持久稳定的气隙并且结构简单制造便捷的电磁铁结构。

本发明的任务是这样来完成的，一种电磁铁结构，包括一铁芯、供设置铁芯并且用于对铁芯限定的一支座、设置在支座上的线圈、设置在铁芯与支座之间的并且在线圈失电状态下驱使铁芯运动的弹性件和位置与铁芯相对应的并且固定在支座上的轭铁组件，其中：所述的轭铁组件包括以彼此面对面的状态对应于所述铁芯的两侧的一对形状相同并且均呈C字形或U字形的轭铁，在该一对轭铁的轭铁腔内各设置有一永磁体和一分磁片，永磁体位于轭铁腔的腔底壁与分磁片之间，所述的铁芯和所述的一对轭铁均由导磁材料制成，特点是：还包括有非导磁体层，该非导磁体层结合在所述一对轭铁的表面或结合在所述铁芯的表面，当所述线圈通电并且铁芯克服所述弹性件的反作用力而处于与一对轭铁相吸合的状态时，由结合于一对轭铁上的表面的非导磁体层的厚度构成为铁芯与一对轭铁之间的气隙或者由结合于铁芯的表面的非导磁体层的厚度构成为铁芯与一对轭铁之间的气隙。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的铁芯的纵截面形状呈工字形，该铁芯包括铁芯柱体、上铁芯板和下铁芯板，上铁芯板构成于铁芯柱体的上端，下铁芯板构成于铁芯柱体的下端，所述的弹性件的上端支承在下铁芯板上，而弹性件的下端支承在所述的支座上，所述的非导磁体层结合在所述轭铁朝向所述轭铁腔的一侧表面以及背对轭铁腔的一侧表面或者结合在上铁芯板以及下铁芯板的上下表面。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的支座包括彼此以面对面的状态设置的一对铁芯限定架，在该一对铁芯限定架的相向一侧各构成有铁芯限定腔，所述的铁芯位于一对铁芯限定架之间并且与铁芯限定腔相配合，所述的线圈设置在一对铁芯限定架的高度方向的中部的外壁上。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的导磁材料为铁、钢或硅钢片。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的非导磁体层为铜层或者经盐浴处理而在表面形成有非导磁氧化膜层的导磁材料。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的非导磁体层的厚度为0.04-1㎜。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的非导磁体层的厚度为0.06-0.8㎜。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的非导磁体层的厚度为0.08-0.6㎜。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的非导磁体层的厚度为0.1-0.4㎜。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述的弹性件为弹簧。

本发明提供的技术方案由于在由导磁材料制成的铁芯和一对轭铁两者任择其一的表面结合有非导磁体层，因而在铁芯处于与一对轭铁吸合的状态时由一对轭铁表面的非导磁体层或者由铁芯表面的非导磁体层的厚度构成铁芯与一对轭铁之间的气隙，具有对空隙的稳定可控的优异效果；由于摒弃了已有技术通过在轭铁上设置垫片或形成的凸台充当铁芯与轭铁之间的气隙的设计模式，使结构更趋简练，并且由于非导磁体层具有稳定的大平面，不会因铁芯的频繁冲击而变形，非导磁体层尺寸稳定可控而可保障持久稳定的气隙，使电磁铁的工作可靠性得以显著提高。

附图说明

图1为本发明的实施例结构图。

图2为在线圈失电状态下示意图。

图3为在线圈得电状态下示意图。

图4为本发明的铁芯的另一个实施例结构图。

图5为线圈处于失电状态下并且铁芯和轭铁处于分离位置时的线圈电流产生的磁通示意图。

图6为线圈处于得电状态下并且铁芯和轭铁处于吸合位置时的线圈电流产生的磁通示意图。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

实施例1：

在下面的描述中凡是涉及上、下、左和右之类的方向性概念均是针对正在被描述的图所处的位置状态而言的，目的在于方便公众理解本发明而并非为本发明的技术内容的特定限制。

请参见图1，给出了属于电磁铁结构体系的一铁芯1、供设置铁芯1并对铁芯1实施限定的一支座2、设置在支座2上的线圈3、设置在铁芯1与支座2之间的并且在线圈3处于失电状态下驱使铁芯1向上运动的弹性体4和位置与铁芯1相对应的并且固定在支座2上的轭铁组件5。

前述的轭铁组件5包括以彼此面对面的状态对应于前述铁芯1的两侧的一对形状相同并且均呈C字形（也可以是U字形）的轭铁51，在该一对轭铁51的轭铁腔511内各设置有一永磁体5111和一分磁片5112，永磁体5111位于轭铁腔511的腔底壁与分磁片5112之间。由于一对轭铁51彼此面对面设置，因此一对轭铁51的轭铁腔511相互对应。铁芯1和一对轭铁51均由导磁材料制成，也就是说采用导磁材料充当铁芯1和一对轭铁51。在本实施例中，导磁材料为铁，或者为钢，也可使用硅钢片。

前述的铁芯1的纵截面形状呈工字形。该铁芯1包括铁芯柱体11、上铁芯板12和下铁芯板13，上铁芯板12构成于铁芯柱体11的上端，下铁芯板13构成于铁芯柱体11的下端，从而将铁芯柱体11、上铁芯板12和下铁芯板13三者构成为纵截面形状呈工字形的构造。前述的弹性件4的上端支承在下铁芯板13上，而下端支承在支座2上，该弹性件4为弹簧。

上面提及的支座2包括彼此以面对面的状态设置的一对铁芯限定架21，在该一对铁芯限定架21的相向一侧各构成有与铁芯1的形状相适应的铁芯限定腔211，铁芯1位于一对铁芯限定架21之间并且与铁芯限定腔211相配合，而前述的线圈3设置在即绕设在一对铁芯限定架21的高度方向的中部的外壁上。前述轭铁组件5的一对轭铁51相对铁芯1配置并且固定于一对铁芯限定架21上。

请参见图2和图3，作为本发明提供的技术方案的技术要点：电磁铁结构还包括有非导磁体层6，该非导磁体层6结合在一对轭铁51的表面，由图2和图3的示意可知：非导磁体层6结合在一对轭铁51朝向前述轭铁腔511的一侧的表面以及结合在一对轭铁51背对轭铁腔511的一侧表面，也就是说在一对轭铁51朝向轭铁腔511以及背对轭铁腔511的一侧表面各结合有非导磁体层6。在本实施例中，非导磁体层6为铜层，并且厚度为0.04-1㎜，优选为0.06-0.8㎜，较好地为0.08-0.6㎜，更好地为0.1-0.4㎜，最好为0.25㎜，本实施例为0.25㎜。

由图3所示，当线圈3处于通电状态下，铁芯1克服前述弹性件4的反作用力（也可称驱动力）而处于与一对轭铁51相吸合的状态时，由前述的结合于一对轭铁51的表面的非导磁体层6的厚度构成铁芯1与一对轭铁51之间的磁隙7。更确切地讲，前述铁芯1的上铁芯板12的下方（也可称下表面）以及下铁芯板13的下方（也可称下表面）与一对轭铁51的导磁材料之间的磁隙7的距离恰好为结合于一对轭铁51朝向轭铁腔511的一侧表面的并且分别与上、下铁芯板12、13相对应的非导磁体层6的厚度。如此结构相对于已有技术在轭铁上固定垫片而藉由垫片的厚度构建铁芯与轭铁之间的气隙或者在轭铁上镦出凸台而藉由凸台的高度构建铁芯与轭铁之间的气隙而言，本实施例在一对轭铁51的表面（表面的概念已在上面提及）结合非导磁体层6具有申请人在上面的技术效果栏中载述的技术效果。

由上述说明可知，一对轭铁51实质上由两种不同性质的材料构成，即为复合材料构成，位于轭铁51两侧表面的非导磁体层6（前述的铜）在压力下例如通过轧压装置轧压而结合至作为带钢形式而存在的轭铁材料即前述导磁材料的表面，再以冲压方式获得一对轭铁51。还可采用镀涂或真空溅射的工艺将非导磁层6结合于轭铁51的两侧表面。

由图2所示，当线圈3处于失电状态下，由弹性件4的回复力作用而使铁芯1向上位移，使电磁铁处于分离位置(即铁芯1和轭铁51处于分离位置)。

请参见图5和图6，电磁铁的铁芯1处于与一对轭铁51的分离位置（如图5），存在一较大工作气隙C，线圈通大电流，电流产生如图磁通，在铁芯1和一对轭铁51之间产生吸合力Fc，铁芯1克服弹簧反力，向气隙缩小方向吸合。铁芯1和一对轭铁51处于吸合位置（如图6），此时非导磁体层6的厚度构成为所述铁芯1与轭铁51之间的气隙7，由于非导磁体层6具有稳定的大平面，不会因铁芯1的频繁冲击而变形，非导磁体层6尺寸稳定可控而可保障持久稳定的气隙，使电磁铁的工作可靠性得以显著提高。并且在铁芯1和一对轭铁51长久处于吸合位置时，出于节能的要求，可以降低电流，由于非导磁体层6的气隙较小，因此需要保持的电流也较小。

实施例2：

请参见图4，在实施例1中，将非导磁体层6结合于一对轭铁51朝向轭铁腔511的一侧表面以及背对轭铁腔511的一侧表面，铁芯1上不存在非导磁体层6，而本实施例侧相反，仅在铁芯1上结合非导磁体层6，一对轭铁51的表面不存在非导磁体层6。由图4的示意可知，在铁芯1的上铁芯板12朝向上以及向下的一侧表面各结合有非导磁体层6，同时在下铁芯板13朝向上以及朝向下的一侧表面各结合有非导磁体层6。于是当线圈3处于通电状态时，铁芯1克服弹性件4的反作用力（也可称驱动力）而处于与一对轭铁51相吸合的状态，由结合于上铁芯板12朝向下的一侧表面的非导磁体层6以及由结合于下铁芯板13朝向下的一侧表面的非导磁体层6的厚度构成铁芯1与一对轭铁51之间的气隙7。

在本实施例中，非导磁体层6为经盐浴处理而在表面形成有非导磁氧化膜层的导磁材料，具体而言，用铁芯材料即用前述的导磁材料经QPQ（盐浴Quench-Polish-Quench）处理后表面形成的氧化层来替代，用QPQ工艺或类似的工艺获取非导磁体层6均属本专利申请的技术内容范畴。依据举一反三之例，实施例1中的非导磁体层6也可使用盐浴工艺获得。其余均同对实施例1的描述。

综上所述，本发明提供的技术方案克服了已有技术中的缺憾，完成了发明任务，客观体现了申请人在上面的技术效果栏中所述的技术效果。

Claims (10)

1.一种电磁铁结构，包括一铁芯(1)、供设置铁芯(1)并且用于对铁芯(1)限定的一支座(2)、设置在支座(2)上的线圈(3)、设置在铁芯(1)与支座(2)之间的并且在线圈(3)失电状态下驱使铁芯(1)运动的弹性件(4)和位置与铁芯(1)相对应的并且固定在支座(2)上的轭铁组件(5)，其中：所述的轭铁组件(5)包括以彼此面对面的状态对应于所述铁芯(1)的两侧的一对形状相同并且均呈C字形或U字形的轭铁(51)，在该一对轭铁(51)的轭铁腔(511)内各设置有一永磁体(5111)和一分磁片(5112)，永磁体(5111)位于轭铁腔(511)的腔底壁与分磁片(5112)之间，所述的铁芯(1)和所述的一对轭铁(51)均由导磁材料制成，其特征在于：还包括有非导磁体层(6)，该非导磁体层(6)结合在所述一对轭铁(51)的表面或结合在所述铁芯(1)的表面，当所述线圈(3)通电并且铁芯(1)克服所述弹性件(4)的反作用力而处于与一对轭铁(51)相吸合的状态时，由结合于一对轭铁(51)上的表面的非导磁体层(6)的厚度构成为铁芯(1)与一对轭铁(51)之间的气隙(7)或者由结合于铁芯(1)的表面的非导磁体层(6)的厚度构成为铁芯(1)与一对轭铁(51)之间的气隙(7)。

2.根据权利要求1所述的电磁铁结构，其特征在于所述的铁芯(1)的纵截面形状呈工字形，该铁芯(1)包括铁芯柱体(11)、上铁芯板(12)和下铁芯板(13)，上铁芯板(12)构成于铁芯柱体(11)的上端，下铁芯板(13)构成于铁芯柱体(11)的下端，所述的弹性件(4)的上端支承在下铁芯板(13)上，而弹性件(4)的下端支承在所述的支座(2)上，所述的非导磁体层(6)结合在所述轭铁(51)朝向所述轭铁腔(511)的一侧表面以及背对轭铁腔(511)的一侧表面或者结合在上铁芯板(12)以及下铁芯板(13)的上下表面。

3.根据权利要求1所述的电磁铁结构，其特征在于所述的支座(2)包括彼此以面对面的状态设置的一对铁芯限定架(21)，在该一对铁芯限定架(21)的相向一侧各构成有铁芯限定腔(211)，所述的铁芯(1)位于一对铁芯限定架(21)之间并且与铁芯限定腔(211)相配合，所述的线圈(3)设置在一对铁芯限定架(21)的高度方向的中部的外壁上。

4.根据权利要求1所述的电磁铁结构，其特征在于所述的导磁材料为铁、钢或硅钢片。

5.根据权利要求1或2所述的电磁铁结构，其特征在于所述的非导磁体层(6)为铜层或者经盐浴处理而在表面形成有非导磁氧化膜层的导磁材料。

6.根据权利要求5所述的电磁铁结构，其特征在于所述的非导磁体层(6)的厚度为0.04-1㎜。

7.根据权利要求6所述的电磁铁结构，其特征在于所述的非导磁体层(6)的厚度为0.06-0.8㎜。

8.根据权利要求6所述的电磁铁结构，其特征在于所述的非导磁体层(6)的厚度为0.08-0.6㎜。

9.根据权利要求6所述的电磁铁结构，其特征在于所述的非导磁体层(6)的厚度为0.1-0.4㎜。

10.根据权利要求1所述的电磁铁结构，其特征在于所述的弹性件(4)为弹簧。