CN104465012B - 一种变通磁面积比例电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变通磁面积比例电磁铁，包括导套(2)、磁轭(3)、控制线圈(4)、隔磁环(5)、阀接口块(7)、推杆(8)和动铁芯(10)，所述动铁芯(10)的外表面上沿轴向或沿圆周方向加工有数条形状、尺寸相同且均匀分布的凹槽，凹槽的端面或侧面靠近铁芯(10)的工作端面但不与动铁芯(10)的工作端面贯通。本发明在不改变现行比例电磁铁的基本结构、外形和接口尺寸的前提下，能显著提高比例电磁铁位移—力特性的线性度和工作行程宽度。

Description

一种变通磁面积比例电磁铁

技术领域

本发明涉及一种比例电磁铁，特别是涉及一种变通磁面积比例电磁铁。

背景技术

作为电液比例控制器件中的关键部件之一，比例电磁铁的功能是将比例控制放大器输入的电流信号转换成力或位移。因此，电液比例控制技术对比例电磁铁的位移——力特性提出了严格的要求，即比例电磁铁必须具备水平的位移——力特性曲线，在其有效工作行程内，当线圈电流一定时，其输出力保持恒定，而与动铁芯(衔铁)的位移无关。

现有比例电磁铁的结构如图1所示，由塑料端盖1、导套2，磁轭3，控制线圈4、隔磁环5、盆形极靴6、阀接口块7、推杆8、隔磁垫9、动铁芯10和端盖接口块11组成，其中除塑料端盖1、隔磁环5、控制线圈4、推杆8、隔磁垫9外，其余零件均由导磁材料制成。该比例电磁铁的工作原理如图2所示(为清晰起见，图中删除了部分零件的剖面线)：由线圈4产生的磁力线经动铁芯10与阀接口块7间的工作气隙分为两条支路Φ1和Φ2，其中Φ1支路经动铁芯10轴向通过盆形极靴底部的工作气隙，再经阀接口块7、磁轭3、导套2，回到动铁芯10形成闭合环；Φ2支路经动铁芯10斜向通过盆形极靴的锥形周边，到达导套前端，再经阀接口块7、磁轭3、导套2，回到动铁芯10形成闭合环。支路Φ1和Φ2对动铁芯10产生电磁力的轴向分力分别为F1和F2，其合力即为动铁芯受到的驱动力F，如图3所示。

由图3可知，现行比例电磁铁主要依靠特殊形状的盆形极靴将磁力线分为两条支路，通过盆形极靴的相关尺寸调整两条磁力线支路所产生轴向电磁分力的相对大小，从而在动铁芯的位移—力曲线上产生一段近似水平的线性区域(即比例电磁铁的工作行程)。由于极靴形状相对固定，设计时难以精确调整两支路电磁力的相对大小，导致现行比例电磁铁位移—力特性的线性度差，工作行程相对较短等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变通磁面积比例电磁铁，该比例电磁铁与现有比例电磁铁相比，位移—力特性的线性度更好，工作行程更长。

为达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种变通磁面积比例电磁铁，包括导套、磁轭、控制线圈、隔磁环、阀接口块、推杆和动铁芯，动铁芯、阀接口块和控制线圈安装于磁轭中，其中动铁芯和阀接口块沿轴向前后分布，控制线圈位于动铁芯和阀接口块的外侧，导套和隔磁环设于动铁芯、阀接口块与控制线圈之间，推杆连接于动铁芯上并穿过阀接口块，导套包括前段导套和后段导套，隔磁环位于前、后段导套之间，所述动铁芯的外表面上沿轴向或沿圆周方向加工有数条形状、尺寸相同且均匀分布的凹槽，凹槽的端面或侧面靠近铁芯的工作端面但不与动铁芯的工作端面贯通。

上述凹槽的端面或侧面距离动铁芯的工作端面0.5～1mm。

上述沿轴向加工的凹槽的端头(指靠近铁芯工作端面的端部)截面面积逐渐减小，即越靠近铁芯工作端面其截面面积越小。

本发明技术方案既可用于单向比例电磁铁，也可用于双向比例电磁铁。

本发明工作时由控制线圈产生的磁力线经动铁芯与阀接口块间的工作气隙仍分为两条支路Φ1和Φ2(参见图4)，动铁芯所受轴向电磁力较现行比例电磁铁稍小；当动铁芯向右移动至其工作端面越过隔磁环后，其工作端面(右端面)与盆形极靴之间的工作气隙的导磁面积不变，因此Φ1支路的磁阻受动铁芯外圆面上凹槽的影响较小，动铁芯所受电磁力F1随行程变化较缓，但是由于动铁芯外表面上加工有均匀分布的凹槽，动铁芯外圆与盆形极靴周边之间的气隙导磁面积显著减小，磁阻显著增大，导致Φ2支路所产生的轴向电磁分力显著减小。因此，适当设计凹槽的形状和尺寸，可较精确地控制Φ2支路所产生的轴向电磁分力，从而较精确地控制Φ1支路和Φ2支路所产生的轴向电磁分力的相对大小。

本发明在不改变现行比例电磁铁的基本结构、外形和接口尺寸的前提下，通过在动铁芯外表面上加工适当形状和尺寸的凹槽，可较精确地控制Φ1支路和Φ2支路所产生的轴向电磁分力的相对大小，从而可显著提高比例电磁铁的动线性性能(位移—力特性的线性度和工作行程宽度)。另外本发明对条形槽的加工精度要求不高，制造成本增加极小，且无需改变现行比例电磁铁的生产条件、设备和场所即可生产。

附图说明

图1为传统比例电磁铁的结构示意图。

图2为图1所示传统比例电磁铁的工作原理图。

图3为图1所示传统比例电磁铁的位移——力特性曲线示意图。

图4为本发明单向比例电磁铁的结构示意图。

图5为图4中的动铁芯的主视图。

图6为图4中的动铁芯的左视图。

图7为本发明比例电磁铁的位移——力特性曲线示意图。

图8为加工有两端均不贯通的轴向凹槽的动铁芯的主视图。

图9为图8所示动铁芯的左视图。

图10为加工有由多段平面构成的凹槽的动铁芯的主视图。

图11为图10所示动铁芯的左视图。

图12为加工有沿圆周方向凹槽的动铁芯的主视图。

图13为图12所示动铁芯的左视图。

图14为本发明双向比例电磁铁的结构示意图。

图1—3中：1—塑料端盖 2—导套 3—磁轭 4—控制线圈5—隔磁环 6—盆形极靴 7—阀接口块 8—推杆 9—隔磁垫10—动铁芯 11—端盖接口块

图4—12中：1—塑料端盖 2—导套 3—磁轭 4—控制线圈5—隔磁环 6—盆形极靴 7—阀接口块 8—推杆 9—工作气隙10—动铁芯 11—端盖接口块 12—凹槽

图13中：1—磁轭 2—控制线圈 3—动铁芯 4—隔磁环5—导套 6—推杆 7—阀接口块 8—隔磁环 9—凹槽

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1 单向比例电磁铁

如图4、图5、图6所示，本发明包括由导磁材料制成的导套2、磁轭3、阀接口块7、动铁芯10、端盖接口块11和由非导磁材料制成的塑料端盖1、控制线圈4、隔磁环5和推杆8，其中动铁芯10、阀接口块7和控制线圈4安装于磁轭3中，控制线圈4位于动铁芯10和阀接口块7的外侧，导套2和隔磁环5设于动铁芯10和阀接口块7与控制线圈4之间，推杆8连接于动铁芯10上并穿过阀接口块7，导套2包括前段导套和后段导套，隔磁环5位于前、后段导套之间。所述动铁芯10的外圆面上加工有6条沿圆周均匀分布的矩形半圆头凹槽12，每条凹槽12的形状、尺寸相同，从图6可以看出，凹槽12的左端贯通至动铁芯10的左端面，右端未贯通至动铁芯10的右端面(工作端面)，其半圆头的最远端距离动铁芯10右端面约0.5～1mm。动铁芯10上设计凹槽12，使得动铁芯10的外圆与盆形极靴6的周边之间的气隙导磁面积显著减小，磁阻显著增大，导致Φ2支路所产生的轴向电磁分力显著减小。

本发明通过适当设计凹槽12的形状、尺寸，可较精确地控制Φ2支路所产生的轴向电磁分力，从而较精确地控制Φ1支路和Φ2支路所产生的轴向电磁分力的相对大小。本发明的动铁芯10在整个运动行程上的位移—力特性曲线如图7所示，与现行比例电磁铁的移——力特性曲线相比(如图3)，本发明比例电磁铁的位移——力特性曲线线性度更好，工作行程宽度明显增加，能有效改善比例电磁铁的工作性能。

本发明对凹槽12的形状没有特别限制，其方向既可沿轴向，也可沿圆周方向，只是要求不要与铁芯10的工作端面贯通，因此凹槽12除上述结构形式外，还可采用两端均不与动铁芯10的端面贯通的结构形式(如图8、图9所示)。也可采用端头由多段平面连接构成的凹槽12(端头截面积逐渐减小)，如图10、11所示。凹槽12还可沿圆周方向加工，如图12、图13所示，七条凹槽12沿轴向均匀分布，其中最右端凹槽的右侧距离动铁芯10右端面约0.5～1mm。

实施例2 双向比例电磁铁

如图14所示，本发明包括由导磁材料制成的磁轭1、导套5、动铁芯3、阀接口块7和由非导磁材料制成的控制线圈2、隔磁环4、8和推杆6，所述磁轭1、控制线圈2、阀接口块7和推杆6均为两个，左右对称分布，两磁轭3之间通过隔磁环4连接，控制线圈2和阀接口块7安装于同侧的磁轭1中，动铁芯3位于左、右阀接口块7之间，推杆6分别固定在动铁芯3的两端。导套5和隔磁环8设于动铁芯3和阀接口块7与控制线圈2之间，导套5由前段导套、中段导套和后段导套组成，在前段导套与中段导套之间、以及中段导套与后段导套之间设有隔磁环8。

本实施例中，在动铁芯10的外圆面上沿轴向加工有数条矩形半圆头凹槽9，各凹槽9沿圆周均匀分布，由于动铁芯10的两端均为工作端面，因此凹槽9的两端均不能与动铁芯10的两个端面贯通。

以上所述仅为本发明的具体实施例，需要指出的是，对本领域普通技术人员在不脱离本发明使用原理的前提下，还可以做若干变型及改进，也应视为发明保护范围。

Claims (2)

1.一种变通磁面积比例电磁铁，包括导套(2)、磁轭(3)、控制线圈(4)、隔磁环(5)、阀接口块(7)、推杆(8)和动铁芯(10)，动铁芯(10)、阀接口块(7)和控制线圈(4)安装于磁轭(3)中，其中动铁芯(10)和阀接口块(7)沿轴向前后分布，控制线圈(4)位于动铁芯(10)和阀接口块(7)的外侧，导套和隔磁环(5)设于动铁芯(10)、阀接口块(7)与控制线圈(4)之间，推杆(8)连接于动铁芯(10)上并穿过阀接口块(7)，导套包括前段导套和后段导套，隔磁环(5)位于前、后段导套之间，其特征在于：所述动铁芯(10)的外表面上沿轴向或沿圆周方向加工有数条形状、尺寸相同且均匀分布的凹槽(12)，凹槽(12)的端面或侧面靠近铁芯(10)的工作端面但不与动铁芯(10)的工作端面贯通。

2.根据权利要求1所述的一种变通磁面积比例电磁铁，其特征在于：所述凹槽(12)的端面或侧面距离动铁芯(10)的工作端面0.5～1mm。