CN1046815C - 磁保持电磁铁 - Google Patents

Abstract

一种带有永磁体的磁保持电磁铁，将固定磁心设计成可移动部件和不可移动部件组合而成且用刚性连接套杆将其固结成一体然后再与定铁心磁路连结固定的机械结构，使永磁体不受机械冲击或减缓冲击，从而使电磁铁具有极高的机械寿命。此外，将为电磁铁提供反向励磁电源的储能电容器与电磁铁线圈架组合成一体化结构，同时设置了磁保持电磁铁紧急释放操作装置、手动操作装置和吸合或释放时间电气阻尼装置，使磁保持电磁铁的结构更紧凑，功能更完善。

Description

磁保持电磁铁

本发明涉及一种带有永磁体的磁保持电磁铁，特别涉及一种带有永磁体抗震装置、紧急释放操作装置和电气阻尼装置的磁保持电磁铁，属于电学的电磁铁领域。

在已有技术中，中国专利CN89105949.0提供了磁保持电磁铁的结构型式和控制电路的若干种技术方案。它们的不足之处是：动铁心在运动过程中不受控制，对固定磁心造成的冲击将会通过上磁轭的位移或变形传递给永磁体，尽管这样的位移或变形很小很小，但磁保持电磁铁在连续操作过程中势必对永磁体产生连续不断的冲击，从而使永磁体受到一定程度的伤害，磁性能劣化，电磁铁的整体机械寿命因永磁体的关系有所缩短。在磁保持电磁铁失电后为其提供反向励磁(释放操作)电源的储能电容器是一个独立的电气元件，在有些情况下应用上述已有技术制作小型的磁保持继电器或磁保持振动器时，整机体积较大，安装使用效果会受到影响。此外，已经吸持的磁保持电磁铁万一因控制电路发生故障，电磁铁将始终保持在吸持状态，这在某些工艺条件下是不允许的，因此，对进一步推广应用磁保持电磁铁受到了限制。

本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提供一种使永磁体具有良好抗震性能的结构技术方案，并将储能电容器与磁保持电磁铁组合成一体化，最大限度地减小电磁铁的几何尺寸。

本发明的目的还可以提供一种在传统控制电路失灵时磁保持电磁铁的紧急释放装置。

本发明的目的还可以提供一种调节磁保持电磁铁吸合或释放时间的电气阻尼装置。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

磁保持电磁铁，包括上磁轭1、固定磁心2、永磁体3、旁磁轭4、下磁轭5、电磁线圈6、线圈架7、动铁心8和复位弹簧9，安装在中心轴线两侧的永磁体3的上下两个平面的极性彼此相反，在下磁轭5的中央部位设有动铁心8插入滑动的导轨轴承，以固定磁心2和动铁心8的中心轴线为对称轴，形成在几何形状、安装位置、结构性能、磁性能方面左右对称的工作磁路，其中永磁磁路在电磁铁吸合时为封闭式对称磁路，所述磁路中永磁磁力线与电磁磁力线的主磁通穿过动铁心8的主工作气隙，固定磁心2由不可移动部件2_b及可移动部件2_a组合而成，所述不可移动部件2_b的上端部和下端部分别与非导磁材料制作的刚性连接套杆21和刚性连接套杆20连结固定，所述刚性连接套杆21和刚性连接套杆20又分别与所述上磁轭1及所述下磁轭5连结固定；在磁保持电磁铁失电后为所述电磁铁提供反向励磁电源的所述储能电容器10是一个与所述电磁铁线圈架7有机地组装在一起的套筒式电容器10，所述电容器10的导电极板及绝缘薄膜71平缠在所述线圈架7的外侧，线圈架的上下两侧档板及用非导磁材料制成的电容器外壳72构成所述电容器的密封腔，所述密封腔内可以充填电解质。固定磁心2由不可移动部件2_b和可移动部件2_a组成时，上磁轭1的中央部位处必须向外侧延伸一个圆柱形凸状体1_a，所述凸状体1_a的内侧上端部设有内螺纹，内侧下端部设有光滑的环形导磁表面，而可移动部件2_a的上端部设有外螺纹且与凸状体1_a的内侧形成螺纹配合面32，可移动部件2_a的下端部是一个外表面光滑的圆柱体，与凸状体1_a的内侧导磁环形成微小间隙的滑动配合面22，可移动部件2_a的下端面是一个光滑的平面，可以与不可移动部件2_b的上端面保持导磁良好的静压配合。可移动部件2_a的上端部外侧表面上设有手动操作该部件作上下轴向运动必需的凹槽、凸缘、沉孔操作面54。刚性连接套杆20是一根密封套管，它与不可移动部件2_b及下磁轭5密封连接后构成一种无填料函的阀用电磁铁。由一个备用电磁线圈6_d、整流二极管16、限流元件11、主令按钮LA构成所述磁保持电磁铁的紧急释放操作装置61，所述整流二极管16、所述限流元件11、所述主令按钮LA的一组动合触点和所述电磁线圈6_d串联连接后再并联连接在所述磁保持电磁铁的励磁电源上，主令按钮LA的一组动分触点串入所述磁保持电磁铁传统控制电路020的励磁主电路中，按下主令按钮LA时，电磁线圈6_d产生一个反向磁通E_F迫使所述磁保持电磁铁紧急释放。由一个辅助线圈6_c、一个二极管或开关二极管或晶闸管组成的电子开关18、电阻器R₂₂和齐纳二极管D₂₂串联连接后构成所述磁保持电磁铁的电气阻尼装置60，选调所述辅助电磁线圈6_c的绕向和所述电子开关18、所述齐纳二极管D₂₂、所述电阻器R₂₂的导通方向及阻值大小，可以使所述磁保持电磁铁在吸合或释时获得不同的电气阻尼特性。

经过实践证明，本发明具有以下主要优点：

1．优良的抗震性能和很高的机械寿命。

2．紧凑的结构几何尺寸。

3．新颖的紧急释放装置和电气阻尼特性。

下面，对本发明附图的图面说明如下：

图1为设有刚性连接套杆21和20的磁保持电磁铁结构实施例1

图2为套筒式电容器实施例1

图3为磁保持电磁铁紧急释放操作装置实施例1

图4为磁保持电磁铁紧急释放操作装置实施例2

图5为磁保持电磁铁紧急释放操作装置实施例3

图6为磁保持电磁铁电气阻尼装置实施例1

现在，本发明结合以上实施例作进一步详述。

图1示出了提高永磁体3抗震性能的、设有刚性连接套杆21和22的电磁铁结构实施例。同时也可以是一种无填料函阀用电磁铁的最佳实施例。与已有技术有着明显不同的是，固定磁心2由不可移动部件2_b及可移动部件2_a组成，元件2_b是一个规则的柱状体，它的上下两个端面都是与电磁铁中心轴线垂直相交的光滑平面，使用非导磁材料制作的刚性连接套杆20和21分别与元件2_b的下端部和上端部刚性连结固定，例如用焊接或滚压连接等方式予以固结甚至密封连结，然后将元件20和21又分别与下磁轭5和上磁轭1连结固定。为了最有效地利用电磁铁的励磁磁通并缩小电磁铁的径向或水平方向的几何尺寸，元件20和21往往使用薄壁材料制成。与此同时，在元件1的中央部位处向外侧延伸出一个新的圆柱形凸状体1_a，它仍然以电磁铁的中心轴线为对称轴，在它的内侧上部设有内圆螺纹32，内侧下部设有光滑的环形导磁表面。可移动部件2_a的上部为一根螺杆，下部是一个直径略小的具有光滑外表面的圆柱体，下端面也是一个光滑的与轴线垂直相交的平面。在元件2_a的上端面的中央部位处还设有手动操作元件2_a使之作上下轴向运动所必需的凹槽、凸缘、沉孔或类似操作表面54。图1示出了已经安装到位的、正处于释放状态的一个阀用电磁铁实施例的纵剖面图，这时，元件2_a的下端面已经和元件2_b的上端面形成了良好的静压配合，其磁阻可以降低得足够小。元件2_a的下端部圆柱体外表面与元件1_a的内侧导磁环形成微小间隙的滑动配合面22，一般说来，这个间隙大概在几微米至数百微米间变化，它可以在机加工精度和永磁体的不同材质间优化选择。元件22的配合面积也受磁保持力工艺设计要求和永磁体材质的不同而异。元件2_a的上端部螺杆与元件1_a的上部内圆螺纹形成螺纹配合面32，而且螺纹间隙应愈小愈好。为了与被驱动元件例如电磁阀的阀座相连，通常将元件5向外侧延伸出一个带外圆螺纹的空心柱状体5_a，它仍然遵循中心轴线对称设置的原则。在元件20与元件5连结固定处的外侧，即元件5和元件5_a的结合部，有一个外表面光滑的内圆导磁环，其直径比密封的连接套杆20的内径略小一些，且与电磁铁中心轴线同心，动铁心8由此插入，其上端面与元件2_b的下端面形成电磁铁的主气隙δ，元件8的光滑的外表面与内圆导磁环形成微小间隙的滑动配合面23，它的面积同样受磁保持力工艺设计要求和永磁体3的磁能积的平衡控制。为了减少动铁心工作对的机械阻尼作用，在元件23或元件8上可设置适当的排气槽。复位弹簧9安装在元件5_a的凹槽和元件8的平台25间，螺孔24用于固定阀杆或被驱动装置，由图1可见，元件8的定位主要由被驱动装置如阀杆、阀塞、阀座予以限定(本图均省略未绘)。特殊情况下，需要手动操作吸持着的电磁铁释放时，只需使用与元件54配套的工具，操作元件2_a作反向旋转并使之向外运动，当元件2_a与元件2_b的气隙增大到一定值时动铁心8在复位弹簧9的张力作用下自动复位。由此可见，图1示出的还是一种带有手动操作释放功能的磁保持电磁铁。

在本发明提出以前，所有磁保持电磁铁在失电后为其提供反向励磁电源的储能电容器10都是一个独立的电气元件，例如CN89105949.0所提供的技术方案。这在有些情况下不一定显得很理想：例如制作小型的磁保持继电器或磁保持振动器时，整机的体积会受到影响，安装使用也不一定方便。为此，本发明提出了一个将储能电容器与磁保持电磁铁有机地结合成一体化的、以非常规标准制作电容器10的新技术方案。

图2示出了一种套筒式电容器的一个实施例。磁保持电磁铁的线圈架7的空心套筒是动铁心8的导轨轴承，因此采用坚固耐磨的铝合金或高分子材料等制成。电容器的导电极板及绝缘薄膜71被平绕在它的外侧，电容器的外壳72及线圈架的上下二侧挡板将元件71密封起来，必要的时候，还可以在这个密封腔内充填适当的电解质材料，将所述电容器制作成电解电容。引线73以常规方式穿过外壳72，以便与控制电路的有关元件相连。

图4示出了一种磁保持电磁铁紧急释放操作装置61的一个实施例。当已经吸持的磁保持电磁铁万一因控制电路发生故障而要求释放时，已有的使用同一个电磁线圈的传统控制电路是无能为力的(可参见CN89105949.0专利文献)。针对这种情况，在传统的电磁线圈6以外新增一个备用电磁线圈6_d，它可以绕制在元件6的同一个线圈架7上，在元件6_d的主电路中应串接一个整流二极管或开关二极管或晶闸管组成的电子开关18、限流元件11、主令按钮LA的一组动合触点，LA的另一组动分触点应串接到电磁线圈6的传统控制电路020的励磁电源主电路中并与所述紧急释放操作装置61使用同一个励磁电源。需要紧急操作时，按下按钮LA，传统控制电路020失电，备用电磁线圈6d被反向励磁而产生一个反向磁通E_F及电动力F_F，动铁心8因之复位。元件11可以由一般的电阻器或热敏电阻器甚或一个三极管串联调压器构成，其功能是为电磁铁的反向励磁提供一个阻尼工作状态。如电源为DC时，元件18只起导向保护作用，这时，必需选择电源的连接极性，使元件6_d产生的磁势和E_F及F_F与电磁线圈6的吸合正向磁通E_H及正向电动力F_H相反。

图3示出了紧急释放操作装置61的另一个实施例。这是一个具有单独吸合线圈6及备用电磁线圈6_d的磁保持电磁铁，除在传统控制电路020的输出端加接了一个串接在元件6_d主电路中的二极管16′外，控制电路的其它元件和工作原理与图4完全相同。

图5示出了紧急释放操作装置61的第三个实施例。它是为配套使用同一个电磁线圈6操作磁保持电磁铁吸合和释放控制电路而专门提出的新技术方案。正常操作“吸合”运行时，电磁铁的吸合电流I_H由电源-16-10-LA-6-LA-16再返回电源。正常操作“释放”运行时，电磁铁的释放电流I_F由10-11-12-LA-6-LA再返回10，其详细的工作原理可参见中国专利CN89105949.0图2及有关说明。当传统控制电路020的元件16、11、12、10失灵或损坏时，只要按下按钮LA，紧急释放操作装置的反向励磁电流I_F由电源--LA-18-11′-6-LA再返回电源，电磁线圈6被励磁，相应的E_F、F_F使动铁心8复位释放。特别需要指出的是：按钮LA还可以组装在电磁铁或相应电器设备的外壳上。

图6示出了磁保持电磁铁电气阻尼装置60的一个实施例。它由所述电磁铁上单独绕制的一个辅助电磁线圈6_c、一个电子开关18、齐纳二极管D₂₂、电阻器R₂₂串联组成，而电子开关18可以由晶体二极管或电压开关二极管或晶闸管或晶体三极管构成。电磁铁在吸合或释放时，元件6_c中出现一个感生电势，并且在动铁心刚一进入或退出磁路的“极化区”时又感生一个第二电势，只要适当选择6_c的绕向和元件18、D₂₂的导通方向及R₂₂的阻值大小，就可以利用上述二个感生电势在电磁铁磁路中产生相应的正向或反向磁通，从而起到调节电磁铁吸合或释放时间的电气阻尼作用。

Claims (6)

1、磁保持电磁铁，包括上磁轭(1)、固定磁心(2)、永磁体(3)、旁磁轭(4)、下磁轭(5)、电磁线圈(6)、线圈架(7)、动铁心(8)和复位弹簧(9)，安装在中心轴线两侧的永磁体(3)的上下两个平面的极性彼此相反，在下磁轭(5)的中央部位设有动铁心(8)插入滑动的导轨轴承，以固定磁心(2)和动铁心(8)的中心轴线为对称轴，形成在几何形状、安装位置、结构性能、磁性能方面左右对称的工作磁路，其中永磁磁路在电磁铁吸合时为封闭式对称磁路，所述磁路中永磁磁力线与电磁磁力线的主磁通穿过动铁心(8)的主工作气隙，其特征在于：

a)固定磁心(2)由不可移动部件(2_b)及可移动部件(2_a)组合而成，所述不可移动部件(2_b)的上端部和下端部分别与非导磁材料制作的刚性连接套杆(21)和刚性连接套杆(20)连结固定，所述刚性连接套杆(21)和刚性连接套杆(20)又分别与所述上磁轭(1)及所述下磁轭(5)连结固定；

b)在磁保持电磁铁失电后为所述电磁铁提供反向励磁电源的所述储能电容器(10)是一个与所述电磁铁线圈架(7)有机地组装在一起的套筒式电容器(10)，所述电容器(10)的导电极板及绝缘薄膜(71)平缠在所述线圈架(7)的外侧，线圈架的上下两侧档板及用非导磁材料制成的电容器外壳(72)构成所述电容器的密封腔，所述密封腔内可以充填电解质。

2、按权利要求1规定的磁保持电磁铁，其特征在于固定磁心(2)由不可移动部件(2_b)和可移动部件(2_a)组成时，上磁轭(1)的中央部位处必须向外侧延伸一个圆柱形凸状体(1_a)，所述凸状体(1_a)的内侧上端部设有内螺纹，内侧下端部设有光滑的环形导磁表面，而可移动部件(2_a)的上端部设有外螺纹且与凸状体(1_a)的内侧形成螺纹配合面(32)，可移动部件(2_a)的下端部是一个外表面光滑的圆柱体，与凸状体(1_a)的内侧导磁环形成微小间隙的滑动配合面(22)，可移动部件(2_a)的下端面是一个光滑的平面，可以与不可移动部件(2_b)的上端面保持导磁良好的静压配合。

3、按权利要求1、2规定的磁保持电磁铁，其特征在于可移动部件(2_a)的上端部外侧表面上设有手动操作该部件作上下轴向运动必需的凹槽、凸缘、沉孔操作面(54)。

4、按权利要求1、2规定的磁保持电磁铁，其特征在于刚性连接套杆(20)是一根密封套管，它与不可移动部件(2_b)及下磁轭(5)密封连接后构成一种无填料函的阀用电磁铁。

5、按权利要求1规定的磁保持电磁铁，其特征在于还包括由一个备用电磁线圈(6_d)、整流二极管(16)、限流元件(11)、主令按钮LA构成所述磁保持电磁铁的紧急释放操作装置(61)，所述整流二极管(16)、所述限流元件(11)、所述主令按钮LA的一组动合触点和所述电磁线圈(6_d)串联连接后再并联连接在所述磁保持电磁铁的励磁电源上，主令按钮LA的一组动分触点串入所述磁保持电磁铁传统控制电路(020)的励磁主电路中，按下主令按钮LA时，电磁线圈(6_d)产生一个反向磁通E_F迫使所述磁保持电磁铁紧急释放。

6、按权利要求1规定的磁保持电磁铁，其特征在于还包括由一个辅助线圈(6_c)、一个二极管或开关二极管或晶闸管组成的电子开关(18)、电阻器R₂₂和齐纳二极管D₂₂串联连接后构成所述磁保持电磁铁的电气阻尼装置(60)，选调所述辅助电磁线圈(6_c)的绕向和所述电子开关(18)、所述齐纳二极管D₂₂、所述电阻器R₂₂的导通方向及阻值大小，可以使所述磁保持电磁铁在吸合或释时获得不同的电气阻尼特性。

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