CN104916386B - 轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁，包括轴向冷却式铁芯、径向式线圈、衔铁复位弹簧、衔铁、阀杆、阀套、止位环、橡胶缓冲垫片、上壳体、下壳体和残余气隙调节环。本发明能有效冷却铁芯内部和线圈，降低衔铁表面液压力，减小作用在衔铁上的阻尼力，并将传统的单一多匝线圈进行分散布置，降低线圈的电感，提升线圈中电流的上升速度和衰减速度，加快电磁铁的响应速度；此外利用并联磁路的原理，共用轴向冷却式铁芯及径向式线圈，同步控制两个衔铁，并作用于同一控制腔，可保证响应速度的同时，增大控制阀的流量，使得控制腔的压力能迅速卸载，喷油器断油干脆，有利提高喷油的控制精度和柴油机经济性，降低排放。

Description

轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机喷油电控装置，具体地说是电磁铁。

背景技术

柴油机电控燃油喷射系统因其具有高喷射压力、喷油定时和喷油规律柔性可控等特点，是目前提高柴油机高燃油经济性和降低有害物排放等的有效手段，得到了广泛地应用。而无论是电控泵喷嘴、单体泵、分配泵，还是目前发展最快的高压共轨电控燃油喷油系统，高速电磁铁都是保证它们能否正常工作的最关键、最核心的部件，柴油机电控燃油喷射系统通过电控单元对高速电磁铁运动的精确控制以实现循环喷油量、喷油定时和喷油规律的精确控制，但它的使用仍存在以下缺点：对于高转速工作柴油机，电磁铁高频地反复被磁化，由于电磁铁材料本身的导磁特性，不可避免地使得磁滞及涡流损耗增加，导致产热量增加，同时为满足电磁铁的高响应要求，常采用大电流驱动以加快其响应速度，使得线圈的发热量增加，致使电磁铁工作温度升高，而电磁铁工作温度的升高，其导磁材料的导磁性能下降，电磁铁的动态响应速度降低，同时线圈导线的电阻增加，导电性能降低，致使输出功率增加，也降低了线圈的安全可靠性；此外，电磁铁衔铁升程与其响应存在矛盾关系，即加大衔铁升程会导致电磁铁响应速度减慢，难以同时满足电磁铁响应与其控制阀流量的要求。

公开号CN 201204109Y专利文件中公开了一种组合式高速电磁铁铁芯，由铁芯体、圆形铁芯座和非导磁金属外套构成，铁芯体由多片成型硅钢片叠加在一起，形成铁芯组合件；铁芯座为软磁材料整体加工而成，其中部有一水平通槽。该电磁铁铁芯采用了硅钢片与软磁整体材料的组合形式，在一定程度上减弱了涡流，可降低电磁铁铁芯温度，但其仍为传统的E型结构，只有铁芯的上端面可与冷却液接触进行高效地对流换热，而铁芯中部和线圈则主要通过热传导形式进行换热，且热阻大，换热效率低，无法对线圈和铁芯中部进行良好的冷却，导致线圈和铁芯的温度不能有效地降低。

发明内容

本发明的目的在于提供高响应、大流量、散热良好、高可靠性的轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁。

本发明的目的是这样实现的：

本发明轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁，其特征是：包括上半部分、下部分、轴向冷却式铁芯；

上半部分包括壳体、阀杆、衔铁、衔铁复位弹簧，壳体里依次设置衔铁室和铁芯孔，壳体的端面向内开设阀套孔，阀套孔与衔铁室相邻，阀杆穿过阀套孔，其端部伸入至衔铁室里，衔铁与阀杆的端部相固定，壳体的侧壁上开设与衔铁室相通的衔铁室冷却液进口；下半部分与上半部分结构相同，相对设置；

轴向冷却式铁芯为圆柱体结构，圆柱体上下两个端面的中部均设置弹簧孔，弹簧孔与圆柱体侧壁之间设置环形凹槽，两面的环形凹槽之间为线圈内芯，线圈内芯轴向开有至少两个通孔，圆柱体侧壁上开有与通孔数量相同的径向冷却液出口，每个径向冷却液出口与其对应的通孔相通，线圈内芯上绕制径向式线圈；

轴向冷却式铁芯的上下两个端面分别设置在上半部分和下半部分的铁芯孔里，上半部分的衔铁复位弹簧安装在轴向冷却式铁芯上端面的弹簧孔和上半部分的衔铁之间，下半部分的衔铁复位弹簧安装在轴向冷却式铁芯下端面的弹簧孔和下半部分的衔铁之间；上半部分的壳体与下半部分的壳体之间通过螺栓连接，且上半部分的壳体与下半部分的壳体之间留有与径向冷却液出口相通的环槽。

本发明轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁，其特征是：包括上半部分、下部分、轴向冷却式铁芯；

上半部分包括壳体、阀杆、衔铁、衔铁复位弹簧，壳体里依次设置衔铁室和铁芯孔，壳体的端面向内开设阀套孔，阀套孔与衔铁室相连通，阀杆穿过阀套孔，其端部伸入至衔铁室里，衔铁与阀杆的端部向固定，壳体的侧壁上开设与衔铁室相通的衔铁室冷却液进口；下半部分与上半部分结构相同，相对设置；

轴向冷却式铁芯为侧壁开有扇形凹槽的圆柱体结构，圆柱体上下两个端面的中部均设置弹簧孔，弹簧孔与圆柱体侧壁之间设置环形凹槽，两面的环形凹槽之间为线圈内芯，扇形凹槽开在线圈内芯的轴向上，所述的扇形凹槽至少有两个，线圈内芯上绕制径向式线圈；

轴向冷却式铁芯的上下两个端面分别设置在上半部分和下半部分的铁芯孔里，上半部分的衔铁复位弹簧安装在轴向冷却式铁芯上端面的弹簧孔和上半部分的衔铁之间，下半部分的衔铁复位弹簧安装在轴向冷却式铁芯下端面的弹簧孔和下半部分的衔铁之间；

上半部分的壳体与下半部分的壳体之间通过螺栓连接，且上半部分的壳体与下半部分的壳体之间留有环槽。

本发明还可以包括：

1、通孔的截面为扇形或腰形，线圈的高度不超过环形凹槽的深度，相邻线圈之间留有散热孔。

2、扇形凹槽内径小于或等于环形凹槽内径，线圈的高度不超过环形凹槽的深度，相邻两线圈之间留有散热槽，环槽与散热槽相通。

3、上半部分的阀套孔里安装阀套，阀杆外部套装有止位环，壳体端面上安装橡胶缓冲垫片，橡胶缓冲垫片位于阀套外围。

本发明的优势在于：本发明的轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁，采用了轴向冷却式铁芯、径向式线圈及并联磁路的结构，加大了线圈与铁芯的散热面积，同时使得铁芯内部轴向的对流换热得以实现，使铁芯内部和线圈得到良好的冷却，保证了线圈良好的导电性能和安全可靠性及铁芯材料良好的导磁性能；其次衔铁与铁芯之间的液体可由散热孔或槽流出，使得衔铁与铁芯间被压缩的液体较少，衔铁表面液压力降低，减小了作用在衔铁上的阻尼力，同时也将传统的单一多匝线圈进行分散布置，降低了线圈的电感，可提高线圈中电流的上升速度和衰减速度，加快电磁铁的响应速度；另外衔铁安置于衔铁室，避免了高压燃油的直接冲击，有利于衔铁状态的稳定；同时利用并联磁路的原理，共用轴向冷却式铁芯及径向式线圈，同步控制两个衔铁，并作用于同一控制腔，可保证响应速度的同时，叠加两衔铁升程，增大控制阀的流量，使得控制腔的压力能迅速卸载，喷油器断油干脆，有利提高喷油的控制精度和柴油机经济性，降低排放。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中轴向冷却式铁芯1和径向式线圈2的俯视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为图1中轴向冷却式铁芯1的一般视图；

图5为图1中轴向冷却式铁芯1环形凹槽18轴向开有两通孔的形式；

图6为图1中轴向冷却式铁芯1环形凹槽18轴向开有3通孔时的轴向冷却式铁芯1及径向式线圈2的结构示意图；

图7a为图1中轴向冷却式铁芯1上的通孔14截面为扇形的结构示意图，图7b为图1中轴向冷却式铁芯1上的通孔14截面为腰形的结构示意图；

图8为图1中上壳体的左视图；

图9为图1中上壳体的俯视图；

图10为图1中轴向冷却式铁芯1表面开扇形凹槽的形式；

图11为图1中轴向冷却式铁芯1表面开扇形凹槽时的一般视图；

图12a为轴向冷却式铁芯1表面开两个扇形凹槽的形式，图12b为轴向冷却式铁芯1表面开3个扇形凹槽的形式；

图13为本发明的励磁原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～13，本发明的轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁的第一种实施方式的组成包括轴向冷却式铁芯1、径向式线圈2、衔铁复位弹簧4、衔铁5、阀杆6、阀套7、止位环8、橡胶缓冲垫片27、上壳体9、下壳体28和残余气隙调节环12。上壳体9为方形，端面开有四个螺栓通孔20，中心依次设有铁芯孔19和衔铁室10，残余气隙调节环12安置于铁芯孔19底部，衔铁室10底部中心开有一阀套孔21，内嵌阀套7，另外上壳体9侧面设有衔铁室冷却液进口11，阀杆6与衔铁5固定连接，穿过上壳体9的阀套7，布置与衔铁室10中，阀套7与阀杆6为一耦件，止位环8通过过盈配合或螺纹连接固定于阀杆6的相应位置，橡胶缓冲垫片27黏贴于上壳体9阀套7外围，与止位环8相对；下壳体28与上壳体9结构相同，同样布置有阀套7、阀杆6、衔铁5、止位环8、残余气隙调节环12及橡胶缓冲垫片27；轴向冷却式铁芯1为圆柱形，两端中心开有相同的圆柱形弹簧孔17，且两端面中间设有同心环形凹槽18，使内外形成主副磁极，环形凹槽18轴向开有至少两个通孔14(图5、图7(a)分别为开两孔和3孔的形式)，通孔14截面为扇形或腰形，分别如图7(a)、图7(b)所示，并均布在环形凹槽18中心圆周上，同时在铁芯轴向中心处开相应通孔数的径向冷却液出口16与通孔14相通，相邻两通孔之间的铁芯部分形成线圈内芯15；径向式线圈2绕制在线圈内芯15上，线圈的高度不超过环形凹槽18的深度，相邻两线圈之间留有散热孔3，线圈表面涂有树脂或其他绝缘耐热材料以隔离线圈与冷却液；轴向冷却式铁芯1布置于上下壳体的铁芯孔19中，衔铁复位弹簧4布置于轴向冷却式铁芯1的弹簧孔17中，上下壳体通过螺栓连接，但上下壳体相对端面并未接触，留有环槽13与轴向冷却式铁芯1的冷却液出口16相通。

结合图1、图8、图9、图10、图11、图12a和图12b，本发明的轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁的第二种实施方式是改变了第一种实施方式中的轴向冷却式铁芯1，将环形凹槽18轴向开有至少两个通孔14变为在铁芯表面至少开有两个扇形凹槽22，图12(a)、图12(b)分别为开有两个扇形凹槽22和3个扇形凹槽22的形式，扇形凹槽22均布在铁芯圆周上，扇形凹槽22内径小于或等于环形凹槽18内径。相邻两扇形凹槽22之间的铁芯部分形成线圈内芯15，径向式线圈2绕制在线圈内芯15上，线圈的高度不超过环形凹槽的深度，相邻两线圈之间留有散热槽29，线圈表面涂有树脂或其他绝缘耐热材料进行隔离，环槽13与轴向冷却式铁芯1的散热槽29相通。这样能大大节省铁芯材料，同时加大了与冷却液的接触面积，增强了散热，另外衔铁与铁芯之间被压缩的液体减小，使得衔铁表面液压力降低，阻尼力减小，有助于提高电磁铁的动态响应速度。

图13示出了轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁的励磁原理，其将传统的单一多匝线圈变成了多个径向式线圈2，分散布置，降低了线圈的电感，能有效提高各线圈中电流的上升速度和衰减速度，加快电磁铁的响应速度；当径向式线圈2通电时，其产生的磁通Φ1经线圈内芯15、副磁极23、外工作气隙24、衔铁5、内工作气隙25、主磁极26再到线圈内芯15而闭合，同时产生磁通Φ2，因结构上下对称，构成的是并联磁路，因此磁通Φ1与Φ2相等，使得轴向冷却式铁芯1同时对上下两衔铁产生大小相等方向相反的电磁吸力，同步控制两个衔铁，当电磁吸力大于衔铁所受阻力时，衔铁开始朝向铁芯运动，直至到达最大位移处，又因两衔铁控制的阀作用于同一控制腔，在保证衔铁升程相同的情况下，相比与传统的单一衔铁结构电磁铁，其控制流量大大增加，使得控制腔的压力能迅速卸载；当径向式线圈2断电，磁通Φ1与Φ2同时消失，两衔铁不再被铁芯吸引，在复位弹簧的作用下而复位。

两衔铁在吸合过程中，其一直处于燃油(同时为上述冷却液)环境中，衔铁与铁芯间的燃油受到挤压，而铁芯上开有散热孔3或散热槽29，受挤压的燃油可从散热孔3或散热槽29排除，降低衔铁表面液压力，减小其所受阻尼力，提高电磁铁动态响应速度，同时衔铁室冷却液进口11、散热槽29(或散热孔3及径向冷却液出口16)、环槽13构成铁芯内部冷却回路，使得铁芯内部轴向的对流换热得以实现，线圈和铁芯得到良好的冷却，保证了线圈良好的导电性能和安全可靠性及铁芯材料良好的导磁性能；当衔铁到达最大位移时，止位环8与橡胶缓冲垫片27发生碰撞，因橡胶缓冲垫片27为橡胶材料，具有良好的减震缓冲性能，所以能减小衔铁吸合时的反弹和降低止位环8因频繁碰撞而导致的损坏程度；两衔铁又被安置于衔铁室中，避免了阀打开时的高压液体的直接冲击，有利于衔铁状态的稳定。

本发明的轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁包括轴向冷却式铁芯、径向式线圈、衔铁、衔铁复位弹簧、阀杆、阀套、止位环、橡胶缓冲垫片、上壳体、下壳体和残余气隙调节环。上壳体为方形，端面开有四个螺栓通孔，中心依次设有铁芯孔和衔铁室，残余气隙调节环安置于铁芯孔底部，衔铁室底部中心开有一阀套孔，内嵌阀套，另外壳体侧面设有衔铁室冷却液进口，阀杆与衔铁固定连接，穿过壳体的阀套，布置与衔铁室中，阀套与阀杆为一耦件，止位环通过过赢配合或螺纹连接固定于阀杆的相应位置，橡胶缓冲垫片黏贴于上壳体阀套外围，与止位环相对；下壳体与上壳体结构相同，同样布置有阀套、阀杆、衔铁、止位环及残余气隙调节环；轴向冷却式铁芯为圆柱形，两端中心开有相同的圆柱形弹簧孔，且两端面中间设有同心环形凹槽，使内外形成主副磁极，环形凹槽轴向开有至少两个通孔，通孔截面为扇形或腰形，并均布在环形凹槽中心圆周上，同时在铁芯轴向中心处开相应通孔数的径向冷却液出口与通孔相通，或在铁芯表面至少开有两个扇形凹槽，扇形凹槽均布在铁芯圆周上，扇形凹槽内径小于或等于环形凹槽内径，相邻两通孔或两扇形凹槽之间的铁芯部分形成线圈内芯；径向式线圈绕制在线圈内芯上，线圈的高度不超过环形凹槽的深度，相邻两线圈之间留有散热孔或槽，线圈表面涂有树脂或其他绝缘耐热材料以隔离线圈与冷却液；轴向冷却式铁芯布置于上下壳体的铁芯孔中，衔铁复位弹簧布置于轴向冷却式铁芯的弹簧孔中，上下壳体通过螺栓连接，但上下壳体相对端面并未接触，留有环槽与轴向冷却式铁芯的冷却液出口或散热槽相通。

本发明包括轴向冷却式铁芯、径向式线圈、衔铁、衔铁复位弹簧、阀杆、阀套、止位环、橡胶缓冲垫片、上壳体、下壳体和残余气隙调节环，上壳体为方形，端面开有四个螺栓通孔，中心依次设有铁芯孔和衔铁室，残余气隙调节环安置于铁芯孔底部，衔铁室底部中心开有一阀套孔，内嵌阀套，另外壳体侧面设有衔铁室冷却液进口，阀杆与衔铁固定连接，穿过壳体的阀套，布置与衔铁室中，止位环通过过赢配合或螺纹连接固定于阀杆的相应位置，橡胶缓冲垫片黏贴于上壳体阀套外围，与止位环相对；下壳体与上壳体结构相同，同样布置有阀套、阀杆、衔铁、止位环及残余气隙调节环；轴向冷却式铁芯为圆柱形，两端中心开有相同的圆柱形弹簧孔，且两端面中间设有同心环形凹槽，使内外形成主副磁极，环形凹槽轴向开有至少两个通孔，并均布在环形凹槽中心圆周上，同时在铁芯轴向中心处开相应通孔数的径向冷却液出口与通孔相通，或在铁芯表面至少开有两个扇形凹槽，扇形凹槽均布在铁芯圆周上，扇形凹槽内径小于或等于环形凹槽内径，相邻两通孔或两扇形凹槽之间的铁芯部分形成线圈内芯；径向式线圈绕制在线圈内芯上，线圈的高度不超过环形凹槽的深度，相邻两线圈之间留有散热孔或槽，线圈表面涂有树脂或其他绝缘耐热材料以隔离线圈与冷却液；轴向冷却式铁芯布置于上下壳体的铁芯孔中，衔铁复位弹簧布置于轴向冷却式铁芯的弹簧孔中，上下壳体通过螺栓连接，但上下壳体相对端面并未接触，留有环槽与轴向冷却式铁芯的冷却液出口或散热槽相通。

阀套与阀杆为一耦件。

通孔截面为扇形或腰形。

Claims (5)

1.轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁，其特征是：包括上半部分、下部分、轴向冷却式铁芯；

上半部分包括壳体、阀杆、衔铁、衔铁复位弹簧，壳体里依次设置衔铁室和铁芯孔，壳体的端面向内开设阀套孔，阀套孔与衔铁室相邻，阀杆穿过阀套孔，其端部伸入至衔铁室里，衔铁与阀杆的端部相固定，壳体的侧壁上开设与衔铁室相通的衔铁室冷却液进口；下半部分与上半部分结构相同，相对设置；

轴向冷却式铁芯为圆柱体结构，圆柱体上下两个端面的中部均设置弹簧孔，弹簧孔与圆柱体侧壁之间设置环形凹槽，两面的环形凹槽之间为线圈内芯，线圈内芯轴向开有至少两个通孔，圆柱体侧壁上开有与通孔数量相同的径向冷却液出口，每个径向冷却液出口与其对应的通孔相通，线圈内芯上绕制径向式线圈；

轴向冷却式铁芯的上下两个端面分别设置在上半部分和下半部分的铁芯孔里，上半部分的衔铁复位弹簧安装在轴向冷却式铁芯上端面的弹簧孔和上半部分的衔铁之间，下半部分的衔铁复位弹簧安装在轴向冷却式铁芯下端面的弹簧孔和下半部分的衔铁之间；上半部分的壳体与下半部分的壳体之间通过螺栓连接，且上半部分的壳体与下半部分的壳体之间留有与径向冷却液出口相通的环槽。

2.根据权利要求1所述的轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁，其特征是：通孔的截面为扇形或腰形，线圈的高度不超过环形凹槽的深度，相邻线圈之间留有散热孔。

3.轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁，其特征是：包括上半部分、下部分、轴向冷却式铁芯；

上半部分包括壳体、阀杆、衔铁、衔铁复位弹簧，壳体里依次设置衔铁室和铁芯孔，壳体的端面向内开设阀套孔，阀套孔与衔铁室相连通，阀杆穿过阀套孔，其端部伸入至衔铁室里，衔铁与阀杆的端部向固定，壳体的侧壁上开设与衔铁室相通的衔铁室冷却液进口；下半部分与上半部分结构相同，相对设置；

轴向冷却式铁芯为侧壁开有扇形凹槽的圆柱体结构，圆柱体上下两个端面的中部均设置弹簧孔，弹簧孔与圆柱体侧壁之间设置环形凹槽，两面的环形凹槽之间为线圈内芯，扇形凹槽开在线圈内芯的轴向上，所述的扇形凹槽至少有两个，线圈内芯上绕制径向式线圈；

轴向冷却式铁芯的上下两个端面分别设置在上半部分和下半部分的铁芯孔里，上半部分的衔铁复位弹簧安装在轴向冷却式铁芯上端面的弹簧孔和上半部分的衔铁之间，下半部分的衔铁复位弹簧安装在轴向冷却式铁芯下端面的弹簧孔和下半部分的衔铁之间；

上半部分的壳体与下半部分的壳体之间通过螺栓连接，且上半部分的壳体与下半部分的壳体之间留有环槽。

4.根据权利要求3所述的轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁，其特征是：扇形凹槽内径小于或等于环形凹槽内径，线圈的高度不超过环形凹槽的深度，相邻两线圈之间留有散热槽，环槽与散热槽相通。

5.根据权利要求1-4任一所述的轴向冷却径向线圈式并联磁路电磁铁，其特征是：上半部分的阀套孔里安装阀套，阀杆外部套装有止位环，壳体端面上安装橡胶缓冲垫片，橡胶缓冲垫片位于阀套外围。