CN105448454A - 径向多线圈高速电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种径向多线圈高速电磁铁。包括外壳体、铁芯和线圈，所述铁芯由主磁极和副磁极组成，主磁极为圆柱体，副磁极为中心开有通孔的圆柱体，主磁极位于副磁极的通孔中，外壳体套在主磁极外，主磁极或副磁极上带有凸环，所述凸环轴向开有均匀分布的扇形或腰形通孔，相邻两扇形通孔之间构成线圈内芯，线圈径向缠绕在线圈内芯上。本发明具有响应速度快、驱动电流小、可靠性高、散热性良好的特点，适用于柴油机电控燃油系统。

Description

径向多线圈高速电磁铁

技术领域

本发明涉及的是一种电磁铁，尤其是一种柴油机电控燃油系统用高速电磁铁。

背景技术

在柴油机燃油喷射系统中,电磁阀作为执行元件对燃油喷射系统性能起着决定性的作用。响应速度能达到毫秒级的电磁铁可称为高速电磁铁。高速强力电磁铁作为电磁阀的主要组成部分是燃油系统电控单元与燃油喷射装置的直接接口，对燃油的喷射过程实现了直接控制，因此它是保证燃油系统正常工作的核心零部件。电磁铁的强电磁力和快速响应保证了燃油喷射定时和喷油量的准确控制，对实现小油量喷射和预喷射提供了硬件保障。

传统的电磁铁只有铁芯的上端面可与冷却燃油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，使得磁性材料导磁性能下降。因此在满足电磁力及响应要求的前提下，应尽量使用小驱动电流并且采取有效的冷却方式来降低其发热量，这对于提高电磁铁的性能具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应速度快、驱动电流小、可靠性高、散热性良好的径向多线圈高速电磁铁。

本发明的目的是这样实现的：

包括外壳体、铁芯和线圈，所述铁芯由主磁极和副磁极组成，主磁极为圆柱体，副磁极为中心开有通孔的圆柱体，主磁极位于副磁极的通孔中，外壳体套在主磁极外，主磁极或副磁极上带有凸环，所述凸环轴向开有均匀分布的扇形或腰形通孔，相邻两扇形通孔之间构成线圈内芯，线圈径向缠绕在线圈内芯上。

本发明还可以包括：

1、还包括永磁体构成径向多线圈永磁组合式高速电磁铁，永磁体为和铁芯同心的圆柱环，主磁极或副磁极底部伸出凸缘，永磁体镶嵌在凸缘与另一磁极之间，永磁体的上表面与凸缘上表面平齐，下表面与铁芯下表面平齐或略低，永磁体的充磁方向为径向辐射充磁。

2、所述永磁体是等分的圆弧永磁体且等分均匀间隔分布，永磁体与凸缘的配合形式为圆柱环配合且凸缘宽度与永磁体宽度相等或略大。

3、所述永磁体是等分的圆弧永磁体且等分均匀间隔分布，永磁体与凸缘的配合形式为圆锥环配合且凸缘的底面宽度大于永磁体底面宽。

4、所述凸环和凸缘设置在副磁极的内壁上。

5、所述凸环设置在主磁极的外壁上，所述凸缘设置在副磁极的内壁上。

6、主磁极的中心开有通道，在所述通道中设置液力减振冷却组件，液力减振冷却组件包括复位弹簧、滑阀、阻尼位移调节环，滑阀上设有若干阻尼孔且均布在同一圆周上，阻尼位移调节环为中心开有圆柱孔的凸台结构，阀杆与滑阀之间预留一段空隙，滑阀位于阻尼位移调节环上。

本发明提供了一种响应速度快、驱动电流小、可靠性高、散热性良好的径向多线圈高速电磁铁及径向多线圈永磁复合式高速电磁铁。

本发明的径向多线圈永磁复合式高速电磁铁得组成包括外壳体、组合式铁芯、径向线圈、衔铁、线圈骨架、密封树脂和阀杆。外壳体为中心开有阶梯孔的柱体结构，上端设置固定螺母；螺母为中心开有通孔，下端面开有环形凹槽，凹槽中心开有通孔的圆柱体，其外侧下表面攻有螺纹；组合式铁芯由主磁极、副磁极和永磁体组成，主磁极或副磁极底部近线圈侧延伸出环形凸缘；永磁体为和铁芯同心圆柱环，镶嵌在凸缘与磁极之间。永磁体的充磁方向为径向辐射充磁。

所述径向多线圈永磁王型高速电磁铁外壳体上部攻有螺纹并设置固定大螺母；组合式铁芯主磁极为中心开有通孔的圆柱体、十字型柱体或倒凸台结构；副磁极为上下端面都开有凹槽，凹槽中心开有通孔的圆柱体或中心开有通孔的圆柱体；主磁极或副磁极轴向开有扇形通孔，均匀布置于铁芯中心圆周上。相邻两通孔之间构成线圈内芯，线圈径向缠绕在内芯上，线圈表面涂有树脂或其他绝缘耐热材料构成线圈隔离体来隔离线圈与冷却液；凸缘位于主磁极或副磁极底部近线圈侧。永磁体为和铁芯同心的圆柱环或圆锥环，镶嵌在主磁极与凸缘中间，采用过盈配合。永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，其上表面与凸缘上表面平齐，下表面与铁芯下表面平齐或略低。凸缘是完整的圆柱环或圆锥台。永磁体是等分的圆弧永磁体且等分均匀间隔分布。主磁极或副磁极上开有轴向通孔，可以是两个或两个以上，通孔截面为扇形或腰形。凸缘与永磁体的配合形式为圆柱环配合且凸缘宽度与永磁体宽度相等或略大。凸缘与永磁体的配合形式为圆锥环配合且凸缘的底面宽度大于永磁体底面宽度。

本发明的径向多线圈永磁王型高速电磁铁，在线圈的径向缠绕使得铁芯内部轴向的对流换热得以实现，因而铁芯内部和线圈得到了良好的冷却，同时保证了铁芯良好的导磁性能；线圈通电后产生的磁场和永磁体产生磁场叠加，永磁体一方面屏蔽了主副磁极之间的漏磁，另一方面提供通过衔铁的磁通，增大了电磁力；副磁极的凸缘增大了铁芯与衔铁的吸合面积，使通过衔铁的磁感线一部分可以经过凸缘，同时也使衔铁整体磁感应强度分布更加均匀，不易出现局部过早饱和的现象，在保证驱动电流不变的情况下，也起到了增大电磁力的效果。与常规“E”型电磁铁相比，径向多线圈永磁王型高速电磁铁将传统的单一多匝线圈进行分散布置，降低了线圈的电感，提高了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，进而提高喷油的控制精度，提高柴油机经济性，降低排放。

附图说明

图1为本发明的第一种实施方式的整体结构示意图。铁芯主副磁极的结构形式为凸缘在副磁极靠近线圈侧，主磁极为中心开有通孔的圆柱体，副磁极中心开有通孔，两端面开有凹槽。

图2为螺母结构示意图。

图3(a)为一种主磁极的结构示意图，图3(b)一种副磁极的结构示意图。

图4(a)-图4(b)为主磁极或副磁极上开有轴向通孔的结构，图4(a)为铁芯开有三个通孔形式，图4(b)为铁芯开有两个通孔形式。

图5为永磁体是等分均匀间隔分布的圆弧永磁体结构示意图。

图6为铁芯主副磁极的另一结构形式，凸缘在副磁极靠近线圈侧，主磁极为中心开有通孔的十字型柱体，副磁极为中心开有通孔的圆柱体。

图7(a)-图7(b)为组合式铁芯与永磁体配合的结构组成，图7(a)为凸缘和永磁体锥台结构组合形式，图7(b)为凸缘和永磁体为圆锥体结构组合形式。

图8为组合式铁芯一端开槽的结构形式，主磁极中心开有通孔的“T”字型凸台结构，副磁极为中心开有通孔的柱体，凸缘在副磁极近线圈侧。

图9(a)为带有液力减振组件的径向多线圈复合式高速电磁铁整体结构示意图，图9(b)为液力减振组件局部放大示意图。

图10(a)-10(b)为电磁铁线圈不通电和通电状态下，磁路流通示意图，图10(a)为线圈不通电时的电磁铁磁路示意图，图10(b)为线圈通电时电磁铁磁路示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

结合图1、图2、图3(a)、图3(b)、图4(a)、图4(b)、图5，本发明的径向多线圈永磁高速电磁铁的第一种实施方式的组成包括外壳体1、组合式铁芯4、径向线圈5、衔铁11、线圈骨架8、密封树脂9和阀杆12。外壳体1为圆柱体，中间开有阶梯通孔，上端设置固定大螺母2；固定螺母为开有通孔中心7，下端面开有环形凹槽27，凹槽中心开有通孔28的圆柱体，其上表面开有沉头孔3，外侧下端攻有螺纹。组合式铁芯的主磁极14为中心开有一圆柱通孔7的圆柱体；副磁极13为圆柱体，上端面开有凹槽，下端面开有阶梯凹槽，凹槽中心开有圆柱通孔，其轴向开有两个或三个扇形通孔15，均匀布置在副磁极13凹槽的中心圆周上，相邻两通孔之间的铁芯部分形成线圈内芯16，径向线圈5绕制在线圈内芯上，线圈表面涂有树脂或其他绝缘耐热材料来隔离线圈与冷却液。副磁极中心通孔半径R2与主磁极半径R1相等。主磁极14顶端近通孔处开带有螺纹的孔29，大螺母2与主磁极14通过螺钉固连。永磁体6镶嵌在凸缘10和主磁极14之间，采用过盈配合。永磁体6上表面与凸缘10上表面平齐，下表面与组合式铁芯4下表面平齐或略低。永磁体6的充磁方向与线圈5的产生的磁路流通方向一致。线圈5绕制在主磁极的线圈内芯16上，与副磁极13依次置于外壳体1内，永磁体6自下而上嵌入凸缘10和副磁极13之间。该结构实现了铁芯和线圈的有效冷却，径向多线圈的绕制方式可以增加线圈缠绕圈数，降低线圈的电感，加快电磁铁的响应。

结合图6，本发明的径向多线圈永磁高速电磁铁的第二种实施方式在第一种实施方式的基础上，改变主副磁极的结构组合形式，主磁极14为中心开有通孔的十字型柱体，其轴向开有环形凹槽，均匀布置于环形凹槽中心圆周上形成线圈内芯；副磁极13为中心开有通孔的圆柱体，凸缘10在其底部近线圈侧。

同时结合图6、图7(a)、图7(b)，本发明的径向多线圈永磁高速电磁铁的第三种实施方式为改变凸缘10与永磁体6的配合形式，如图6所示，凸缘10与永磁体6的配合形式为圆柱环配合且凸缘宽度L1与永磁体宽度L2相等或略大。如图7(a)、7(b)所示，凸缘10与永磁体6的配合形式为圆锥环配合且凸缘的底面宽度L1大于永磁体底面宽度L2。

结合图8,本发明的径向多线圈永磁高速电磁铁在第四种实施方式为改变铁芯4结构，主磁极14为中心开有通孔的T型倒凸台结构，副磁极13为中心开有通孔的圆柱体结构，凸缘10位于副磁极13底部近线圈侧。该结构可大大减小铁芯高度，进一步节省铁芯材料，同时线圈的一端则未嵌入铁芯内，进一步增大线圈与冷却液的接触面积，加强了散热效果。

同时结合图9(a)、图9(b)，本发明的径向多线圈永磁高速电磁铁的第五种实施方式是在以上四种实施方式的基础上，在铁芯4中心增设液力减振冷却组件19。包括复位弹簧20、阀杆12、滑阀23、阻尼位移调节环21，其中滑阀23上设有若干阻尼孔24且均布在同一圆周上，阻尼位移调节环21为中心开有圆柱孔的凸台结构，阀杆12与滑阀23之间预留一段空隙；滑阀23位于阻尼位移调节环21上，可以上下移动。衔铁运动时，被压缩的燃油在铁芯的中心孔流出，带走一部分线圈产生的热量；衔铁与滑阀接触时，开始推动滑阀向上运动压缩复位弹簧，避免了衔铁在吸合时的刚性撞击而引起的燃油大的波动，起到减振效果，有效控制喷油的控制精度，同时提高了电磁铁的使用寿命。

图10(a)、10(b)示出了永磁高速电磁铁的工作原理，如图10(a)所示，当线圈5不通电时，由于工作气隙相对铁芯磁阻较大，永磁体6产生通过铁芯主磁极14、副磁极13再到永磁体6而闭合的磁通Φ₃，其中一小部分经主磁极14、内工作气隙26、衔铁12、外工作气隙25、副磁极13再到永磁体6闭合的磁通Φ₄。如图10(b)所示，当线圈5通电时，产生经副磁极13、主磁极14、内工作气隙26、衔铁12、外工作气隙25再到副磁极14而闭合的磁通Φ₁；由于此时永磁体6产生的磁感线方向与铁芯4磁感应方向相反，此时永磁体产生经过主磁极14、内工作气隙26、衔铁12、外工作气隙25、副磁极13再回到永磁体6而闭合的磁通Φ₂。凸缘增大了铁芯与衔铁的吸合面积，使通过衔铁的磁感线一部分可以经过凸缘，同时也使衔铁整体磁感应强度分布更加均匀，不易出现局部过早饱和的现象，在保证驱动电流不变的情况下，也起到了增大电磁力的效果。线圈产生的磁通和永磁体产生的磁通叠加，永磁体一方面屏蔽了主副磁极之间的漏磁，另一方面提供通过衔铁的磁通，增大了电磁力；随着驱动电流的增大，当吸力大于衔铁所受阻力时，衔铁开始向铁芯方向运动，直至到达最大位移处。在衔铁吸合过程中，其一直处于燃油环境中，衔铁与铁芯间的燃油受到挤压，铁芯上开有中心通孔7，受挤压的燃油可从中心通孔7排出，衔铁上开有阻尼孔，受挤压的燃油也可从阻尼孔排出，降低了衔铁表面液压力，减小衔铁运动所受阻尼力，提高电磁铁动态响应速度，同时燃油从中心通孔7流过，带走线圈和铁芯产生的热量，使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。当线圈5断电，磁通消失，此时由于工作气隙磁阻相对铁芯磁极较大，永磁体产生的磁通主要通过铁芯再回到永磁体闭合，流过衔铁的磁通减小，衔铁不再被铁芯吸引，其在复位弹簧的作用下而复位。径向多线圈永磁王型高速电磁铁将传统的单一多匝线圈进行分散布置，降低了线圈的电感，提高了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

以上列举的仅是本发明的部分具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种径向多线圈高速电磁铁，包括外壳体、铁芯和线圈，其特征是：所述铁芯由主磁极和副磁极组成，主磁极为圆柱体，副磁极为中心开有通孔的圆柱体，主磁极位于副磁极的通孔中，外壳体套在主磁极外，主磁极或副磁极上带有凸环，所述凸环轴向开有均匀分布的扇形或腰形通孔，相邻两扇形通孔之间构成线圈内芯，线圈径向缠绕在线圈内芯上。

2.根据权利要求1所述的径向多线圈高速电磁铁，其特征是：还包括永磁体构成径向多线圈永磁组合式高速电磁铁，永磁体为和铁芯同心的圆柱环，主磁极或副磁极底部伸出凸缘，永磁体镶嵌在凸缘与另一磁极之间，永磁体的上表面与凸缘上表面平齐，下表面与铁芯下表面平齐或略低，永磁体的充磁方向为径向辐射充磁。

3.根据权利要求2所述的径向多线圈高速电磁铁，其特征是：所述永磁体是等分的圆弧永磁体且等分均匀间隔分布，永磁体与凸缘的配合形式为圆柱环配合且凸缘宽度与永磁体宽度相等或略大。

4.根据权利要求2所述的径向多线圈高速电磁铁，其特征是：所述永磁体是等分的圆弧永磁体且等分均匀间隔分布，永磁体与凸缘的配合形式为圆锥环配合且凸缘的底面宽度大于永磁体底面宽。

5.根据权利要求1-4任何一项所述的径向多线圈高速电磁铁，其特征是：所述凸环和凸缘设置在副磁极的内壁上。

6.根据权利要求1-4任何一项所述的径向多线圈高速电磁铁，其特征是：所述凸环设置在主磁极的外壁上，所述凸缘设置在副磁极的内壁上。

7.根据权利要求1-4任何一项所述的径向多线圈高速电磁铁，其特征是：主磁极的中心开有通道，在所述通道中设置液力减振冷却组件，液力减振冷却组件包括复位弹簧、滑阀、阻尼位移调节环，滑阀上设有若干阻尼孔且均布在同一圆周上，阻尼位移调节环为中心开有圆柱孔的凸台结构，阀杆与滑阀之间预留一段空隙，滑阀位于阻尼位移调节环上。

8.根据权利要求5所述的径向多线圈高速电磁铁，其特征是：主磁极的中心开有通道，在所述通道中设置液力减振冷却组件，液力减振冷却组件包括复位弹簧、滑阀、阻尼位移调节环，滑阀上设有若干阻尼孔且均布在同一圆周上，阻尼位移调节环为中心开有圆柱孔的凸台结构，阀杆与滑阀之间预留一段空隙，滑阀位于阻尼位移调节环上。

9.根据权利要求6所述的径向多线圈高速电磁铁，其特征是：主磁极的中心开有通道，在所述通道中设置液力减振冷却组件，液力减振冷却组件包括复位弹簧、滑阀、阻尼位移调节环，滑阀上设有若干阻尼孔且均布在同一圆周上，阻尼位移调节环为中心开有圆柱孔的凸台结构，阀杆与滑阀之间预留一段空隙，滑阀位于阻尼位移调节环上。