CN105448455B

CN105448455B - 永磁高速电磁铁

Info

Publication number: CN105448455B
Application number: CN201510907882.4A
Authority: CN
Inventors: 范立云; 刘鹏; 周伟; 宋恩哲; 袁志国; 石勇
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2018-01-19
Anticipated expiration: 2035-12-10
Also published as: CN105448455A

Abstract

本发明提供的是一种永磁高速电磁铁。包括铁芯、线圈和外壳体，铁芯由圆柱形主磁极和圆环形副磁极构成，主磁极与副磁极之间设置线圈安装槽，线圈安装在线圈安装槽中，外壳体套在铁芯外，主磁极或副磁极底部延伸出环形凸缘，还包括环形永磁体，永磁体镶嵌在所述环形凸缘与主磁极或副磁极之中间，永磁体的充磁方向为径向辐射充磁。线圈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；主磁极或副磁极的凸缘的设置可以防止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。

Description

永磁高速电磁铁

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

电控燃油喷射技术是继机械式燃油系统、增压与中冷技术后的柴油机燃油系统的第三次技术飞跃。随着柴油机电子控制技术的不断发展，电控燃油喷射系统成为满足日益严格的柴油机排放法规要求的必然趋势。响应速度能够达到毫秒级的电磁铁可称为高速电磁铁。高速电磁铁是柴油机燃油电控高压燃油系统的关键执行器之一，也是保证燃油系统正常工作核心的部件。它的快速响应决定了电磁阀的动态性能，进而决定燃油系统的循环喷油量、喷油定时控制的灵活性，对于燃油喷射的精确控制具有重要的影响。

高速电磁阀工作集电、磁、机、液的复杂环境下，必然对电磁铁的吸引力以及快速响应特性具有更高的要求。为满足电磁铁的电磁力以及快速响应要求，常采用大电流驱动，而驱动电流的增大导致线圈的发热量增加，电磁铁的工作温度升高，进而导致磁性材料导磁性能下降，容易出现磁饱和现象，降低系统工作的可靠性和稳定性。因此在满足电磁力以及相应要求的前提下，尽量减小驱动电流对于提高电磁铁性能具有重要的作用。

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、可靠性高的永磁高速电磁铁。

本发明的目的是这样实现的：

包括铁芯、线圈和外壳体，铁芯由圆柱形主磁极和圆环形副磁极构成，主磁极与副磁极之间设置线圈安装槽，线圈安装在线圈安装槽中，外壳体套在铁芯外，主磁极或副磁极底部延伸出环形凸缘，还包括环形永磁体，永磁体镶嵌在所述环形凸缘与主磁极或副磁极之中间，永磁体的充磁方向为径向辐射充磁。

本发明的永磁高速电磁铁还可以包括：

1、所述环形永磁体为连续的圆环形。

2、所述环形永磁体为由等分的几段圆弧组成的圆环形。

3、所述等分的几段圆弧紧凑排列。

4、所述等分的几段圆弧之间有间隙。

5、环形凸缘与永磁体的对接面为圆柱面。

6、环形凸缘与永磁体的对接面为圆锥面。

7、主磁极中心设置液力减振组件，所述液力减振组件包括复位弹簧、导向套、阻尼活塞及阻尼位移调节环，阻尼活塞与导向套为一耦件，阻尼活塞上设有若干阻尼孔且均布在同一圆周上，阻尼活塞被复位弹簧预压在阻尼位移调节环上，阻尼位移调节环为中心开有圆柱孔的凸台结构。

本发明的永磁高速电磁铁，主磁极、副磁极和永磁体形成“日”字型结构，通电后，线圈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；主磁极或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，增加了衔铁沿竖直方向的磁感线条数，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。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2(a)为副磁极结构示意图，图2(b)为主磁极结构示意图。

图3(a)-图3(c)为永磁体的3种不同结构示意图，图3(a)永磁体是完整的磁环；图3(b)永磁体是等分的圆弧永磁体且为等分均匀间隔分布；图3(c)永磁体是等分的圆弧永磁体且为紧密布置。

图4(a)-4(d)为铁芯主副磁极的四种组合形式，图4(a)主磁极为圆柱体，副磁极为中心开有阶梯通孔的圆柱体，凸缘位于主磁极底部近线圈侧；图4(b)副磁极为中间开有通孔的圆柱体，主磁极为“T”字型柱体，凸缘在副磁极近线圈一侧。图4(c)副磁极为中间开有凹槽的柱体，主磁极为上端面开带有螺纹直孔的圆柱体，凸缘在主磁极底部近线圈侧。图4(d)副磁极为圆柱体，主磁极为“T”字型柱体，凸缘在副磁极底部近线圈侧底部。

图5(a)-图5(b)为环形凸缘与永磁体的组合形式，图5(a)为凸缘和永磁体为柱台组合，图5(b)为凸缘和永磁体为锥台组合。

图6(a)-6(b)为带有液力减振组件的永磁日型整体结构示意图，图6(b)为液力减振组件局部放大示意图。

图7(a)-7(b)为电磁铁线圈不通电和通电状态下，磁路流通示意图，图7(a)为线圈不通电时的电磁铁磁路示意图，图7(b)为线圈通电时电磁铁磁路示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种响应速度快、驱动电流小、可靠性高的永磁日型高速电磁铁。本发明的永磁日型高速电磁铁包括日型铁芯、线圈、衔铁、外壳体、线圈骨架、密封树脂和阀杆。外壳体为圆柱体，中心开有阶梯通孔，上端面由螺母封顶。日型铁芯为圆柱体，由主副磁极和永磁体构成，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的圆柱环，镶嵌在主磁极与副磁极凸部中间，永磁体的充磁方向为径向辐射充磁。

所述日型铁芯副磁极为圆柱体，中间开有凹槽或阶梯通孔，主磁极为圆柱体或“T”字型柱体，上端可以开有带螺纹的直孔，主磁极直径与副磁极阶梯中心孔直径相等。永磁体镶嵌在凸缘和磁极之间，采用过盈配合。永磁体上表面与凸缘上表面平齐，永磁体下表面与主副磁极下表面平齐或略低。副磁极顶端与大螺母中心开有带螺纹的孔，两者通过小螺母固连。本发明的永磁日型高速电磁铁的副磁极、线圈、主磁极自上而下依次布置于壳体中，永磁体自下而上嵌入凸缘和磁极之间，外壳体上部设置紧固螺母，螺母与铁芯副磁极由螺钉固定。此外还包括：

1、凸缘是完整的圆柱环或圆锥台。

2、永磁体是完整的磁环或圆锥台。

3、永磁体和是等分的圆弧永磁体，等分的圆弧永磁体紧密布置或等分均匀间隔分布。

4、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。

5、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。

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(a)、图2(b)、图3(a)、图3(b)、图3(c)，图4(a),本发明的永磁日型高速电磁铁的第一种实施方式的组成包括外壳体1、日型铁芯4、线圈6、衔铁10、线圈骨架8、螺钉3、螺母2、密封树脂7和阀杆11。外壳体1为圆柱体，中心开有阶梯通孔，上端面由大螺母2封顶。日型铁芯4由主磁极13和副磁极12组成，其中副磁极12为圆柱体，中间开有阶梯通孔，主磁极13为圆柱体，凸缘在主磁极底部近线圈侧，主磁极半径R2与副磁极阶梯中心孔21半径R1相等。永磁体5镶嵌在凸缘9和副磁极12之间，采用过盈配合。永磁体5上表面与凸缘9上表面平齐，永磁体5下表面与铁芯4下表面平齐或略低。永磁体5的充磁方向与线圈6的产生的磁路流通方向一致，沿轴向向内。主磁极13顶端与螺母2中心开有带螺纹的孔，两者通过螺钉3固连。通电后，线圈6产生的磁场和永磁体5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；凸缘增大了铁芯与衔铁的吸合面积，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。

结合图4(b)，本发明的永磁日型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，副磁极12为中心开有通孔的圆柱体，主磁极13为“T”字型圆柱体，凸缘9在副磁极底部近线圈侧，主磁极直径与副磁极12阶梯中心孔直径相等。

结合图4(c),本发明的永磁日型高速电磁铁的第三种实施方式在第一种实施方式的基础上，改变主副磁极结构，副磁极12为圆柱体，中心开有凹槽，凹槽底部开有阶梯通孔，主磁极13为圆柱体，顶端开有带螺纹的直孔，其直径与凹槽阶梯中心同孔大小相等，凸缘在主磁极13底部近线圈侧。主磁极13、线圈6、副磁极12自上而下依次布置于外壳体1中，主副磁极通过小螺母固连，永磁体5自下而上嵌入凸缘9和主磁极13之间，外壳体1上部设置螺母2固定。

结合图4(d),本发明的永磁日型高速电磁铁的第四种实施方式是在第二种实施方式的基础上改变主副磁极结构，副磁极12为圆柱体，环形凸缘在副磁极近线圈侧底部，主磁极13为“T”字型柱体。副磁极12、线圈6、主磁极13自上而下依次置于外壳体1中，永磁体5自下而上嵌入凸缘9和主磁极13之间，外壳体1上部由螺母2固定。该结构取消了螺钉3，简化了电磁铁结构，降低了加工难度。

同时结合图4(d)、图5(a)、图5(b)，本发明的径向多线圈永磁王型高速电磁铁的第五种实施方式为改变凸缘9与永磁体5的配合形式，如图4(d)所示，凸缘9与永磁体5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5(a)、5(b)所示，凸缘9与永磁体5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。

同时结合图6(a)、6(b)，本发明的永磁日型电磁铁的第六种实施方式是在以上五种实施方式的基础上，在铁芯4中心增设液力减振组件Ⅱ。液力减振组件包括复位弹簧14、导向套15、阻尼活塞16、阻尼位移调节环18，其中阻尼活塞16与导向套15为一耦件，阻尼活塞16上设有若干阻尼孔17且均布在同一圆周上，阻尼活塞16被复位弹簧14预压在阻尼位移调节环18上，阻尼位移调节环18为中心开有圆柱孔的凸台结构，与铁芯4之间采用过盈配合。衔铁的阀杆要延伸出一部分，与阻尼活塞16之间保持与工作气隙相等或略小的间距，保证衔铁落座前能起到减振作用且不影响电磁铁工作。

图7(a)、7(b)示出了永磁日型高速电磁铁的工作原理，如图7(a)所示，当线圈6不通电时，由于工作气隙相对铁芯磁阻较大，永磁体5产生通过铁芯主磁极13、副磁极12再到永磁体5而闭合的磁通Φ₃，其中一小部分产生经主磁极13、内工作气隙20、衔铁10、外工作气隙19、副磁极12再到永磁体5闭合的磁通Φ₄。如图7(b)所示，当线圈6通电时，其产生经副磁极12、外工作气隙19、衔铁10、内工作气隙20、主磁极13再到副磁极12而闭合的磁通Φ₁。线圈产生的磁通其中一部分磁通经过凸缘，该结构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，增加了衔铁沿竖直方向的磁感线条数，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。由于此时永磁体5产生的磁感线方向与铁芯4磁感应方向逆向，此时永磁体产生大部分经过主磁极13、内工作气隙20、衔铁10、外工作气隙19、副磁极12再回到永磁体5而闭合的磁通Φ₂。线圈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；随着驱动电流的增大，当吸力大于衔铁所受阻力时，衔铁10开始向铁芯4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，而衔铁上开有阻尼孔，受挤压的燃油可从阻尼孔排出，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。当线圈断电，磁通消失，此时由于工作气隙磁阻相对铁芯4磁极较大，永磁体5产生的磁通主要通过铁芯4再回到永磁体5闭合，流过衔铁的磁通较少，衔铁不再被铁芯吸引，其在复位弹簧的作用下而复位。

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

1.一种永磁高速电磁铁，包括铁芯、线圈和外壳体，铁芯由圆柱形主磁极和圆环形副磁极构成，主磁极与副磁极之间设置线圈安装槽，线圈安装在线圈安装槽中，外壳体套在铁芯外，其特征是：主磁极或副磁极底部延伸出环形凸缘，还包括环形永磁体，永磁体镶嵌在所述环形凸缘与主磁极或副磁极之中间，永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，主磁极中心设置液力减振组件，所述液力减振组件包括复位弹簧、导向套、阻尼活塞及阻尼位移调节环，阻尼活塞与导向套为一耦件，阻尼活塞上设有若干阻尼孔且均布在同一圆周上，阻尼活塞被复位弹簧预压在阻尼位移调节环上，阻尼位移调节环为中心开有圆柱孔的凸台结构。

2.根据权利要求1所述的永磁高速电磁铁，其特征是：所述环形永磁体为连续的圆环形。

3.根据权利要求1所述的永磁高速电磁铁，其特征是：所述环形永磁体为由等分的几段圆弧组成的圆环形。

4.根据权利要求3所述的永磁高速电磁铁，其特征是：所述等分的几段圆弧紧凑排列。

5.根据权利要求3所述的永磁高速电磁铁，其特征是：所述等分的几段圆弧之间有间隙。

6.根据权利要求1至5任何一项所述的永磁高速电磁铁，其特征是：环形凸缘与永磁体的对接面为圆柱面。

7.根据权利要求1至5任何一项所述的永磁高速电磁铁，其特征是：环形凸缘与永磁体的对接面为圆锥面。