CN105448456A - 并联磁路多吸合面高速电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种并联磁路多吸合面高速电磁铁。包括壳体、铁芯、衔铁、线圈、永磁体和轭铁，铁芯由外铁芯和内铁芯组成，壳体为中心开有阶梯通孔的圆柱体，外铁芯为中心开有圆柱孔圆柱形，内铁芯为下部带有凸缘的圆柱体，内铁芯的高度与外铁芯中心圆柱孔深度相等，永磁体是磁环，永磁体设在外铁芯与内铁芯凸缘之间，永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，轭铁为中心开有锥形通孔的圆柱形，轭铁的锥形通孔半径小的一端贴近外铁芯下端面，衔铁为圆锥形，衔铁的锥角等于轭铁锥形通孔锥角。本发明具有强电磁吸力、快速响应、低驱动电流的特点，适用于柴油机电控燃油系统。

Description

并联磁路多吸合面高速电磁铁

技术领域

本发明涉及一种电磁铁，尤其是一种柴油机电控燃油系统用高速电磁铁。

背景技术

随着柴油机电子控制技术的发展，电控燃油喷射系统已经逐步取代了机械式燃油喷射控制系统，成为柴油机燃油喷射控制的重要技术。目前，柴油机面临着日益严格的排放法规和降低燃油消耗率等要求，电子控制技术正是满足这些要求的重要手段。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电控燃油喷射系统的重要元件，通过其对燃油控制阀的开闭时刻及闭合时间长短来实现对喷油定时、喷油量及喷油规律进行精确、柔性地控制，进而提高柴油机经济性，降低排放。而高速电磁铁的强电磁力和快速响应特性是实现上述功能的保障。

高速电磁铁的工作环境恶劣，为满足其强电磁力以及快速响应的要求，目前电磁铁常在衔铁吸合阶段采用高的驱动电压产生大电流来加快其吸合速度，而吸合保持阶段采用相对较小的电流来维持，进而加快衔铁的释放速度，从而提高其的整体响应速度。然而大电流使得电磁铁功耗加大，线圈发热量增加，对线圈及其密封材料等的温度特性提出了更高的要求，电磁铁的安全可靠性及寿命下降；另外衔铁吸合保持阶段是电磁铁主要工作时间段，电流作用时间长，尤其燃油系统在大脉宽工作状态下，其作用时间更长，此时线圈发热量大大增加，若此时能进一步降低维持电流，将大大提高电磁阀的安全可靠性，同时亦可加快衔铁的释放速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强电磁吸力、快速响应、低驱动电流的并联磁路多吸合面高速电磁铁。

本发明的目的是这样实现的：

包括壳体、铁芯、衔铁和线圈，还包括永磁体和轭铁，所述铁芯由外铁芯和内铁芯组成，壳体为中心开有阶梯通孔的圆柱体，外铁芯为中心开有圆柱孔的圆柱形，内铁芯为下部带有凸缘的圆柱体，内铁芯的高度与外铁芯中心圆柱孔深度相等，永磁体是磁环，永磁体设在外铁芯与内铁芯凸缘之间，永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，轭铁为中心开有锥形通孔的圆柱形，轭铁的锥形通孔半径小的一端贴近外铁芯下端面，衔铁为圆锥形，衔铁的锥角等于轭铁锥形通孔锥角。

本发明还可以包括：

1、所述的永磁体是完整的磁环或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。

2、永磁体的下表面与内外铁芯的下表面平齐或略低。

3、轭铁的锥形通孔的小端半径大于等于内铁芯凸缘半径、小于等于外铁芯圆柱孔半径。

4、衔铁的小端半径大于等于内铁芯凸缘半径、小于轭铁中心锥形通孔的大端半径。

本发明提供一种强电磁吸力、快速响应、低驱动电流的并联磁路多吸合面高速电磁铁。包括壳体、外铁芯、密封树脂、永磁体、衔铁、阀杆、紧固螺母、螺钉、线圈骨架、线圈、内铁芯和轭铁。壳体为中心开有阶梯通孔的圆柱体，上端攻有螺纹。外铁芯为圆柱形，中心开有圆柱孔，顶端中心设有沉头孔。内铁芯为下部带有凸缘的圆柱体，其高度与外铁芯中心圆柱孔深度相等，同时上端中心开有螺纹孔。永磁体是完整的磁环或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；设在外铁芯与内铁芯凸缘之间，其下表面与两铁芯的下表面平齐或略低，充磁方向为径向辐射充磁。轭铁为圆柱形，中心开有锥形通孔，锥形通孔半径小的一端贴近外铁芯下端面，同时锥形通孔的小端半径大于等于内铁芯凸缘半径，小于等于外铁芯圆柱孔半径。衔铁为圆锥形，其锥角等于轭铁锥形通孔锥角，小端半径大于等于内铁芯凸缘半径，小于轭铁中心锥形通孔的大端半径。

本发明的并联磁路多吸合面高速电磁铁，采用了并联磁路多吸合面的结构，内铁芯的凸缘结构增大了与衔铁的相对吸合面，使衔铁底面磁感应强度分布更加均匀，不易出现局部过早饱和现象；当线圈通一与永磁体极化方向相同的电流时，永磁体能有效屏蔽外铁芯与内铁芯凸缘间的漏磁，另外永磁体产生的磁通与线圈产生的磁通复合叠加，穿过衔铁，使得作用在衔铁上的轴向电磁力增加，因此可以减小衔铁吸合与吸合保持阶段线圈驱动电流的大小，降低电磁阀功耗及线圈发热量；轭铁的中心锥孔结构与锥形衔铁的配合，额外产生轴向分力，进一步增加电磁力，加快衔铁吸合速度。当线圈不通电时，永磁体产生的磁通主要在铁芯部分构成磁回路，只有极少量磁通穿过衔铁，因而不会产生自锁，又由于采用并联磁路多吸合面的结构可以使得在吸合保持阶段维持电流的降低，所以又能加快衔铁的释放速度。

附图说明

图1为本发明的并联磁路多吸合面高速电磁铁整体结构示意图。

图2为外铁芯的结构示意图。

图3为内铁芯的结构示意图。

图4(a)-图4(c)为永磁体的3种不同结构示意图，图4(a)永磁体是完整的磁环；图4(b)永磁体是等分的圆弧永磁体且为紧密布置；图4(c)永磁体是等分的圆弧永磁体且为等分均匀间隔分布。

图5为轭铁的结构示意图。

图6为衔铁的结构示意图。

图7(a)-7(b)为电磁铁线圈通电和不通电时的磁路示意图，图7(a)为线圈通电时的电磁铁磁路示意图，图7(b)为线圈不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、图4(a)、图4(b)、图4(c)、图5和图6，本发明的并联磁路多吸合面高速电磁铁的组成包括壳体1、外铁芯2、密封树脂3、永磁体4、衔铁5、阀杆6、紧固螺母7、螺钉8、线圈骨架9、线圈10、内铁芯11和轭铁12。壳体1为中心开有阶梯通孔的圆柱体，上端攻有螺纹。外铁芯2为圆柱形，中心开有圆柱孔13，顶端中心设有沉头孔14。内铁芯11为下部带有凸缘15的圆柱体，其高度与外铁芯中心圆柱孔深度相等，同时上端中心开有螺纹孔16。线圈10绕制在线圈骨架9上，然后套在内铁芯11上。通过螺钉8将套有线圈的内铁芯11与外铁芯连接，并灌注密封树脂3密封。永磁体4是完整的磁环或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；设在外铁芯2与内铁芯凸缘15之间，与之过赢配合，且其下表面与两铁芯的下表面平齐或略低，充磁方向为径向辐射充磁。轭铁12为圆柱形，中心开有锥形通孔17，锥形通孔17半径小的一端贴近外铁芯2下端面，同时锥形通孔17的小端半径R3大于等于内铁芯凸缘半径R2，小于等于外铁芯圆柱孔半径R1。衔铁5为圆锥形，其锥角等于轭铁锥形通孔17锥角，小端半径R5大于等于内铁芯凸缘半径R2，小于轭铁中心锥形通孔17的大端半径R4，同时带有阀杆6。整个结构被封装在壳体1中，通过紧固螺母7固定。

图7(a)和图7(b)示出了并联磁路多吸合面高速电磁铁的励磁工作原理，(1)当线圈10通一与永磁体4极化方向相同的电流时，线圈10产生的经内铁芯11、主工作气隙19、衔铁5、次工作气隙18、轭铁12、外铁芯2而闭合的磁通Φ₁，永磁体4产生的经内铁芯11、主工作气隙19、衔铁5、次工作气隙18、轭铁12、外铁芯2、永磁体4而闭合的磁通Φ₂，两磁通回路为并联磁路，磁通复合叠加流经衔铁，使得衔铁工作气隙处的磁感应强度增强；同时内铁芯凸缘15结构增大了内铁芯与衔铁的相对吸合面，使衔铁底面磁感应强度分布更加均匀，不易出现局部过早饱和现象；同时也有效屏蔽了外铁芯2与内铁芯凸缘15间的漏磁，该部分磁通不经过衔铁而闭合，因此作用在衔铁上电磁力大大增加，所以可以减小衔铁吸合与吸合保持阶段线圈驱动电流的大小，降低电磁阀的功耗与线圈发热量，同时衔铁吸合保持阶段驱动电流的降低，使得线圈断电时，电流衰减速度加快，提升衔铁的释放速度；此外，轭铁12的中心锥孔结构与锥形衔铁5的配合，由于磁力线总是取最小磁阻路径通过，使得磁力线垂直于锥面通过次工作气隙18，额外产生轴向电磁分力，进一步增加作用在衔铁上的电磁力，加快衔铁吸合速度。(2)当线圈10不通电时，永磁体4产生的磁通一部分Φ₃经内铁芯11、外铁芯2、永磁体4而闭合，一部分Φ₄经内铁芯11、主工作气隙19、衔铁5、次工作气隙18、轭铁12、外铁芯2、永磁体4而闭合，由于铁芯采用高磁导率材料，其磁阻远远小于主工作气隙和次工作气隙处的磁阻，因此Φ₄也远远小于Φ₃，流经两工作气隙和衔铁5的磁通极少，所以线圈10不通电时，衔铁5所受电磁力很小，和衔铁复位弹簧预紧力相比甚微，不会产生自锁现象。

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)

1.一种并联磁路多吸合面高速电磁铁，包括壳体、铁芯、衔铁和线圈，其特征是：还包括永磁体和轭铁，所述铁芯由外铁芯和内铁芯组成，壳体为中心开有阶梯通孔的圆柱体，外铁芯为中心开有圆柱孔的圆柱形，内铁芯为下部带有凸缘的圆柱体，内铁芯的高度与外铁芯中心圆柱孔深度相等，永磁体是磁环，永磁体设在外铁芯与内铁芯凸缘之间，永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，轭铁为中心开有锥形通孔的圆柱形，轭铁的锥形通孔半径小的一端贴近外铁芯下端面，衔铁为圆锥形，衔铁的锥角等于轭铁锥形通孔锥角。

2.根据权利要求1所述的并联磁路多吸合面高速电磁铁，其特征是：所述的永磁体是完整的磁环或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。

3.根据权利要求1或2所述的并联磁路多吸合面高速电磁铁，其特征是：永磁体的下表面与内外铁芯的下表面平齐或略低。

4.根据权利要求1或2所述的并联磁路多吸合面高速电磁铁，其特征是：轭铁的锥形通孔的小端半径大于等于内铁芯凸缘半径、小于等于外铁芯圆柱孔半径。

5.根据权利要求3所述的并联磁路多吸合面高速电磁铁，其特征是：轭铁的锥形通孔的小端半径大于等于内铁芯凸缘半径、小于等于外铁芯圆柱孔半径。

6.根据权利要求1或2所述的并联磁路多吸合面高速电磁铁，其特征是：衔铁的小端半径大于等于内铁芯凸缘半径、小于轭铁中心锥形通孔的大端半径。

7.根据权利要求3所述的并联磁路多吸合面高速电磁铁，其特征是：衔铁的小端半径大于等于内铁芯凸缘半径、小于轭铁中心锥形通孔的大端半径。

8.根据权利要求4所述的并联磁路多吸合面高速电磁铁，其特征是：衔铁的小端半径大于等于内铁芯凸缘半径、小于轭铁中心锥形通孔的大端半径。

9.根据权利要求5所述的并联磁路多吸合面高速电磁铁，其特征是：衔铁的小端半径大于等于内铁芯凸缘半径、小于轭铁中心锥形通孔的大端半径。