CN105448458A - 径向多线圈并联磁路多吸合面高速电磁铁 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种径向多线圈并联磁路多吸合面高速电磁铁。包括外壳体、铁芯、轭铁、衔铁和线圈，还包括永磁体，所述铁芯由内铁芯和外铁芯组成，永磁体为和铁芯同心的圆柱环，内铁芯或外铁芯底部伸出凸缘，永磁体镶嵌在凸缘与另一铁芯之间，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；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
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
柴油机电控燃油喷射系统具有高喷射压力，喷油定时和喷油规律柔性可控等特点，是目前提高柴油机燃油系统性能的重要手段。近年来，柴油机燃油系统的电子控制得到了大力发展，电控燃油喷射系统已经成为满足日益严格的排放法规和提高柴油机经济性的重要技术。响应速度能够达到毫秒级的电磁铁可称为高速电磁铁。而高速强力电磁铁是电控燃油喷射系统中的关键零部件，也是实现喷油定时和喷油量数字化控制的重要保障，其应用对喷油规律的柔性控制，降低有害物排放，提高柴油机经济性也起到了关键性的作用。
传统“E”型高速电磁铁常采用大电流驱动，小电流维持的方式，电磁铁被反复磁化，使得磁滞损耗和涡流损耗严重。另外，大电流驱动和小电流维持对于大脉宽工作状态下，电流的作用时间长，导致线圈的发热量增加，影响电磁铁的安全可靠性及寿命；单线圈多匝的缠绕方式也使得线圈的电感较大，导致电流上升速度及衰减速度增加，影响电磁铁的动态响应特性。因此采取有效的冷却方式，降低线圈的电感对于提高电磁铁性能具有重要的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强电磁力、快速响应、低驱动电流的径向多线圈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：
包括外壳体、铁芯、轭铁、衔铁和线圈，还包括永磁体，所述铁芯由内铁芯和外铁芯组成，内铁芯为圆柱体，外铁芯为中心开有通孔的圆柱体，内铁芯位于外铁芯的通孔中，外壳体套在外铁芯外，内铁芯或外铁芯上带有凸环，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；永磁体为和铁芯同心的圆柱环，内铁芯或外铁芯底部伸出凸缘，永磁体镶嵌在凸缘与另一铁芯之间，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；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、所述永磁体是等分的圆弧永磁体且等分均匀间隔分布。
2、所述凸环和凸缘设置在副磁极的内壁上。
3、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。
4、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、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。
本发明提供了一种强电磁力、快速响应、低驱动电流的径向多线圈并联磁路多吸合面高速电磁铁。
本发明的径向多线圈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，螺母在壳体顶端；螺母下端面开有凹槽，凹槽中心开有通孔，中心设有沉头孔。外铁芯为两端开有凹槽，凹槽中心开有通孔的圆柱体，其轴向开有扇形通孔，形成线圈内芯，线圈径向缠绕在内芯上。内铁芯为下部带有凸缘的圆柱体，其高度与外铁芯高度相等，半径与外铁芯中心孔半径相等，同时上端中心开有螺纹孔。永磁体是等分均匀间隔分布的圆弧永磁体，密封树脂由永磁体间隔处灌入；永磁体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。
本发明的径向多线圈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。另外本发明的径向多线圈并联磁路多吸合面高速电磁铁铁芯结构使得线圈能径向的绕在线圈内芯上，相邻两线圈间留有散热孔，加大了线圈与铁芯的散热面积，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；本发明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。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为螺母结构示意图。
图3(a)为外铁芯的结构示意，图3(b)为内铁芯的结构示意图。
图4为永磁体为等分均匀间隔分布的圆弧状永磁体示意图。
图5(a)-图5(b)为铁芯轴向开扇形通孔的结构，图5(a)为铁芯轴向开有三个通孔示意图，图5(b)为铁芯轴向开有两个通孔示意图。
图6为轭铁的结构示意图。
图7为衔铁的结构示意图。
图8(a)-8(b)为电磁铁线圈通电和不通电时的磁路示意图，图8(a)为线圈通电时的电磁铁磁路示意图，图8(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(a)、图3(b)、图4、图5(a)、图5(b)、图6和图7，本发明的径向多线圈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，并设置紧固螺钉7。螺钉7为中心开有沉头孔14，底部开有环形凹槽23，凹槽中心开有通孔24的圆柱体结构；外铁芯2为两端开有凹槽13，凹槽中心开有通孔15的圆柱体。凹槽13轴向均匀开有两个或三个扇形通孔17，两通孔之间形成线圈内芯16，线圈10径向缠绕在内芯上。内铁芯11为下部带有凸缘18的圆柱体，其高度与外铁芯高度相等，内铁芯半径R7与外铁芯中心孔半径R8相等，同时上端中心开有螺纹孔19。线圈10绕制在线圈骨架9上，然后套在外铁芯2上。通过螺钉8将套有线圈的外铁芯2与内铁芯11连接，并灌注密封树脂3密封。永磁体4是等分分均匀间隔分布的圆弧永磁体，密封树脂由永磁体间隔处灌入；永磁体4设在外铁芯2与内铁芯11的凸缘18之间，与之过盈配合，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20，锥形通孔20半径小的一端贴近外铁芯2下端面，同时锥形通孔20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20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20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8(a)和图8(b)示出了径向多线圈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22、衔铁5、次工作气隙21、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22、衔铁5、次工作气隙21、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18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18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21，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。径向缠绕的线圈之间可以通入冷却剂，实现线圈的有效冷却。线圈的分散布置降低了线圈的电感，提高了电流的上升和衰减速度，加快了电磁铁的响应。(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22、衔铁5、次工作气隙21、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 (7)
1.一种径向多线圈并联磁路多吸合面高速电磁铁，包括外壳体、铁芯、轭铁、衔铁和线圈，其特征是：还包括永磁体，所述铁芯由内铁芯和外铁芯组成，内铁芯为圆柱体，外铁芯为中心开有通孔的圆柱体，内铁芯位于外铁芯的通孔中，外壳体套在外铁芯外，内铁芯或外铁芯上带有凸环，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；永磁体为和铁芯同心的圆柱环，内铁芯或外铁芯底部伸出凸缘，永磁体镶嵌在凸缘与另一铁芯之间，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；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所述的径向多线圈并联磁路多吸合面高速电磁铁，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。
3.根据权利要求2所述的径向多线圈并联磁路多吸合面高速电磁铁，其特征是：所述凸环和凸缘设置在副磁极的内壁上。
4.根据权利要求2所述的径向多线圈并联磁路多吸合面高速电磁铁，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。
5.根据权利要求1-4任何一项所述的径向多线圈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1-4任何一项所述的径向多线圈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5所述的径向多线圈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。
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