CN105448462A - 双永磁高速双向电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种双永磁高速双向电磁铁。包括两个永磁高速电磁铁，每个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，两个永磁高速电磁铁对称布置且永磁体端相对，两个永磁高速电磁铁共用一个衔铁和阀杆，主磁极的中间带有通孔，阀杆穿在通孔中，衔铁固定在阀杆上。本发明的双永磁高速双向电磁铁响应速度快、驱动电流小、可双向运动、寿命长、可靠性高，适用于柴油机电控燃油系统。

Description

双永磁高速双向电磁铁

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

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。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。响应速度能够达到毫秒级的电磁铁可称为高速电磁铁。高速电磁铁作为柴油机电控单元与燃油喷射装置的重要元件，其快速响应特性是燃油喷射定时准确和迅速形成高压的前提，也是实现小油量喷射和预喷射的硬件保障，对燃油喷射的精确控制具有重要的影响。

常用的传统的E型电磁铁一般采用Hold&Peak的方式来驱动，然而大电流使电磁阀功耗增大，产热量增加，对线圈及其密封材料等的工作温度提出了更为苛刻的要求，同时造成了电磁阀的可靠性及寿命下降。衔铁的吸合阶段依靠小电流维持，尤其是大脉宽工作时也会使得线圈发热量增加，导致了磁性材料导磁性能下降。因此在满足电磁力以及响应要求的前提下，若能进一步降低大驱动电流，减小甚至取消维持电流，对于降低其发热量，提高电磁阀寿命及工作可靠性具有重要的作用。

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、可双向运动、寿命长、可靠性高的双永磁高速双向电磁铁。

本发明的目的是这样实现的：包括两个永磁高速电磁铁，每个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，两个永磁高速电磁铁对称布置且永磁体端相对，两个永磁高速电磁铁共用一个衔铁和一个阀杆，主磁极的中间带有通孔，阀杆穿在所述通孔中，衔铁固定在阀杆上。

本发明的双永磁高速双向电磁铁还可以包括：

1、主磁极中间的通孔为阶梯孔，阶梯孔中设置套在阀杆上的复位弹簧。

2、所述环形永磁体为连续的圆环形。

3、所述环形永磁体为由等分的几段圆弧组成的圆环形。

4、所述等分的几段圆弧紧凑排列。

5、所述等分的几段圆弧之间有间隙。

6、环形凸缘与永磁体的对接面为圆柱面。

7、环形凸缘与永磁体的对接面为圆锥面。

8、还包括冷却组件，所述冷却组件包括阻尼位移调节环、滑阀、阀套，滑阀为中心开有通孔的圆柱体结构，滑阀套在阀杆上，滑阀上设有若干阻尼通孔且均布在同一圆周上，滑阀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通孔的凸台结构。

本发明的双永磁高速双向电磁铁为上下对称结构，主要由铁芯、线圈、衔铁、外壳体、线圈骨架、密封树脂、复位弹簧和阀杆组成。外壳体为中心开有通孔，与衔铁对应位置开有泄流孔的圆柱体，上下两端各安装固定螺母。铁芯截面呈“日”字形，由铁芯主副磁极和永磁体构成，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，镶嵌在主磁极与副磁极凸缘中间。永磁体的充磁方向为径向辐射充磁。

所述双永磁高速双向电磁铁采用了永磁双“日”字型铁芯对称结构，其主磁极为中间开有通孔的圆柱体或十字型柱体结构，副磁极为中间开有通孔或阶梯通孔的柱体，副磁极柱体直径与主磁极阶梯中心孔直径相等，主磁极或副磁极下端近线圈侧延伸出凸缘。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，下表面与主副磁极下表面平齐或略低。主磁极顶端与螺母中心开有带螺纹的孔，两者通过螺钉固连。阀杆与衔铁由卡环固连，穿过主磁极中间的内嵌阀套。凸缘是完整的圆柱环或圆锥台。永磁体是完整的磁环或圆锥台。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。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半径大于永磁体底面半径。

本发明的永磁日型高速电磁铁，采用了永磁“日”字型结构，两个复位弹簧将衔铁置于中间位置，上部线圈通电，下部线圈断电，衔铁向上运动；反之，向下运动，依此来控制衔铁的双向运动。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，另一方面提供了通过衔铁的磁通，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，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。

附图说明

图1为本发明的双永磁高速双向电磁铁截面图。

图2为主磁极剖面图。

图3为副磁极剖面图。

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)是永磁体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(a)-5(c)为铁芯主副磁极的四种组合形式和永磁体，图5(a)为主磁极为中间开有阶梯通孔的倒“T”字型柱体，副磁极为中间开有通孔的圆柱体，凸缘在副磁极靠近线圈侧，图5(b)为在图5(a)的基础上延长主磁极横向长度，图5(c)为主磁极为中间开有通孔的圆柱体，主磁极为下端面中心开有凹槽的圆柱体，凸缘在主磁极靠近线圈侧。

图6(a)-图6(b)为环形凸缘与永磁体的组合形式，图6(a)为凸缘和永磁体为柱台，图6(b)为凸缘和永磁体为锥台。

图7(a)为铁芯带减振冷却组件的电磁铁结构示意图,图7(b)局部放大示意图。

图8(a)-8(b)为电磁铁线圈不通电和通电状态下，磁路流通示意图，图8(a)为线圈未通电时的电磁铁磁路示意图，图8(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、图4(a)、图(b)、图4(c)，本发明的双永磁日型高速双向电磁铁第一种实施方式的组成包括外壳体15、日型铁芯8，线圈2、线圈骨架6、密封树脂5、复位弹簧11、内嵌阀套14、衔铁4和阀杆13。日型铁芯8由主磁极17、副磁极16和永磁体3构成，两组对称分布于衔铁两侧；主磁极17为中心开有阶梯通孔的圆柱体结构，上端面轴向开有带螺纹的小孔，副磁极16为开有阶梯通孔的圆柱体，主磁极半径R1与副磁极中心通孔的半径R2相等。凸缘9位于主磁极17底部近线圈侧。在凸缘9与副磁极16之间镶嵌一块永磁体3，采用过盈配合，其上表面与凸缘上表面平齐，下表面与铁芯8的下表面平齐或略低；永磁体3的充磁方向为径向辐射充磁，与线圈通电磁路流通方向一致。阀杆13与衔铁4之间由卡环10固定，阀杆穿过主磁极内部的内嵌阀套14。本发明的双永磁日型高速双向电磁铁上部分的阀杆13和衔铁4由卡环固定后，与复位弹簧11、主磁极17、线圈2、副磁极16自上而下依次布置于外壳体15中，永磁体3自下而上嵌入凸缘9和副磁极16之间，下部分与上部分安装顺序相等，外壳体15上下两端设置固定螺母1，大螺母1与铁芯主磁极16由螺钉7固连。

结合图5(a)，本发明的双永磁日型高速双向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，主磁极17为中心开有阶梯通孔的倒“T”字型柱体，其上端面轴向开有轴向带螺纹的孔；副磁极16为中心开阶梯孔的圆柱体，主磁极直径与副磁极通孔直径相等，凸缘9位于副磁极16底部近线圈侧。

同时结合图图5(b)，本发明的双永磁日型高速双向电磁铁的第三种实施方式是在第一种实施方式的基础上，改变主磁极17大圆柱直径，使其等于副磁极16直径。该结构取消了主磁极17上的固定螺钉7，结构变得更简单，减小了安装难度，提高了电磁铁工作的可靠性。

同时结合图5(c)，本发明的双永磁日型高速双向电磁铁的第四种实施方式是在第三种实施方式的基础上，改变主副磁极结构，主磁极17变为中心开有阶梯通孔的圆柱体，上端面开有轴向带螺纹的孔；副磁极16为中心开有阶梯通孔的圆柱体结构，凸缘9位于主磁极17底部近线圈侧，主副磁极通过螺钉7固连。

同时结合图6(a)、图6(b)所示，本发明的双永磁日型高速双向电磁铁的第五种实施方式是改变凸缘9和永磁体3的配合形式，凸缘与永磁体的配合形式可以为圆柱环配合且凸缘宽度L1与永磁体宽度L2相等或略大，或者凸缘9与永磁体3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7(a)、图7(b)，本发明的双永磁日型高速双向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，在铁芯中心增设减振冷却组件19。冷却组件包括阻尼位移调节环21、复位弹簧11，滑阀20、阀套25。滑阀20为中心开有通孔，通孔四周开有小孔的圆柱体结构，其中心通孔比阀杆直径略大，套在阀杆上，可上下运动；其上设有若干阻尼通孔22且均布在同一圆周上，被复位弹簧11预压在阻尼位移调节环21上，阻尼位移调节环21为中心开有圆柱通孔的凸台结构。衔铁4在吸合过程中，阀套25与滑阀20碰撞，并紧压复位弹簧11，起到一定减振作用，另外燃油受到挤压从中心通孔流过，带走线圈和铁芯的热量，保证了线圈良好的冷却和铁芯材料良好的导磁性能，同时受挤压的燃油从中心通孔排出，降低了衔铁表面液压力，降低了衔铁运动所受阻尼力，提高了电磁铁动态响应速度。

同时图8(a)、8(b)示出了双永磁日型高速双向电磁铁的工作原理，如图8(a)所示，当上下部分线圈都不通电时，复位弹簧11将衔铁4置于中间位置，由于日型铁芯8与衔铁4之间存在的工作气隙相对铁芯磁阻较大，永磁体3产生经副磁极16、主磁极17再到永磁体3而闭合的磁通Φ₃，其中一小部分经内工作气隙24、衔铁4、外工作气隙23再到永磁体3闭合的磁通Φ₄。如图8(b)所示，当上部线圈通电，下部线圈断电时，产生经副磁极16、主磁极17、内工作气隙24、衔铁4、外工作气隙23再到副磁极16而闭合的磁通Φ₁；由于此时永磁体3产生的磁感线方向与铁芯8磁感应方向逆向，此时永磁体3产生经主磁极17、内工作气隙24、衔铁4、外工作气隙23、副磁极16再回到永磁体3而闭合的磁通Φ₂。线圈2产生的磁通和永磁体3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，另一方面提供了通过衔铁的磁通，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，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。随着驱动电流的增大，当吸力大于衔铁4所受阻力时，衔铁4开始向铁芯8方向运动，直至到达最大位移处。在衔铁4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，可以从外壳体与衔铁对应的通孔12中排出，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。当上部线圈2断电，下部线圈通电时，衔铁受到向下的电磁吸力，使衔铁4快速向下运动，依次实现阀杆双向往复运动。该结构在驱动电流不变的情况下，不仅增大了电磁力，而且加快了电磁铁的响应速度。

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 (8)

1.一种双永磁高速双向电磁铁，包括两个永磁高速电磁铁，其特征是：每个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，两个永磁高速电磁铁对称布置且永磁体端相对，两个永磁高速电磁铁共用一个衔铁和一个阀杆，主磁极的中间带有通孔，阀杆穿在所述通孔中，衔铁固定在阀杆上。

2.根据权利要求1所述的双永磁高速双向电磁铁，其特征是：主磁极中间的通孔为阶梯孔，阶梯孔中设置套在阀杆上的复位弹簧。

3.根据权利要求2所述的双永磁高速双向电磁铁，其特征是：还包括冷却组件，所述冷却组件包括阻尼位移调节环、滑阀、阀套，滑阀为中心开有通孔的圆柱体结构，滑阀套在阀杆上，滑阀上设有若干阻尼通孔且均布在同一圆周上，滑阀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通孔的凸台结构。

4.根据权利要求1、2或3所述的双永磁高速双向电磁铁，其特征是：所述环形永磁体为连续的圆环形。

5.根据权利要求1、2或3所述的双永磁高速双向电磁铁，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；所述等分的几段圆弧紧凑排列，或者是所述等分的几段圆弧之间有间隙。

6.根据权利要求1、2或3所述的双永磁高速双向电磁铁，其特征是：环形凸缘与永磁体的对接面为圆柱面或圆锥面。

7.根据权利要求4所述的双永磁高速双向电磁铁，其特征是：环形凸缘与永磁体的对接面为圆柱面或圆锥面。

8.根据权利要求5所述的双永磁高速双向电磁铁，其特征是：环形凸缘与永磁体的对接面为圆柱面或圆锥面。