CN105575586A - 多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁。包括两个电磁铁、衔铁和阀杆；电磁铁为径向多线圈高速电磁铁，两个径向多线圈高速电磁铁共用一个衔铁和一个阀杆，两个径向多线圈高速电磁铁对称安装，衔铁位于两个径向多线圈高速电磁铁之间，阀杆穿在两个主磁极中心的通孔中，衔铁与阀杆固定；还包括小永磁体，小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，小永磁体镶嵌在凸缘与另一磁极之间，小永磁体的充磁方向为径向辐射充磁；还包括大永磁体，大永磁体位于两个径向多线圈高速电磁铁的副磁极之间，其充磁方向沿轴向向内。本发明具有响应速度快、散热性良好、双向运动的特点，适用于柴油机电控燃油系统。

Description

多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁

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

由于近年来针对柴油机的排放限值指标越来越严格以及满足进一步减少油耗的要求，使得电子控制技术在燃油系统中得到广泛的应用。随着柴油机电子控制技术的发展，燃油喷射系统的数字化控制也得以实现，有效的提高了喷油压力，改善了发动机的经济性。响应速度能达到毫秒级的电磁铁可称为高速电磁铁。高速强力电磁铁是连接燃油系统电控单元与燃油喷射装置的重要部件，它的快速响应特性直接影响系统喷油量和喷油正时的控制精度，对柴油机燃油性能产生重要影响。

传统的E型电磁铁采用单一多匝线圈的轴向缠绕方式，线圈电感比较大，使得电流的上升速度与衰减速度变缓，而且缺少有效的冷却措施，直接影响了磁性材料的导磁性能，对电磁铁的响应速度造成了影响。在满足电磁力的要求下，改变传统单一多匝线圈的缠绕方式，加强冷却措施，对于加快电磁铁的响应速度，改良燃油喷射规律，实现柴油机节能减排具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应速度快、散热性良好、双向运动的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁。

本发明的目的是这样实现的：

包括两个电磁铁、衔铁和阀杆；所述电磁铁为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，主磁极的中心开有通孔；两个径向多线圈高速电磁铁共用一个衔铁和一个阀杆，两个径向多线圈高速电磁铁对称安装，衔铁位于两个径向多线圈高速电磁铁之间，阀杆穿在两个主磁极中心的通孔中，衔铁与阀杆固定；所述径向多线圈高速电磁铁还包括小永磁体，小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，小永磁体镶嵌在凸缘与另一磁极之间，小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，小永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，两个径向多线圈高速电磁铁的有小永磁体的一端相对；还包括大永磁体，大永磁体位于两个径向多线圈高速电磁铁的副磁极之间，其充磁方向沿轴向向内。

本发明还可以包括：

1、所述大永磁体为等分的三段圆弧组成，三段圆弧之间有间隙。

2、所述小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、所述小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、主磁极的通孔为阶梯孔，在所述阶梯孔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。

本发明的目的在于提供了一种响应速度快、散热性良好、双向运动的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁。

本发明的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁的组成包括外壳体、组合式铁芯、线圈、衔铁、线圈骨架、内嵌阀套、密封树脂、阀杆和复位弹簧。外壳体为中心开有通孔，与衔铁对应位置开有通孔的圆柱体结构，上下端设置固定螺母；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；小永磁体为圆柱环结构，镶嵌在凸缘与磁极之间。小永磁体的充磁方向与线圈的产生的磁路流通方向一致，沿轴向向内。大永磁体位于上下两副磁极之间，其充磁方向沿轴向向内。复位弹簧在主磁极阶梯孔内，通过阀杆限位将衔铁置于中间位置。

所述多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁外壳体上下两端各设置固定螺母；组合式铁芯主磁极可以为中间开有阶梯通孔的圆柱体、十字型柱体、“T”字型柱体或倒凸台结构，其中心小通孔与阀杆之间安装内嵌阀套；副磁极为两端开有凹槽，凹槽中心开有通孔或中间开有通孔的圆柱体，主磁极或副磁极两端面都开有环形凹槽或只有下端面开有环形凹槽，凹槽开有轴向通孔，均匀布置于环形凹槽内，两轴向通孔之间部分构成线圈内芯，线圈径向绕制在内芯上，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。小永磁体是等分均匀间隔分布的圆弧永磁体，镶嵌在磁极与凸缘中间，采用过盈配合，其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。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或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。大永磁体为均匀间隔分布的等分圆弧状结构，镶嵌在上下两副磁极之间，其高度比衔铁厚度略大，上下两副磁极之间留有气隙。

本发明的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁为上下对称结构，一方面径向多匝线圈的分散布置，降低了线圈的电感，加快了电流的上升速度和衰减速度，提高了电磁铁的响应速度，同时相邻两线圈间留有通孔，加大了线圈与铁芯的散热面积；另一方面线圈通电后产生的磁场和小永磁体产生磁场叠加，小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。大永磁体用来屏蔽了上下两副磁极之间的漏磁。

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)为副磁极结构示意图；图3(b)主磁极结构示意图。

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

图5小永磁体结构示意图，小永磁体等分均匀间隔分布的圆弧永磁体。

图6为大永磁体和外壳体结构示意图。

图7(a)-7(b)铁芯主副磁极的两种结构形式，图7(a)主磁极为中心开有阶梯通孔的十字型柱体，副磁极为中心开有阶梯通孔的圆柱体，凸缘在副磁极底部近线圈侧；图7(b)为组合式铁芯一端开槽的结构形式，主磁极为中心开有阶梯通孔的倒凸台形式，副磁极为中间开有阶梯通孔的圆柱体，凸缘在副磁极底部近线圈侧。

图8(a)-图8(b)为组合式铁芯与永磁体配合的结构形式，图8(a)为凸缘和小永磁体锥台结构组合形式；图8(b)为凸缘和小永磁体为圆锥体结构组合形式。

图9(a)为带有减振冷却组件的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁整体结构示意图，图9(b)为减振冷却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1-6，本发明的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁的第一种实施方式的组成包括组合式铁芯2、外壳体1、线圈13、衔铁4、线圈骨架5、密封树脂6、内嵌阀套7、阀杆15和复位弹簧14。外壳体1为中心开有通孔，与大永磁体11相对位置开有通孔26的圆柱体(如图6所示)，上下端设置固定螺母8；固定螺母8为下端面开有环形凹槽28，凹槽内开有通孔27的圆柱体；组合式铁芯2为上下两部分对称的结构，其主磁极19为中心开有阶梯通孔的圆柱体，通孔顶端安装内嵌阀套7，阀杆15穿过内嵌阀套7；副磁极16为上下两端开有圆形凹槽18，凹槽内开有通孔17的圆柱体。副磁极凹槽内轴向开有两个或三个扇形通孔19，均匀布置于凹槽内，相邻两通孔19之间的部分形成线圈内芯20，线圈13绕制在内芯上，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。主磁极19半径R2与副磁极16中心通孔半径R1相等。凸缘3位于副磁极底部近线圈侧，小永磁体9镶嵌在凸缘3和副磁极16之间，采用过盈配合。其上表面与凸缘3上表面平齐，下表面与铁芯2下表面平齐或略低。小永磁体9的充磁方向与线圈13的产生的磁路流通方向一致。大永磁体11位于上下两副磁极之间，其高度比衔铁4高度略大，充磁方向与线圈产生的磁路方向相反，沿轴向向内。阀杆15、复位弹簧14、副磁极16、线圈13与主磁极19依次置于外壳体1内，大小永磁体自下而上嵌入凸缘9和副磁极16之间，外壳体1上下两端设置固定螺母8。径向多线圈双永磁双王型高速双向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。

结合图7(a)，本发明的多永磁径向多线圈组合式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组合形式，主磁极19为十字型柱体，其轴向开有扇形凹槽，两凹槽之间的部分形成线圈内芯；副磁极16为中心开有通孔的圆柱体，凸缘在其底部近线圈侧。

结合图7(b)，本发明的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁的第三种实施方式是改变了第一、二种实施方式中的铁芯2结构，将其上下两端面中间均开同心环形凹槽变为只在靠近衔铁端开同心环形凹槽。主磁极19为中心开有阶梯通孔的倒凸台结构，副磁极16为中心开有通孔的圆柱体结构，凸缘位于副磁极底部近线圈侧。该结构可减小铁芯高度，节省铁芯材料，同时线圈13的一端则未嵌入铁芯2内，进一步增大线圈与冷却液的接触面积，强化了换热。

同时结合图7(b)、8(a)、图8(b)，本发明的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁的第四种实施方式是改变凸缘3与小永磁体9的配合形式。如图7(b)所示，凸缘3与永磁体9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8(a)、8(b)所示，凸缘3与永磁体9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9(a),图9(b)，本发明的多永磁径向多线圈组合式高速双向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2中心增设减振冷却组件Ⅱ。冷却组件包括阀杆15、阻尼环21、复位弹簧14、阻尼位移调节环22、阀套29，阻尼环21套在阀杆上，其内孔直径比阀杆直径略大，可上下活动，轴向设有若干阻尼孔23且均布在同一圆周上，阻尼环21被复位弹簧14预压在阻尼位移调节环22上，阻尼位移调节环22为中心开有圆柱孔的凸台结构，阀套29固定在阀杆上。衔铁在运动过程中，阀套29与阻尼环21接触，并压缩复位弹簧，起到一定减振作用，另外被压缩的燃油可以从冷却组件Ⅱ中流过，能够有效的带走线圈产生的热量，并降低衔铁运动所受的阻尼力，加快了电磁铁的响应速度。

图10(a)、10(b)示出了多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁的工作原理，如图10(a)所示，当上下部分线圈都不通电时，复位弹簧14将衔铁4置于中间位置，由于铁芯与衔铁之间存在的工作气隙相对铁芯磁阻较大，小永磁体9产生通过铁芯主磁极19、副磁极16再到小永磁体9而闭合的磁通Φ₃，其中一小部分产生经内工作气隙25、衔铁4、外工作气隙24再到小永磁体9闭合的磁通Φ₄。如图10(b)所示，当上部线圈13通电，下部线圈断电时，其产生经主磁极19、内工作气隙25、衔铁4、外工作气隙24、再到副磁极16而闭合的磁通Φ₁；由于此时小永磁体9产生的磁感线方向与铁芯2磁感线方向相反，因此小永磁体产生大部分经过主磁极19、外工作气隙24、衔铁4、内工作气隙25、副磁极16再回到小永磁体9而闭合的磁通Φ₂；线圈13产生的磁通和小永磁体9产生的磁通叠加，小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，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，衔铁开始向铁芯方向运动，并推动冷却液在线圈之间的空隙中流过，带走了一部分线圈产生的热量；直至到达最大位移处。当衔铁达到最大位移时，依靠小电流维持衔铁吸合状态，减小了能量消耗，降低了线圈的涡流损耗以及发热量。由于电磁铁一直工作于燃油环境中，衔铁4与铁芯2间的燃油受到挤压，受挤压的燃油一部分从减振冷却组件排出，另一部分通过外壳体表面的通孔流出，降低衔铁表面液压力，减小衔铁运动所受阻尼力，提高电磁铁动态响应速度。当上部线圈断电，下部线圈通电时，衔铁4受到向下的电磁吸力，使衔铁快速向下运动，依次实现阀杆的往复双向运动。该结构采用径向多匝线圈的分散布置，一方面降低了线圈的电感，使其中电流的上升速度和衰减速度加快，提高了电磁铁的响应速度；另一方面相邻两线圈间留有通孔，加大了线圈与铁芯的散热面积，实现了电磁铁的有效冷却，对于提高电磁铁的安全可靠性和使用寿命具有重要作用。

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)

1.一种多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁，包括两个电磁铁、衔铁和阀杆；其特征是：所述电磁铁为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，主磁极的中心开有通孔；两个径向多线圈高速电磁铁共用一个衔铁和一个阀杆，两个径向多线圈高速电磁铁对称安装，衔铁位于两个径向多线圈高速电磁铁之间，阀杆穿在两个主磁极中心的通孔中，衔铁与阀杆固定；所述径向多线圈高速电磁铁还包括小永磁体，小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，小永磁体镶嵌在凸缘与另一磁极之间，小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，小永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，两个径向多线圈高速电磁铁的有小永磁体的一端相对；还包括大永磁体，大永磁体位于两个径向多线圈高速电磁铁的副磁极之间，其充磁方向沿轴向向内。

2.根据权利要求1所述的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁，其特征是：所述大永磁体为等分的三段圆弧组成，三段圆弧之间有间隙。

3.根据权利要求2所述的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁，其特征是：所述小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所述的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁，其特征是：所述小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任何一项所述的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁，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任何一项所述的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁，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任何一项所述的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁，其特征是：主磁极的通孔为阶梯孔，在所述阶梯孔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所述的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁，其特征是：主磁极的通孔为阶梯孔，在所述阶梯孔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所述的多永磁径向多线圈组合式高速双向电磁铁，其特征是：主磁极的通孔为阶梯孔，在所述阶梯孔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。