CN105781750A - 一种柴油机磁阻电机调速执行器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种柴油机磁阻电机调速执行器，包括导磁壳体、衔铁、中心轴、左端盖、右端盖、弹簧座，导磁壳体为中空的圆柱体结构，导磁壳体的两个端部分别安装左端盖和右端盖，衔铁设置在由导磁壳体、左端盖和右端盖构成的空间里，中心轴依次穿过左端盖、衔铁、右端盖和弹簧座，弹簧座与右端盖之间安装弹簧，导磁壳体内壁的中部设置线圈槽，线圈槽里安装励磁线圈，线圈槽两侧的导磁壳体内壁上设置壳体齿，衔铁与导磁壳体对应的外壁上设置衔铁齿。本发明能够实现喷油泵齿条位置的精确控制，保证柴油机在高速工况下不致于因超速产生“飞车”，同时保证在低速与怠速时的稳定运行，并限制其在其它工况下的转速波动。

Description

一种柴油机磁阻电机调速执行器

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机控制装置，具体地说是柴油机调速装置。

背景技术

由于石油能源危机及严重的环境污染问题，人们对柴油机的燃油经济性和排放指标提出了更为苛刻的要求。采用电子控制技术已成为柴油机技术发展的重要方向之一，而调速执行器作为柴油机电子调速系统的关键部件，对柴油机性能具有重要影响。

目前，柴油机电子调速多采用比例电磁铁或电机作为执行器。

申请号为97242519.5的专利文件中，提出了一种电子调速用电磁执行器。它由位置传感器总成、联接器、执行器本体组成，位置传感器总成与联接器分别装在执行器本体上，位置传感器总成的从动杆与执行器本体上的执行器轴，经同步杆将其连成为一体，以达到将衔铁的直线运动转换成转角传感器所需转动的目的。执行器轴借助联接器实现其与油泵齿条间的无间隙传动。

申请号为200710071966.4的专利申请文件中，提供了一种柴油机油泵齿条冗余电磁驱动装置。它包括壳体、安装在壳体中的执行机构、感应元件和定位导向机构，通过双线圈双直线位移传感器的结构保证柴油机油泵齿条驱动装置在单线圈损坏和单传感器损坏时能够通过另外的线圈和传感器继续工作，同时保证柴油机运行的可靠性。

上述两个专利本质上都是采用比例电磁铁作为电子调速装置的主要执行部件，而比例电磁铁具有工艺复杂、有效行程小等缺点。

申请号为200710071950.3的专利申请文件中，提出了一种柴油机直线电机调速执行器。它包括壳体、安装在壳体内的直线电机、与直线电机电连接的控制器和与柴油机喷油泵齿条连接的位移传感器，可以实现柴油机位置式电子调速控制。

申请号为200910071810.5的专利申请文件中，提供了一种旋转式柴油机力矩电机执行器，它包括轴、轴承、大齿轮、角度传感器、力矩电机、小齿轮、偏心轮、控制器等。采用小扭矩力矩电机，通过齿轮机构进行力矩放大，可以实现较大的扭矩，并安装有齿隙消除机构和转角限位机构，实现柴油机位置控制式电子调速功能。

上述两个专利采用直线电机或力矩电机作为电子调速的主要执行部件，然而直线电机成本昂贵，力矩电机用作调速需要一套较复杂的附加机构，影响了它们的实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供实现喷油泵齿条位置的精确控制，保证柴油机在高速工况下不致于因超速产生“飞车”，同时保证在低速与怠速时的稳定运行，并限制其在其它工况下转速波动的一种柴油机磁阻电机调速执行器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种柴油机磁阻电机调速执行器，其特征是：包括导磁壳体、衔铁、中心轴、左端盖、右端盖、弹簧座，所述导磁壳体为中空的圆柱体结构，导磁壳体的两个端部分别安装左端盖和右端盖，衔铁设置在由导磁壳体、左端盖和右端盖构成的空间里，中心轴依次穿过左端盖、衔铁、右端盖和弹簧座，中心轴的第一端部位于左端盖外侧并与柴油机油泵齿条相连，中心轴的第二端部位于弹簧座外侧并与位移传感器相连，弹簧座与右端盖之间安装弹簧，导磁壳体内壁的中部设置线圈槽，线圈槽里安装励磁线圈，线圈槽两侧的导磁壳体内壁上设置壳体齿，衔铁与导磁壳体对应的外壁上设置衔铁齿。

本发明还可以包括：

1、导磁壳体的壳体齿为齿宽相等的矩形齿，且在线圈槽两侧对称分布，衔铁的衔铁齿与壳体齿的齿宽和齿距相同，壳体齿与衔铁齿之间留有工作气隙。

2、壳体齿的齿宽大于柴油机油泵齿条的位移调整范围。

3、壳体齿和衔铁齿相互错开设置。

4、衔铁与右端盖之间设置限制中心轴位移的限位块。

本发明的优势在于：本发明相对于比例电磁铁，其位移-电磁力曲线的水平特性更好，有效行程更大，更容易实现柴油机转速的精确调控，保证柴油机在高速工况下不致于因超速产生“飞车”，同时保证在低速与怠速时的稳定运行，并限制其在其它工况下转速的波动。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明在不同线圈电流下电磁力与位移的关系。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，本发明包括中心轴1、直线轴承2、左端盖3、导磁壳体4、励磁线圈5、衔铁6、限位块7、右端盖8、弹簧9和弹簧座10。导磁壳体4的中间开有线圈槽，用于安装励磁线圈5；导磁壳体4上开有齿宽相等的矩形齿，且其齿宽大于油泵齿条所需的位移调整范围，并在励磁线圈5两侧对称分布；衔铁6上也开有与导磁壳体4上的齿相对的矩形齿，且齿宽和齿距与导磁壳体上的齿相同；导磁壳体4上的齿与衔铁6上的齿间留有一定大小的工作气隙；衔铁6和中心轴1固连在一起，中心轴1右端装有弹簧座10，弹簧座10与右端盖8之间装有弹簧9，在电磁力和弹簧力的共同作用下，中心轴1可以借助左端盖3和右端盖8的中心孔内的直线轴承2沿轴线方向左右移动；中心轴1的右端盖8和衔铁6之间的部分装有限位块7，以限制中心轴1的最小位移。

矩形齿的齿宽需大于柴油机油泵齿条所需的位移调整范围。

导磁壳体和衔铁均采用电工纯铁DT4，其它部件都采用非导磁材料。

齿宽为30mm，齿距为56mm，齿高为6mm，齿间工作气隙大小为1.2mm，线圈槽宽29mm，励磁线圈匝数为200。

中心轴的左端连接柴油机油泵齿条，右端连接位移传感器，励磁线圈的电流由控制器控制。

当对励磁线圈通以一定大小的电流时，其产生的磁力线通过衔铁、工作气隙和导磁壳体形成一个闭合此路。若衔铁上的齿与导磁壳体上的齿错开一定的距离，根据磁阻最小原理，导磁壳体对衔铁产生一定大小的电磁力，其方向与齿的错开方向相反。

结合图2，在不同驱动电流下，当中心轴的位移在4mm到22mm范围内时，电磁力与位移的关系具有良好的水平特性，即电磁力大小与位移无关，这就是本调速执行器的有效工作范围(以导磁壳体上的齿与衔铁上的齿对齐时为基准点，此时中心轴的位移为0；以向左运动为中心轴位移增大的方向)。限位块可以限制中心轴的最小位移为4mm，而当励磁线圈不通电时，由于弹簧座和右端盖之间弹簧的存在，中心轴处于最大位移22mm处。

本发明在实际工作中，假设控制器根据柴油机工况，需要控制油泵齿条位移为x，即需要中心轴带动油泵齿条向右移动距离x。设弹簧刚度为k，则弹簧压缩x长度时需要的力为kx，则控制器只要控制励磁线圈的电流，使导磁壳体对衔铁的电磁力为kx即可。通过改变电流的大小，就可以将中心轴定位于某一位移处，也即将油泵齿条控制在某一位置处。

控制器结合位移传感器反馈的位移信号，可以实现柴油机油泵齿条位置的闭环控制，从而实现良好的调速功能。

本发明包括中心轴、直线轴承、左端盖、导磁壳体、励磁线圈、衔铁、限位块、右端盖、弹簧和弹簧座。导磁壳体的中间开有线圈槽，用于安装励磁线圈；导磁壳体上开有齿宽相等的矩形齿，并在励磁线圈两侧对称分布；衔铁上也开有与导磁壳体上的齿相对的矩形齿，且齿宽和齿距与导磁壳体上的齿相同；导磁壳体上的齿与衔铁上的齿间留有一定大小的工作气隙；衔铁和中心轴固连在一起，中心轴右端装有弹簧座，弹簧座与右端盖之间装有弹簧，在电磁力和弹簧力的共同作用下，中心轴可以借助左端盖和右端盖的中心孔内的直线轴承沿轴线方向左右移动；中心轴的右端盖和衔铁之间的部分装有限位块，以限制中心轴的最小位移。矩形齿的齿宽大于柴油机油泵齿条所需的位移调整范围。中心轴的左端连接柴油机油泵齿条，右端连接位移传感器。

Claims (6)

1.一种柴油机磁阻电机调速执行器，其特征是：包括导磁壳体、衔铁、中心轴、左端盖、右端盖、弹簧座，所述导磁壳体为中空的圆柱体结构，导磁壳体的两个端部分别安装左端盖和右端盖，衔铁设置在由导磁壳体、左端盖和右端盖构成的空间里，中心轴依次穿过左端盖、衔铁、右端盖和弹簧座，中心轴的第一端部位于左端盖外侧并与柴油机油泵齿条相连，中心轴的第二端部位于弹簧座外侧并与位移传感器相连，弹簧座与右端盖之间安装弹簧，导磁壳体内壁的中部设置线圈槽，线圈槽里安装励磁线圈，线圈槽两侧的导磁壳体内壁上设置壳体齿，衔铁与导磁壳体对应的外壁上设置衔铁齿。

2.根据权利要求1所述的一种柴油机磁阻电机调速执行器，其特征是：导磁壳体的壳体齿为齿宽相等的矩形齿，且在线圈槽两侧对称分布，衔铁的衔铁齿与壳体齿的齿宽和齿距相同，壳体齿与衔铁齿之间留有工作气隙。

3.根据权利要求2所述的一种柴油机磁阻电机调速执行器，其特征是：壳体齿的齿宽大于柴油机油泵齿条的位移调整范围。

4.根据权利要求2或3所述的一种柴油机磁阻电机调速执行器，其特征是：壳体齿和衔铁齿相互错开设置。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种柴油机磁阻电机调速执行器，其特征是：衔铁与右端盖之间设置限制中心轴位移的限位块。

6.根据权利要求4所述的一种柴油机磁阻电机调速执行器，其特征是：衔铁与右端盖之间设置限制中心轴位移的限位块。