CN105895297B - 具有极片对齐构件的机电螺线管 - Google Patents

Abstract

一种机电螺线管，具有螺线管组件，该组件包括螺线管线圈，该组件中形成有线圈孔。极片组件至少部分地定位在线圈孔内，该极片组件包括至少部分地定位在沙漏形的对齐构件内的第一极片和第二极片。第一极片具有第一孔以及远离所述第一孔延伸的第一外锥形表面，而所述第二极片具有第二孔以及远离所述第二孔延伸的第二外锥形表面。电枢能够响应于由所述螺线管线圈产生的磁场在所述第一孔和所述第二孔内移动。

Description

具有极片对齐构件的机电螺线管

相关文件的交叉引用

不适用

关于联邦赞助研发的声明

不适用

技术领域

本发明涉及螺线管，具体来说，涉及具有对齐构件的机电螺线管，该对齐构件用来对齐两个极片，电枢在所述两个极片之间移动。

背景技术

机电螺线管是将电能转换为直线运动的装置。螺线管由于其效用而被用于广泛的应用中。例如，螺线管普遍地用来控制包括阀门的机械装置。在该应用中，螺线管通常机械地联接到阀门上(气动阀或液压阀)，并且螺线管用来致动该阀门。

参照图1，螺线管30包括围绕环形绕线筒34缠绕的电磁线圈32。感应的磁路行经极片36和38以及运动的电枢40。铁磁性外壳42完成基本的磁路。

用于形成和保持螺线管内诸部件对齐的普通的结构布置是利用如图1和2所示的非磁性杯状管子44。有几种管子的结构，它们可以是敞开的或闭合的，但基本用途是相同的。管子44对电枢40提供均匀光滑的表面46以运行，因此，减小螺线管30的力输出中的磁滞现象。管子44通常由非铁磁性材料制成，该种材料诸如是不锈钢或铝。也可对管子44进行后处理来提高在电枢抵着其运动的过程中的耐用性。

参照图2，该普通的螺线管结构由于空气气隙(诸如48和50)造成磁路损失。由于气隙造成的这些损失是不希望的，因为这些损失从螺线管输出中带走力。目前螺线管结构中的主要损失之一是由于非磁性的杯状管子44，其在电枢40和极片36之间形成附加的气隙。然而，消除管子44却造成电枢40在螺线管内不可控制的轴向对齐，这形成螺线管的力输出中的磁滞现象。

因此，保持极片的对齐和减小不起作用气隙在改进的机电螺线管的操作中变成为重要的要素。

发明内容

本发明通过消除不起作用的气隙来减小螺线管磁路中的损失。沙漏形的对齐构件对第一极片和第二极片进行对中和对齐。通过使第一极片和第二极片合适地对齐，螺线管的插棒铁芯能够自由地在第一极片和第二极片的孔内滑动，由此，无需使用先前螺线管中使用的杯状电枢套筒，并避免与杯状电枢套筒相关的不起作用的气隙。

根据本发明的实施例，机电螺线管包括螺线管组件，该组件包括螺线管线圈，该螺线管线圈中形成有线圈孔。极片组件至少部分地定位在线圈孔内，该极片组件包括至少部分地定位在对齐构件内的第一极片和第二极片。第一极片具有第一孔以及远离第一孔延伸的第一外锥形表面，而第二极片具有第二孔以及远离第二孔延伸的第二外锥形表面。电枢响应于由螺线管线圈产生的磁场在第一孔和第二孔内移动。

在机电螺线管的优选实施例中，螺线管致动器具有第一极片，该极片具有延伸入线圈孔一端内的管形内部段。第二极片具有延伸入线圈孔的另一端内的管形部段。电枢响应于由螺线管线圈产生的磁场在第一极片的管形内部段和第二极片的管形部段内滑动。封闭第一和第二极片以及线圈的外壳通过弯接固定到阀体上。

附图说明

图1是现有技术螺线管结构的剖视图；

图2是如图1所示杯状管子和由此形成的相关气隙的一部分的特写图；

图3和图4是根据本发明实施例的电磁螺线管的立体图；

图5是根据本发明实施例的穿过如图3所示电磁螺线管的实施例的剖视图；

图6是如图5所示形成在第一极片和第二极片之间的气隙与对齐构件的一部分的特写图；

图7是根据本发明实施例的极片组件的等轴立体图；

图8是如图7所示的极片组件的分解图；

图9是根据本发明实施例的穿过如图8所示沙漏形对齐构件的实施例的剖视图；以及

图10是穿过如图5所示电磁螺线管的剖视图，特别示出了处于致动位置中的螺线管插棒铁芯。

具体实施方式

参照图3至6，图中示出包括致动器外壳62和包覆模64的示例性的电磁螺线管60。电磁螺线管60包括在非磁性绕线筒68中的螺线管线圈66，该绕线筒68通常用围绕线圈66模制的塑料制成以形成螺线管组件72。螺线管线圈66可由具有工作周期的脉宽调制(PWM)的信号驱动，该信号可以传统方式变化以改变电磁螺线管60的力的输出。该PWM信号可藉由连接器74施加到电磁螺线管60，连接器74形成在包覆模64内并通过导线(未示出)连接到螺线管线圈58。

现参照图5至图8，电磁螺线管60还包括极片组件76，该极片组件76至少部分地定位在由螺线管组件72形成的线圈孔70内。该极片组件76包括至少部分地定位在对齐构件116内的两个导磁的极片80和82，以及至少部分地定位在极片80和82内的螺线管插棒铁芯142。第一极片80包括第一敞开端84和第一闭合端86。第一极片80具有圆柱形孔88和第一外锥形表面92，该锥形表面92从第一敞开端84向外呈锥形并远离圆柱形孔88延伸并且形成第一突脊90。外锥形表面92形成截头锥形。O形环(未示出)可包含在第一极片80和绕线筒68或外壳62之间以提供密封。第二极片82包括第二敞开端94和第二闭合端96。第二极片82也具有圆柱形孔98和第二外锥形表面102，该锥形表面102从第二敞开端94向外呈锥形并远离圆柱形孔98延伸并且具有截头锥形。第二闭合端96处的第一孔口104允许管形推力构件106延伸通过第二极片82的闭合端96。也可包括第二孔口108而允许空气或润滑剂流入和流出孔88和98。在某些实施例中，第二极片82可具有从外锥形表面102向外伸出的凸缘112。第二O形环(未示出)可包含在第二极片82和绕线筒68之间以提供密封。

为了对齐第一极片80和第二极片82，第一极片80的外锥形表面92和第二极片82的外锥形表面102插入到类似形状的对齐构件116内。该结构允许第一极片80和第二极片82在对齐构件116内部大致彼此面对。第一极片80的敞开端84与第二极片82的敞开端94间距开。预定的空间或间隙118形成在第一极片80的敞开端84和第二极片82的敞开端94之间(见图6)。对齐构件116可由不锈钢或诸如铝等其它非铁磁性材料制成。

对齐构件116的内表面122从第一端124和第二端126向内呈锥形以形成中部128，对齐构件116大致形成沙漏形状。第二端126可具有从第二端126向外伸出的凸缘130。中部128具有中部直径132，该直径132小于第一端124和第二端126处的直径134(见图9)。当第一极片80和第二极片82插入对齐构件116内时，对齐构件116的内表面122用来对中和对齐第一极片80和第二极片82。具体来说，第一极片80的外锥形表面92的至少一部分插入到对齐构件116的第一对齐部分136内，而第二极片82的外锥形表面102的至少一部分插入到对齐构件116的第二对齐部分138内(见图7)。第一极片80和第二极片82形成的对中和对齐，能使螺线管插棒铁芯142分别在第一极片80和第二极片82的孔88和98内自由地滑动，由此，无需现有技术螺线管中所用的杯状电枢套筒。由于消除了杯状电枢套筒，由杯状电枢套筒造成的气隙也被去除。对齐构件116维持第一极片80和第二极片82的内部对齐，同时允许螺线管插棒铁芯142直接在第一极片80和第二极片82上轴向地移动，这可提高总体的磁性效率。

参照图5至图8，电磁螺线管60的螺线管插棒铁芯142可滑动地至少部分地位于孔88和98内，并包括铁磁性材料的电枢144。电枢144具有可将管形推力构件106接纳在其中的纵向孔146。在某些实施例中，电枢的一端或两端可以“环桩固定”到推力构件106上。正如大家所知，环桩固定涉及在部位152处形成电枢端表面的凹口，其将纵向孔周围的电枢材料紧紧地推压在推力构件106上。还可构思将推力构件106固定在电枢144内的其它已知方法。可看到推力构件106从对齐构件116的第二端126和第二极片82的闭合端96向外伸出(见图7)。

插棒铁芯142还可包括与电枢144形成一体的滚动支承件154。轴向力通过第一极片80处的磁通而施加到插棒铁芯142上，而滚动支承件154有助于防止因该轴向力缘故造成的电枢144粘结。滚动支承件154可包括多个纵向狭槽156(图中示出五个)，它们围绕电枢144的外表面158等距离地间距开。独立的镀铬球体162位于各个狭槽156内。每个球体162从相应的狭槽突出而与第一极片80接触，并能够在相应的狭槽156内滚动。可使用滚动元件的其它形式和组成(诸如圆柱体)，来代替球体162。

再次参照图3至5，电磁螺线管60可封闭在致动器外壳62和包覆模64内。外壳62可由导磁材料制成并示出为围绕螺线管组件72和极片组件76延伸。致动器外壳62的邻近于第二极片82的敞开端164可以例如弯接或胶粘或焊接或以其它方式密封地固定到圆盘166，以关闭该敞开端164。第二极片82可延伸入第二极片孔口170内。圆盘166提供结构支承，以将第二极片82保持在对齐构件116内。在相对端处，致动器外壳62可具有第一极片孔口172，允许第一极片80延伸入第一极片孔口172内。

对齐构件116的尺寸可做成能提供在第一极片80和第二极片82之一或两者上的预定过盈。该过盈可在第一极片80和第二极片82之一或两者上形成恒力，以推压第一极片80抵靠在致动器外壳62上，和/或推压第二极片82抵靠在圆盘166上。该恒力有助于保持第一极片80、第二极片82和对齐构件116之间的接触和对齐，这又帮助减小这些部件之间的气隙，以进一步提高磁性效率。

包覆模64可施加在外壳62的外表面的至少一部分上。该包覆模64可包括一个或多个突出部174。每个突出部174可包括孔口176，以允许电磁螺线管60固定到待操作的装置(未示出)上。如前面所述，螺线管由于其能够将电能转化为线性运动而广泛用于各种应用中。例如，螺线管普遍地用来控制阀门或其它机械装置，以控制流体的流动。

仍然参照图3至图5，可通过将螺线管线圈66放入一模具内来制造电磁螺线管60，其中，用于绕线筒68的熔融塑料注入到该模具内，以包封该螺线管线圈。在螺线管组件72固化之后，第一极片80连同对齐构件116一起可放入螺线管组件72内。然后，可将电枢144放置到第一极片80的孔88内。第二极片82然后可放置到管形推力构件106上并放入螺线管组件72内。组装好的螺线管组件72和极片组件76然后可插入到外壳62内。接下来，圆盘166可定位在外壳62的敞开端164内并固定就位。包覆模64可施加到外壳62外表面的至少一部分上，由此，完成电磁螺线管60的组装。

在使用中，将预定量的电流施加到螺线管线圈66上，此便产生了电枢144和管形推力构件106的运动。当没有电流施加到螺线管线圈66上时，由于与电磁螺线管相联接以用来机械致动的装置所施加到管形推力构件106上的偏置力，电枢144和管形推力构件106通常被偏置在第一位置180中(见图5)。当预定量的电流施加到螺线管线圈66上时，感应磁力使电枢144和管形推力构件106从第一位置180移动到第二位置184(见图10)。通过控制施加到螺线管线圈上的电流量，可控制该感应磁力以及电枢144和管形推力构件106的合成运动。这导致由管形推力构件106施加到与电磁螺线管相联接以用来机械致动的装置上的可控变力。

文中所涉及的诸如上和下或向上和向下的方向性关系和运动，是指附图中所示定向中的各部件的关系和运动，它可以不是如附连到机械上的部件的定向。

以上描述主要是针对本发明的优选实施例。尽管注意到在本发明范围之内的各种变体，但可以预期本领域内普通技术人员将可能实现另外的变体，现从对本发明实施例的披露中这些变体是显而易见的。因此，本发明范围应由所附权利要求书来确定，而不是被以上的披露限制。

Claims (31)

1.一种机电螺线管，包括：

螺线管组件，所述螺线管组件包括螺线管线圈，在所述螺线管组件中形成有线圈孔；以及

极片组件，所述极片组件至少部分地定位在所述线圈孔内，所述极片组件包括至少部分地定位在对齐构件内的第一极片和第二极片，所述对齐构件呈沙漏形，所述第一极片具有第一孔以及远离所述第一孔延伸的第一外锥形表面，所述第二极片具有第二孔以及远离所述第二孔延伸的第二外锥形表面，电枢响应于由所述螺线管线圈产生的磁场在所述第一孔和所述第二孔内移动。

2.如权利要求1所述的机电螺线管，其特征在于，所述第一极片具有第一敞开端和限定所述第一孔的第一闭合端，而所述第二极片具有第二敞开端和限定所述第二孔的第二闭合端。

3.如权利要求1所述的机电螺线管，其特征在于，所述对齐构件具有内表面，所述内表面从第一端和第二端向内呈锥形以形成中部，所述中部所具有的中部直径小于在所述第一端处的直径和在所述第二端处的直径，所述对齐构件形成第一对齐部分和第二对齐部分，所述第一对齐部分用来接纳所述第一外锥形表面的至少一部分，而所述第二对齐部分用来接纳所述第二外锥形表面的至少一部分。

4.如权利要求2所述的机电螺线管，其特征在于，当所述第一极片和所述第二极片坐置在所述对齐构件内时，所述第一敞开端和所述第二敞开端在所述对齐构件内彼此面对，所述第一敞开端和所述第二敞开端限定位于所述第一敞开端和所述第二敞开端之间的气隙。

5.如权利要求1所述的机电螺线管，其特征在于，还包括外壳，所述外壳具有位于一端处的第一极片孔口和位于相对端处的第二极片孔口，所述第一极片延伸入所述第一极片孔口内，且所述第二极片延伸入所述第二极片孔口内。

6.如权利要求5所述的机电螺线管，其特征在于，所述对齐构件提供在所述第一极片和所述第二极片之一或两者上的预定过盈，以在所述第一极片和所述第二极片之一或两者上形成力，以推压所述第一极片和所述第二极片中的至少一个抵靠在所述外壳上。

7.一种用于螺线管的组件，所述组件包括：

第一极片，其具有限定第一孔的第一端和从所述第一端向外呈锥形的第一外表面；

第二极片，其具有限定第二孔的第二端，和从所述第二端向外呈锥形的第二外表面；以及

对齐构件，其具有从构件第一端和构件第二端向内呈锥形的内表面以形成中部，所述中部所具有的中部直径小于在所述构件第一端处的直径和在所述构件第二端处的直径，所述对齐构件形成第一对齐部分和第二对齐部分，所述第一对齐部分用来接纳所述第一极片的所述第一外表面的至少一部分，而所述第二对齐部分用来接纳所述第二极片的所述第二外表面的至少一部分。

8.如权利要求7所述的组件，其特征在于，还包括能够在所述第一孔和所述第二孔内移动的电枢。

9.如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述电枢包括从所述电枢的端部延伸的管形推力构件。

10.如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述电枢包括位于所述电枢外表面上的滚动支承件。

11.如权利要求10所述的组件，其特征在于，所述滚动支承件至少部分地与所述第一孔接触。

12.如权利要求9所述的组件，其特征在于，所述第二极片进一步包括位于第二闭合端处的第一孔口，以允许所述管形推力构件延伸通过所述第二闭合端。

13.如权利要求7所述的组件，其特征在于，还包括具有孔的线圈，所述组件能够插入到所述孔内。

14.如权利要求13所述的组件，其特征在于，所述组件还包括能够在所述第一孔和所述第二孔内移动的电枢，所述电枢能够响应于由所述线圈产生的磁场在所述第一孔和所述第二孔内移动。

15.如权利要求7所述的组件，其特征在于，所述第一外表面从所述第一端向外呈锥形并形成第一突脊。

16.如权利要求7所述的组件，其特征在于，所述第二外表面从所述第二端向外呈锥形并形成从所述第二外表面向外伸出的凸缘。

17.如权利要求7所述的组件，其特征在于，当所述第一极片和所述第二极片坐置在所述对齐构件内时，在所述第一端和所述第二端之间形成有气隙。

18.如权利要求7所述的组件，其特征在于，所述对齐构件形成沙漏形。

19.如权利要求7所述的组件，其特征在于，所述对齐构件包括从所述构件第二端向外伸出的凸缘。

20.如权利要求7所述的组件，其特征在于，当所述第一极片和所述第二极片插入所述对齐构件内时，所述对齐构件的所述内表面将所述第一极片和所述第二极片对中并对齐。

21.一种机电螺线管包括：

外壳；

螺线管组件，其至少部分地定位在所述外壳内，所述螺线管组件包括位于非磁性的绕线筒内的螺线管线圈，所述螺线管组件形成线圈孔；以及

极片组件，其至少部分地定位在所述线圈孔内，所述极片组件包括第一导磁极片和第二导磁极片，所述第一导磁极片和所述第二导磁极片至少部分地定位在沙漏形的对齐构件内，所述第一导磁极片具有限定第一孔的第一敞开端和远离所述第一孔延伸的第一外表面，所述第二导磁极片具有限定第二孔的第二敞开端和远离所述第二孔延伸的第二外表面，并且电枢能够响应于由所述线圈产生的磁场在所述第一孔和所述第二孔内移动。

22.如权利要求21所述的机电螺线管，其特征在于，当所述第一导磁极片和所述第二导磁极片坐置在所述对齐构件内时，所述第一敞开端和所述第二敞开端在所述对齐构件内彼此面对，在所述第一敞开端和所述第二敞开端之间限定有气隙。

23.如权利要求21所述的机电螺线管，其特征在于，还包括施加在所述外壳的外表面的至少一部分上的包覆模，所述包覆模具有至少一个突出部，所述突出部包括孔口。

24.如权利要求21所述的机电螺线管，其特征在于，所述对齐构件由非铁磁性材料制成。

25.如权利要求21所述的机电螺线管，其特征在于，所述电枢包括管形推力构件。

26.如权利要求25所述的机电螺线管，其特征在于，所述对齐构件具有从第一端和第二端向内呈锥形的内表面以形成中部，所述中部所具有的中部直径小于在所述第一端处的直径和在所述第二端处的直径，所述对齐构件形成第一对齐部分和第二对齐部分，所述第一对齐部分用来接纳所述第一外表面的至少一部分，所述第二对齐部分用来接纳所述第二外表面的至少一部分。

27.如权利要求26所述的机电螺线管，其特征在于，所述管形推力构件从所述第二端向外伸出。

28.如权利要求21所述的机电螺线管，其特征在于，所述外壳具有位于一端处的第一极片孔口和处于相对端处的第二极片孔口，所述第一极片延伸入所述第一极片孔口内，且所述第二极片延伸入所述第二极片孔口内。

29.如权利要求28所述的机电螺线管，其特征在于，所述对齐构件提供在所述第一极片和所述第二极片之一个上或之两者上的预定过盈，以在所述第一极片和所述第二极片之一或两者上形成力，以推压所述第一极片和所述第二极片中的至少一个抵靠在所述外壳上。

30.一种用于组装机电螺线管的方法，所述方法包括如下步骤：

提供包括螺线管线圈的螺线管组件，所述螺线管组件形成线圈孔；

将第一极片放入所述线圈孔内，所述第一极片具有第一敞开端和限定第一孔的第一闭合端以及从所述第一敞开端向外呈锥形的第一外表面；

将对齐构件放入所述线圈孔内并至少部分地放置在所述第一外表面上，所述对齐构件具有从构件第一端和构件第二端向内呈锥形的内表面，以形成中部，所述对齐构件形成第一对齐部分和第二对齐部分，所述第一对齐部分用来接纳所述第一外表面的至少一部分，而所述第二对齐部分用来接纳第二极片的第二外表面的至少一部分；

将电枢放入所述线圈孔内和所述对齐构件内，使得所述电枢延伸入所述中部内；以及

将所述第二极片放入所述线圈孔内，所述第二极片具有第二敞开端和限定第二孔的第二闭合端，而所述第二外表面从所述第二敞开端向外呈锥形，所述第二外表面至少部分地延伸入所述对齐部分内。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括将包含所述第一极片、所述对齐构件、所述电枢以及所述第二极片的所述螺线管组件放置到外壳内。