CN1063572C

CN1063572C - 磁保持电磁铁

Info

Publication number: CN1063572C
Application number: CN94111987A
Authority: CN
Inventors: 张凡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-19
Filing date: 1994-11-19
Publication date: 2001-03-21
Anticipated expiration: 2014-11-19
Also published as: CN1123453A

Abstract

磁保持电磁铁，属于低压电器的电磁铁领域。以廉价的碳素钢、合金结构钢、铸钢类普通钢铁或铁氧体陶瓷导磁材料代替硅钢片或电工纯铁制作磁保持电磁铁铁心。它由一个全封闭形状的所述铁心、永磁体、永磁轭、动铁心、独立的导轨轴承、电磁线圈和电子控制电路构成。具有极高的控制灵敏度和特殊的动铁心抗冲击阻尼特性。高效节电、节材、机电一体化，运行中不发热、无振动、无噪声、无电磁场辐射，其应用领域涉及接触器、电磁阀、制动器等数千种更新换代产品。机械寿命试验已超过1000万次。

Description

磁保持电磁铁

本发明涉及一种磁保持电磁铁，属于低压电器的电磁铁领域。电磁铁主要由电磁线圈、铁心、永磁体、电子元件构成的控制电路等组成。

在已有技术中，CN89105949.0虽然提供了一种实施效果较佳的磁保持电磁铁技术方案，它的不足处在于所述的电磁铁铁心回路由二个元件组合成封闭式磁路，增加了磁阻和生产工艺的精度要求。

本发明的目的是避免上述已有技术的不足处而提供一种以廉价的碳素钢、合金结构钢、铸钢类普通钢铁或铁氧体陶瓷导磁材料取代传统硅钢片或电工纯铁制作磁保持电磁铁的新技术方案，它具有全封闭结构的电磁铁铁心，磁性能优良，有极高的控制灵敏度和特殊的动铁心吸合阻尼抗冲击特性，适宜低成本大批量流水线生产。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

一种磁保持电磁铁，由永磁体、铁心、电磁线圈、电子元件构成，在一个铁心回路的中央部位有不少于一个线圈架被围裹在内，在靠近线圈架轴向端部的铁心的一侧外极面上设有不少于一个永磁体，其上下极面的极性彼此相反，一个条状或块状的永磁轭把永磁体的外侧极面连接在一起，在永磁轭内侧极面的中央部位设有一个固定磁心，它穿进磁轭中央部位的穿透孔和线圈架轴孔，在靠近线圈架轴向端部的另一侧铁心的中央部位设有一个导轨轴承，一个动铁心插入导轨轴承作往复的直线运动，以动铁心和线圈架的中央轴线为对称轴，形成在几何形状、安装位置、磁性能方面左右对称的工作磁路，所述的铁心回路是一个由碳素钢、合金结构钢、铸钢类普通钢铁或铁氧体陶瓷导磁材料制作而成的具有全封闭结构形状的电磁铁铁心(140)，它在上磁轭(141)及下磁轭(142)的中央部位分别设有穿透孔(24)及(25)；所述导轨轴承(26)是一个由法兰盘(27)和极靴(28)构成的铁磁材料制作而成的独立部件，它具有规则化的横截面轴孔(30)和规则化的垂直滑配面(31)，后者与插入滑动的动铁心(8)之间形成滑配间隙(23)，其常规值在数十微米至200微米范围内选用；所述线圈架(70)由同轴安装的线圈架主体(701)和定位圈(702)镶嵌组成，前者从电磁铁铁心(140)的侧面空间推入并依靠从穿透孔(24)推入的导轨轴承(26)以及从穿透孔(25)推入的定位圈(702)的嵌进线圈架轴孔的垂直结构部份予以定位；所述固定磁心(2)是一个在轴向高度上含有两个以上不相等横截面积的柱状体，柱状体(501)的横截面积较小，与磁心主体(502)之间设有一个水平的环形台面(503)，借助加压配合，使柱状体(501)锲入永磁轭(5)的中央轴孔(505)内，再利用设置在柱状体(501)外侧的中央轴孔(504)将固定磁心(2)胀铆在永磁轭(5)上；所述固定磁心(2)的主体(502)从定位圈(702)的中央轴孔处穿过，它与电磁铁铁心的下磁轭(142)的穿透孔(25)的内缘之间设有一个周边匀称的环形间隙(125)，其值在0．2毫米到2毫米范围内选用；一个抗冲击弹簧(901)套装在同轴的固定磁心主体(502)的外侧，它是螺旋状或碟状或套筒状的一个压缩弹簧，弹簧在自由伸展时的水平承压面(902)比固定磁心主体(502)的主极面高出1到3毫米；在所述线圈架(7)上绕制一个单独的辅助线圈(601)，一个止逆二极管(602)并接在它的两端，选择线圈的绕向和二级管的连接方向，使动铁心(8)在吸合运动过程中进入到磁路的设定极化区域时能够感应到足够大的感生电势，从而在电磁铁的主磁路中产生一个反向磁通，其向量与电磁铁正向励磁磁通和极化磁通的向量相反，对动铁心(8)的极化加速度起到一种电气阻尼抗震作用。

所述的导轨轴承(26)是一个以良导磁铁基性材料为主料、二硫化钼类固体润滑材料为辅料的采用常规粉末冶金工艺烧结而成的含油轴承。所述导轨轴承(26)上还设有一道截断环形涡电流和防止摩擦产生热变形的狭缝(29)。所述导轨轴承(26)的法兰盘(27)的侧面(271)和极靴(28)的内外侧垂直面(31)及(281)都是一个粗糙度小于1.6微米的光滑面，法兰盘(27)上设有均布的孔洞(272)，依靠螺钉(273)使法兰盘的内侧面(271)与上磁轭(141)的极面实现良好的静压配合，依靠控制极靴外侧垂直面(281)与穿透孔(24)的配合间隙大小和调节法兰盘(27)与极靴(28)的配合面积，使磁阻尽可能减小。所述的定位圈(702)和抗冲击垫(43)做成一体，后者的轴向高度比永磁体(3)的轴向高度多一个空气间隙(301)，其值在0.03毫米到0.06毫米间选用。

一种磁保持电磁铁，由永磁体、铁心、电磁线圈、电子元件构成，在一个铁心回路的中央部位有不少于一个线圈架被围裹在内，在靠近线圈架轴向端部的铁心的一侧外极面上设有不少于一个永磁体，其上下极面的极性彼此相反，一个条状或块状的永磁轭把永磁体的外侧极面连接在一起，在永磁轭内侧极面的中央部位设有一个固定磁心，它穿进磁轭中央部位的穿透孔和线圈架轴孔，在靠近线圈架轴向端部的另一侧铁心的中央部位设有一个导轨轴承，一个动铁心插入导轨轴承作往复的直线运动，以动铁心和线圈架的中央轴线为对称轴，形成在几何形状、安装位置、磁性能方面左右对称的工作磁路，所述的铁心回路是一个由碳素钢、合金结构钢、铸钢类普通钢铁或铁氧体陶瓷导磁材料制作而成的具有全封闭结构形状的电磁铁铁心(140)，它在上磁轭(141)及下磁轭(142)的中央部位分别设有穿透孔(24)及(25)；所述导轨轴承(26)是一个由法兰盘(27)和极靴(28)构成的铁磁材料制作而成的独立部件，它具有规则化的横截面轴孔(30)和规则化的垂直滑配面(31)，后者与插入滑动的动铁心(8)之间形成滑配间隙(23)，其常规值在数十微米至200微米范围内选用；所述线圈架(70)由同轴安装的线圈架主体(701)和定位圈(702)镶嵌组成，前者从电磁铁心(140)的侧面空间推入并依靠从穿透孔(24)推入的导轨轴承(26)以及从穿透孔(25)推入的定位圈(702)的嵌进线圈架轴孔的垂直结构部份予以定位；所述固定磁心(2)是一个在轴向高度上含有两个以上不相等横截面积的柱状体，柱状体(501)的横截面积较小，与磁心主体(502)之间设有一个水平的环形台面(503)，借助加压配合，使柱状体(501)锲入永磁轭(5)的中央轴孔(505)内，再利用设置在柱状体(501)外侧的中央轴孔将固定磁心(2)胀铆在永磁轭(5)上；所述固定磁心(2)的主体(502)从定位圈(702)的中央轴孔处穿过，它与电磁铁铁心的下磁轭(142)的穿透孔(25)的内缘之间设有一个周边匀称的环形间隙(125)，其值在0.2毫米到2毫米范围内选用；一个抗冲击弹簧(901)套装在同轴的固定磁心主体(502)的外侧，它是螺旋状或碟状或套筒状的一个压缩弹簧，弹簧在自由伸展时的水平承压面(902)比固定磁心主体(502)的主极面高出1到3毫米；在所述线圈架(7)上设置一个单独的辅助线圈(611)，一个止逆二级管(613)和一个电子开关(612)串联接入辅助线圈电路然后并接在直流电源(616)上，电子开关(612)是一种半导体开关器件或一种电磁的或光电的接近开关，动铁心(6)在吸合过程中进入到磁路的设定极化区域时，位置传感器(614)发出指令信号，启动单稳触发器(615)使电子开关(612)开通，直流电源(616)向辅助线圈(611)提供一个足够大的反励磁电势，从而在电磁铁的主磁路中产生一个反向磁通，其向量与电磁铁正向励磁磁通和极化磁通的向量相反，对动心(8)的极化加速度起到一种电气阻尼抗震作用。

以下将结合磁保持电磁铁的结构示意图、控制原理图和实施例对本发明作详尽的阐述。

附图的图面说明如下：

图1为已有技术组合封闭式磁保持电磁铁结构示意图。

图2为本发明全封闭结构式磁保持电磁铁结构示意图。

图3为本发明全封闭结构式电磁铁铁心纵剖示意图。

图4为本发明全封闭结构式电磁铁铁心俯视示意图。

图5为本发明镶嵌式线圈架结构示意图。

图6为本发明导轨轴承实施例A。

图7为本发明导轨轴承实施例B。

图8为本发明导轨轴承实施例C。

图9为本发明导轨轴承实施例D。

图10为本发明固定磁心示意图。

图11为本发明永磁轭示意图。

图12为本发明定位圈与抗冲击垫块结构示意图。

图13为本发明全封闭结构式磁保持电磁铁实施例A。

图14为本发明全封闭结构式磁保持电磁铁实施例B。

图15为本发明无源电气阻尼原理图。

图16为本发明有源电气阻尼原理图。

图17为已有技术磁保持电磁铁控制原理框图A。

图18为已有技术磁保持电磁铁控制电路实施例A。

图19为本发明磁保持电磁铁控制原理框图B。

图20为本发明磁保持电磁铁控制电路实施例B。

图25为已有技术磁保持电磁铁释放控制电路原理示意图A。

图26为已有技术磁保持电磁铁释放控制电路原理示意图B。

图27为已有技术磁保持电磁铁吸合和释放控制波形图A。

图28为已有技术磁保持电磁铁吸合和释放控制波形图B。

图1是已有技术CN89105949.0所规定的一种磁保持电磁铁结构示意图。旁磁轭(4)的中央部位设有一个动铁心(8)插入运动的导轨轴承，在上磁轭(1)的中央部位安装固定磁心(2)，以动铁心(8)和固定磁心(2)的中央轴线为对称轴，永磁体(3)吸持就位在旁磁轭(4)与上磁轭(1)的左右两侧平面上，下磁轭(5)和旁磁轭(4)组合成一个封闭的电磁铁磁路，线圈架(7)的下端部插入固定在固定磁心(2)和永磁体(3)的空隙内，一个平绕的电磁线圈(6)被围裹在所述的电磁铁磁路中央，复位弹簧(9)为动铁心(8)提供一个反作用力矩。详细的说明可参阅CN89105949.0专利文献。

图2是在CN89105949.0基础上经进一步改进后由本发明提供的一种磁保持电磁铁的新结构方案示意图。与图1不同的是由下磁轭(5)和旁磁轭(4)组合而成的电磁铁铁心被一个具有全封闭结构形状的电磁铁铁心所置代：一个上磁轭(141)和一个下磁轭(142)以及左右两侧的旁磁轭(4)构成一个具有矩形、方形、椭圆形等规则化横截面的电磁铁铁心(140)，如图3、图4所示。在上磁轭(141)和下磁轭(142)的中央部位分别开设穿透孔(24)和(25)，在穿透孔(24)的周边又设有均布的螺孔(143)，一个平绕的电磁线圈(6)的线圈架主体(701)从电磁铁铁心(140)的侧面空间推入就位，一个独立的导轨轴承(26)从穿透孔(24)的外侧方向推入，它穿过上磁轭(141)并将其垂直结构部分即图5至图9所示的极靴(28)的一部份嵌入线圈架主体(701)上端的轴孔(703)内，定位圈(702)从穿透孔(25)的外侧方向推入，它的外廓横截面与穿透孔(25)的横截面彼此吻合并具有微小的装配间隙，定位圈(702)的上端部嵌入线圈架主体(701)下端部的轴孔(704)内，如图5所示。一对或一对以上的永磁体(3)吸持定位在下磁轭(142)的外极面上并尽量远离电磁铁的中央对称轴，一个非导磁材料制成的抗冲击垫块(43)上设有一对以上的定位孔(311)，它略大于永磁体(3)的水平投影面积并与永磁体(3)的平面安装位置吻合，如图12所示。永磁轭(5)是一块条状的或块状的水平磁极，其中央部位设有中央轴孔(505)，固定磁心(2)借助此孔与永磁轭(5)组成一体结构后从外侧推入抗冲击垫块(43)和定位圈(702)的中央轴孔(700)和(706)内，在永磁体(3)的吸持作用和定位圈(702)、抗冲击垫(43)的定位作用下，永磁轭(5)和固定磁心(2)被安装到位，此时，永磁轭(5)的内侧极面和下磁轭(142)的外侧极面的轴向间隙即为抗冲击垫块(43)的轴向高度H6，它比永磁体(3)的轴向高度H2多出一个微小的空气间隙(301)，它的最佳值在0.03毫米至0.06毫米间选用。一个外表面十分光滑的柱状体动铁心(8)插入导轨轴承(26)的轴孔(30)内，由复位弹簧(9)或电磁铁的被驱动装置提供一个必需的反作用力矩并使之自动定位，它与固定磁心(2)的极面间隙形成磁保持电磁铁的主工作气隙δ。

在结构特征方面，电磁铁铁心(140)、固定磁心(2)、永磁轭(5)、动铁心(8)、导轨轴承(26)均优先采用廉价的碳素钢、铸钢、合金结构钢类普通钢铁或铁氧体陶瓷导磁材料制成。定位圈(702)实质上是一个薄壁管，它位于固定磁心(2)与下磁轭(142)的穿透孔(25)的内缘(181)之间形成的一个周边匀称的环形间隙(125)内，此间隙过小时永磁轭(5)、下磁轭(142)、永磁体(3)构成的极化磁路漏磁通太大，电磁铁的磁保持力会大幅度下降，但电磁操作磁保持电磁铁吸合或释放的电磁控制灵敏度会相对提高；反之，磁保持力增大但电磁控制灵敏度下降，所以环形间隙(125)的最佳值一般设定在0.2毫米至2毫米间选用。因此，定位圈(702)的壁厚有时会很薄，但对它的刚度要求很高，必要时可以选用非导磁金属材料轧制而成。

图6～图9示出了本发明导轨轴承(26)的4种实施例。它具有规则化的园形或方形等几何形状的横截面轴孔(30)和规则化的垂直滑配面(31)，动铁心(8)插入轴孔(30)作往复的直线运动时两者之间形式一个微小的滑配间隙(23)，在制作电磁铁时对此一间隙进行严格的控制，其最小值可以做到几微米，例如对电磁吸力约数十克、主行程1至4毫米范围的超小型磁保持电磁铁而言其磁保持力和控制灵敏度将会得到极大的提高，起到传统电磁铁意想不到的效果。通常情况下滑配间隙(23)还要考虑大批产装配时的工艺要求，故常规值在数十微米至200微米范围内选用。导轨轴承的法兰盘(27)上，对应穿透孔(24)的周边螺孔(143)亦设有均布的孔洞(272)，依靠螺钉(273)将法兰盘(27)的内侧极面(271)与上磁轭(141)的外侧极面实现良好的静压配合。与此同时，还可以通过控制极靴的光滑的外侧垂直面(281)和穿透孔(24)的内侧配合面(181)之间形成的微小间隙以及增大法兰盘内侧面(271)和极靴垂直滑配面(31)的配合面积来减小电磁铁铁心－导轨轴承－动铁心配合处的磁阻，从而使所述电磁铁获得最良好的磁性能。

当所述电磁铁是一种大型电磁铁时，例如磁保持力有时会超过1000N，采用普通钢铁制作的整体的动铁心(8)具有很大的横截面积，在电磁控制的瞬间有可能在导轨轴承(28)内感生较大的涡电流或发生摩擦热变形，为此在导轨轴承上增设一条通长的狭缝(29)，切断无效的涡电流同时为元件的热变应提供一个开放间隙。

当所述电磁铁需要获得频繁吸合、释放的操作功能时，导轨轴承(26)也可以采用具备良导磁特性的铁基性材料如铁鳞等为主料，配合二硫化钼等固体润滑材料为辅料，以常规粉末冶金工艺烧结而成的含油轴承。在条件适宜的场合下，还可以在合金结构钢或高碳钢制作的导轨轴承的垂直滑配面(31)上，以离子喷涂的方式被覆一层具备低摩擦系数的固态金属或非金属薄膜，例如聚四氟乙烯薄膜等，同样可以改善动铁心与导轨轴承轴孔间的摩擦发热和金属表层剥离现象。

上述导轨轴承(26)与动铁心(8)、上磁轭(141)、线圈架(7)的组装配合状态可同时参见图12和图13所示。

为了进一步改善永磁轭(5)和固定磁心(2)组合过程中的磁性能，如图10、图11所示，固定磁心(2)是一个在轴向高度上含有二个以上不相等横截面积的柱状体，柱状体(501)的横截面积较小，与磁心主体(502)之间设有一个水平的环形台面(503)，它的表面粗糙度通常小于1．6微米。永磁轭的中央轴孔(505)的水平投影面积略小于柱状体(501)的水平横截面积，借助加压配合工艺使柱状体(501)锲入中央轴孔(505)内，并利用设置在柱状体外侧的中央轴孔(504)将固定磁心(2)胀铆在永磁轭(5)上，如图13所示出的那样。

众所周知的事实是由于极化磁路的存在，磁保持电磁铁可以获得超高速的吸合特性，例如CN89105949.0就提供了一个主行程8毫米吸合时间不到2毫秒的电磁铁实施例。但是，当涉及的磁保持力很大时，永磁体有极大的磁能积，动铁心在起动电磁力的作用下进入到某一极化区域时，运动中的动铁心因极化力的作用骤然增强而加速冲击固定磁心(2)，一方面使动铁心反弹并引起弹跳式的机械振荡，同时使固定磁心(2)受到了不必要的机械冲击。为了克服此一弊端，把一个抗冲击弹簧(901)套装到同轴的磁心主体(502)的外侧，它可以是一个螺旋状或碟状或筒状的压缩弹簧，在自由伸展状态时的水平承压面(902)比磁心主体(502)的轴向高度高出1～3毫米，具体可参见图13所示。

图15和图16分别展示了一种无源的和一种有源的动铁心电气阻尼抗冲击电路原理图，它是所述磁保持电磁铁的一个有机组成部份。在线圈架(7)上设有一个电磁线圈(6)，它的工作原理已经由CN89105949.0和CN91108305.7进行了充分的阐述，本发明只是在上述已有技术方案上作出补充更新而已。在所述的线圈架(7)上可以再加绕一个单独的辅助线圈(601)，一个止逆二极管(602)并接在辅助线圈(601)的两端，辅助线圈的绕向和二极管(602)的连接方向按如下原则选择：当磁保持电磁铁起动工作且动铁心(8)进入到磁保持电磁铁的某一极化区域时，在辅助线圈(601)内可以感应到一个幅值足够大的感生电势并在磁保持电磁铁的主磁路中产生一个反向磁通，其向量与电磁铁正向励磁磁通和极化磁通的向量相反，从而起到必要的电气阻尼抗冲击作用。反之，当所述磁保持电磁铁释放操作时，由于二极管(602)的止逆作用，辅助线圈(601)不会对磁保持电磁铁的分闸速度产生副作用。

图16示出一个独立的辅助线圈(611)，一个止逆二极管(613)和一个电子开关(612)串联接入辅助线圈的主电路中并与一个直流电源(616)并联连接，一个位置传感器(614)可以是一个电磁的或光电的或磁电的接近开关，当动铁心(8)进入到设定的极化区域时位置传感器(614)发送一个指令信号，推动一个单稳触发器(615)工作，电子开关(612)导通一个时段，直流电源(616)为辅助线圈(611)提供一个反向励磁电势，其向量与电磁铁正向励磁磁通和极化磁通的向量相反，从而对动铁心的加速运动起到了必要的电气阻尼抗冲击作用。由图16可见，这是一种典型的有源的动铁心电气阻尼电路，选择某些组合器件，可以把若干个元件的功能合并在一起，但其工作原理均无法越出此方框原理图。

图17是已有技术CN91108305.7提供的一种将电容器(107)并接在一个合闸电子开关(109)上的磁保持电磁铁控制电路原理框图。图18是此种控制电路的一个实施例，同样记载在CN91108305.7的文献中。

图12示出了一种将定位圈(702)与抗冲击垫块(43)做成一体的技术方案，它以ABS工程塑料热压注塑成型，工艺简单，精度较高。

图13示出了本发明全封闭结构式磁保持电磁铁的一个实施例A，它具有动铁心机械阻尼抗冲击特性。

图14示出了本发明全封闭结构式磁保持电磁铁实施例B，这是一台磁保持接触器的纵剖面图。其中的导轨轴承(26)是一个普通的导轨轴承，电磁铁磁路是一个具有全封闭结构形状的以普通钢材制作的电磁铁铁心(140)，其高宽比在1.0左右，导轨轴承轴孔(30)的内侧垂直面(31)与动铁心(8)之间的滑配间隙为(23)，下磁轭(142)与固定磁心(2)柱状体之间的环形间隙(125)取值为1．2毫米，电路印制板(230)，磁保持电磁铁的控制电路储能电容器(10)与电磁线圈(6)串联连接，接触器的最高工作频率超过每小时7200周，额定励磁电压为AC380V，起动工作电压为AC240V，磁性能和开关特性优良，机械寿命试验和电气寿命试验均符合国际标准。

图25示出了一种已有技术磁保持电磁铁释放控制电路等效方框原理图，详情可参见中国发明专利CN91108305.7的相关文献。这是一种电容器“并联”式的控制电路，有些元件省略未绘。整流电路(101)输出一个直流励磁电源，合闸电子开关(109)导通一个规定的时段，合闸电流IH从K+→G-，电磁铁吸合动作，电容器(107)在电子开关(109)分断后充电储能。当励磁电源失电或欠压保护动作时，电容器(107)经限流元件(104)和分闸电子开关(103)的串联回路对电磁线圈(6)反向放电，分闸电流IF从G+→K-，根据电容器的容量，充电储能电压的幅值和电磁线圈的直流电阻及电感分量值，对限流元件(104)按以下原则制备：使电磁线圈(6)的电压波形具有图27-Ⅰ)的波形特征。

图26示出了一种已有技术磁保持电磁铁释放控制电路等效方框原理图，详情可参见中国发明专利CN89105949.0的相关文献。这是一种电容器“串联”式的控制电路，有一些元件省略未绘。开关(12)如图示的位置为电磁铁的起动位置，整流电路(16)输出一个直流励磁电源，合闸电流IH从K+→G-，电磁铁吸合动作，电容器(10)充满隔直。当开关(12)置于虚线位置时，电容器(10)经开关(12)、限流元件(104)对电磁线圈(6)反放电，分闸电流IF从G+→K-，限流元件(104)按以下原则制备：使电磁线圈(6)的电压波形具有图28-Ⅱ)、Ⅲ)所示的波形特征。

不论采用图26或图25的控制方框原理图，只要电磁线圈有足够高的内阻，限流元件(104)有时可取最小值为零值。

为拨冗起见，有关制备限流元件及规定祛磁电压波形的具体要求请参见说明书的已有叙述。

综上所述，本发明与已有技术相比具有如下优点：

1、以廉价的普通钢材或铁氧体陶瓷取代昂贵的硅钢片和电工纯铁制作电磁铁的铁心。

2、电磁铁的磁性能和开并特性优良，电磁控制灵敏度高。

3、适宜频繁操作，交流励磁时电磁铁的最高工作切换频率可以超过每小时18000周。

4、有良好的动铁心机械阻尼和电气阻尼抗冲击特性。

5、机械寿命长，可以超过1000万次。

Claims

1、一种磁保持电磁铁，由永磁体、铁心、电磁线圈、电子元件构成，在一个铁心回路的中央部位有不少于一个线圈架被围裹在内，在靠近线圈架轴向端部的铁心的一侧外极面上设有不少于一个永磁体，其上下极面的极性彼此相反，一个条状或块状的永磁轭把永磁体的外侧极面连接在一起，在永磁轭内侧极面的中央部位设有一个固定磁心，它穿进磁轭中央部位的穿透孔和线圈架轴孔，在靠近线圈架轴向端部的另一侧铁心的中央部位设有一个导轨轴承，一个动铁心插入导轨轴承作往复的直线运动，以动铁心和线圈架的中央轴线为对称轴，形成在几何形状、安装位置、磁性能方面左右对称的工作磁路，其特征在于：

a)所述的铁心回路是一个由碳素钢、合金结构钢、铸钢类普通钢铁或铁氧体陶瓷导磁材料制作而成的具有全封闭结构形状的电磁铁铁心(140)，它在上磁轭(141)及下磁轭(142)的中央部位分别设有穿透孔(24)及(25)；

b)所述导轨轴承(26)是一个由法兰盘(27)和极靴(28)构成的铁磁材料制作而成的独立部件，它具有规则化的横截面轴孔(30)和规则化的垂直滑配面(31)，后者与插入滑动的动铁心(8)之间形成滑配间隙(23)，其常规值在数十微米至200微米范围内选用；

c)所述线圈架(70)由同轴安装的线圈架主体(701)和定位圈(702)镶嵌组成，前者从电磁铁铁心(140)的侧面空间推入并依靠从穿透孔(24)推入的导轨轴承(26)以及从穿透孔(25)推入的定位圈(702)的嵌进线圈架轴孔的垂直结构部份予以定位；

d)所述固定磁心(2)是一个在轴向高度上含有两个以上不相等横截面积的柱状体，柱状体(501)的横截面积较小，与磁心主体(502)之间设有一个水平的环形台面(503)，借助加压配合，使柱状体(501)锲入永磁轭(5)的中央轴孔(505)内，再利用设置在柱状体(501)外侧的中央轴孔(504)将固定磁心(2)胀铆在永磁轭(5)上；

e)所述固定磁心(2)的主体(502)从定位圈(702)的中央轴孔处穿过，它与电磁铁铁心的下磁轭(142)的穿透孔(25)的内缘之间设有一个周边匀称的环形间隙(125)，其值在0.2毫米到2毫米范围内选用；

f)一个抗冲击弹簧(901)套装在同轴的固定磁心主体(502)的外侧，它是螺旋状或碟状或套筒状的一个压缩弹簧，弹簧在自由伸展时的水平承压面(902)比固定磁心主体(502)的主极面高出1到3毫米；

g)在所述线圈架(7)上绕制一个单独的辅助线圈(601)，一个止逆二极管(602)并接在它的两端，选择线圈的绕向和二级管的连接方向，使动铁心(8)在吸合运动过程中进入到磁路的设定极化区域时能够感应到足够大的感生电势，从而在电磁铁的主磁路中产生一个反向磁通，其向量与电磁铁正向励磁磁通和极化磁通的向量相反，对动铁心(8)的极化加速度起到一种电气阻尼抗震作用。

2、按权利要求1规定的磁保持电磁铁，其特征在于所述的导轨轴承(26)是一个以良导磁铁基性材料为主料、二硫化钼类固体润滑材料为辅料的采用常规粉末冶金工艺烧结而成的含油轴承。

3、按权利要求1规定的磁保持电磁铁，其特征在于所述导轨轴承(26)上还设有一道截断环形涡电流和防止摩擦产生热变形的狭缝(29)。

4、按权利要求1规定的磁保持电磁铁，其特征在于所述导轨轴承(26)的法兰盘(27)的侧面(271)和极靴(28)的内外侧垂直面(31)及(281)都是一个粗糙度小于1.6微米的光滑面，法兰盘(27)上设有均布的孔洞(272)，依靠螺钉(273)使法兰盘的内侧面(271)与上磁轭(141)的极面实现良好的静压配合，依靠控制极靴外侧垂直面(281)与穿透孔(24)的配合间隙大小和调节法兰盘(27)与极靴(28)的配合面积，使磁阻尽可能减小。

5、按权利要求1规定的磁保持电磁铁，其特征在于所述的定位圈(702)和抗冲击垫(43)做成一体，后者的轴向高度比永磁体(3)的轴向高度多一个空气间隙(301)，其值在0.03毫米到0.06毫米间选用。

6、一种磁保持电磁铁，由永磁体、铁心、电磁线圈、电子元件构成，在一个铁心回路的中央部位有不少于一个线圈架被围裹在内，在靠近线圈架轴向端部的铁心的一侧外极面上设有不少于一个永磁体，其上下极面的极性彼此相反，一个条状或块状的永磁轭把永磁体的外侧极面连接在一起，在永磁轭内侧极面的中央部位设有一个固定磁心，它穿进磁轭中央部位的穿透孔和线圈架轴孔，在靠近线圈架轴向端部的另一侧铁心的中央部位设有一个导轨轴承，一个动铁心插入导轨轴承作往复的直线运动，以动铁心和线圈架的中央轴线为对称轴，形成在几何形状、安装位置、磁性能方面左右对称的工作磁路，其特征在于：

d)所述固定磁心(2)是一个在轴向高度上含有两个以上不相等横截面积的柱状体，柱状体(501)的横截面积较小，与磁心主体(502)之间设有一个水平的环形台面(503)，借助加压配合，使柱状体(501)锲入永磁轭(5)的中央轴孔(505)内，再利用设置在柱状体(501)外侧的中央轴孔将固定磁心(2)胀铆在永磁轭(5)上；

e)所述固定磁心(2)的主体(502)从定位圈(702)的中央轴孔处穿过，它与电磁铁铁心的下磁轭(142)的穿透孔(25)的内缘之间设有一个周边匀称的环形间隙(125)，其值在0．2毫米到2毫米范围内选用；

g)在所述线圈架(7)上设置一个单独的辅助线圈(611)，一个止逆二级管(613)和一个电子开关(612)串联接入辅助线圈电路然后并接在直流电源(616)上，电子开关(612)是一种半导体开关器件或一种电磁的或光电的接近开关，动铁心(6)在吸合过程中进入到磁路的设定极化区域时，位置传感器(614)发出指令信号，启动单稳触发器(615)使电子开关(612)开通，直流电源(616)向辅助线圈(611)提供一个足够大的反励磁电势，从而在电磁铁的主磁路中产生一个反向磁通，其向量与电磁铁正向励磁磁通和极化磁通的向量相反，对动心(8)的极化加速度起到一种电气阻尼抗震作用。

7、按权利要求6规定的磁保持电磁铁，其特征在于所述的导轨轴承(26)是一个以良导磁铁基性材料为主料、二硫化钼类固体润滑材料为辅料的采用常规粉末冶金工艺烧结而成的含油轴承。

8、按权利要求6规定的磁保持电磁铁，其特征在于所述导轨轴承(26)上还设有一道截断环形涡电流和防止摩擦产生热变形的狭缝(29)。

9、按权利要求6规定的磁保持电磁铁，其特征在于所述导轨轴承(26)的法兰盘(27)的侧面(271)和极靴(28)的内外侧垂直面(31)及(281)都是一个粗糙度小于1.6微米的光滑面，法兰盘(27)上设有均布的孔洞(272)，依靠螺钉(273)使法兰盘的内侧面(271)与上磁轭(141)的极面实现良好的静压配合，依靠控制极靴外侧垂直面(281)与穿透孔(24)的配合间隙大小和调节法兰盘(27)与极靴(28)的配合面积，使磁阻尽可能减小。

10、按权利要求6规定的磁保持电磁铁，其特征在于所述的定位圈(702)和抗冲击垫(43)做成一体，后者的轴向高度比永磁体(3)的轴向高度多一个空气间隙(301)，其值在0.03毫米到0.06毫米间选用。