CN106409467B - 高速‑比例双向复合盘式电磁铁 - Google Patents

高速‑比例双向复合盘式电磁铁 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高速‑比例双向复合电磁铁，是属于电液控制系统中的电磁控制元件，包括有衔铁、壳体、以及固定于壳体内的一对开口方向相对设置的轭铁；衔铁上侧面的中心位置设置有内凸缘，该内凸缘通过定位销与推杆固定相连，衔铁上侧面的外侧位置设置有外凸缘，外凸缘在上轭铁的环形轭铁凹槽中沿轴向滑动；衔铁下侧面相对于外凸缘的位置下方设置有环形凸缘，该环形凸缘上设置有环形V形槽或环形凸缘上设置环形方槽和梯形槽的组合槽。本发明的高速‑比例双向复合盘式电磁铁采用复合式结构的衔铁，具有双向正反不同的控制方式，与传统由多个不同电磁铁驱动的系统相比，减少了动铁数量，结构更为紧凑，提高了系统的可靠性。

Description

高速-比例双向复合盘式电磁铁
技术领域
本发明涉及流体控制系统中电液阀用的电-机械转换器，尤其涉及一种高速-比例双向复合盘式电磁铁。
背景技术
盘式电磁铁作为流体传动控制领域电液阀的一种电-机械转换器，具有推力大、响应快的特点。传统盘式电磁铁仅能提供单向驱动能力，因此为获得不同的输出形式，采用多个电磁铁组合以实现不同的控制方式。但是这种组合式电磁铁体积较大，其系统可靠性也因为动件的增加而大为减弱。而原有实现双向驱动的电磁铁均为双向相同控制方式输出。中国专利公开号CN85103757A“耐高压双向极化式比例电磁铁”公开了一种输出力双向连续，无零位死区，结构简单，功率重量比大的耐高压双向极化式比例电磁铁。中国专利公开号CN105448459A公开了一种响应快、可双向运动、低漏磁的多永磁高速双向电磁铁。
但它们仍是属于双向相同控制方式的双向电磁铁，不能满足特种复合式电磁铁的要求，因此在原有一些液压控制腔需要实现比例输出与高速开关之间的切换时通常需要两个阀块来完成。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种高速-比例双向复合盘式电磁铁，有效提高材料和空间的利用率，实现正反双向不同的控制方式。
为实现上述目的，本发明的技术方案是包括有衔铁、壳体、以及固定于壳体内的一对开口方向相对设置的轭铁；
该一对轭铁分别为上轭铁和下轭铁；
轭铁的中部从外向内轴向贯通设置有轭铁圆柱孔、推杆滑移孔和衔铁活动孔
轭铁上设置有环形轭铁凹槽；
壳体相对于两个轭铁之间的空间轴向活动设置有衔铁，衔铁的中部固定联动设置有推杆；
该推杆的上下两侧依次通过两个轭铁的衔铁活动孔、推杆滑移孔和轭铁圆柱孔并穿出壳体外，
所述的上轭铁的轭铁圆柱孔内设置有与推杆滑移支撑配合的上轴承，所述的下轭铁的轭铁圆柱孔内设置有与推杆滑移支撑配合的下轴承；
所述的上轭铁的环形轭铁凹槽内设置有上线圈绕组，所述的下轭铁的环形轭铁凹槽内设置有下线圈绕组；
衔铁和上轭铁、下轭铁之间分别设有上限位片、下限位片；
衔铁上侧面的中心位置设置有内凸缘，该内凸缘通过定位销与推杆固定相连，衔铁上侧面的外侧位置设置有外凸缘，外凸缘在上轭铁的环形轭铁凹槽中沿轴向滑动；衔铁下侧面相对于外凸缘的位置下方设置有环形凸缘，该环形凸缘上设置有环形V形槽或环形凸缘上设置环形方槽和梯形槽的组合槽。
进一步设置是上轭铁开口方向与衔铁上侧面相对；比例端盘式电磁铁的下轭铁开口方向与衔铁下侧面相对。
进一步设置是下限位片厚度大于上限位片厚度。
进一步设置是衔铁对应下轭铁的轭铁圆柱孔端面由推杆上的轴肩限位。
进一步设置是环形凸缘上设置有环形V形槽，环形V形槽楔角α为58~62度。
进一步设置是环形凸缘上设置环形方槽和梯形槽的组合槽，该梯形槽的楔角α为58~62度。
本发明上轭铁、上线圈绕组、上限位片和衔铁组成高速端盘式电磁铁；下轭铁、下线圈绕组、下限位片和衔铁组成比例端盘式电磁铁。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：
1．采用复合式结构的衔铁，具有双向正反不同的控制方式，减少系统动铁数量，提高了系统的可靠性；
2．采用盘式电磁铁结构，具有较大的输出力，高速端吸合时间短，运动速度快；
3．比例端输出力可以连续控制，输出力大，线性度好；
4．线圈交替通电，产生热量小，结构紧凑，价格便宜。
因此，本发明的高速-比例双向复合盘式电磁铁可广泛用于特种、复合电液控制阀的驱动，具有工程实用价值。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。
附图说明
图1是本发明高速-比例双向复合盘式电磁铁结构图；
图2是本发明的一种衔铁和推杆组件结构图；
图3是本发明的另一种衔铁和推杆组件结构图；
图4是本发明高速端盘式电磁铁轴对称截面的磁力线图；
图5是本发明比例端盘式电磁铁轴对称截面的磁力线图；
图6是本发明的环形轭铁结构图；
图7是本发明高速端和比例端的电磁力F-工作气隙x特性曲线。
图中：1.壳体，2.上线圈绕组，3.上轭铁，4.上限位片，5.上轴承，6.推杆，7.衔铁，8.下轴承，9.下限位片，10.下轭铁，11.下线圈绕组，12.定位销，13.内凸缘，14.外凸缘，15.环形凹槽，V形槽，16.方形槽，17.梯形槽。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
如图1-5所示的本发明具体实施方式，包括有衔铁7、壳体1、以及固定于壳体1内的一对开口方向相对设置的轭铁；
该一对轭铁分别为上轭铁3和下轭铁10；
轭铁的中部从外向内轴向贯通设置有轭铁圆柱孔、推杆滑移孔和衔铁活动孔
轭铁上设置有环形轭铁凹槽；
壳体相对于两个轭铁之间的空间轴向活动设置有衔铁7，衔铁的中部固定联动设置有推杆；
该推杆的上下两侧依次通过两个轭铁的衔铁活动孔、推杆滑移孔和轭铁圆柱孔并穿出壳体1外，
所述的上轭铁3的轭铁圆柱孔内设置有与推杆滑移支撑配合的上轴承5，所述的下轭铁10的轭铁圆柱孔内设置有与推杆滑移支撑配合的下轴承8；
所述的上轭铁3的环形轭铁凹槽内设置有上线圈绕组2，所述的下轭铁10的环形轭铁凹槽内设置有下线圈绕组11；
衔铁7和上轭铁3、下轭铁10之间分别设有上限位片4、下限位片9；
衔铁7上侧面的中心位置设置有内凸缘13，该内凸缘13通过定位销12与推杆6固定相连，衔铁7上侧面的外侧位置设置有外凸缘14，外凸缘14在上轭铁3的环形轭铁凹槽中沿轴向滑动；衔铁7下侧面相对于外凸缘14的位置下方设置有环形凸缘，该环形凸缘上设置有环形V形槽15或环形凸缘上设置环形方槽16和梯形槽17的组合槽。
本实施例高速端盘式电磁铁的上轭铁3开口方向与衔铁7上侧面相对；比例端盘式电磁铁的下轭铁10开口方向与衔铁7下侧面相对，下限位片9厚度大于上限位片4厚度。
另外，本实施例衔铁7对应下轭铁10的轭铁圆柱孔端面由推杆6上的轴肩限位。
如图2所述，本发明环形凸缘上设置有环形V形槽15，环形V形槽15楔角α为58~62度。
如图3所述，本发明还可以是：环形凸缘上设置环形方槽16和梯形槽17的组合槽，该梯形槽17的楔角α为58~62度。
如图6所示，上轭铁3、下轭铁10结构尺寸相同，均设有固定线圈绕组的环形轭铁凹槽13、固定上轴承5或下轴承8的轭铁圆柱孔a以及出线孔b。另外，轭铁还设置有位于轭铁圆柱孔a轴向内侧的推杆滑移孔c和衔铁活动孔d。
高速端工作原理：当上线圈绕组2通电而下线圈绕组11断电时，如图4所示，线圈绕组2产生的控制磁通在上轭铁3、衔铁7以及工作气隙中形成闭合环路，行程初始段衔铁7的外凸缘14与轭铁3相对的一对直角磁极形成较大的径向磁通对电磁力的产生起主导作用，行程末段轴向磁通与径向磁通共同作用产生更大的电磁力，电磁力F随着衔铁7向上位移的增加（即高速端轴向气隙间隙x的减小）而增大（图7），因此衔铁7在大电磁推力的作用下产生高速运动实现被控阀腔的高速开关切换。衔铁7其沿轴向向上运动，直到上限位片4运动到上轭铁3的开口端的内圆环面时停止，非磁性材料制成的上限位片4的设计避免了衔铁7和上轭铁3直接接触产生的剩磁力。
比例端工作原理：当下线圈绕组11通电而下线圈绕组2断电时，如图5所示，线圈绕组11产生的控制磁通在上轭铁10、衔铁7以及工作气隙中形成闭合环路。如图7所示，与高速端相比，为保证水平的电磁力输出特性，比例端采用较大的非工作气隙，而非工作气隙由下限位片限定，故比例端的下限位片厚度大于高速端上限位片厚度。此时整个工作行程段，衔铁7环形V形槽磁极的楔角磁极与轭铁10开口端面的正角磁极产生的磁通起主动作用，在一定范围内能够形成水平的电磁力控制特性（即电磁力的大小F仅与线圈绕组11的电流成比例，而与工作气隙x无关，如图7所示），电磁力控制特性受衔铁的楔角α大小的影响明显，本发明案例中该楔角α为58~62度。因此衔铁7在比例电磁力的作用下能够实现被控阀腔压力或流量的比例控制。非磁性材料制成的下限位片9的设计除了避免衔铁7和下轭铁10直接接触产生的剩磁力之外，还起到隔离非工作气隙的作用。作为本发明的一个案例，高速端行程和比例端行程均为2.5mm，上限位片厚度为0.5mm，下限位片厚度为1mm。
根据高速-比例双向液压控制腔的分立控制要求，该复合电磁铁同一时刻只能处于其中一个工况下，因此线圈绕组2和线圈绕组11交替通电，对复合电磁铁产生的热量小，结构紧凑，价格便宜。

Claims (6)

1.一种高速-比例双向复合盘式电磁铁，包括有衔铁（7）、壳体（1）、以及固定于壳体（1）内的一对开口方向相对设置的轭铁；
该一对轭铁分别为上轭铁（3）和下轭铁（10）；
其特征在于：
轭铁的中部从外向内轴向贯通设置有轭铁圆柱孔、推杆滑移孔和衔铁活动孔；
轭铁上设置有环形轭铁凹槽；
壳体相对于两个轭铁之间的空间轴向活动设置有衔铁（7），衔铁的中部固定联动设置有推杆；
该推杆的上下两侧依次通过两个轭铁的衔铁活动孔、推杆滑移孔和轭铁圆柱孔并穿出壳体（1）外，
所述的上轭铁（3）的轭铁圆柱孔内设置有与推杆滑移支撑配合的上轴承（5），所述的下轭铁（10）的轭铁圆柱孔内设置有与推杆滑移支撑配合的下轴承（8）；
所述的上轭铁（3）的环形轭铁凹槽内设置有上线圈绕组（2），所述的下轭铁（10）的环形轭铁凹槽内设置有下线圈绕组（11）；
衔铁（7）和上轭铁（3）、下轭铁（10）之间分别设有上限位片（4）、下限位片（9）；
衔铁（7）上侧面的中心位置设置有内凸缘（13），该内凸缘（13）通过定位销（12）与推杆（6）固定相连，衔铁（7）上侧面的外侧位置设置有外凸缘（14），外凸缘（14）在上轭铁（3）的环形轭铁凹槽中沿轴向滑动；衔铁（7）下侧面相对于外凸缘（14）的位置下方设置有环形凸缘，该环形凸缘上设置有环形V形槽（15）或环形凸缘上设置环形方槽（16）和梯形槽（17）的组合槽。
2.根据权利要求1所述的一种高速-比例双向复合盘式电磁铁，其特征在于：高速端盘式电磁铁的上轭铁（3）开口方向与衔铁（7）上侧面相对；比例端盘式电磁铁的下轭铁（10）开口方向与衔铁（7）下侧面相对。
3.根据权利要求1所述的一种高速-比例双向复合盘式电磁铁，其特征在于：下限位片（9）厚度大于上限位片（4）厚度。
4.根据权利要求1所述的一种高速-比例双向复合盘式电磁铁，其特征在于：衔铁（7）对应下轭铁（10）的轭铁圆柱孔端面由推杆（6）上的轴肩限位。
5.根据权利要求1所述的一种高速-比例双向复合盘式电磁铁，其特征在于：环形凸缘上设置有环形V形槽（15），环形V形槽（15）楔角α为58~62度。
6.根据权利要求1所述的一种高速-比例双向复合盘式电磁铁，其特征在于：环形凸缘上设置环形方槽（16）和梯形槽（17）的组合槽，该梯形槽（17）的楔角α为58~62度。
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Assignee: Pingyang Intelligent Manufacturing Research Institute of Wenzhou University

Assignor: Wenzhou University

Contract record no.: X2020330000096

Denomination of invention: High speed proportional bidirectional composite disc electromagnet

Granted publication date: 20171017

License type: Common License

Record date: 20201122

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