CN106783005B - 一种变侧隙比例电磁铁 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变侧隙比例电磁铁，包括导套、控制线圈、隔磁环、推杆和动铁芯，推杆连接于动铁芯上，导套包括前段导套和后段导套，隔磁环位于前、后段导套之间，所述动铁芯包括前段动铁芯和后段动铁芯，前段动铁芯的直径大于后段动铁芯的直径，前、后段动铁芯之间通过圆锥面或曲面过渡，前段动铁芯沿轴向的长度小于前段导套沿轴向的工作长度，后段动铁芯上安装有直线轴承，推杆与前段动铁芯的一端连接。本发明在不改变现行比例电磁铁的基本结构、外形和接口尺寸的前提下，能显著提高比例电磁铁位移—力特性的线性度和工作行程宽度。
Description
技术领域
本发明涉及一种比例电磁铁，特别是涉及一种变侧隙比例电磁铁。
背景技术
作为电液比例控制器件中的关键部件之一，比例电磁铁的功能是将比例控制放大器输入的电流信号转换成力或位移。因此，电液比例控制技术对比例电磁铁的位移——力特性提出了严格的要求，即比例电磁铁必须具备水平的位移——力特性曲线，在其有效工作行程内，当线圈电流一定时，其输出力保持恒定，而与动铁芯(衔铁)的位移无关。
现行比例电磁铁的结构如图1所示，主要由推杆(1)、限位片(2)、导套(3)，隔磁环(4)、控制线圈(5)、动铁芯(6)、调零机构的弹簧(7)和调零机构的螺钉(8)组成，所述动铁芯(6)前后端的直径相同。该比例电磁铁工作时，由控制线圈(5)产生的磁力线分为两条支路Φ1和Φ2，其中Φ1支路经动铁芯(6)轴向通过盆形极靴底部的工作气隙；Φ2支路经动铁芯(6)斜向通过盆形极靴的锥形周边，到达导套(3)的前端。支路Φ1和Φ2对动铁芯产生的电磁力的轴向分力分别为F1和F2，其合力即为动铁芯(6)受到的驱动力F。
现行比例电磁铁主要依靠特殊形状的盆形极靴将磁力线分为两条支路，通过盆形极靴的相关尺寸调整两条磁力线支路所产生轴向电磁分力的相对大小，从而在动铁芯的位移—力曲线上产生一段近似水平的线性区域(即比例电磁铁的工作行程)。由于现行比例电磁铁的动铁芯靠近行程终点时，其电磁吸力会急剧增大，导致其位移-力特性线性度差，工作行程相对较短，这也是现行比例电磁铁不得不采用限位片来规避该段行程的重要原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种位移—力特性的线性度更好、工作行程更长的变侧隙比例电磁铁。
为达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种变侧隙比例电磁铁，包括导套、控制线圈、隔磁环、推杆和动铁芯，推杆连接于动铁芯上，导套包括前段导套和后段导套，隔磁环位于前、后段导套之间，所述动铁芯包括前段动铁芯和后段动铁芯，前段动铁芯的直径大于后段动铁芯的直径，前、后段动铁芯之间通过圆锥面或曲面过渡，前段动铁芯沿轴向的长度小于前段导套沿轴向的导磁长度，后段动铁芯上安装有直线轴承，推杆与前段动铁芯的一端连接。
进一步地，所述曲面的母线为二次曲线，所述二次曲线为圆弧或抛物线。
本发明工作时由控制线圈产生的磁力线仍分为两条支路Φ1和Φ2，动铁芯所受轴向电磁力较现行比例电磁铁稍小；当动铁芯向左移动至其工作端面越过隔磁环后，其工作端面(前段动铁芯左端面)与盆形极靴之间的工作气隙的导磁面积不变，因此动铁芯所受电磁力F1随行程变化较缓。但是由于动铁芯由直径不同的前段动铁芯和后段动铁芯构成，且两段动铁芯之间通过圆锥面或内凹的曲面过渡，因此，当动铁芯向左运动至前段动铁芯越过隔磁套，圆锥面或内凹曲面进入盆形极靴区域后，随着动铁芯继续向左运动，圆锥面或内凹曲面与前段导磁套内壁之间的间隙越来越大，侧空气隙越来越大导致磁阻越来越大，最终作用于动铁芯的电磁推力F2越来越小，从而可解决现行比例电磁铁当动铁芯靠近行程终点时，其电磁吸力急剧增大而导致其位移-力特性线性度差、工作行程相对较短的问题。
适当设计前段动铁芯的长度(前段动铁芯的轴向长度正比于该处的侧通磁面积)及前后段动铁芯之间的圆锥面母线的斜率或内凹曲面的弧度，可调节Φ2支路所产生的轴向电磁分力，从而控制动铁芯所受到的轴向电磁分力的相对大小。
本发明在不改变现行比例电磁铁的基本结构、外形和接口尺寸的前提下，通过将动铁芯设计为由直径不同的两段动铁芯构成且两段动铁芯之间采用圆锥面或曲面过渡，可显著改善比例电磁铁的位移—力特性的线性度，有效增加比例电磁铁的工作行程。另外本发明的制造难度和制造成本与现有比例电磁铁相比增加极小，无需改变现行比例电磁铁的生产条件、设备和场所即可生产。
附图说明
图1为传统比例电磁铁的结构示意图。
图2为图1所示传统比例电磁铁的位移——力特性曲线示意图。
图3为本发明比例电磁铁的一种结构示意图。
图4为图3中A处的放大图。
图5为图3所示比例电磁铁的位移——力特性曲线示意图。
图6为本发明比例电磁铁的另一种结构示意图。
图7为图6中B处的放大图。
图1～图2中标示：1—推杆 2—限位片 3—导套 4—控制线圈 5—隔磁套 6—动铁芯 7—调零机构的弹簧 8—调零机构的螺钉
图3～图7中标示：1—推杆 2—隔磁片 3—导套 4—控制线圈 5—隔磁套 6—动铁芯 7—调零机构的弹簧 8—调零机构的螺钉 9—直线轴承 10—圆锥面 11—圆弧面
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图3、图4所示，本发明包括推杆1、隔磁片2、导套3、控制线圈4、隔磁套5、动铁芯6、调零机构的弹簧7、调零机构的螺钉8和直线轴承9，导套3包括前段导套和后段导套，隔磁套5位于前、后段导套之间。本发明的动铁芯6由前段动铁芯和后段动铁芯构成，前段动铁芯的直径大于后段动铁芯的直径，前、后段动铁芯之间采用圆锥面10过渡，且前段动铁芯沿轴向的长度小于前段导套沿轴向的导磁长度(前段导套沿轴向的导磁长度是指前段导套内壁位于动铁芯工作腔的轴向长度)，这样前段动铁芯就可完全进入前段导套内而使圆锥面10进入盆形极靴区域。所述推杆1与前段动铁芯的左端连接。直线轴承9安装在后段动铁芯的右端，用于保证动铁芯6运动时与导套3同轴。直线轴承9既可由不导磁材料制成，也可以由导磁材料制成，由于本发明的动铁芯6由前后两段构成，因此侧通磁面积减小、侧空气隙增大，导致在同样的线圈安扎数值下，动铁芯6的电磁推力减小，采用导磁材料制成的直线轴承9正好可以弥补这个缺陷，使本发明的比例电磁铁的电磁推力与现行比例电磁铁的电磁推力大小基本相同。
本发明由于动铁芯6由直径不同的两段动铁芯构成且两段动铁芯之间采用圆锥面10过渡，这样圆锥面10倾斜的母线与导套3内孔母线间就形成了一斜楔，当动铁芯6向左运动至前段动铁芯越过隔磁套5，圆锥面10进入盆形极靴区域后，随着动铁芯6继续向左运动，圆锥面10与前段导磁套内壁之间的间隙越来越大，侧空气隙越来越大导致磁阻越来越大，最终使作用于动铁芯6的电磁推力越来越小。合理设计前段动铁芯的长度及圆锥面母线的斜率，可以调节动铁芯6受到的电磁推力随其运动行程变化的规律。比较本发明的动铁芯6的位移—力特性曲线(如图5所示)与现行比例电磁铁的移——力特性曲线相比(如图2所示)可看出，本发明行程段①(电磁轴向推力急剧增加行程段，非工作行程段)明显小于现行比例电磁铁的行程段①，行程段②(工作行程段)明显大于现行比例电磁铁的行程段②，行程段③(电磁轴向推力急剧减小行程段，非工作行程段)与现行比例电磁铁相比，无明显变化。因此与现行比例电磁铁相比，本发明比例电磁铁的位移——力特性曲线线性度更好，工作行程更长。
本发明比例电磁铁由于工作行程段增长，非工作行程段(电磁轴向推力急剧增加行程段)减小，因此取消了限位片，安装了隔磁片2，以避免动铁芯6到达左极限位置时导磁材料剩磁产生的不利影响。
实施例2
本实施例提供的比例电磁铁的结构与实施例1基本相同，只是将前段动铁芯与后段动铁芯之间的过渡面由圆锥面10改为了圆弧面11(如图6、图7所示)。合理设计前段动铁芯的长度及圆弧面的参数，可以调节动铁芯6受到的电磁推力随其运动行程变化的规律，从而改善比例电磁铁的动线性性能。
本发明前段动铁芯与后段动铁芯之间的过渡面还可采用抛物面等母线为二次曲线的曲面。
以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种变侧隙比例电磁铁，包括导套、控制线圈、隔磁环、推杆和动铁芯，推杆连接于动铁芯上，导套包括前段导套和后段导套，隔磁环位于前、后段导套之间，其特征在于：所述动铁芯包括前段动铁芯和后段动铁芯，前段动铁芯的直径大于后段动铁芯的直径，前、后段动铁芯之间通过圆锥面或曲面过渡，且前段动铁芯沿轴向的长度小于前段导套沿轴向的导磁长度，后段动铁芯上安装有直线轴承，推杆与前段动铁芯的一端连接。
2.根据权利要求1所述的变侧隙比例电磁铁，其特征在于：所述曲面的母线为二次曲线。
3.根据权利要求2所述的变侧隙比例电磁铁，其特征在于：所述二次曲线为圆弧或抛物线。
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