CN109378151A - 一种微型自锁式电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微型自锁式电磁铁，包括永磁体，所述永磁体活动设置在一端开口的壳体内，所述永磁体与壳体之间设置有弹性部件，所述弹性部件的伸缩方向指向所述壳体的开口；所述壳体上设有电磁线圈，所述电磁线圈通过正、反向瞬间通电驱动永磁体沿着所述弹性部件的伸缩方向运动；所述弹性部件外侧与壳体之间设有用于与永磁体相互吸引的吸附件。与永磁体间隔一定距离设置吸附件，当永磁体在电磁线圈的作用下移动时，永磁体与吸附件之间的距离和相互作用力均改变，从而使得永磁体和吸附件之间的作用力能变得大于或小于其他部件施加在永磁体上的复位力，实现电磁铁通断状态的自动锁定，即使断电永磁体也不会发生移动，降低了设备电能消耗。

Description

一种微型自锁式电磁铁

技术领域

本发明涉及电磁阀结构领域，具体涉及一种微型自锁式电磁铁。

背景技术

近年来，为了保证化石燃料的稳定供给，提高勘探作业水平，国家在井下钻孔测井技术工具上的研发投入有明显增加。随着应用技术的深入研发，一大批新型井下钻孔测井工具被研制出来并投入使用，如随钻地层压力测量系统、电液驱动智能开关滑套等。为了减少线缆的束缚，更好地在井下活动，不少设备选择携带蓄电池，从而可以更加灵活地移动以及施展工作部件进行作业。由于井下具有高温高压的恶劣环境，同时活动空间十分狭小，因此设备上携带电池的容量也受到很大限制。为了提高设备在井下工作的续航，需要尽可能地减少设备的运行能耗，以延长电池的使用时间，增加井下设备的工作效率。

问题在于，由于这些设备需要在井下高温高压的环境下工作，且需要较大的驱动力，因此液压系统在设备上有大量的应用。电磁阀是液压系统中应用较多的元器件，电磁铁则是电磁阀中的主要部件。目前井下工具液压系统中电磁阀所用到的电磁铁在工作时电磁线圈会一直通电，依靠电磁场驱动阀门保持目前的状态；一但供电中断，电磁铁即会复位，改变电磁阀的通断情况。单个电磁铁的能耗虽然不高，但是由于液压系统上的大量使用，每台设备上电磁铁的能耗总和相当高，从而限制了设备续航的进一步提升。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种微型自锁式电磁铁，利用磁性物体之间的吸引力与两个物体的距离呈负相关的原理，与永磁体间隔一定距离设置吸附件，当永磁体在电磁线圈的作用下移动时，永磁体与吸附件之间的距离和相互作用力均改变，从而使得永磁体和吸附件之间的作用力能变得大于或小于其他部件施加在永磁体上的复位力，实现电磁铁通断状态的自动锁定，即使断电永磁体也不会发生移动，降低了设备的电能消耗。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种微型自锁式电磁铁，包括永磁体，所述永磁体活动设置在一端开口的壳体内，所述永磁体与壳体之间设置有弹性部件，所述弹性部件的伸缩方向指向所述壳体的开口；所述壳体上设有电磁线圈，所述电磁线圈用于驱动永磁体沿着所述弹性部件的伸缩方向运动；所述弹性部件外侧与壳体之间设有用于与永磁体相互吸引的吸附件。

优选的，所述电磁线圈环绕永磁体设置，所述电磁线圈的轴线方向平行于弹性部件的伸缩方向；所述永磁体的磁极指向所述壳体的开口。

优选的，所述吸附件为软磁金属制备的环形限位块，所述环形限位块套设在所述弹性部件外。

优选的，所述电磁线圈与永磁体之间的区域并排设有隔磁环和导磁环，所述隔磁环套设在吸附件和永磁体的交界面上，所述导磁环设置在隔磁环和所述壳体的开口之间。

优选的，所述永磁体套设有软磁材质的衔铁，所述衔铁与永磁体固定连接；所述电磁线圈套设在衔铁外侧。

优选的，所述衔铁与吸附件之间设有隔磁垫片。

优选的，所述永磁体靠近所述壳体的开口的一端设有固定块，所述固定块在衔铁内与衔铁固定连接。

优选的，所述弹性部件为非磁性弹簧。

本申请与现有技术相比，其有益效果为：

通过设置吸附件，当电磁阀中的永磁体通过电流的通断而移动位置时，永磁体与吸附件之间的间距发生改变，从而使永磁体与吸附件之间的作用力也发生改变，永磁体和吸附件之间的作用力能变得大于或小于其他部件施加在永磁体上的复位力。当电磁线圈施加在永磁体上的作用力消失时，永磁体依然能保持在原始位置，从而实现了永磁铁的自锁。

在永磁体外套设衔铁，使得衔铁能够被磁化且磁极方向与永磁体相同，从而增强永磁体与吸附件之间的作用力，在较小的尺寸和空间下也能具有较高的响应灵敏度。

在永磁体外套设衔铁后，永磁体与吸附件之间的作用力得到加强。在永磁体和吸附件之间设置隔磁垫片，依靠隔磁垫片的厚度使永磁体和吸附件之间保持一定的距离，避免永磁体和吸附件贴合后因为作用力过大而难以分离，无法正常工作。

电磁铁的体积较小。弹性部件选用弹簧，可以在电磁铁内部狭小的空间内完整地保持弹性作用力，应用更加灵活方便。

附图说明

图1为本发明微型自锁式电磁铁的结构示意图；

图2为本发明微型自锁式电磁铁处于初始状态的结构示意图；

图3为本发明微型自锁式电磁铁处于开启状态的结构示意图；

图4为本发明微型自锁式电磁铁回到闭合状态的结构示意图；

图5为永磁体受到引力和弹力与距离之间的关系图。

附图标记：永磁体1、衔铁11、固定块12、壳体2、非磁性弹簧3、电磁线圈4、环形限位块51、隔磁垫片52、隔磁环61、导磁环62、永磁体磁路71、线圈磁路72、导线81、阀体82。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，本实施例提供一种微型自锁式电磁铁，包括永磁体1，永磁体1活动设置在一端开口的壳体2内，永磁体1与壳体2之间设置有弹性部件，所述弹性部件为非磁性弹簧3。非磁性弹簧3的伸缩方向指向壳体2的开口；壳体2上设有电磁线圈4；电磁线圈4上连接有导线81；电磁线圈4环绕永磁体1设置，电磁线圈4的轴线方向平行于非磁性弹簧3的伸缩方向，用于驱动永磁体1沿非磁性弹簧3的伸缩方向运动；永磁体1的磁极指向壳体2的开口。非磁性弹簧3外侧与壳体2之间设有用于与永磁体1相互吸引的吸附件。所述吸附件为软磁金属制备的环形限位块51，环形限位块51套设在非磁性弹簧3外。

永磁体1套设有软磁材质的衔铁11，衔铁11与永磁体1固定连接；电磁线圈4套设在衔铁11外侧。衔铁11与环形限位块51之间设有隔磁垫片52。永磁体1靠近壳体2的开口的一端设有固定块12，固定块12在衔铁11内与衔铁11固定连接。

电磁线圈4与永磁体1之间的区域并排设有隔磁环61和导磁环62，隔磁环61套设在环形限位块51和永磁体1的交界面上，导磁环62设置在隔磁环61和壳体2的开口之间。

本实施例中的衔铁11、壳体2、环形限位块51和导磁环62均为软磁合金1J22制成；隔磁垫片52和隔磁环61采用不锈钢1Cr18Ni9Ti制成。

本实施例中所说的“上下左右”，是为表述结构在附图中的相对位置关系，便于更好地说明技术方案，不应作为对权利要求范围的限定。本实施例中永磁体1和电磁线圈4的磁场均环绕分布在整个部件中，为便于理解，在附图中以封闭环绕的箭头线分别表示永磁体磁路71和线圈磁路72。

请参考图2，本实施例中，非弹性弹簧3施加在永磁体1和衔铁11上的弹力为F_t，电磁线圈4对永磁体1和衔铁11施加的磁力为F_x，环形限位块51对永磁体1和衔铁11的吸引力为F_y。本实施例提供的微型自锁式电磁铁使用时，默认起始时处于闭合状态。此时，永磁体1受到非磁性弹簧3的弹力F_t大于环形限位块的吸引力F_y，永磁体1被推动到靠近壳体2开口的右侧。对电磁线圈4通电，使电磁线圈4中因为电磁感应产生线圈磁路72，永磁体磁路71和线圈磁路72在永磁体1上的作用方向相同，永磁体1和衔铁11受到线圈磁路72向左的作用力F_x。当磁力F_x与吸引力F_y的合力大于非磁性弹簧3的弹力F_t时，永磁体1和衔铁11在合力作用下向左移动δ距离，抵靠在隔磁垫片52上，自锁式电磁铁转变为开启状态。

请参考图3，此时永磁体1和衔铁11与环形限位块51之间的距离缩短，永磁体1和衔铁11与环形限位块51之间的吸引力F_y增大；虽然非磁性弹簧3被压缩使得弹簧施加在永磁体1上的弹力F_t也增大，但弹力F_t的增幅小于环形限位块51的吸引力F_y，使得非磁性弹簧3施加在永磁体1上向右的弹力F_t小于环形限位块51的吸引力F_y。此时断开电磁线圈4中的电流，电磁线圈4所施加的磁力F_x消失，由于环形限位块51对永磁体1的磁力F_y大于非磁性弹簧3的弹力F_t，因此即使没有电流提供电磁场，永磁体1依然保持在壳体2内的最左侧，使电磁铁处于开启状态。

请参考图4，对电磁线圈4反向通电，永磁体磁路71和线圈磁路72在永磁体1上的作用方向相反，电磁线圈4的线圈磁路72对永磁体1和衔铁11产生向右的磁场力F_x，磁场力F_x与非磁性弹簧3的弹力F_t的合力大于环形限位块51对永磁体1和衔铁11的吸引力F_y，从而使永磁体1在磁场力F_x和弹力F_t的合力作用下移动δ距离到达最右端，电磁铁转变为闭合状态。断开电磁线圈4的电流，由于弹力F_t的衰减小于环形限位块51的吸引力F_y，使得非磁性弹簧3施加在永磁体1上向右的弹力F_t大于环形限位块51的吸引力F_y。没有电磁线圈4提供的的磁场力F_x后，永磁体1依然稳定放置在壳体2内的最右侧，即恢复到如图2所示的起始时的闭合状态。

请参考图5，由于磁体之间的吸引力F_y强度与距离r的3次方成反比，而非磁性弹簧3的弹力F_t大小与距离r呈线性相关，因此永磁体1与环形限位块51之间的距离变化对吸引力F_y的影响显著大于弹力F_t。本领域技术人员在理解本技术方案的基础上，通过采用不同弹性系数的弹簧或不同磁性大小的永磁体进行有限次的试验，可以得到当永磁体1与壳体2左侧的相对距离增加δ时，吸引力和弹力之间的关系从F_y＞F_t变化为F_y＜F_t的技术方案。

请参考图1，在本实施例中，固定块12远离永磁体1的一侧还可以安装阀体82，当永磁体1左右运动时，带动阀体82在开闭状态之间切换，从而实现了对电磁阀通断状态的控制。

通过设置环形限位块51，当永磁体1通过电流的通断而移动位置时，永磁体1与环形限位块51之间的间距发生改变，从而使永磁体1与环形限位块51之间的作用力大小也发生改变。当电磁线圈4施加在永磁体1上的作用力消失时，永磁体1依然能保持在原始位置，从而实现了永磁铁1的自锁。设置在永磁体1和环形限位块51之间的隔磁垫片52用于避免永磁体1和环形限位块51靠得过近，从而限制住永磁体1受到的吸引力F_y，便于进行调节控制。在电磁线圈4和衔铁11之间设置隔磁环61和导磁环62，在永磁体1的移动路径上分设出导磁区和隔离区，从而便于磁场更好地引导永磁体1的位移。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种微型自锁式电磁铁，包括永磁体，其特征在于，所述永磁体活动设置在一端开口的壳体内，所述永磁体与壳体之间设置有弹性部件，所述弹性部件的伸缩方向指向所述壳体的开口；所述壳体上设有电磁线圈，所述电磁线圈用于驱动永磁体沿着所述弹性部件的伸缩方向运动；所述弹性部件外侧与壳体之间设有用于与永磁体相互吸引的吸附件。

2.如权利要求1所述的微型自锁式电磁铁，其特征在于，所述电磁线圈环绕永磁体设置，所述电磁线圈的轴线方向平行于弹性部件的伸缩方向；所述永磁体的磁极指向所述壳体的开口。

3.如权利要求2所述的微型自锁式电磁铁，其特征在于，所述吸附件为软磁金属制备的环形限位块，所述环形限位块套设在所述弹性部件外。

4.如权利要求2所述的微型自锁式电磁铁，其特征在于，所述电磁线圈与永磁体之间的区域并排设有隔磁环和导磁环，所述隔磁环套设在吸附件和永磁体的交界面上，所述导磁环设置在隔磁环和所述壳体的开口之间。

5.如权利要求1所述的微型自锁式电磁铁，其特征在于，所述永磁体套设有软磁材质的衔铁，所述衔铁与永磁体固定连接；所述电磁线圈套设在衔铁外侧。

6.如权利要求5所述的微型自锁式电磁铁，其特征在于，所述衔铁与吸附件之间设有隔磁垫片。

7.如权利要求5所述的微型自锁式电磁铁，其特征在于，所述永磁体靠近所述壳体的开口的一端设有固定块，所述固定块在衔铁内与衔铁固定连接。

8.如权利要求1所述的微型自锁式电磁铁，其特征在于，所述弹性部件为非磁性弹簧。