CN109450219B - 一种轴向充磁的动磁式比例电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向充磁的动磁式比例电磁铁。包括支撑壳体、定子、动子三部分；所述支撑壳体包括壳体、左端盖、左轴承、右端盖、右轴承，所述定子用于提供控制磁场，包括线圈支架、线圈、左定位块、右定位块，所述线圈支架的表面开有两个凹槽用于缠绕线圈，内部设有轴向通孔用于穿过动子，线圈在线圈支架的两个凹槽中缠绕方向相反；所述动子用于将比例电磁铁产生的电磁推力输出，包括永久磁铁、铁芯、套筒、左输出轴、右连接轴。本发明不仅可以在一个比例电磁铁上实现双向输出的功能，而且比例电磁铁输出的电磁推力与输入电流成线性关系、与动子位移无关，并且结构简单、可靠性高。

Description

一种轴向充磁的动磁式比例电磁铁

技术领域

本发明涉及比例阀用电机械转换器，具体涉及一种轴向充磁的动磁式比例电磁铁，属于液压比例控制技术领域。

背景技术

在现有的技术中，比例阀用电机械转换器包括动铁式和动圈式比例电磁铁。动铁式比例电磁铁的特点是推力大、结构紧凑、工艺简单，但一个动铁式比例电磁铁输出只能单向输出，且输出力与输入电流、动子位移均存在明显的非线性误差；动圈式比例电磁铁的输出的电磁推力与输入电流呈线性关系、与动子位移无关，线圈电感小，但结构复杂、可靠性相对低。太原理工大学宋宗南的公开了“新型比例阀用动磁式电机械转换器”和文献“新型阀用动圈式电机械转换器”研究了电机械转换器，但其动子利用线圈支架支撑，忽略了在具体装置中永久磁铁受到的侧向力，从而极易出现动子卡死现象。

中国专利CN201310609244.5和CN201310609357.5分别发明了一种动磁式比例电磁铁，其结构与原理中包含有隔磁环和一个静止永久磁铁（第二永久磁铁）。本发明则不包括这两个部件，结构简单。

发明内容

本发明旨在提供一种轴向充磁的动磁式比例电磁铁，将同时具有动圈式、动铁式比例电磁铁的大部分优点，是一种结构非常合理的电机械转换器。

本发明提供了一种轴向充磁的动磁式比例电磁铁，通过给轴向充磁的动磁式比例电磁铁输入电流信号，然后当线圈中有电流通过时，在工作气隙中受到轴向洛仑磁力，当线圈被固定后，动子受到反方向作用力，通过输出轴输出电磁力。

本发明提供了一种轴向充磁的动磁式比例电磁铁，包括支撑壳体、定子、动子三部分。

所述支撑壳体主要作用是：固定所述轴向充磁的动磁式比例电磁铁并将所述轴向充磁的动磁式比例电磁铁连接到外部支架或液压阀体上，支撑定子、支撑动子，构成磁路的一部分。结构上包括壳体、左端盖、左轴承、右端盖、右轴承。所述壳体是一个环形或外方内圆的柱状部件，壳体的前、后、左、右四个端面的中心设有孔，定子上的线圈导线穿过该孔和外部电源连接，由良好的导磁材料做成，如电工纯铁；所述左端盖是一个横截面与壳体左端面相同的部件，其轴向开有圆孔，用于安装轴承并让动子左输出轴通过，由不导磁的材料做成；左轴承是一个直线轴承，安装在左端盖上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动；右端盖是一个横截面与壳体右端面相同的部件，其轴向开有圆孔，用于安装轴承并让动子右连接轴通过，由不导磁的材料做成；右轴承是一个直线轴承，安装在右端盖上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动。左端盖、右端盖上分别开有四个对称分布且大小相同的孔，所述壳体的左、右端面上分别设有和左端盖、右端盖上对应的四个通孔，左端盖、壳体、右端盖三个部件通过螺栓紧密连接。

所述定子主要由线圈支架、线圈、左定位块、右定位块组成。所述线圈支架是柱状件，表面间歇开有2个凹槽用于缠绕线圈，内部为一轴向通孔用于穿过动子，线圈支架与壳体间采用过渡配合；所述线圈是铜质漆包线，线圈在线圈支架的2个凹槽中缠绕方向相反，比如依次按顺时针方向、逆时针方向缠绕或依次按逆时针方向、顺时针方向缠绕;所述左定位块左端紧贴左端盖，右端紧贴线圈支架左端面，用于线圈支架的轴向定位;所述右定位块左端紧贴线圈支架右端面，右端紧贴右端盖，用于线圈支架的轴向定位。壳体的前、后、左、右四个端面的任一端面中心设有孔，定子上的线圈导线穿过该孔和外部电源连接。

具体地，所述线圈缠绕在线圈支架的两个凹槽内，依次按顺时针方向、逆时针方向缠绕或依次按逆时针方向、顺时针方向缠绕。

所述动子主要作用是将轴向充磁的动磁式比例电磁铁产生的电磁推力输出，由永久磁铁、铁芯、套筒、左输出轴、右连接轴组成。所述永久磁铁为强磁材料制成的环形圆柱部件，中心有轴向通孔用于通过左输出轴和右连接轴，充磁的方向为轴向，比如从左到右或从右到左；所述铁芯为纯铁材料制成的环形圆柱部件，与永久磁铁在一条轴线上依铁芯-永久磁铁-铁芯的顺序摆放且紧密贴合，铁芯和永久磁铁装在套筒里并分别与套筒采用过渡配合；所述套筒为内空型圆柱筒，用于铁芯和永久磁铁的保护和固定，套筒和线圈支架间留有1mm的间隙，由不导磁材料制成；所述左输出轴为圆柱形结构，左输出轴外表面中部设有一凸出的棱边用于永久磁铁左端的轴向固定，左输出轴的右端面中心内部钻有阶梯孔，且最内侧的孔壁上设有内螺纹用于和右连接轴的螺纹连接；所述右连接轴外表面中部设有凸出的棱边用于永久磁铁右端的轴向固定，右连接轴的左端设有圆柱形凸棱，该凸棱与右连接轴主体组成阶梯轴，凸棱最左端外表面设有外螺纹与左输出轴的内螺纹连接，左输出轴和右连接轴由不导磁材料制成。

进一步地，在永久磁铁两端分别设有左轴承、右轴承，左、右轴承均为直线轴承，左轴承安装在左端盖上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动；右轴承安装在右端盖上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动；左输出轴与左轴承采用过渡配合、右连接轴与右轴承采用过渡配合；左端盖与左轴承采用过盈配合，右端盖与右轴承采用过盈配合。

进一步地，所述导磁材料为电工纯铁；所述不导磁材料为铝。

本发明的有益效果：

不仅可以在一个比例电磁铁上实现双向输出的功能，而且比例电磁铁输出的电磁推力与输入电流成线性关系、与动子位移无关，并且结构简单、可靠性高。

附图说明

图1为本发明轴向充磁的动磁式比例电磁铁的结构示意图；

图2为磁力线图。

图中：1为左端盖，2.左定位块，3.壳体，4.线圈，5.线圈支架，6.右定位块，7.右端盖，8.左输出轴，9.左轴承，10.永久磁铁，11.套筒，12.铁芯，13.右连接轴，14.右轴承。A为磁力线。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1~2所示，一种轴向充磁的动磁式比例电磁铁，包括支撑壳体、定子、动子三部分。

所述支撑壳体主要作用是：固定所述轴向充磁的动磁式比例电磁铁并将所述轴向充磁的动磁式比例电磁铁连接到外部支架或液压阀体上，支撑定子、支撑动子，构成磁路的一部分。结构上包括壳体3、左端盖1、左轴承9、右端盖7、右轴承14。所述壳体3是一个环形或外方内圆的柱状部件，壳体3的前、后、左、右四个端面的任一端面中心设有孔，定子上的线圈导线穿过该孔和外部电源连接，由良好的导磁材料做成，如电工纯铁；所述左端盖1是一个横截面与壳体左端面相同的部件，其轴向开有圆孔，用于安装轴承并让动子左输出轴通过，由不导磁的材料做成；左轴承9是一个直线轴承，安装在左端盖1上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动；右端盖7是一个横截面与壳体右端面相同的部件，其轴向开有圆孔，用于安装轴承并让动子右连接轴通过，由不导磁的材料做成；右轴承14是一个直线轴承，安装在右端盖上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动。左端盖1、右端盖7上分别开有四个对称分布且大小相同的孔，所述壳体3的左、右端面上分别设有和左端盖1、右端盖7上对应的四个通孔，左端盖1、壳体3、右端盖7三个部件通过螺栓紧密连接。

所述定子主要由线圈支架5、线圈4、左定位块2、右定位块6组成。所述线圈支架5是柱状件，表面间歇开有2个凹槽用于缠绕线圈，内部为一轴向通孔用于穿过动子，线圈支架5与壳体3间采用过渡配合；所述线圈4是铜质漆包线，线圈4在线圈支架的2个凹槽中缠绕方向相反，比如依次按顺时针方向、逆时针方向缠绕或依次按逆时针方向、顺时针方向缠绕;所述左定位块2左端紧贴左端盖，右端紧贴线圈支架5左端面，用于线圈支架5的轴向定位；所述右定位块6左端紧贴线圈支架5右端面，右端紧贴右端盖，用于线圈支架5的轴向定位。

具体地，所述线圈4缠绕在线圈支架5的两个凹槽内，依次按顺时针方向、逆时针方向缠绕或依次按逆时针方向、顺时针方向缠绕。

所述动子主要作用是将轴向充磁的动磁式比例电磁铁产生的电磁推力输出，由永久磁铁10、铁芯12、套筒11、左输出轴8、右连接轴13组成。所述永久磁铁10为强磁材料制成的环形圆柱部件，中心有轴向通孔用于通过左输出轴8和右连接轴13，充磁的方向为轴向，比如从左到右或从右到左；所述铁芯12为纯铁材料制成的环形圆柱部件，与永久磁铁10在一条轴线上依铁芯-永久磁铁-铁芯的顺序摆放且紧密贴合，铁芯12和永久磁铁10装在套筒11里并分别与套筒11采用过渡配合；所述套筒11为内空型圆柱筒，用于铁芯12和永久磁铁10的保护和固定，套筒11和线圈支架5间留有1mm的间隙，由不导磁材料制成；所述左输出轴8为圆柱形结构，左输出轴8外表面中部设有一凸出的棱边用于永久磁铁10左端的轴向固定，左输出轴8的右端面中心内部钻有阶梯孔，且最内侧的孔壁上设有内螺纹用于和右连接轴13的螺纹连接；所述右连接轴13外表面中部设有凸出的棱边用于永久磁铁10右端的轴向固定，右连接轴13的左端设有圆柱形凸棱，该凸棱与右连接轴主体组成阶梯轴，凸棱最左端外表面设有外螺纹与左输出轴8的内螺纹连接，左输出轴8和右连接轴13由不导磁材料制成。

进一步地，在永久磁铁10两端分别设有左轴承9、右轴承14，左、右轴承均为直线轴承，左轴承9安装在左端盖1上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动；右轴承14安装在右端盖7上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动；左输出轴8与左轴承9采用过渡配合、右连接轴13与右轴承14采用过渡配合；左端盖1与左轴承9采用过盈配合，右端盖7与右轴承14采用过盈配合。

进一步地，所述导磁材料为电工纯铁；所述不导磁材料为铝。

图1是所发明轴向充磁的动磁式比例电磁铁的结构，图2为磁力线图。

工作原理：在动子和支架之间的环形工作气隙内分布着沿半径方向的磁场，当线圈中有电流通过时，在工作气隙中受到轴向洛仑磁力，当线圈被固定后，动子受到反方向作用力，通过输出轴输出电磁力。动子受力大小和磁感应强度、电流强度、单匝线圈的平均长度、线圈匝数有关，受力方向与磁场方向和电流方向有关。

本发明的使用过程为：将左输出轴与液压阀的阀芯相连，当给轴向充磁的动磁式比例电磁铁通入电流时，将产生的轴向电磁推力通过左输出轴输出并带动液压阀的阀芯运动，通过改变输入电流的方向改变左输出轴的轴向运动方向，从而可以实现阀芯的循环往复运动。

Claims (4)

1.一种轴向充磁的动磁式比例电磁铁，其特征在于：包括支撑壳体、定子、动子三部分；

所述支撑壳体包括壳体、左端盖、左轴承、右端盖、右轴承，所述壳体为柱形或方形，壳体内部为圆形通孔，由导磁材料制成；壳体左侧设有左端盖，右侧设有右端盖，所述左端盖是一个横截面与壳体左端面相同的部件，其轴向开有圆孔，用于安装左轴承并让动子通过；右端盖是一个横截面与壳体右端面相同的部件，其轴向开有圆孔，用于安装右轴承并让动子通过，左、右端盖均由不导磁材料做成；左轴承是一个直线轴承，安装在左端盖上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动；右轴承是一个直线轴承，安装在右端盖上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动；支撑壳体用于支撑动子和定子；

所述定子用于提供控制磁场，包括线圈支架、线圈、左定位块、右定位块，所述线圈支架是圆柱状部件，线圈支架的表面开有两个凹槽用于缠绕线圈，内部设有轴向通孔用于穿过动子；所述线圈是铜质漆包线，线圈在线圈支架的两个凹槽中缠绕方向相反；所述左定位块为圆环状部件且中心设有轴向通孔，左定位块左端紧贴左端盖，右端紧贴线圈支架左端面，所述右定位块为圆环状部件且中心设有轴向通孔，右定位块左端紧贴线圈支架右端面，右端紧贴右端盖，左、右定位块用于线圈支架的轴向定位；

线圈支架与壳体间采用过渡配合；壳体的前、后、左、右四个端面的任一端面中心设有孔，定子上的线圈导线穿过该孔和外部电源连接；

所述动子用于将比例电磁铁产生的电磁推力输出，包括永久磁铁、铁芯、套筒、左输出轴、右连接轴；所述永久磁铁为强磁材料制成的圆筒形部件，永久磁铁中心有轴向通孔，该通孔内设有左输出轴和右连接轴，充磁的方向为轴向，从左到右或从右到左；所述铁芯为纯铁材料制成的圆筒形部件，与永久磁铁在一条轴线上，依铁芯-永久磁铁-铁芯的顺序摆放且紧密贴合，所述套筒为内空型圆柱筒，用于铁芯和永久磁铁的保护和固定，套筒和线圈支架间留有1mm的间隙，由不导磁材料制成；铁芯和永久磁铁装在套筒里并分别与套筒采用过渡配合；所述左输出轴为圆柱形结构，左输出轴外表面中部设有一凸出的棱边用于永久磁铁左端的轴向固定，左输出轴的右端面中心内部钻有阶梯孔，且最内侧的孔壁上设有内螺纹用于和右连接轴的螺纹连接；所述右连接轴外表面中部设有凸出的棱边用于永久磁铁右端的轴向固定，右连接轴的左端设有圆柱形凸棱，该凸棱与右连接轴主体组成阶梯轴，凸棱最左端外表面设有外螺纹与左输出轴的内螺纹连接，左输出轴和右连接轴由不导磁材料制成；

在永久磁铁两端分别设有左轴承、右轴承，左、右轴承均为直线轴承，左轴承安装在左端盖上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动；右轴承安装在右端盖上，用于支撑动子并允许动子轴向自由运动；左输出轴与左轴承采用过渡配合、右连接轴与右轴承采用过渡配合；左端盖与左轴承采用过盈配合，右端盖与右轴承采用过盈配合。

2.根据权利要求1所述的轴向充磁的动磁式比例电磁铁，其特征在于：所述线圈缠绕在线圈支架的两个凹槽内，依次按顺时针方向、逆时针方向缠绕或依次按逆时针方向、顺时针方向缠绕。

3.根据权利要求1所述的轴向充磁的动磁式比例电磁铁，其特征在于：所述左端盖、右端盖上分别开有四个对称分布且大小相同的孔，所述壳体的左、右端面上分别设有和左端盖、右端盖上对应的四个通孔，左端盖、壳体、右端盖三个部件通过螺栓紧密连接。

4.根据权利要求1所述的轴向充磁的动磁式比例电磁铁，其特征在于：所述导磁材料为电工纯铁；所述不导磁材料为铝。