CN109830354A - 一种电磁线圈及电磁离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁线圈及电磁离合器，电磁线圈包括线圈本体，线圈本体包括线圈骨架及线圈绕组，线圈骨架包括呈筒状的内骨架和外骨架，还包括端板，内骨架、外骨架、端板围成环形空间，线圈绕组安装于环形空间内，外骨架及端板的材质均为导磁性材料，内骨架整体材质为非导磁性材料或局部材质为非导磁性材料；当内骨架局部材质为非导磁性材料时，为非导磁性材料的部分为筒段，且筒段串联在内骨架的两端之间。电磁线圈用于电磁离合器中，电磁离合器在使用时串联在控制棒驱动机构的主轴传动链中，以实现紧急工况下释放控制棒，同时，本电磁离合器的结构设计可使得其具有使用寿命长、性能可靠的特点。

Description

一种电磁线圈及电磁离合器

技术领域

本发明涉及核电技术领域，特别是涉及一种电磁线圈及电磁离合器。

背景技术

安全棒驱动机构(控制棒驱动机构)是反应堆中的重要部件或设备，其下端连接安全棒(控制棒)，如用于在紧急工况下，释放安全棒以实现反应堆紧急停堆。反应堆正常运行时安全棒长期保持在最高处，一旦发生事故，安全棒驱动机构对其的约束变化，安全棒快速插入堆芯，使反应堆实现紧急停堆，从而保证反应堆的安全。

在控制棒驱动机构中，主轴传动链一般通过齿轮驱动具有齿条的主轴上提或下插，为实现紧急工况下反应堆紧急停堆，现有技术中出现了在主轴传动链上串联电磁离合器的实现方式。

进一步优化控制棒驱动机构的结构设计，以使得其具有更长的使用寿命和更好的性能可靠性，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述提出的进一步优化控制棒驱动机构的结构设计，以使得其具有更长的使用寿命和更好的性能可靠性，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题，本发明提供了一种电磁线圈及电磁离合器，所述电磁线圈用于所述电磁离合器中，所述电磁离合器在使用时串联在控制棒驱动机构的主轴传动链中，以实现紧急工况下释放控制棒，同时，本电磁离合器的结构设计可使得其具有使用寿命长、性能可靠的特点。

本发明提供的一种电磁线圈及电磁离合器通过以下技术要点来解决问题：一种电磁线圈，包括线圈本体，所述线圈本体包括线圈骨架及线圈绕组，所述线圈骨架包括呈筒状的内骨架和外骨架，还包括端板，所述内骨架、外骨架、端板围成环形空间，所述线圈绕组安装于所述环形空间内，所述外骨架及端板的材质均为导磁性材料，所述内骨架整体材质为非导磁性材料或局部材质为非导磁性材料；

当内骨架局部材质为非导磁性材料时，为非导磁性材料的部分为筒段，且所述筒段串联在内骨架的两端之间。

具体的，本方案提供的电磁线圈用于电磁离合器，电磁离合器包括外筒体和内筒体，同时内筒体位于外筒体的内侧，内筒体的外壁上和外筒体的内壁上均设置沿着各自轴向方向延伸的轴向棱条，如在外筒体上连接驱动装置，外筒体和内筒体两者中，外筒体为主动筒体：在线圈绕组通电时，以上电即为励磁电流，此时，线圈绕组产生磁场，设置为以上所述外骨架及端板的材质均为导磁性材料，所述内骨架整体材质为非导磁性材料或局部材质为非导磁性材料；当内骨架局部材质为非导磁性材料时，为非导磁性材料的部分为筒段，且所述筒段串联在内骨架的两端之间，通过对外筒体和内筒体全部或局部的材料选择，这样既可保证，以上电磁离合器在通电时，以上导磁性材料部分作为磁场传递的媒介引导磁通的磁路，同时以上非导磁性材料可限定为相应磁路或磁力线呈环状：主要的磁路或磁力线呈环状，且路径覆盖外骨架、两侧的端板，同时经过外筒体和内筒体，这样，由于包括所述轴向棱条，在外筒体受到驱动装置施加的转矩转动时，外筒体和内筒体各自轴向棱条之间的磁力线扭曲，利用磁力线总是企图收缩，以使得使其经过的路径上磁阻最小的特点让作为主动转子的外筒体和作为从动转子的内筒体凸极中心相对，这时，即可获得一个切向分力作用于从动转子即为从动转子获得转矩，使从动转子跟随主动转子旋转，此情况下电磁离合器处于传递转矩的连接状态。当线圈绕组失电时，以上磁力线消失或磁通变小，此情况下，电磁离合器成为断开状态或逐渐回归至断开状态。

所述电磁离合器在使用时可串联在控制棒驱动机构的主轴传动链中，以实现紧急工况下释放控制棒，同时，以上内筒体与外筒体传递转矩方案中，依靠磁力线扭曲完成，故以上电磁离合器为一种非接触式电磁离合器，这样，可使得电磁离合器工作过程中无磨损，使得电磁离合器具有使用寿命长、性能可靠的特点。所述电磁线圈为电磁离合器以以上状态工作的基础，使得励磁电流能够尽可能为电磁离合器的啮合服务。

更进一步的技术方案为：

以上方案中，对内骨架的形式限定旨在使得线圈骨架上不产生封闭的磁路而避免内筒体与外筒体之间不能传递足够大的转矩，作为一种方便内骨架加工的技术方案，设置为：所述内骨架整体为非导磁性材料，内骨架左端朝向左侧端板的投影落在左侧端板边缘以内，内骨架右端朝向右侧端板的投影落在右侧端板边缘以内。

为使得线圈骨架能够封闭所述环形空间以保护线圈绕组，设置为：所述环形空间为密闭腔体。

作为一种冗余设计，以保证电磁离合器工作的可靠性，设置为：所述线圈绕组为多个，且各线圈绕组均可独立工作。采用本方案，当单个线圈绕组工作不能使得电磁离合器能够传递足够的转矩或单个线圈绕组不能工作时，可通过切换工作的线圈绕组或使得多个线圈绕组共同工作保证电磁离合器工作的可靠性。

同时，本方案还公开了一种电磁离合器，包括外筒体、内筒体及以上任意一项所述的电磁线圈，所述外筒体安装在内骨架的内侧，且外筒体与内骨架之间具有间隙；所述内筒体安装在外筒体的内侧，内筒体的外侧上还设置有多条第二轴向棱条，所述第二轴向棱条环形均布于内筒体上，外筒体的外侧上还设置有多条第一轴向棱条，所述第一轴向棱条环形均布于外筒体上，第一轴向棱条的延伸方向沿着外筒体的轴向方向，第二轴向棱条的延伸方向沿着内筒体的轴向方向，且第二轴向棱条与第一轴向棱条之间还具有间隙，以上间隙用于避免内筒体与外筒体在发生相对转动过程中触碰；

所述内筒体及第二轴向棱条的材质均为导磁性材料；

所述外筒体由三段筒段串联而成，组成外筒体的筒段包括处于两端的端部筒段及处于中间的中部筒段，所述端部筒段的材质为导磁性材料，所述中部筒段的材质为非导磁形材料；

在所述内骨架整体为非导磁性材料材料时，所述端板朝向外筒体的投影落在端部筒段上，且端板与外部筒段一一对应；

在所述述内骨架局部为非导磁性材料材料时，为非导磁性材料的筒段两侧的其他筒段朝向外筒体的投影落在端部筒段上，且所述其他筒段与外部筒段一一对应。本方案中，所述第一轴向棱条、第二轴向棱条即为所述的轴向棱条，在具体实施时，可设置为：内筒体套设在主轴上，并在两者之间设置用于传递转矩的键，外筒体通过轴承安装在内筒体或主轴上，电磁线圈的线圈骨架直接固定在控制棒驱动机构的外壳体上，同时在线圈骨架内侧与外筒体之间设置轴承，这样，即可限定电磁线圈、内筒体、外筒体三者之间的位置。对以上内筒体、第二轴向棱条、外筒体结构及材料的限定，如设置为所述外筒体由三段筒段串联而成，组成外筒体的筒段包括处于两端的端部筒段及处于中间的中部筒段，所述端部筒段的材质为导磁性材料，所述中部筒段的材质为非导磁形材料，旨在使得由导磁性材料连成的磁路经过外筒体的两端，且不会从外筒体的中部经过，从而使得线圈绕组通电后，第一轴向棱条与第二轴向棱条之间的磁通量更大，这样，可形成如上所述的磁力线，以使得本方案在工作时，在第一轴向棱条与第二轴向棱条产生相对位移时，通过磁力线企图收缩的特性，使得内筒体与外筒体之间能够在具有间隙的情况下传递转矩。本方案即提供了一种具体的可作为电磁离合器，且在工作过程中相对运动部件之间无接触，可避免工作过程中出现摩擦磨损而长期可靠工作的离合器方案。

作为所述电磁离合器进一步的技术方案：

作为一种方便制造的外筒体方案，设置为：所述第一轴向棱条均位于端部筒段上，且两个端部筒段上均具有第一轴向棱条，沿着外筒体的周向方向，两端部筒段上的第一轴向棱条呈正对关系。即本方案中，以上主要的磁路或磁力线经过外筒体的两端进行传递或延伸即可，外筒体的中部筒段发挥连接功能即可。

为优化电磁离合器的传动精度，设置为：所述内筒体、电磁线圈、外筒体三者同轴。

为保证电磁离合器能够传递足够大的转矩以驱动主轴运动，设置为：所述第一轴向棱条与第二轴向棱条之间的间隙的最大间隙宽度为3mm。作为本领域技术人员，以上间隙宽度可通过采用相应轴承约束内筒体与外筒体之间的相对位置实现。

为保证电磁离合器能够传递足够大的转矩以驱动主轴运动，设置为：电磁线圈与外筒体之间的间隙的最大间隙宽度为2mm.。作为本领域技术人员，以上间隙宽度可通过采用相应轴承约束内筒体与外筒体之间的相对位置实现。

导磁性材料，可采用铁素体材料、马氏体不锈钢等；非导磁性材料，可采用非金属、奥氏体不锈钢等。

本发明具有以下有益效果：

本方案中，所述第一轴向棱条、第二轴向棱条即为所述的轴向棱条，在具体实施时，可设置为：内筒体套设在主轴上，并在两者之间设置用于传递转矩的键，外筒体通过轴承安装在内筒体或主轴上，电磁线圈的线圈骨架直接固定在控制棒驱动机构的外壳体上，同时在线圈骨架内侧与外筒体之间设置轴承，这样，即可限定电磁线圈、内筒体、外筒体三者之间的位置。对以上内筒体、第二轴向棱条、外筒体结构及材料的限定，如设置为所述外筒体由三段筒段串联而成，组成外筒体的筒段包括处于两端的端部筒段及处于中间的中部筒段，所述端部筒段的材质为导磁性材料，所述中部筒段的材质为非导磁形材料，旨在使得由导磁性材料连成的磁路经过外筒体的两端，且不会从外筒体的中部经过，从而使得线圈绕组通电后，第一轴向棱条与第二轴向棱条之间的磁通量更大，这样，可形成如上所述的磁力线，以使得本方案在工作时，在第一轴向棱条与第二轴向棱条产生相对位移时，通过磁力线企图收缩的特性，使得内筒体与外筒体之间能够在具有间隙的情况下传递转矩。本方案即提供了一种具体的可作为电磁离合器，且在工作过程中相对运动部件之间无接触，可避免工作过程中出现摩擦磨损而长期可靠工作的离合器方案。所述电磁线圈为电磁离合器以以上状态工作的基础，使得励磁电流能够尽可能为电磁离合器的啮合服务。

附图说明

图1是本发明所述的一种电磁离合器一个具体实施例的剖视图；

图2是图1所示A部的局部放大图，其中，B指示的虚线即表示电磁离合器工作所需要的磁力线传递路径；

图3是本发明所述的一种电磁离合器一个具体实施例的局部示意图，该局部示意图为侧视图，用于反映外筒体与内筒体的结构及配合关系；

图4是本发明所述的一种电磁离合器一个具体实施例的局部示意图，该局部示意图用于反映第一轴向棱条与第二轴向棱条之间的磁力线，B指示的线条即为以上两者之间的磁力线。

图中的附图标记依次为：1、线圈本体，11、端板，12、线圈绕组，13、外骨架，14、内骨架，2、外筒体，21、端部筒段，22、中部筒段，3、内筒体，4、第一轴向棱条，5、第二轴向棱条。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1至图4所示，一种电磁线圈，包括线圈本体1，所述线圈本体1包括线圈骨架及线圈绕组12，所述线圈骨架包括呈筒状的内骨架14和外骨架13，还包括端板11，所述内骨架14、外骨架13、端板11围成环形空间，所述线圈绕组12安装于所述环形空间内，所述外骨架13及端板11的材质均为导磁性材料，所述内骨架14整体材质为非导磁性材料或局部材质为非导磁性材料；

当内骨架14局部材质为非导磁性材料时，为非导磁性材料的部分为筒段，且所述筒段串联在内骨架14的两端之间。

具体的，本方案提供的电磁线圈用于电磁离合器，电磁离合器包括外筒体2和内筒体3，同时内筒体3位于外筒体2的内侧，内筒体3的外壁上和外筒体2的内壁上均设置沿着各自轴向方向延伸的轴向棱条，如在外筒体2上连接驱动装置，外筒体2和内筒体3两者中，外筒体2为主动筒体：在线圈绕组12通电时，以上电即为励磁电流，此时，线圈绕组12产生磁场，设置为以上所述外骨架13及端板11的材质均为导磁性材料，所述内骨架14整体材质为非导磁性材料或局部材质为非导磁性材料；当内骨架14局部材质为非导磁性材料时，为非导磁性材料的部分为筒段，且所述筒段串联在内骨架14的两端之间，通过对外筒体2和内筒体3全部或局部的材料选择，这样既可保证，以上电磁离合器在通电时，以上导磁性材料部分作为磁场传递的媒介引导磁通的磁路，同时以上非导磁性材料可限定为相应磁路或磁力线呈环状：主要的磁路或磁力线呈环状，且路径覆盖外骨架13、两侧的端板11，同时经过外筒体2和内筒体3，这样，由于包括所述轴向棱条，在外筒体2受到驱动装置施加的转矩转动时，外筒体2和内筒体3各自轴向棱条之间的磁力线扭曲，利用磁力线总是企图收缩，以使得使其经过的路径上磁阻最小的特点让作为主动转子的外筒体2和作为从动转子的内筒体3凸极中心相对，这时，即可获得一个切向分力作用于从动转子即为从动转子获得转矩，使从动转子跟随主动转子旋转，此情况下电磁离合器处于传递转矩的连接状态。当线圈绕组12失电时，以上磁力线消失或磁通变小，此情况下，电磁离合器成为断开状态或逐渐回归至断开状态。

所述电磁离合器在使用时可串联在控制棒驱动机构的主轴传动链中，以实现紧急工况下释放控制棒，同时，以上内筒体3与外筒体2传递转矩方案中，依靠磁力线扭曲完成，故以上电磁离合器为一种非接触式电磁离合器，这样，可使得电磁离合器工作过程中无磨损，使得电磁离合器具有使用寿命长、性能可靠的特点。所述电磁线圈为电磁离合器以以上状态工作的基础，使得励磁电流能够尽可能为电磁离合器的啮合服务。

实施例2：

如图1至图4所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：以上方案中，对内骨架14的形式限定旨在使得线圈骨架上不产生封闭的磁路而避免内筒体3与外筒体2之间不能传递足够大的转矩，作为一种方便内骨架14加工的技术方案，设置为：所述内骨架14整体为非导磁性材料，内骨架14左端朝向左侧端板11的投影落在左侧端板11边缘以内，内骨架14右端朝向右侧端板11的投影落在右侧端板11边缘以内。

为使得线圈骨架能够封闭所述环形空间以保护线圈绕组12，设置为：所述环形空间为密闭腔体。

作为一种冗余设计，以保证电磁离合器工作的可靠性，设置为：所述线圈绕组12为多个，且各线圈绕组12均可独立工作。采用本方案，当单个线圈绕组12工作不能使得电磁离合器能够传递足够的转矩或单个线圈绕组12不能工作时，可通过切换工作的线圈绕组12或使得多个线圈绕组12共同工作保证电磁离合器工作的可靠性。

实施例3：

如图1至图4所示，本实施例在实施例1的基础上提供了一种电磁离合器，包括外筒体2、内筒体3及以上任意一项所述的电磁线圈，所述外筒体2安装在内骨架14的内侧，且外筒体2与内骨架14之间具有间隙；所述内筒体3安装在外筒体2的内侧，内筒体3的外侧上还设置有多条第二轴向棱条5，所述第二轴向棱条5环形均布于内筒体3上，外筒体2的外侧上还设置有多条第一轴向棱条4，所述第一轴向棱条4环形均布于外筒体2上，第一轴向棱条4的延伸方向沿着外筒体2的轴向方向，第二轴向棱条5的延伸方向沿着内筒体3的轴向方向，且第二轴向棱条5与第一轴向棱条4之间还具有间隙，以上间隙用于避免内筒体3与外筒体2在发生相对转动过程中触碰；

所述内筒体3及第二轴向棱条5的材质均为导磁性材料；

所述外筒体2由三段筒段串联而成，组成外筒体2的筒段包括处于两端的端部筒段21及处于中间的中部筒段22，所述端部筒段21的材质为导磁性材料，所述中部筒段22的材质为非导磁形材料；

在所述内骨架14整体为非导磁性材料材料时，所述端板11朝向外筒体2的投影落在端部筒段21上，且端板11与外部筒段一一对应；

在所述述内骨架14局部为非导磁性材料材料时，为非导磁性材料的筒段两侧的其他筒段朝向外筒体2的投影落在端部筒段21上，且所述其他筒段与外部筒段一一对应。本方案中，所述第一轴向棱条4、第二轴向棱条5即为所述的轴向棱条，在具体实施时，可设置为：内筒体3套设在主轴上，并在两者之间设置用于传递转矩的键，外筒体2通过轴承安装在内筒体3或主轴上，电磁线圈的线圈骨架直接固定在控制棒驱动机构的外壳体上，同时在线圈骨架内侧与外筒体2之间设置轴承，这样，即可限定电磁线圈、内筒体3、外筒体2三者之间的位置。对以上内筒体3、第二轴向棱条5、外筒体2结构及材料的限定，如设置为所述外筒体2由三段筒段串联而成，组成外筒体2的筒段包括处于两端的端部筒段21及处于中间的中部筒段22，所述端部筒段21的材质为导磁性材料，所述中部筒段22的材质为非导磁形材料，旨在使得由导磁性材料连成的磁路经过外筒体2的两端，且不会从外筒体2的中部经过，从而使得线圈绕组12通电后，第一轴向棱条4与第二轴向棱条5之间的磁通量更大，这样，可形成如上所述的磁力线，以使得本方案在工作时，在第一轴向棱条4与第二轴向棱条5产生相对位移时，通过磁力线企图收缩的特性，使得内筒体3与外筒体2之间能够在具有间隙的情况下传递转矩。本方案即提供了一种具体的可作为电磁离合器，且在工作过程中相对运动部件之间无接触，可避免工作过程中出现摩擦磨损而长期可靠工作的离合器方案。

实施例4：

如图1至图4所示，本实施例在实施例3的基础上作进一步限定：作为一种方便制造的外筒体2方案，设置为：所述第一轴向棱条4均位于端部筒段21上，且两个端部筒段21上均具有第一轴向棱条4，沿着外筒体2的周向方向，两端部筒段21上的第一轴向棱条4呈正对关系。即本方案中，以上主要的磁路或磁力线经过外筒体2的两端进行传递或延伸即可，外筒体2的中部筒段22发挥连接功能即可。

为优化电磁离合器的传动精度，设置为：所述内筒体3、电磁线圈、外筒体2三者同轴。

为保证电磁离合器能够传递足够大的转矩以驱动主轴运动，设置为：所述第一轴向棱条4与第二轴向棱条5之间的间隙的最大间隙宽度为3mm。作为本领域技术人员，以上间隙宽度可通过采用相应轴承约束内筒体3与外筒体2之间的相对位置实现。

为保证电磁离合器能够传递足够大的转矩以驱动主轴运动，设置为：电磁线圈与外筒体2之间的间隙的最大间隙宽度为2mm.。作为本领域技术人员，以上间隙宽度可通过采用相应轴承约束内筒体3与外筒体2之间的相对位置实现。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电磁线圈，包括线圈本体(1)，所述线圈本体(1)包括线圈骨架及线圈绕组(12)，所述线圈骨架包括呈筒状的内骨架(14)和外骨架(13)，还包括端板(11)，所述内骨架(14)、外骨架(13)、端板(11)围成环形空间，所述线圈绕组(12)安装于所述环形空间内，其特征在于，所述外骨架(13)及端板(11)的材质均为导磁性材料，所述内骨架(14)整体材质为非导磁性材料或局部材质为非导磁性材料；

当内骨架(14)局部材质为非导磁性材料时，为非导磁性材料的部分为筒段，且所述筒段串联在内骨架(14)的两端之间。

2.根据权利要求1所述的一种电磁线圈，其特征在于，所述内骨架(14)整体为非导磁性材料，内骨架(14)左端朝向左侧端板(11)的投影落在左侧端板(11)边缘以内，内骨架(14)右端朝向右侧端板(11)的投影落在右侧端板(11)边缘以内。

3.根据权利要求1所述的一种电磁线圈，其特征在于，所述环形空间为密闭腔体。

4.根据权利要求1所述的一种电磁线圈，其特征在于，所述线圈绕组(12)为多个，且各线圈绕组(12)均可独立工作。

5.一种电磁离合器，其特征在于，包括外筒体(2)、内筒体(3)及权利要求1至4中任意一项所述的电磁线圈，所述外筒体(2)安装在内骨架(14)的内侧，且外筒体(2)与内骨架(14)之间具有间隙；所述内筒体(3)安装在外筒体(2)的内侧，内筒体(3)的外侧上还设置有多条第二轴向棱条(5)，所述第二轴向棱条(5)环形均布于内筒体(3)上，外筒体(2)的外侧上还设置有多条第一轴向棱条(4)，所述第一轴向棱条(4)环形均布于外筒体(2)上，第一轴向棱条(4)的延伸方向沿着外筒体(2)的轴向方向，第二轴向棱条(5)的延伸方向沿着内筒体(3)的轴向方向，且第二轴向棱条(5)与第一轴向棱条(4)之间还具有间隙，以上间隙用于避免内筒体(3)与外筒体(2)在发生相对转动过程中触碰；

所述内筒体(3)及第二轴向棱条(5)的材质均为导磁性材料；

所述外筒体(2)由三段筒段串联而成，组成外筒体(2)的筒段包括处于两端的端部筒段(21)及处于中间的中部筒段(22)，所述端部筒段(21)的材质为导磁性材料，所述中部筒段(22)的材质为非导磁形材料；

在所述内骨架(14)整体为非导磁性材料材料时，所述端板(11)朝向外筒体(2)的投影落在端部筒段(21)上，且端板(11)与外部筒段(21)一一对应；

在所述述内骨架(14)局部为非导磁性材料材料时，为非导磁性材料的筒段两侧的其他筒段朝向外筒体(2)的投影落在端部筒段(21)上，且所述其他筒段与外部筒段(21)一一对应。

6.根据权利要求5所述的一种电磁离合器，其特征在于，所述第一轴向棱条(4)均位于端部筒段(21)上，且两个端部筒段(21)上均具有第一轴向棱条(4)，沿着外筒体(2)的周向方向，两端部筒段(21)上的第一轴向棱条(4)呈正对关系。

7.根据权利要求5所述的一种电磁离合器，其特征在于，所述内筒体(3)、电磁线圈、外筒体(2)三者同轴。

8.根据权利要求7所述的一种电磁离合器，其特征在于，所述第一轴向棱条(4)与第二轴向棱条(5)之间的间隙的最大间隙宽度为3mm。

9.根据权利要求7所述的一种电磁离合器，其特征在于，电磁线圈与外筒体(2)之间的间隙的最大间隙宽度为2mm.。