CN110111971B - 基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁 - Google Patents

基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁 Download PDF

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Abstract

基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁，它涉及一种电磁铁。本发明为了解决现有的电磁铁为单稳态产品，工作时需要给线圈连续通电，导致电磁铁功耗较大的问题。本发明包括左推杆、左端盖、动芯、第一永磁体、轭铁、螺旋线圈、右推杆、右端盖、弹簧、第一后端盖和第二永磁体，左推杆、动芯和右推杆由左至右呈一字形设置并制成一体，第一永磁体套装在动芯上，轭铁内设有空腔，螺旋线圈内嵌到所述轭铁的空腔内后，弹簧套装在右推杆上，左端盖套装在左推杆上，右端盖套装在右推杆上，且左端盖和右端盖分别位于轭铁的左、右两侧，第二永磁体安装右端盖的右侧且位于第一后端盖内。本发明属于电磁铁技术领域。

Description

基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁
技术领域
本发明涉及一种双向保持电磁铁,具体涉及基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁。
背景技术
电磁铁是一种应用广泛的电磁器件，普通的电磁铁基本上都是由电磁线圈、动铁芯、轭铁及动芯滑腔构成。传统的电磁铁一般不带永磁体，当工作时，其线圈必须连续通电，以产生磁场来维持电磁铁芯子部分的持续保持力或者在线圈的轴向设有永磁体，在某一位置靠永磁体吸力保持工作，而在另一位置同样需要靠线圈连续通电产生的磁场来保持。因此均为单稳态产品，无法实现双稳态工作，其主要缺陷是功耗较大。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的电磁铁为单稳态产品，工作时需要给线圈连续通电，从而导致电磁铁功耗较大的问题，进而提供一种基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁。
本发明的技术方案是：本发明包括左推杆、左端盖、动芯、第一永磁体、轭铁、螺旋线圈、右推杆、右端盖、弹簧、第一后端盖和第二永磁体，左推杆、动芯和右推杆由左至右呈“一”字形设置并制成一体，第一永磁体为空心圆柱体，第一永磁体套装在动芯上，轭铁内设有空腔，螺旋线圈内嵌到所述轭铁的空腔内，弹簧套装在右推杆上，左端盖套装在左推杆上，右端盖套装在右推杆上，且左端盖和右端盖分别位于轭铁的左、右两侧，第二永磁体安装右端盖的右侧且位于第一后端盖内。
进一步地，所述动芯与左推杆之间设有左动芯齿，动芯与右推杆之间设有右动芯齿，左动芯齿与右动芯齿之间形成动芯槽，第一永磁体位于动芯槽内。
进一步地，第一永磁体的壁厚低于动芯槽的高度。
进一步地，第一永磁体包括由a永磁体、b永磁体和c永磁体,所述a永磁体、b永磁体和c永磁体由左至右依次排列，a永磁体紧贴左动芯齿的内表面，c永磁体与右动芯齿之间设有气隙。
进一步地，所述a永磁体沿r轴正方向充磁；b永磁体沿z轴正方向充磁；c永磁体沿r轴负方向充磁。
进一步地，a永磁体与c永磁体大小相同，b永磁体的长度小于a永磁体和c永磁体的长度。
进一步地，所述第一永磁体的材料为钕铁硼。
进一步地，所述螺旋线圈由第一线圈和第二线圈组成，第一线圈和第二线圈的绕向相反。
进一步地，所述轭铁、动芯、左推杆和右推杆均采用高导磁实心钢加工制成。
进一步地，所述该电磁铁还包括第二后端盖，所述第二后端盖嵌装在右端盖的右侧，且第二后端盖位于右端盖和第二永磁体之间。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本发明在初始位置通过弹簧提供正向锁定力，在终止位置通过磁吸力提供反向锁定力，属于双向自保持；
本发明通过在螺旋线圈中通入脉冲电流产生的电磁力在两个稳态之间进行切换，不需要连续供电，能够大大降低电磁铁的功耗；
输出的脉冲电磁力高，响应速度快；
本发明结构简单，装配简单。
附图说明
图1是本发明在初始位置时的结构示意图(图中的坐标z-r为圆柱坐标系)；
图2是本发明在终止位置时的结构示意图(图中的坐标z-r为圆柱坐标系)；
图3是第一永磁体的截面图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的它包括左推杆、左端盖、动芯、第一永磁体、轭铁、螺旋线圈、右推杆、右端盖、弹簧、第一后端盖和第二永磁体，左推杆1、动芯3和右推杆7由左至右呈“一”字形设置并制成一体，第一永磁体4为空心圆柱体，第一永磁体4套装在动芯3上，轭铁5内设有空腔，螺旋线圈6内嵌到所述轭铁5的空腔内后，弹簧9套装在右推杆7上，左端盖2套装在左推杆1上，右端盖8套装在右推杆7上，且左端盖2和右端盖8分别位于轭铁5的左、右两侧，第二永磁体11安装右端盖8的右侧且位于第一后端盖10内。
左端盖2、轭铁5和右端盖8三者之间通过紧固件连接，左端盖2和右端盖8中心开孔，左端盖2的中心孔可容纳左推杆1滑动，右端盖8的中心孔可容纳右推杆7滑动。第一永磁体4为空心圆柱体；第二永磁体11为圆盘形，第二永磁体11采用平行充磁，充磁方向为Z轴负方向或Z轴正方向。轭铁5与动芯3之间存在气隙。弹簧9套在右推杆8上，且位于右动芯齿32与右端盖8内表面之间，提供正向锁定力。左端盖2、右端盖8均由黄铜加工；轭铁5、动芯3、左推杆1、右推杆7均采用高导磁实心钢加工。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述动芯3与左推杆1之间设有左动芯齿31，动芯3与右推杆7之间设有右动芯齿32，左动芯齿31与右动芯齿32之间形成动芯槽，第一永磁体4位于动芯槽内，其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的第一永磁体4的壁厚低于动芯槽的高度。如此设置，为了方便对第一永磁体进行覆盖处理。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的第一永磁体4包括由a永磁体41、b永磁体42和c永磁体43,所述a永磁体41、b永磁体42和c永磁体43由左至右依次排列，a永磁体41紧贴左动芯齿31的内表面，c永磁体43与右动芯齿32之间设有气隙。a永磁体41、b永磁体42和c永磁体43均为圆环体。
a永磁体41、b永磁体42和c永磁体43均是由至少两块扇环状的永磁体拼装并粘在动芯3上，多块扇环状的永磁体拼装在一起后截面为圆形(见说明书附图3)。
其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述a永磁体41沿r轴正方向充磁；b永磁体42沿z轴正方向充磁；c永磁体43沿r轴负方向充磁。a永磁体41、b永磁体42和c永磁体43均为径向充磁。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的a永磁体41与c永磁体43大小相同，b永磁体42的长度小于永磁体41和永磁体43的长度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述第一永磁体4的材料为钕铁硼。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述螺旋线圈6由第一线圈61和第二线圈62组成，第一线圈61和第二线圈62的绕向相反。通入电流的方向相反。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述轭铁5、动芯3、左推杆1和右推杆7均采用高导磁实心钢加工制成。
其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
具体实施方式十：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的电磁铁所述该电磁铁还包括第二后端盖12，所述第二后端盖12嵌装在右端盖8的右侧，且第二后端盖12位于右端盖8和第二永磁体11之间。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
工作原理：
该电磁铁的动芯行程5mm,设计锁定力5N。当动芯3在图1所示的位置时，动芯齿31紧贴左端盖2内表面，此时依靠弹簧9提供沿Z轴正方向的正向锁定力；当需要让动芯3进入终止位置时，在螺旋线圈6中通入脉冲电流，正对电磁铁的左端看，第一线圈61通入逆时针方向的电流，第二线圈62通入顺时针方向的电流，动芯3受到一个大于5N的沿Z轴负方向的电磁吸力，动芯3开始向终止位置滑动，当右推杆7接近后端盖10时，右推杆7受到一个沿Z轴负方向的磁吸力，在这两个力的共同作用下，动芯3克服弹簧推力，进入终止位置，如图2所示，依靠第二永磁体11与右推杆7之间的磁吸力提供反向锁定力；当需要让动芯3脱离终止位置时，在螺旋线圈6中通入反方向的脉冲电流，动芯3受到沿Z轴正方向的电磁推力，在电磁推力与弹簧推力的共同作用下，动芯3克服磁吸力，回到图1的初始位置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁，它包括左推杆（1）、左端盖（2）、动芯（3）、第一永磁体（4）、轭铁（5）、螺旋线圈（6）、右推杆（7）、右端盖（8）、弹簧（9）、第一后端盖（10）和第二永磁体（11），左推杆（1）、动芯（3）和右推杆（7）由左至右呈“一”字形设置并制成一体，第一永磁体（4）为空心圆柱体，第一永磁体（4）套装在动芯（3）上，轭铁（5）内设有空腔，螺旋线圈（6）内嵌到所述轭铁（5）的空腔内，弹簧（9）套装在右推杆（7）上，左端盖（2）套装在左推杆（1）上，右端盖（8）套装在右推杆（7）上，且左端盖（2）和右端盖（8）分别位于轭铁（5）的左、右两侧，第二永磁体（11）安装右端盖（8）的右侧且位于第一后端盖（10）内；所述右推杆（7）的直径大于左推杆（1）的直径；其特征在于：所述动芯（3）与左推杆（1）之间设有左动芯齿（31），动芯（3）与右推杆（7）之间设有右动芯齿（32），左动芯齿（31）与右动芯齿（32）之间形成动芯槽，第一永磁体（4）位于动芯槽内，所述第一永磁体（4）包括a永磁体（41）、b永磁体（42）和c永磁体（43），所述a永磁体（41）、b永磁体（42）和c永磁体（43）由左至右依次排列，a永磁体（41）紧贴左动芯齿（31）的内表面，c永磁体（43）与右动芯齿（32）之间设有气隙；在圆柱坐标系中，所述a永磁体（41）沿r轴正方向充磁；b永磁体（42）沿z轴正方向充磁；c永磁体（43）沿r轴负方向充磁；所述螺旋线圈（6）由第一线圈（61）和第二线圈（62）组成，第一线圈（61）和第二线圈（62）的绕向相反。
2.根据权利要求1所述的基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁，其特征在于：所述第一永磁体（4）的壁厚低于动芯槽的高度。
3.根据权利要求1所述的基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁，其特征在于：a永磁体（41）与c永磁体（43）大小相同，b永磁体（42）的长度小于a永磁体（41）和c永磁体（43）的长度。
4.根据权利要求1所述的基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁，其特征在于：所述第一永磁体（4）的材料为钕铁硼。
5.根据权利要求1所述的基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁，其特征在于：所述轭铁（5）、动芯（3）、左推杆（1）和右推杆（7）均采用高导磁实心钢加工制成。
6.根据权利要求1所述的基于弹簧压力和磁吸力实现位置稳定的双向自保持电磁铁，其特征在于：所述电磁铁还包括第二后端盖（12），所述第二后端盖（12）嵌装在右端盖（8）的右侧，且第二后端盖（12）位于右端盖（8）和第二永磁体（11）之间。
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