CN110911084A - 串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器 - Google Patents

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Abstract

本发明在于提供一种串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器，包括串联永磁体、并联永磁体、铁芯主磁极、铁芯副磁极、线圈、衔铁、衔铁芯，并联永磁体是径向充磁磁环，并联永磁体设置在铁芯主磁极与铁芯副磁极之间、线圈的下方、且三者靠近工作气隙侧的端面平齐或并联永磁体的端面略低于铁芯主磁极与铁芯副磁极的端面，串联永磁体设置在铁芯主磁极与铁芯副磁极之间、并联永磁体的上方，衔铁芯通过螺钉固定在衔铁上。本发明具有强电磁力、高响应、低功耗的特点，适用于柴油机电控燃油系统。

Description

串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器
技术领域
本发明涉及一种电磁执行器，尤其是一种柴油机电控燃油系统用高速电磁执行器。
背景技术
随着柴油机电子控制技术的发展，电控燃油喷射系统已经逐步取代了机械式燃油喷射控制系统，成为柴油机燃油喷射控制的重要技术。目前，柴油机面临着日益严格的排放法规和降低燃油消耗率等要求，电子控制技术正是满足这些要求的重要手段。高速电磁执行器是柴油机电控燃油喷射系统的重要元件，通过其对燃油控制阀的开闭时刻及闭合时间长短来实现对喷油定时、喷油量及喷油规律进行精确、柔性地控制，进而提高柴油机经济性，降低排放。
而高速电磁执行器的强电磁力、动态响应特性及其多循环工作一致性是实现燃油系统高精度喷油定时、定量及灵活喷油规律的最主要特征。目前高速电磁执行器常在衔铁吸合阶段采用高的驱动电压产生大电流来加快其吸合速度，而吸合保持阶段采用相对较小的电流来维持，进而加快衔铁的释放速度，从而提高电磁执行器的整体响应速度。然而大电流使得高速电磁执行器功耗加大，线圈发热量增加，对线圈及其密封材料等的温度特性提出了更高的要求，高速电磁执行器的安全可靠性及寿命下降；另外衔铁吸合保持阶段是高速电磁执行器主要工作时间段，电流作用时间长，尤其燃油系统在大脉宽工作状态下，其作用时间更长，此时线圈发热量大大增加，若此时能进一步降低维持电流，将大大提高高速电磁执行器的安全可靠性，同时亦可加快衔铁的释放速度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强电磁力、高响应、低功耗的串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器。
本发明的目的是这样实现的：本发明串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器，其特征是：包括串联永磁体、并联永磁体、铁芯主磁极、铁芯副磁极、线圈、衔铁、衔铁芯，并联永磁体是径向充磁磁环，并联永磁体设置在铁芯主磁极与铁芯副磁极之间、线圈的下方、且三者靠近工作气隙侧的端面平齐或并联永磁体的端面略低于铁芯主磁极与铁芯副磁极的端面，串联永磁体设置在铁芯主磁极与铁芯副磁极之间、并联永磁体的上方。
本发明还可以包括：
1、串联永磁体是轴向充磁磁环，设置在铁芯主磁极与铁芯副磁极之间、线圈的外侧、并联永磁体的上方；
2、串联永磁体是径向充磁磁环，设置在铁芯主磁极与铁芯副磁极之间、线圈的上方。
本发明的优势在于：本发明的串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器，采用了串并联永磁与电磁混合励磁的结构。线圈通电时，线圈与串联永磁体、并联永磁体混合励磁，产生并联磁通，复合叠加流经衔铁，同时并联永磁体能屏蔽部分铁芯主副磁极间的漏磁，使得衔铁工作气隙处的磁感应强度增强，从而有效增大作用于衔铁的电磁力，降低驱动电流以及减小系统功耗与线圈发热量，而此时串联永磁体产生的反向串联磁通则有助于降低系统电感，加快线圈激励电流的增长速度，提升电磁力的上升速度，从而加快衔铁的动态吸合速度；线圈断电时，串联永磁体、并联永磁体混合励磁，并联永磁体产生两路并联磁通，一路为经铁芯主、副磁极回路的磁通，一路为经衔铁回路的磁通，而串联永磁环产生的反向磁通将对后者回路磁通进行调控削减，同时降低系统断电时的电感，有利于线圈激励电流的快速下降，使得作用于衔铁的电磁力迅速消退，加快衔铁的动态释放速度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2a-2b为线圈通电和断电时执行器的磁路示意图，图2a为线圈通电时执行器的磁路示意图，图2b为线圈断电时执行器的磁路示意图。
图3为本发明中串联永磁体为径向充磁磁环时的结构示意图。
图中，1：壳体；2：铁芯主磁极；3：串联永磁体；4：密封树脂；5：铁芯副磁极；6：并联永磁体；7：紧固螺母；8：线圈骨架；9：线圈；10：衔铁；11：衔铁芯；12：靠近工作气隙侧的端面；13：外工作气隙；14：内工作气隙。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述。
实施方式1：结合图1、图2a和图2b，本实施方式的组成包括壳体1、铁芯主磁极2、串联永磁体3、密封树脂4、铁芯副磁极5、并联永磁体6、紧固螺母7、线圈骨架8、线圈9、衔铁10和衔铁芯11。壳体1为中心开有阶梯通孔的圆柱体，上端攻有螺纹，与紧固螺母7配合，实现对壳体内置部件的紧固。铁芯主磁极2为软磁材料凸台结构，线圈9绕制在线圈骨架8上，然后套在铁芯主磁极2上。铁芯副磁极5为软磁材料圆环结构。并联永磁体6是径向充磁磁环，并联永磁体6设置在铁芯主磁极2与铁芯副磁极5之间、线圈9的下方、且三者靠近工作气隙侧的端面12平齐或并联永磁体6的端面略低于铁芯主磁极2与铁芯副磁极5的端面。串联永磁体3是轴向充磁磁环，设置在铁芯主磁极2与铁芯副磁极5之间、线圈9的外侧、并联永磁体6的上方。铁芯主磁极2与铁芯副磁极5间灌注有密封树脂4，以实现对线圈9的密封。衔铁芯11通过螺钉固定在衔铁10上。
图2a和图2b示出了本发明的串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器的励磁工作原理。（1）线圈9通电时，线圈9与串联永磁体3、并联永磁体6混合励磁，产生并联磁通Φ 1、Φ 2，复合叠加流经衔铁10，同时并联永磁体6能屏蔽部分铁芯主磁极2、铁芯副磁极5间的漏磁，使得衔铁10工作气隙处的磁感应强度增强，从而有效增大作用于衔铁10的电磁力，降低驱动电流以及减小系统功耗与线圈9发热量，而此时串联永磁体3产生的反向串联磁通Φ 3则有助于降低系统电感，加快线圈9激励电流的增长速度，提升电磁力的上升速度，从而加快衔铁10的动态吸合速度。（2）线圈断电时，串联永磁体3、并联永磁体6混合励磁，并联永磁体6产生并联磁通Φ 4、Φ 5，虽然Φ 4磁通回路为铁芯主磁极2、铁芯副磁极5的软磁材料回路，Φ 5磁通为包含外工作气隙13、内工作气隙14的衔铁10磁通回路，磁阻相比后者回路甚大，Φ 5小于Φ 4，而串联永磁体3产生的反向磁通Φ 6将进一步对磁通Φ 5进行调控削减，同时降低系统断电时的电感，有利于线圈9激励电流的快速下降，使得作用于衔铁10的电磁力迅速消退，加快衔铁10的动态释放速度。
实施方式2：结合图3，在实施方式1的基础上，改变串联永磁体3的位置结构，串联永磁体是径向充磁磁环，设置在铁芯主磁极2与铁芯副磁极5之间、线圈9的上方。
以上所述仅为本发明的部分具体实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器，其特征是：包括串联永磁体、并联永磁体、铁芯主磁极、铁芯副磁极、线圈、衔铁、衔铁芯，所述并联永磁体是径向充磁磁环，并联永磁体设置在铁芯主磁极与铁芯副磁极之间、线圈的下方、且三者靠近工作气隙侧的端面平齐或并联永磁体的端面略低于铁芯主磁极与铁芯副磁极的端面；所述串联永磁体设置在铁芯主磁极与铁芯副磁极之间、并联永磁体的上方。
2.根据权利要求1所述的串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器，其特征是：所述串联永磁体是轴向充磁磁环，设置在铁芯主磁极与铁芯副磁极之间、线圈的外侧、并联永磁体的上方。
3.根据权利要求1所述的串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器，其特征是：所述串联永磁体是径向充磁磁环，设置在铁芯主磁极与铁芯副磁极之间、线圈的上方。
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