CN110953397A - 一种带减振的串并联永磁与电磁混合励磁高速电磁执行器 - Google Patents

Abstract

本发明在于提供一种带减振的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、导向套、衔铁、衔铁芯、复位弹簧、弹簧垫片，并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、线圈的下方，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，铁芯主磁极内安装有导向套、衔铁芯、复位弹簧、弹簧垫片、且靠近工作气隙侧导向套端面高于铁芯主磁极端面，衔铁芯为圆柱凸台结构，衔铁中心开有阶梯孔，衔铁套在衔铁芯小端上。本发明具有强电磁力、高响应、低功耗、低反跳的特点，适用于柴油机电控燃油系统。

Description

一种带减振的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。此外，为满足电控燃油系统高响应的特性，常规高速电磁执行器衔铁在吸合时必将以大的速度与阀座或限位装置进行猛烈撞击而出现大的振荡，影响控制阀实际开启或关闭时刻，进而影响燃油喷射的控制精度，同时长期工作将对阀座或限位装置造成损坏，影响其工作的一致性和寿命。

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、带减振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：本发明带减振的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、导向套、衔铁、衔铁芯、复位弹簧、弹簧垫片，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，铁芯主磁极内安装有导向套、衔铁芯、复位弹簧、弹簧垫片、且靠近工作气隙侧导向套端面高于铁芯主磁极端面，衔铁芯为圆柱凸台结构，衔铁中心开有阶梯孔，衔铁套在衔铁芯小端上。

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；

3、导向套的外径大于衔铁中心阶梯孔小孔孔径、小于衔铁中心阶梯孔大孔孔径；

4、靠近工作气隙侧导向套高出铁芯主磁极的长度大于衔铁中心阶梯孔大孔的深度。

本发明的优势在于：本发明的带减振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，同时应用了阻尼减振的结构。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；此外，衔铁与衔铁芯构成有阻尼减振的结构，能有效降低被控制阀芯的反跳程度，减少碰撞，提高控制阀的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为衔铁结构示意图。

图3为衔铁完全吸合后发生反跳的结构示意图。

图4为衔铁完全释放后发生反跳的结构示意图。

图5a-5b为线圈通电和断电时执行器的磁路示意图，图5a为线圈通电时执行器的磁路示意图，图5b为线圈断电时执行器的磁路示意图。

图6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：衔铁；8：紧固螺母；9：弹簧垫片；10：线圈骨架；11：复位弹簧；12：线圈；13：导向套；14：衔铁芯；15：铁芯主磁极端面；16：吸合阻尼室；17：阻尼油道；18：衔铁阶梯孔大孔表面；19：释放阻尼室；20：阶梯孔；21：外工作气隙；22：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2和图3，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、衔铁7、紧固螺母8、弹簧垫片9、线圈骨架10、复位弹簧11、线圈12、导向套13和衔铁芯14。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8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，中心开有圆孔，圆孔内设置有导向套13、衔铁芯14、复位弹簧11、弹簧垫片9，且导向套13高出铁芯主磁极端面15长度h1。线圈12绕制在线圈骨架11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12的下方、且三者靠近工作气隙侧的端面平齐或并联永磁体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12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12的密封。衔铁芯14为圆柱凸台结构，衔铁7中心开有阶梯孔20，衔铁7套在衔铁芯14的小端上。导向套13的外径R3大于衔铁中心阶梯孔小孔孔径R2、小于衔铁中心阶梯孔大孔孔径R1，以形成阻尼油道17。靠近工作气隙侧导向套13高出铁芯主磁极2的长度h1大于衔铁中心阶梯孔大孔的深度h2，以避免衔铁7与铁芯主磁极2和铁芯副磁极5碰撞。

图5a和图5b示出了本发明的带减振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12通电时，线圈12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7，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7工作气隙处的磁感应强度增强，从而有效增大作用于衔铁7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12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7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21、内工作气隙22的衔铁7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12激励电流的快速下降，使得作用于衔铁7的电磁力迅速消退，加快衔铁7的动态释放速度。

图3和图4分别示出了衔铁完全吸合和完全释放后发生反跳的情况。当线圈12通电，产生作用于衔铁7上的电磁力足以克服复位弹簧11预紧力时，衔铁7带动衔铁芯14开始朝铁芯主磁极端面15加速运动，当衔铁7完全吸合与导向套13发生碰撞时，衔铁芯14由于惯性作用继续压缩复位弹簧11，衔铁7发生反弹，向反方向运动，衔铁芯14与衔铁阶梯孔大孔表面18分离，形成吸合阻尼室16，由于阻尼油道17的节流作用，吸合阻尼室16内的压力低于外界油液的压力，产生抑制衔铁7反弹和衔铁芯14继续运动的作用力，减弱衔铁7的反弹程度，减小衔铁芯14的振荡；当衔铁芯14再次与衔铁阶梯孔大孔表面18接触时，又将挤压吸合阻尼室16内的油液，衰减碰撞时的能量，减弱后续反弹的情况。当线圈12断电，作用于衔铁7上的电磁力逐渐消失，在复位弹簧11的作用下，衔铁芯14带动衔铁7开始往初始位置加速运动，当衔铁芯14到达初始位置发生碰撞时，衔铁7由于惯性作用继续运动，衔铁芯14发生反弹，向反方向运动，衔铁芯14与衔铁阶梯孔大孔表面18分离，形成释放阻尼室19，同样由于节流作用，释放阻尼室19内的压力低于外界油液的压力，产生抑制衔铁芯14反弹和衔铁7继续运动的作用力，减弱衔铁芯14的反弹程度；当衔铁芯14再次与衔铁阶梯孔大孔表面18接触时，又将挤压释放阻尼室19内的油液，衰减碰撞时的能量，减弱后续反弹的情况。

实施方式2：结合图6，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12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)

1.一种带减振的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、导向套、衔铁、衔铁芯、复位弹簧、弹簧垫片；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；所述铁芯主磁极内安装有导向套、衔铁芯、复位弹簧、弹簧垫片，所述衔铁芯为圆柱凸台结构，衔铁中心开有阶梯孔，衔铁套在衔铁芯小端上，所述导向套靠近工作气隙侧端面高于铁芯主磁极端面，导向套的外径大于衔铁中心阶梯孔小孔孔径、小于衔铁中心阶梯孔大孔孔径，导向套高出铁芯主磁极的长度大于衔铁中心阶梯孔大孔的深度。

2.根据权利要求1所述的带减振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所述的带减振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。

Images