CN113586789A - 一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法及行程取值方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法及行程取值方法，旨在解决现在的水平力作用段较短的不足。该发明包括一种气隙磁导式电磁阀，所述电磁阀包括相对轴向运动的定铁和动铁，动铁呈柱状，定铁呈套筒状，动铁的末端插入到定铁中，动铁靠近定铁的一面通过两个台阶直径逐级减小，动铁经所述台阶形成有第一伸入柱和第二伸入柱，第二伸入柱上粗下细，定铁设有与动铁对应的台阶，定铁与动铁之间设有气隙，气隙包括对应第一伸入柱的第一轴向气隙和第二径向气隙以及对应第二伸入柱的第二轴向气隙和第二径向气隙，第二径向气隙上细下粗。所述方式延长了水平力的作用长度，为有需要的电磁阀提供了改善空间。

Description

一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法及行程取值方法

技术领域

本发明涉及电磁阀磁导，更具体地说，它涉及一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法及行程取值方法。

背景技术

电磁阀未通电时，弹簧向动铁芯施加向下的压力，动铁芯和定铁芯相互靠近的一端存在一定间距的气隙，磁路气隙与磁场强弱的关系是气隙增大，磁感线的密度减小，磁场强度减小，气隙减小，磁感线的密度增大，磁场强度增大。电磁阀通电后，定铁芯和动铁芯之间产生相互吸引的电磁力，动铁芯克服弹簧压力朝向定铁芯运动，动铁芯向上运动过程中，定铁芯和动铁芯之间的间距变小，气隙变小，两者之间的磁感线密度增大，磁场强度变大，从而使两者之间的电磁力变大，动铁芯所受的电磁力增大后其加速度增大，动铁芯向上运动稳定性差，在动铁芯和定铁芯贴合时动铁芯容易撞击定铁芯，产生噪音，也会造成动铁芯和定铁芯的损坏。

有鉴于此，本申请旨在实现一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法及行程取值方法，得到一种行程不再影响磁力大小的水平力作用段更长，延长其有效行程，并实现其。

中国专利公告号CN210920202U，名称为一种压力平衡式二位三通电磁阀，该申请案公开了一种压力平衡式二位三通电磁阀，涉及电磁阀技术领域，包括：阀体、活塞组件、线圈隔磁组件、活动密封组件和阀口装置，线圈隔磁组件设置在阀体上部，阀体内设有活塞密封腔、第一接口、第二接口和第三接口，活塞组件包括活动铁芯、铁芯弹簧、活塞弹簧和活塞本体，活动铁芯一端可活动的设置在线圈隔磁组件内，活动铁芯另一端依次穿过活动密封组件、阀口装置和活塞本体并与活塞本体固定连接。它的动铁和定铁之间的磁力与行程正相关，导致振动、噪声剧烈，影响电磁阀的精度和寿命。

发明内容

本发明克服了现在的水平力作用段较短的不足，提供了一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法及行程取值方法，它能延长电磁阀的水平力作用段，从而延长行程。

第二发明目的是更精确的计算电磁阀具体的取值范围。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法，包括一种气隙磁导式电磁阀，所述电磁阀包括相对轴向运动的定铁和动铁，动铁呈柱状，定铁呈套筒状，动铁的末端插入到定铁中，动铁靠近定铁的一面通过两个台阶直径逐级减小，动铁经所述台阶形成有第一伸入柱和第二伸入柱，第二伸入柱上粗下细，定铁设有与动铁对应的台阶，定铁与动铁之间设有气隙，气隙包括对应第一伸入柱的第一轴向气隙和第二径向气隙以及对应第二伸入柱的第二轴向气隙和第二径向气隙，第二径向气隙上细下粗，第二径向气隙的磁导计算方法包括：

（1）通过第二径向气隙的形状计算第二径向气隙的体积；

（2）计算第二径向气隙的磁导；

动铁下端插入到定铁的端面以下，动铁的直径最大处于定铁的端面对应。第二伸入柱的侧壁与定铁的内壁之间的间隙为第二径向气隙。第二径向气隙由于定铁内壁呈竖直状，因此，呈上小下大的形状。在剖面上，第二径向气隙为两个对应的直角梯形。第二径向气隙为前文中的两个直角梯形沿中轴线转动180°形成的环体。磁感与体积呈正比，具体的公式为G=μV/(m²)，由于所述结构的设置，在第二伸入柱未进入到定铁中时（行程最大处附近），第二伸入柱产生的磁力与轴向气隙的方向相同，起到加强的作用；当第二伸入柱进入到定铁中（行程靠近最小处也就是动铁与定铁贴合时），第二伸入柱产生的磁力与轴向气隙的磁力反向，起到阻延的作用。行程最大处时，轴向气隙的磁力偏小，行程最小处时，轴向气隙的磁力偏大，所述结构起到了在行程的各个位置均起到平衡的作用，使得磁力更趋于水平力。计算第二径向气隙的体积为得到第二径向气隙在剖面上的形状，通过定积分求得。

一种气隙磁导式电磁阀的行程取值方法，第二伸入柱的侧壁与定铁的内壁的夹角为θ，包括：

（1）通过前文所述的一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法，求得第二径向气隙的磁感产生的磁力，并通过仿真软件产生磁力与行程的第一曲线；

（2）通过仿真软件求得第一轴向气隙、第二轴向气隙以及第一径向气隙产生的磁力，并产生对应的磁力与行程的第二曲线；

（3）将第一曲线与第二曲线叠加在一起形成第三曲线；

（4）第三曲线设有水平段，截取所述水平段，并取两个截取点为X1和X2，X2和X1的差值即为行程最大值；

（5）调整θ从小到大，并重复步骤1至步骤4，得到各个θ与行程最大值的映射关系；

（6）取行程最大值对应的θ；

（7）设置所述电磁阀使得电磁阀完全打开或完全切断时对应的行程在X1和X2之间。

本步骤实现了第二发明目的。通过仿真软件求得三条曲线，曲线均为磁力随行程的变化。步骤4的截取也可以设置为对所述曲线再次求导，截取曲线中最开始和最末端的求导值为0之间线段，所述线段的两端即为X1和X2，穷举各个θ对应的X1和X2，可得到最大的行程最大值，从而根据需要设置在X1和X2之间，可以保证行程的各处，磁力均相同。具体的，使得电磁阀处于完全关闭状态时，轴向气隙的距离大于等于X1，完全打开时的距离小于等于X2。

作为优选，第二伸入柱的母线为直线。所述结构实现的第二径向气隙的剖面形状为直角梯形。第二径向气隙的体积为长腰与高的矩形的定积分减去长腰减去短腰与高形成的三角形的定积分。

作为优选，第一伸入柱的底面到第二伸入柱的轴向距离为h，动铁的行程为x，第一伸入柱的最粗位置的直径为r，第二径向气隙的体积为V，

V=π(h-x)x tanθ(2r-x tanθ )。

所述结构为上述方式求得的体积。

作为优选，μ0为真空磁导率，m为气隙平均长度，磁感为G，

m=(h+x)/2tanθ，

G=4μπ(h-x)x(2r-xtanθ)/{(h+x)^2tanθ}。

磁感的公式为G=μV/(m²)，带入所述公式后求得。。

作为优选，第二伸入柱的母线为曲线。

作为优选，所述曲线为外凸曲线。

作为优选，取X1和X2的中值为X0，使电磁阀需要的行程为k，设置电磁阀的行程为X0-k/2和X+k/2。所述方式可以进一步的提高电磁阀的余地，当电磁阀长期使用，其行程发生变化，所述方式可以保证变动后的行程仍然符合水平力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）所述方式延长了水平力的作用长度，为有需要的电磁阀提供了改善空间；（2）通过所述步骤使得电磁阀在行程各处均处于水平力作用段，电磁阀具有更好的线性作用表现。

附图说明

图1是本发明的剖面图；

图2是本发明图1中A处的放大图；

图3是本发明的动铁的立体图；

图4是本发明的三条曲线的示意图；

图5是本发明的第二径向气隙的示意图；

图中：

定铁1、动铁2、台阶3、第一伸入柱4、第二伸入柱5、第一轴向气隙6、第二轴向气隙7、第一径向气隙8、第二径向气隙9、第一曲线10、第二曲线11、第三曲线12。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例1：

一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法，如图1、2所示，包括一种气隙磁导式电磁阀，所述电磁阀包括相对轴向运动的定铁1和动铁2，动铁2呈柱状，定铁1呈套筒状，动铁2的末端插入到定铁1中，动铁2靠近定铁1的一面通过两个台阶3直径逐级减小，如图3所示，动铁2经所述台阶3形成有第一伸入柱4和第二伸入柱5，第二伸入柱5上粗下细，定铁1设有与动铁2对应的台阶3，定铁1与动铁2之间设有气隙，气隙包括对应第一伸入柱4的第一轴向气隙6和第二径向气隙9以及对应第二伸入柱5的第二轴向气隙7和第二径向气隙9，第二径向气隙9上细下粗，第二径向气隙9的磁导计算方法包括：

（1）通过第二径向气隙9的形状计算第二径向气隙9的体积；

（2）计算第二径向气隙9的磁导；

动铁2下端插入到定铁1的端面以下，动铁2的直径最大处于定铁1的端面对应。第二伸入柱5的侧壁与定铁1的内壁之间的间隙为第二径向气隙9。第二径向气隙9由于定铁1内壁呈竖直状，因此，呈上小下大的形状。在剖面上，第二径向气隙9为两个对应的直角梯形。第二径向气隙9为前文中的两个直角梯形沿中轴线转动180°形成的环体。磁感与体积呈正比，具体的公式为G=μV/(m²)，由于所述结构的设置，在第二伸入柱5未进入到定铁1中时（行程最大处附近），第二伸入柱5产生的磁力与轴向气隙的方向相同，起到加强的作用；当第二伸入柱5进入到定铁1中（行程靠近最小处也就是动铁2与定铁1贴合时），第二伸入柱5产生的磁力与轴向气隙的磁力反向，起到阻延的作用。行程最大处时，轴向气隙的磁力偏小，行程最小处时，轴向气隙的磁力偏大，所述结构起到了在行程的各个位置均起到平衡的作用，使得磁力更趋于水平力。计算第二径向气隙9的体积为得到第二径向气隙9在剖面上的形状，通过定积分求得。

第二伸入柱5的母线为直线。所述结构实现的第二径向气隙9的剖面形状为直角梯形。第二径向气隙9的体积为长腰与高的矩形的定积分减去长腰减去短腰与高形成的三角形的定积分。

一种气隙磁导式电磁阀的行程取值方法，如图4、5所示，第二伸入柱5的侧壁与定铁1的内壁的夹角为θ，包括：

（1）通过前文所述的一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法，求得第二径向气隙9的磁感产生的磁力，并通过仿真软件产生磁力与行程的第一曲线10；

（2）通过仿真软件求得第一轴向气隙6、第二轴向气隙7以及第一径向气隙产生的磁力，并产生对应的磁力与行程的第二曲线11；

（3）将第一曲线10与第二曲线11叠加在一起形成第三曲线12；

（4）第三曲线12设有水平段，截取所述水平段，并取两个截取点为X1和X2，X2和X1的差值即为行程最大值；

（5）调整θ从小到大，并重复步骤1至步骤4，得到各个θ与行程最大值的映射关系；

（6）取行程最大值对应的θ；

（7）设置所述电磁阀使得电磁阀完全打开或完全切断时对应的行程在X1和X2之间。

本方法实现了第二发明目的。通过仿真软件求得三条曲线，曲线均为磁力随行程的变化。步骤4的截取也可以设置为对所述曲线再次求导，截取曲线中最开始和最末端的求导值为0之间线段，所述线段的两端即为X1和X2，穷举各个θ对应的X1和X2，可得到最大的行程最大值，从而根据需要设置在X1和X2之间，可以保证行程的各处，磁力均相同。具体的，使得电磁阀处于完全关闭状态时，轴向气隙的距离大于等于X1，完全打开时的距离小于等于X2。

取X1和X2的中值为X0，使电磁阀需要的行程为k，设置电磁阀的行程为X0-k/2和X+k/2。所述方式可以进一步的提高电磁阀的余地，当电磁阀长期使用，其行程发生变化，所述方式可以保证变动后的行程仍然符合水平力。

第一伸入柱4的底面到第二伸入柱5的轴向距离为h，动铁2的行程为x，第一伸入柱4的最粗位置的直径为r，第二径向气隙9的体积为V，

V=π(h-x)x tanθ(2r-x tanθ )。

所述结构为上述方式求得的体积。

μ为真空磁导率，m为气隙平均长度，磁感为G，

m=(h+x)/2tanθ，

G=4μπ(h-x)x(2r-xtanθ)/{(h+x)^2tanθ}。

磁感的公式为G=μV/(m²)，带入所述公式后求得。。

实施例2：本实施例与实施例1的区别在于：

第二伸入柱5的母线为曲线。所述曲线为外凸曲线。

以上所述的实施例只是本发明的较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法，其特征是，包括一种气隙磁导式电磁阀，所述电磁阀包括相对轴向运动的定铁和动铁，动铁呈柱状，定铁呈套筒状，动铁的末端插入到定铁中，动铁靠近定铁的一面通过两个台阶直径逐级减小，动铁经所述台阶形成有第一伸入柱和第二伸入柱，第二伸入柱上粗下细，定铁设有与动铁对应的台阶，定铁与动铁之间设有气隙，气隙包括对应第一伸入柱的第一轴向气隙和第二径向气隙以及对应第二伸入柱的第二轴向气隙和第二径向气隙，第二径向气隙上细下粗，第二径向气隙的磁导计算方法包括：

（1）通过第二径向气隙的形状计算第二径向气隙的体积；

（2）计算第二径向气隙的磁导；

一种气隙磁导式电磁阀的行程取值方法，其特征是，第二伸入柱的侧壁与定铁的内壁的夹角为θ，包括：

（1）通过权利要求1所述的一种气隙磁导式电磁阀的磁导计算方法，求得第二径向气隙的磁感产生的磁力，并通过仿真软件产生磁力与行程的第一曲线；

（2）通过仿真软件求得第一轴向气隙、第二轴向气隙以及第一径向气隙产生的磁力，并产生对应的磁力与行程的第二曲线；

（3）将第一曲线与第二曲线叠加在一起形成第三曲线；

（4）第三曲线设有水平段，截取所述水平段，并取两个截取点为X1和X2，X2和X1的差值即为行程最大值；

（5）调整θ从小到大，并重复步骤1至步骤4，得到各个θ与行程最大值的映射关系；

（6）取行程最大值对应的θ；

（7）设置所述电磁阀使得电磁阀完全打开或完全切断时对应的行程在X1和X2之间。

2.根据权利要求2所述的一种气隙磁导式电磁阀的行程取值方法，其特征是，第二伸入柱的母线为直线。

3.根据权利要求3所述的一种气隙磁导式电磁阀的行程取值方法，其特征是，第一伸入柱的底面到第二伸入柱的轴向距离为h，动铁的行程为x，第一伸入柱的最粗位置的直径为r，第二径向气隙的体积为V，

V=π(h-x)x tanθ(2r-x tanθ )。

4.根据权利要求4所述的一种气隙磁导式电磁阀的行程取值方法，其特征是，μ为真空磁导率，m为气隙平均长度，磁感为G，

m=(h+x)/2*tanθ，

G=4μπ(h-x)x(2r-xtanθ)/{(h+x)^2*tanθ}。

5.根据权利要求2所述的一种气隙磁导式电磁阀的行程取值方法，其特征是，第二伸入柱的母线为曲线。

6.根据权利要求5所述的一种气隙磁导式电磁阀的行程取值方法，其特征是，所述曲线为外凸曲线。

7.根据权利要求4所述的一种气隙磁导式电磁阀的行程取值方法，其特征是，取X1和X2的中值为X0，使电磁阀需要的行程为k，设置电磁阀的行程为X0-k/2和X0+k/2。

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