CN113889365B - 一种电磁开关防冲击中空动铁芯及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电磁开关技术技术领域,涉及一种电磁开关防冲击中空动铁芯及其制作方法，包括传动杆、中空动铁芯、缓冲弹簧，中空动铁芯内部设有圆柱型空腔，中空动铁芯套设在传动杆上，缓冲弹簧套设在传动杆上且位于中空动铁芯的圆柱型空腔内，传动杆、中空动铁芯、缓冲弹簧同轴。本发明缩短了电磁开关的响应时间的同时有效防止了传动杆因合闸过猛而敲碎静触头支持瓷瓶的问题的发生。
Description
技术领域
本发明属于电磁开关技术领域，涉及一种电磁开关防冲击中空动铁芯及其制作方法。
背景技术
电磁开关，就是用电磁铁控制的开关，也就是电磁铁与开关的结合体。当电磁铁线圈通电后产生电磁吸力，活动铁芯推或拉动开关触点闭合，从而接通所控制电路。电磁开关的触点结构一般都采用接触形式，即:动触点制成桥片状或圆盘状，使之有较大的散热面和热容量。磁系统则大部分采用螺管式电磁铁结构，以达到相应的行程、相应的吸力、体积小、重量轻的要求。电磁开关在各行业有广泛的应用。
自二十世纪七十年代末起，英国Lucas公司的A.H.Seilly率先开始了高速电磁开关的研究，并开发出两种特殊结构的高速电磁开关，即Helenoid阀和Colenoid阀。Helenoid阀的电磁铁为螺管形结构，而Colenoid阀的电磁铁则为圆锥形结构。这两种高速电磁开关的共同特点就是通过采用特殊结构形状的电磁铁，克服了传统电磁开关“电磁作用力越大衔铁加速度反而越小”的矛盾，使得当阀芯行程小于1mm时，阀的响应时间不大于1ms。然而，Helenoid阀和Colenoid阀的结构都相当复杂，加工与制造难度大且成本高。因此，这也就限制了这两种阀在以后的实际应用。与此同时，德国的G.Mansfeld、J.Tersteegen和K.Engelsdaf、P.Dnnken也开始开发研究高速电磁开关。他们所研制的阀的响应时间均在2ms左右，而且阀的结构也相当复杂。在这之后，又有许多外国学者和专家在致力于高速电磁开关的研究。1982年，美国Ford Motor公司的专家们开发了一种环状多极高速电磁开关，阀的响应时间为2ms。美国BKM公司则于1984年推出了一种三通球形插装式高速电磁开关。据文献报道，该阀的响应时间为：开启时间3ms；关闭时间2ms。而在日本，Diesel KiKi公司研制出名为“DISOLE”，电磁铁呈盘状结构的高速、强力电磁开关，当阀中衔铁达最大行程0.4mm时的响应时间为0.74ms。不过此阀的结构也相对偏大。另外，日本的田中裕久等人于1984年前后研制了两种高速电磁开关，响应时间为：开启时间3.3ms；关闭时间2.8ms.还有日本的川崎忠幸也提出了一种球形阀芯结构的高速电磁开关，其开启与关闭时间均为2.5ms。到了二十世纪八十年代中期，由于柴油机电控燃油喷射技术的迫切需要，响应时间小于1ms的超高压高速电磁开关是人们竟相研究的一大热点。据文献报道，日本的宫本正彦等人成功地研制出开启和关闭时间分别为0.35ms和0.4ms的三通型超高压高速电磁开关。德国Bosch公司也成功地开发出一种适用于超高压下工作的高速电磁开关，该阀的开启时间为0.3ms，关闭时间为0.65ms。日本川崎重工的鹿宗等人撰文介绍了他们所研制的高速电磁开关，此阀响应时间为1ms。另据文献介绍，德国Daimler-Benz公司与其它三家公司合作，为其开发的柴油机新型高压共轨式喷油系统研制出了响应时间为0.2ms。与国外相比，我国的高速电磁开关的开发研究工作则起步相对较晚，所开展的工作大致可以分为两个方面，即一方面是跟踪国外的研究，探索电磁开关实现高速响应能力的基础理论研究；另一方面则是自主或合作开发高速电磁开关样机及与之配套的驱动控制装置。其中，具有代表性的是贵州红林机械厂与美国BKM公司合作并经过三年多的努力，研制成功了HSV系列高速电磁开关。根据文献介绍，该阀为螺纹插装式结构，阀的开启时间为3ms；关闭时间为2ms。另有文献报道，北京理工大学的王尚勇等、黄官升等曾分别于1996年和1998年前后研制了两种不同结构的高速电磁开关。前者的阀是采用盘式电磁铁、锥阀芯结构的二通型高速电磁开关，通过实测的电磁阀铁芯线圈的电流曲线获知，此阀的吸合时间为1.2ms左右，释放时间为0.4ms左右。由此可见，目前大多数高速电磁开关的响应时间一般在几ms和几十ms之间,而响应时间小于1ms的高速电磁开关产品还只在日本、美国、德国和英国等少数国家有报道。
随着我国科技发展的日新月异，高铁、高压输电方面电磁开关方面的需求也越来越大，精度也越来越高。能将电磁开关的响应时间提前0.1ms甚至0.01ms都是一项巨大的进步。然而，如何能够将电磁开关的响应时间缩短。一直以来，都为电磁开关领域的技术人员所重点关注。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电磁开关防冲击中空动铁芯及其制作方法，它将电磁开关的响应时间有效的缩短，提高了电磁开关的响应效率。
本发明解决技术问题所采取的技术方案是：一种电磁开关防冲击中空动铁芯，包括传动杆1、中空动铁芯2、缓冲弹簧3，中空动铁芯2内部设有圆柱型空腔，中空动铁芯2套设在传动杆1上，缓冲弹簧3套设在传动杆1上且位于中空动铁芯2的圆柱型空腔内，传动杆1、中空动铁芯2、缓冲弹簧3同轴。
优选的，所述中空动铁芯2包括上碗型动铁4，缓冲动铁5、下碗型动铁6，上碗型动铁4底面设有圆柱型上凹空腔，下碗型动铁6顶面设有圆柱型下凹空腔，上碗型动铁4、下碗型动铁6扣合后行成中空动铁芯2内部的圆柱型空腔，缓冲动铁5位于上碗型动铁4、下碗型动铁6扣合后行成的圆柱型空腔中，缓冲动铁5外径小于圆柱型空腔内径，上碗型动铁4，缓冲动铁5、下碗型动铁6同轴。
优选的，所述缓冲弹簧3包括上缓冲弹簧31和下缓冲弹簧32，上缓冲弹簧31位于上碗型动铁4与缓冲动铁5之间，下缓冲弹簧32位于缓冲动铁5与下碗型动铁6之间。
优选的，所述上碗型动铁4的上凹底面、下碗型动铁6的下凹顶面以及缓冲动铁5的上下表面均设有环形凹槽7，环形凹槽7可容纳缓冲弹簧3两端面放入。
优选的，所述缓冲动铁5与传动杆1紧固连接。
优选的，所述上碗型动铁4、下碗型动铁6与传动杆1之间设有间隙。
本发明还提供一种电磁开关防冲击中空动铁芯的制作方法，包括如下步骤：
S1将缓冲动铁5套设在传动杆1上并紧固连接；
S2将上缓冲弹簧31和下缓冲弹簧32套设在传动杆1上并分别位于缓冲动铁5的上下侧；
S3将上碗型动铁4和下碗型动铁6套设在传动杆1上并分别位于缓冲动铁5的上下侧，使得上碗型动铁4和下碗型动铁6扣合后分别将上缓冲弹簧31和下缓冲弹簧32置入扣合后行成的圆柱型空腔内；
S4在上碗型动铁4和下碗型动铁6的扣合面设置焊接坡口8；
S5将上缓冲弹簧31和下缓冲弹簧32的两端分别放入环形凹槽7中；
S6焊接上碗型动铁4和下碗型动铁6的扣合面至焊接坡口填平并凸出圆周面；
S7打磨焊突出部位至中空动铁芯2外圆周平整。
优选的，所述步骤S5中，压紧上碗型动铁4和下碗型动铁6防止缓冲弹簧从环形凹槽7中脱落。
优选的，所述步骤S6中，焊接过程中上碗型动铁4和下碗型动铁6发生转动而焊接设备不发生转动。
优选的，所述步骤S6中，焊接设备始终位于焊接坡口8的正下方。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过采用中空结构的动铁芯，大大减小了动铁芯的重量，在磁力不变的前提下，减小动铁芯的重量，动铁芯受力后加速度增大，速度增大；因此，本发明在其他参数不变的情况下，增大动铁芯响应速度，有效的缩短了电磁开关的响应时间，提高了电磁开关的响应效率。
2、电磁开关处于合闸位置时，传动杆要有足够的切入深度，以保证接触面积符合要求，但又不允许合过头，要求传动杆距静触头底座有3至5MM的空隙，否则合闸过猛时将敲碎静触头的支持瓷瓶。本发明在中空动铁芯内设有缓冲弹簧以及缓冲动铁，将缓冲动铁与传动杆紧固连接，而在上碗型动铁、下碗型动铁与传动杆之间设有间隙，而缓冲弹簧位于缓冲动铁与上碗型动铁、下碗型动铁之间，因此在传动杆切入深度足够以保证接触面积符合要求的之后，缓冲弹簧会通过上碗型动铁、下碗型动铁将阻力传导至缓冲动铁进而传导至传动杆，而且由于弹簧受压缩越大阻力越大，因此，当传动杆达到合闸的合适切入深度时，弹簧阻力极小，不会影响传动杆正常合闸；随着传动杆距静触头底座越来越近，则弹簧阻力越来越大，直至传动杆距静触头底座最小空隙时，弹簧阻力达到最大，起到了保护传动杆在合闸过猛时不会敲碎静触头的支持瓷瓶的作用。
3、本发明在上碗型动铁的上凹底面、下碗型动铁的下凹顶面以及缓冲动铁的上下表面均上设有环形凹槽，环形凹槽可容纳缓冲弹簧两端面放入，保证了装配及焊接时缓冲弹簧可按照设计要求落入环形凹槽内，从而在焊接后缓冲弹簧能够正常发挥缓冲作用，不会发生倾斜甚至变形的情况，达到传动杆合闸过猛时要求的阻力大小及阻力行程。
4、本发明在防冲击中空动铁芯的制作方法中要求焊接坡口在上碗型动铁和下碗型动铁扣合并套设在传动杆上后焊接前再进行设置，保证了碗型动铁和下碗型动铁的扣合面焊接时的较高要求，精确控制中空动铁芯的高度尺寸，使得传动杆距静触头底座有3至5MM的极小空隙内产生作用。
5、本发明采用焊接过程中上碗型动铁和下碗型动铁发生转动而焊接设备不发生转动，而且焊接设备始终位于焊接坡口的正下方。保证了整个焊接过程中，焊接残渣不会落入中空动铁芯的圆柱型内腔中，保证了中空动铁芯的质量。提高了电磁开关的精度与准度。
附图说明
图1是一种电磁开关防冲击中空动铁芯的剖视图；
图2是立体示意图；
图3是动铁芯扣合图。
图中：1、传动杆；2、中空动铁芯；3、缓冲弹簧；4、上碗型动铁；5、缓冲动铁；6、下碗型动铁；7、环形凹槽；8、焊接坡口；31、上缓冲弹簧；32、下缓冲弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的相关技术进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1-3，一种电磁开关防冲击中空动铁芯及其制作方法，包括传动杆1、中空动铁芯2、缓冲弹簧3，中空动铁芯2内部设有圆柱型空腔，中空动铁芯2套设在传动杆1上，缓冲弹簧3套设在传动杆1上且位于中空动铁芯2的圆柱型空腔内，传动杆1、中空动铁芯2、缓冲弹簧3同轴。
进一步的，所述中空动铁芯2包括上碗型动铁4，缓冲动铁5、下碗型动铁6，上碗型动铁4底面设有圆柱型上凹空腔，下碗型动铁6顶面设有圆柱型下凹空腔，上碗型动铁4、下碗型动铁6扣合后行成中空动铁芯2内部的圆柱型空腔，缓冲动铁5位于上碗型动铁4、下碗型动铁6扣合后行成的圆柱型空腔中，缓冲动铁5外径小于圆柱型空腔内径，上碗型动铁4，缓冲动铁5、下碗型动铁6同轴。
进一步的，所述缓冲弹簧3包括上缓冲弹簧31和下缓冲弹簧32，上缓冲弹簧31位于上碗型动铁4与缓冲动铁5之间，下缓冲弹簧32位于缓冲动铁5与下碗型动铁6之间。
进一步的，所述上碗型动铁4的上凹底面、下碗型动铁6的下凹顶面以及缓冲动铁5的上下表面均设有环形凹槽7，环形凹槽7可容纳缓冲弹簧3两端面放入。
进一步的，所述缓冲动铁5与传动杆1紧固连接。
进一步的，所述上碗型动铁4、下碗型动铁6与传动杆1之间设有间隙。
本发明还提供一种电磁开关防冲击中空动铁芯的制作方法，包括如下步骤：
S1将缓冲动铁5套设在传动杆1上并紧固连接；
S2将上缓冲弹簧31和下缓冲弹簧32套设在传动杆1上并分别位于缓冲动铁5的上下侧；
S3将上碗型动铁4和下碗型动铁6套设在传动杆1上并分别位于缓冲动铁5的上下侧，使得上碗型动铁4和下碗型动铁6扣合后分别将上缓冲弹簧31和下缓冲弹簧32置入扣合后行成的圆柱型空腔内；
S4在上碗型动铁4和下碗型动铁6的扣合面设置焊接坡口8；
S5将上缓冲弹簧31和下缓冲弹簧32的两端分别放入环形凹槽7中；
S6焊接上碗型动铁4和下碗型动铁6的扣合面至焊接坡口填平并凸出圆周面；
S7打磨焊突出部位至中空动铁芯2外圆周平整。
进一步的，所述步骤S5中，压紧上碗型动铁4和下碗型动铁6防止缓冲弹簧从环形凹槽7中脱落。
进一步的，所述步骤S6中，焊接过程中上碗型动铁4和下碗型动铁6发生转动而焊接设备不发生转动。
进一步的，所述步骤S6中，焊接设备始终位于焊接坡口8的正下方。
综上所述，本发明提供了一种电磁开关防冲击中空动铁芯及其制作方法，缩短了电磁开关的响应时间，采用中空动铁芯加缓冲弹簧加缓冲动铁的方法，有效防止了传动杆因合闸过猛而敲碎静触头支持瓷瓶的问题的发生。因此本发明拥有广泛的应用前景。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种电磁开关防冲击中空动铁芯，其特征在于，包括传动杆(1)、中空动铁芯(2)、缓冲弹簧(3)，所述中空动铁芯(2)内部设有圆柱型空腔，所述中空动铁芯(2)套设在所述传动杆(1)上，所述缓冲弹簧(3)套设在传动杆(1)上且位于中空动铁芯(2)的圆柱型空腔内，所述传动杆(1)、中空动铁芯(2)、缓冲弹簧(3)同轴；
所述中空动铁芯(2)包括上碗型动铁(4)，缓冲动铁(5)、下碗型动铁(6)，所述上碗型动铁(4)底面设有圆柱型上凹空腔，所述下碗型动铁(6)顶面设有圆柱型下凹空腔，所述上碗型动铁(4)、下碗型动铁(6)扣合后行成中空动铁芯(2)内部的圆柱型空腔，所述缓冲动铁(5)位于上碗型动铁(4)、下碗型动铁(6)扣合后行成的圆柱型空腔中，所述缓冲动铁(5)外径小于所述圆柱型空腔内径，所述上碗型动铁(4)，缓冲动铁(5)、下碗型动铁(6)同轴；
所述缓冲弹簧(3)包括上缓冲弹簧(31)和下缓冲弹簧(32)，所述上缓冲弹簧(31)位于上碗型动铁(4)与缓冲动铁(5)之间，所述下缓冲弹簧(32)位于缓冲动铁(5)与下碗型动铁(6)之间；
所述上碗型动铁(4)的上凹底面、下碗型动铁(6)的下凹顶面以及缓冲动铁(5)的上下表面均设有环形凹槽(7)，所述环形凹槽(7)可容纳缓冲弹簧(3)端面放入。
2.根据权利要求1所述的一种电磁开关防冲击中空动铁芯，其特征在于，所述缓冲动铁(5)与传动杆(1)紧固连接。
3.根据权利要求1所述的一种电磁开关防冲击中空动铁芯，其特征在于，所述上碗型动铁(4)、下碗型动铁(6)与传动杆(1)之间设有间隙。
4.根据权利要求1所述的一种电磁开关防冲击中空动铁芯，其特征在于，所述中空动铁芯的制作方法包括如下步骤：
S1将缓冲动铁(5)套设在传动杆(1)上并紧固连接；
S2将上缓冲弹簧(31)和下缓冲弹簧(32)套设在传动杆(1)上并分别位于缓冲动铁(5)的上下侧；
S3将上碗型动铁(4)和下碗型动铁(6)套设在传动杆(1)上并分别位于缓冲动铁(5)的上下侧，使得上碗型动铁(4)和下碗型动铁(6)扣合后分别将上缓冲弹簧(31)和下缓冲弹簧(32)置入扣合后行成的圆柱型空腔内；
S4在上碗型动铁(4)和下碗型动铁(6)的扣合面设置焊接坡口(8)；
S5将上缓冲弹簧(31)和下缓冲弹簧(32)的两端分别放入环形凹槽(7)中；
S6焊接上碗型动铁(4)和下碗型动铁(6)的扣合面至焊接坡口填平并凸出圆周面；
S7打磨焊突出部位至中空动铁芯(2)外圆周平整。
5.根据权利要求4所述的一种电磁开关防冲击中空动铁芯，其特征在于，所述步骤S5中，压紧上碗型动铁(4)和下碗型动铁(6)防止缓冲弹簧从环形凹槽(7)中脱落。
6.根据权利要求4所述的一种电磁开关防冲击中空动铁芯，其特征在于，所述步骤S6中，焊接过程中上碗型动铁(4)和下碗型动铁(6)发生转动而焊接设备不发生转动。
7.根据权利要求6所述的一种电磁开关防冲击中空动铁芯，其特征在于，所述步骤S6中，焊接设备始终位于焊接坡口(8)的正下方。
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