CN114093621A - 一种双线圈电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明属于电磁铁，为解决目前通过微动开关实现电磁铁双线圈通电方式切换的方法中，微动开关体积较大，使其适用范围受限，另外，微动开关动作过程中，触点与触点之间存在电火花，进一步限制了电磁铁的使用场景，电火花还会在金属触点表面产生氧化反应，影响电磁铁使用寿命的技术问题，提供一种双线圈电磁铁，包括同轴设置的衔铁、磁轭和切换控制电路，衔铁与所述磁轭相对的端面之间设有弹性部件，衔铁与所述磁轭的外部分别绕设有吸合线圈和保持线圈，其中，保持线圈的阻值大于吸合线圈，吸合线圈和保持线圈均与切换控制电路相连，用于通过切换控制电路控制吸合线圈和保持线圈的通电情况，使其处于吸合线圈和保持线圈同时通电或者仅保持线圈通电。

Description

一种双线圈电磁铁

技术领域

本发明属于电磁铁，具体涉及一种双线圈电磁铁。

背景技术

电磁铁作为通电脱离(释放)和断电弹簧制动的销钉式制动装置，具有结构紧凑、安装方便、适应性广、噪声低、动作灵敏、制动可靠等优点，广泛应用于航空、航天等领域的机电设备中。

根据电磁铁的产品特点以及电磁理论，电磁铁产生的电磁力与其气隙的平方成反比，因此，理论上，在初始电流值下，如果电磁铁的活动部件可以动作，则必然可以动作到位。换言之，对于保持电磁铁活动部件的吸合状态，初始电流值是过大的，这将造成电磁铁发热严重，长时间工作下损坏的可能性较大，同时，也造成了能源的浪费，不符合节能的设计理念。

为解决上述问题，一般在电磁铁中并联绕制两套线圈，根据电磁铁的工作状态，调节通电线圈数量。在电磁铁通电瞬间，为保证衔铁的可靠吸合，使两套线圈同时通电工作，以产生最大的电磁吸力，待衔铁动作到位后，工作线圈切换为两套线圈中阻值较大的线圈，以减小电磁铁的整体发热量。

目前，主要通过微动开关实现电磁铁双线圈通电方式的切换，但微动开关体积较大，无法适用于机座号较小的电磁铁产品，使用范围受限；另外，微动开关在动作过程中，触点与触点之间不可避免地存在电火花，进一步限制了电磁铁的使用场景，同时，由于电火花会在金属触点表面产生一定的氧化反应，因此，会影响电磁铁的使用寿命。

发明内容

本发明为解决目前通过微动开关实现电磁铁双线圈通电方式切换的方法中，微动开关体积较大，使其适用范围受限，另外，微动开关动作过程中，触点与触点之间存在电火花，进一步限制了电磁铁的使用场景，电火花还会在金属触点表面产生氧化反应，影响电磁铁使用寿命的技术问题，提供一种双线圈电磁铁。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双线圈电磁铁，包括外壳以及同轴设置在外壳内的衔铁和磁轭，其特殊之处在于，还包括切换控制电路；

所述衔铁与所述磁轭相对的端面之间设有弹性部件；

所述衔铁与所述磁轭的外部分别绕设有吸合线圈和保持线圈，其中，保持线圈的阻值大于吸合线圈；

所述吸合线圈和保持线圈均与切换控制电路相连，用于通过切换控制电路控制吸合线圈和保持线圈的通电情况，使其处于吸合线圈和保持线圈同时通电或者仅保持线圈通电。

进一步地，所述切换控制电路包括电容C、电阻R1、电阻R2和三极管Q；

所述电容C一端与外部电源的正极相连，另一端与电阻R1相连；

所述电阻R2一端与外部电源的负极相连，另一端与电阻R1相连；

所述三极管Q的基极连接于电阻R1与电阻R2之间，发射极与外部电源的负极相连；

所述吸合线圈的一端与外部电源的正极相连，另一端与三极管Q的集电极相连；

所述保持线圈的一端与外部电源的正极相连，另一端与外部电源的负极相连。

进一步地，所述保持线圈绕设于吸合线圈的外部。

进一步地，所述衔铁朝向磁轭端面上开设有第一限位孔；

所述磁轭朝向衔铁的端面上开设有呈一级台阶状的第二限位孔，所述第二限位孔靠近衔铁的部分与所述衔铁靠近磁轭的一端轮廓相适配；

所述弹性部件的一端连接于第一限位孔的底部，另一端连接于第二限位孔远离衔铁部分的底部；

所述衔铁朝向磁轭的一端固定有限位支撑柱，限位支撑柱的一端设置在所述第一限位孔内，所述弹性部件套设于限位支撑柱上。

进一步地，所述衔铁靠近磁轭的一端呈圆台状。

进一步地，所述切换控制电路的印制电路板设置在所述磁轭远离衔铁的一端，并位于外壳内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明双线圈电磁铁设置有切换控制电路，控制电路能够直接控制吸合线圈和保持线圈中，是吸合线圈和保持线圈同时工作，还是仅保持线圈工作，弹性部件还能够使衔铁自动复位，切换控制电路的设置，避免了通过微动开关进行切换控制，使电磁铁体积小、结构简单，适用范围更广，通过控制电路进行自动切换，也能够避免微动开关动作过程中，触点与触点之间存在电火花或触点表面氧化，造成安全隐患或影响电磁铁使用寿命。

2.本发明中的切换控制电路，实现了电磁铁的大电流吸合，小电流保持，从而降低了电磁铁长时间通电所散发的热量，同时，达到了节能的目的。

3.本发明中保持线圈设置于吸合线圈外部，由于保持线圈绕设在外部，绕设半径更大，更有利于使得保持线圈的阻值大于吸合线圈。

4.本发明中限位支撑柱能够对弹性部件起到支撑导向作用，使得衔铁运动更加稳定。

附图说明

图1为本发明双线圈电磁铁实施例的结构示意图；

图2为本发明图1实施例中切换控制电路的示意图。

其中，1-衔铁、2-磁轭、3-弹性部件、4-吸合线圈、5-保持线圈、6-切换控制电路、7-限位支撑柱、8-第一限位孔、9-第二限位孔、10-外壳。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

本发明为了提高双线圈电磁铁的工作线圈切换可靠性及使用寿命，同时减小切换部件的体积，开发了一种利用电容器充放电特性的切换电路，实现了电磁铁工作线圈的自动切换，采用切换控制电路实现双线圈通电方式的切换，有效避免了微动开关方式存在的问题，关键点在于：

1)摒弃了传统的利用微动开关实现电磁铁工作线圈切换的方式，开发了一种利用切换控制电路的切换形式，提高了工作线圈的切换可靠性和使用寿命，减小了切换部件的体积，拓宽了双线圈电磁铁的使用范围；

2)通过增大电路中的电阻阻值，延长了双线圈的切换时间，确保衔铁1完全动作到位后，工作线圈再进行切换，提高了产品功能的可靠性。

如图1和图2所示，本发明采用一种自动切换电路双线圈电磁铁，在电磁铁产品的外壳10内部布置有激磁双线圈、衔铁1、磁轭2、弹性部件3和切换控制电路6。衔铁1与所述磁轭2相对的端面之间设有弹性部件3，衔铁1朝向磁轭2端面上开设有第一限位孔8，磁轭2朝向衔铁1的端面上开设有呈一级台阶状的第二限位孔9，第二限位孔9靠近衔铁1的部分(一级台阶状的第二限位孔9中靠近衔铁1的孔)与衔铁1靠近磁轭2的一端轮廓相适配，在图1所示的实施例中，衔铁1靠近磁轭2的一端呈圆台状，弹性部件3的一端连接于第一限位孔8的底部，另一端连接于第二限位孔9远离衔铁1的部分(一级台阶状的第二限位孔9中远离衔铁1的孔)底部，衔铁1朝向磁轭2的一端固定有限位支撑柱7，限位支撑柱7的一端设置在所述第一限位孔8内，弹性部件3套设于限位支撑柱7上，弹性部件3可直接采用弹簧，也可以采用其他弹性结构，使衔铁1在断电情况下能够自动复位。衔铁1与所述磁轭2的外部分别绕设有吸合线圈4和保持线圈5，其中，保持线圈5的阻值大于吸合线圈4，在图1所示的实施例中，保持线圈5位于吸合线圈4的外部，在本发明的其他实施例中，保持线圈5也可以设置在吸合线圈4的内部，无论哪种设置方式，只要和切换控制电路6的连接保持一致即可。

吸合线圈4和保持线圈5均与切换控制电路6相连，切换控制电路6设置在磁轭2下方，切换控制电路6能够控制吸合线圈4和保持线圈5的通电情况，使其处于吸合线圈4和保持线圈5同时通电或者仅保持线圈5通电。如图2所示为切换控制电路6的连接示意图，切换控制电路6包括电容C、电阻R1、电阻R2和三极管Q，电容C一端与外部电源的正极相连，另一端与电阻R1相连，电阻R2一端与外部电源的负极相连，另一端与电阻R1相连，三极管Q的基极连接与电阻R1与电阻R2之间，发射极与外部电源的负极相连，吸合线圈4的一端与外部电源的正极相连，另一端与三极管Q的集电极相连，保持线圈5的一端与外部电源的正极相连，另一端与外部电源的负极相连。吸合线圈4和保持线圈5的四根引出线从外壳10内出线孔引出并按照一定规律焊接在切换控制电路6的电路板上。

通电解锁时，吸合线圈4和保持线圈5并联工作，同时产生激磁磁场，从而对衔铁1产生相应的电磁吸力，电磁吸力克服弹性部件3的弹力，使衔铁1沿轴向运动。当衔铁1运动到位后，切换控制电路6完成对双线圈通电方式的切换，仅保持线圈5工作，产生衔铁1所需的保持电磁力。因为保持线圈5的直流电阻远大于吸合线圈4的电阻，所以，实现了电磁铁的大电流吸合，小电流保持，从而降低了电磁铁长时间通电的发热，同时，达到了节能的目的，断电后，衔铁在弹性部件3弹力的作用下复位。

当电源接通瞬间，电流通过电阻R1和电阻R2，对电容C进行充电，充电电流变化遵循下式所示的变化规律：

其中，U为电源电压，R₁为电阻R1的电阻值，R₂为电阻R2的电阻值，_C为电容C的容值，t为时间，i_t为t时刻的电流。

则电路中a点的电平u_a为：

即电源接通后，u_a为高电平，并随着时间的推移逐渐降低，最终趋于0。该电平作为控制信号控制三极管Q的通断，因此，通电后三极管Q随即导通，即吸合线圈4工作，一定时间后，当电平u_a低于三极管Q的导通电压时，三极管Q关断，吸合线圈4断电停止工作，而保持线圈5直接并联在电源两端，因此在电源接通的时间内，保持线圈5一直参与工作。

通过以上分析可知，电源接通后，吸合线圈4和保持线圈5随即通电，同时工作，一定时间后，吸合线圈4停止工作，仅保持线圈5工作。吸合线圈4具体的通电时间可通过改变电阻R1的电阻值、电阻R2的电阻值以及电容C的容值进行调节。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种双线圈电磁铁，包括外壳(10)以及同轴设置在外壳(10)内的衔铁(1)和磁轭(2)，其特征在于：还包括切换控制电路(6)；

所述衔铁(1)与所述磁轭(2)相对的端面之间设有弹性部件(3)；

所述衔铁(1)与所述磁轭(2)的外部分别绕设有吸合线圈(4)和保持线圈(5)，其中，保持线圈(5)的阻值大于吸合线圈(4)；

所述吸合线圈(4)和保持线圈(5)均与切换控制电路(6)相连，用于通过切换控制电路(6)控制吸合线圈(4)和保持线圈(5)的通电情况，使其处于吸合线圈(4)和保持线圈(5)同时通电或者仅保持线圈(5)通电。

2.如权利要求1所述一种双线圈电磁铁，其特征在于：所述切换控制电路(6)包括电容C、电阻R1、电阻R2和三极管Q；

所述电容C一端与外部电源的正极相连，另一端与电阻R1相连；

所述电阻R2一端与外部电源的负极相连，另一端与电阻R1相连；

所述三极管Q的基极连接于电阻R1与电阻R2之间，发射极与外部电源的负极相连；

所述吸合线圈(4)的一端与外部电源的正极相连，另一端与三极管Q的集电极相连；

所述保持线圈(5)的一端与外部电源的正极相连，另一端与外部电源的负极相连。

3.如权利要求1或2所述一种双线圈电磁铁，其特征在于：所述保持线圈(5)绕设于吸合线圈(4)的外部。

4.如权利要求3所述一种双线圈电磁铁，其特征在于：

所述衔铁(1)朝向磁轭(2)端面上开设有第一限位孔(8)；

所述磁轭(2)朝向衔铁(1)的端面上开设有呈一级台阶状的第二限位孔(9)，所述第二限位孔(9)靠近衔铁(1)的部分与所述衔铁(1)靠近磁轭(2)的一端轮廓相适配；

所述弹性部件(3)的一端连接于第一限位孔(8)的底部，另一端连接于第二限位孔(9)远离衔铁(1)部分的底部；

所述衔铁(1)朝向磁轭(2)的一端固定有限位支撑柱(7)，限位支撑柱(7)的一端设置所述第一限位孔(8)内，所述弹性部件(3)套设于限位支撑柱(7)上。

5.如权利要求1所述一种双线圈电磁铁，其特征在于：

所述衔铁(1)朝向磁轭(2)端面上开设有第一限位孔(8)；

所述磁轭(2)朝向衔铁(1)的端面上开设有呈一级台阶状的第二限位孔(9)，所述第二限位孔(9)靠近衔铁(1)的部分与所述衔铁(1)靠近磁轭(2)的一端轮廓相适配；

所述弹性部件(3)的一端连接于第一限位孔(8)的底部，另一端连接于第二限位孔(9)远离衔铁(1)部分的底部；

所述衔铁(1)朝向磁轭(2)的一端固定有限位支撑柱(7)，限位支撑柱(7)的一端设置在所述第一限位孔(8)内，所述弹性部件(3)套设于限位支撑柱(7)上。

6.如权利要求5所述一种双线圈电磁铁，其特征在于：所述衔铁(1)靠近磁轭(2)的一端呈圆台状。

7.如权利要求1所述一种双线圈电磁铁，其特征在于：所述切换控制电路(6)的印制电路板设置在所述磁轭(2)远离衔铁(1)的一端，并位于外壳(10)内。

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