CN203205181U - 多行程控制电磁铁 - Google Patents
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Abstract
一种多行程控制电磁铁，它由多级电磁铁及其控制电路构成，所述多级电磁铁包括带有前端盖和后端盖的筒状外壳、柱状衔铁、非铁磁导柱、复位弹簧和同轴套装在外壳内部且沿外壳轴向均布的多个线圈，所述衔铁和非铁磁导柱均与外壳同轴且分别位于外壳的前端盖和后端盖的中心孔内，衔铁的后端与非铁磁导柱的前端对接在一起，所述复位弹簧套在非铁磁导柱上，其前端顶在衔铁上，后端顶在外壳的后端盖上。本实用新型通过控制多个线圈的通电状态来控制衔铁的行程，彻底避免了电源电压波动、线圈温度变化、牵引力改变等因素对电磁铁工作状态的影响，大大提高了被拖动物体最终位置的控制精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有多个可控行程的牵引电磁铁，属电磁铁技术领域。
背景技术
电磁铁是一种常用的牵引装置，在很多情况下，人们需要对被牵引物体的最终位置进行控制。现有的牵引电磁铁一般都是单线圈结构，是通过调节其线圈电压，改变驱动电流或者是使用档块定位的方式，来间接控制被牵引物体的最终位置的。但在工作过程中，电源电压常常出现波动，线圈的电阻随温度的变化而变化，被拖动的物体不同，所需的牵引力也不同，这些因素都在不同程度上影响着牵引电磁铁对物体最终位置的控制精度。由于传统电磁铁的单线圈结构，磁路气隙长了牵引力会大幅度降低，因此，传统电磁铁的行程不会太长。使用传统电磁铁拖动物体时，运动的行程受到限制，或者是物体的最终位置分散性很大，在不能使用档块定位的情况下，现有电磁铁很难满足定位要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于多线圈配置的多行程控制电磁铁，从而使电磁铁的行程达到所需要的任何长度，并且可以提高被拖动物体最终位置的控制精度。
本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：
一种多行程控制电磁铁，由多级电磁铁及其控制电路构成，所述多级电磁铁包括带有前端盖和后端盖的筒状外壳、柱状衔铁、非铁磁导柱、复位弹簧和同轴套装在外壳内部且沿外壳轴向均布的多个线圈，所述衔铁和非铁磁导柱均与外壳同轴且分别位于外壳的前端盖和后端盖的中心孔内，衔铁的后端与非铁磁导柱的前端对接在一起，所述复位弹簧套在非铁磁导柱上，其前端顶在衔铁上，后端顶在外壳的后端盖上。
上述多行程控制电磁铁，所述控制电路包括单片机U1和与多级电磁铁的多个线圈一一对应的多个三极管T1～Tn，三极管T1～Tn为双极性三极管或单极型晶体三极管、即COMS晶体管；每个三极管的发射极或源极接地，集电极或漏极经对应线圈接电源正极，基极或栅极接单片机输出的、经过放大后的控制信号。
上述多行程控制电磁铁，所述多级电磁铁的相邻线圈之间设置有导磁隔层。
上述多行程控制电磁铁，所述多级电磁铁的每个线圈上均并接有续流二极管。
本实用新型通过控制多个线圈的通电状态来控制衔铁的行程，从而使电磁铁的行程达到所需要的任何长度；同时，还彻底避免了电源电压波动、线圈温度变化、牵引力改变等因素对电磁铁工作状态的影响，大大提高了被拖动物体最终位置的控制精度。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的多级电磁铁的结构示意图；
图2是控制电路的电原理图。
图中各标号清单为： 1、衔铁，2、前端盖，3、外壳，4、导磁隔层，5、后端盖，6、复位弹簧，7、非铁磁材料导柱，8、线圈骨架，U1、单片机，T1～Tn、第一级三极管～第n级三极管，M1～Mn、第一级线圈～第n级线圈，D1～Dn、第一续流二极管～第n续流二极管，F、驱动放大电路。
具体实施方式
参看图1，本实用新型的多级电磁铁的衔铁1、前端盖2、外壳3、导磁隔层4和后端盖5均由铁磁材料制成，这些部件在工作时构成电磁铁的磁路；线圈骨架8是绝缘的非磁性材料组成的，它为漆包线绕制而成的线圈提供机械支撑并起绝缘作用；衔铁1和非铁磁材料构成的非铁磁导柱7连接在一起，构成电磁铁的运动部件，该运动部件由前端盖2和后端盖5支撑，只能在电磁铁的内部前后移动，当电磁线圈通电时磁力牵引运动部件向后（图1中为右方）移动，其端部就可以拖动负载做功。电磁铁断电时，运动部件在复位弹簧6的作用下回位。图1的线圈有n个，它们的匝数、漆包线直径和几何尺寸完全一样，每个线圈都可以单独通电和断电，改变通电线圈的序号，可以得到不同的行程，最大可以达到满行程L。
为了解决电磁铁的行程与牵引力的矛盾，第一线圈M1～第n线圈Mn可以按工作需要组合通电，各自也都可以单独通电。单独通电时运动部件可以在满行程L的范围内的任意位置上得到L/n的局部行程，例如第二线圈M2单独通电，运动部件可以在最左端起的L/n～2L/n范围内运行，得到L/n的行程。这时的左止点要靠运动部件所拖动的负载的机械结构定位，右止点就是衔铁右端到达第二线圈M2线圈右边的导磁隔层位置，（此处的电磁力与复位弹簧6力平衡）。根据控制理论，运动部件的运行速度、超出右止点的最大超调量都可以通过改变第二线圈M2的电流大小及波形来控制，控制模型从略。
同理，如果第i线圈Mi单独通电，运动部件可以在 
范围内运行，得到L/n的行程。如果两个相邻的线圈Li和
组合通电，运动部件可以在
范围内运行，得到2L/n的行程。如果三个相邻的线圈Li到
组合通电，运动部件可以在范围内运行，得到3L/n的行程。以此类推。
为了保证线圈的电流大小及波形，达到最优控制的目的，各个线圈的通电控制需要有合理的次序，还要有一定的数量关联。为此，可以采用图2所示的控制电路。S1、S2和Sn是对应下标的线圈的控制信号，各线圈在单片机U1（或计算机）的控制下协调工作。
在第一线圈M1和第二线圈M2组合通电时，首先S1输出高电平，第一三极管T1导通，第一线圈M1通电，此时的多行程控制电磁铁就是一个行程
的电磁铁，气隙长度不大于
，电磁牵引力必然大于气息为L的情况。在电磁牵引力的作用下，运动部件向右移动，在衔铁1的右端接近M1右侧的导磁隔层4时，S1和S2输出高电平，第一三极管T1，第二三极管T2同时导通，第一线圈M1、第二线圈M2通电，由于第一线圈M1和第二线圈M2的匝数、漆包线直径和几何尺寸完全一样，所以，在电流稳定时，第一线圈M1在第一线圈M1与第二线圈M2中间的导磁隔层中产生的磁力线，与第二线圈M2在第一线圈M1与第二线圈M2中间的导磁隔层中产生的磁力线大小相等，方向相反。此时的多行程控制电磁铁变成一个行程2
的电磁铁，但是衔铁1的位置已经不在原点，而是到达了行程的1/2位置，气隙长度不大于
，电磁牵引力必然大于气息为2
/n的情况。运动部件向右移动到达合理位置时第一线圈M1断电，当衔铁1即将到达第二线圈M2右边的导磁隔层时，按照控制算法减小S2信号的占空比，减小第二线圈M2的电流，改变电磁牵引力，使得运动部件减速，衔铁到达第二线圈M2右边的导磁隔层时运动部件速度为零，并且牵引力和复位弹簧6力平衡，实现准确定位。
同理，在需要更长行程的时候可以有更多的线圈组合通电，实现不同行程的控制。
Claims (4)
1.一种多行程控制电磁铁，其特征是，它由多级电磁铁及其控制电路构成，所述多级电磁铁包括带有前端盖（2）和后端盖（5）的筒状外壳（3）、柱状衔铁（1）、非铁磁导柱（7）、复位弹簧（6）和同轴套装在外壳（3）内部且沿外壳（3）轴向均布的多个线圈，所述衔铁（1）和非铁磁导柱（7）均与外壳（3）同轴且分别位于外壳（3）的前端盖（2）和后端盖（5）的中心孔内，衔铁（1）的后端与非铁磁导柱（7）的前端对接在一起，所述复位弹簧（6）套在非铁磁导柱（7）上，其前端顶在衔铁（1）上，后端顶在外壳（3）的后端盖（5）上。
2.根据权利要求1所述的多行程控制电磁铁，其特征是，所述控制电路包括单片机（U1）和与多级电磁铁的多个线圈一一对应的多个三极管T1～Tn，三极管T1～Tn为双极性三极管或单极型晶体三极管、即COMS晶体管；每个三极管的发射极或源极接地，集电极或漏极经对应线圈接电源正极，基极或栅极接单片机（U1）输出的、经过放大后的控制信号。
3.根据权利要求1或2所述的多行程控制电磁铁，其特征是，所述多级电磁铁的相邻线圈之间设置有导磁隔层（4）。
4.根据权利要求3所述的多行程控制电磁铁，其特征是，所述多级电磁铁的每个线圈上均并接有续流二极管。
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2013
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