CN2129029Y - 四气隙双稳态电磁驱动器 - Google Patents

Abstract

一种用于继电器的通用电磁驱动器，它由线圈 ①，铁心②，轭铁③，磁极④，永磁体⑤所组成。它的 Y形电磁铁磁极④和形状合理的永磁体⑤，能使四 个吸合面产生均衡的磁力，这不仅改善继电器的性 能，还容易小型、微型化，结构简单，便于批量生产。 另外，本实用新型提供了一种在一个非常小而且保持 恒定的间隙上产生磁力，延长有效行程的新方法。本 实用新型将作为通用高效驱动器广泛使用。

Description

本实用新型涉及一种用于继电器的通用电磁驱动器，还涉及一种功能类似液压、气压活塞的通用电磁驱动器。

电磁继电器根据状态的方式，可以分成两类：第一类的主要代表是拍合、吸入、旋转式继电器，特点是结构简单、造价低，但需要电流维持衔铁的吸合状态；第二类是极化、磁保持继电器，特点是无论维持何种吸合状态，都是利用磁性而不消耗电能。当今，大多数的极化、磁保持继电器，每个磁回路只有一个吸合面，这就如同一个人只用一支手臂干活，成为提高效率和性能的障碍。

《电机工程手册》第五卷第41篇402～406页（机械工业出版社，1980年）载有一种JH－7超小型极化继电器，它在磁路中设置四个吸合面，使永磁体的两个磁极实现″双手″同时出力（见附图1）。1984年4月美国第32届继电器会议文集（Proc.32ndRelay  Conference，译文见《机电元件》1978年第1期增刊14～21页）日本OMROM（立石）公司提出一种把电磁铁的磁极安排在磁通路径端头的结构（见附图2②）并应用到G6A型微型极化继电器中。然而，JH－7型继电器电磁铁的四个磁极中，有两个磁极（图1磁极A及D）位在磁通路径的″半路上″，不在″端头″，当永磁体的磁极从该处离开电磁铁时，电磁铁中的磁通急速转向磁阻更小的地方，而不是追踪永磁体磁极的移动，因此产生的力必然小于离开″端头″磁极时产生的力；此外，线圈与处在″路径端头″的磁极之间距离很长，漏磁损耗大。G6A型继电器的缺点是电磁铁的磁极位置距离线圈一个近，另一个远，轭铁形状复杂，轴支撑零件较复杂，加工制造难度大，漏磁损耗大，致使电磁铁两个磁极上的磁场强度出现差异，不能产生同样大小的磁力。如果用在轭铁处加线圈的方法使之平衡，如图2中双点划线所示，则因它们不能像中间线圈那样每次推开一个磁极后又吸合另一个磁极，功效减半。

所说论文集中还有一种称为327型小型双列直插式继电器也采用了与G6A相同的磁路结构。此外，中国专利CN8520853提出一种永磁体为″I″字形的″四气隙″方案（见附图3）。但是，″I″字形方案的电磁铁与永磁体磁极的间隙利用率低，性能不如前两个方案。

本实用新型的目的在于改进了现有的磁路结构，使每个磁回路最少有两个吸合面，把永磁体南北极产生的磁力同时发挥出来而提供一种四气隙双稳态电磁驱动器，并且进一步改进其结构，可使活动体的有效行程加大。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到。电磁驱动器由线圈①、铁心②、轭铁③、磁极④及永磁体⑤构成，其特征在于电磁铁的两个磁极端头分成对等的两部分，形状如大字的″Y″字，它们在磁路中所处的位置，无论是离线圈远近还是它们的形状尺寸，都是均衡对等的，永磁体为″一″字形，磁极端头的形状为梯形，两侧的斜面与永磁体对称线的夹角为α，其大小在0度至50度范围内，采用此斜面是为了尽量多地捕捉从永磁体磁极发散出的磁力线。线圈、铁心、轭铁、Y形分叉磁极都布置在永磁体绕轴摆动平面内，形成一种″扁形″方案，见图4，便于使继电器小型、微型化。如果需要减小线圈直径，使之进一步″扁形″化，增大磁场强度，减小漏磁损耗，可把线圈安排在轭铁的位置，使线圈更接近气隙。当电磁铁中通入某一方向的直流电，使磁极上的磁性与相接触的永磁体磁极极性相同，永磁体被推动，直至与另一磁极相向碰吸合。在断电期间，由永磁体的磁性维持吸合状态。本实用新型的目的还可通过以下措施来达到，即在上述方案中，将线圈和铁心绕电磁铁磁极的对称轴旋转90°，把线圈和铁心移至永磁体摆动平面的下方，形成另一种紧凑结构，见附图7。

图6所示方案最为突出的特点是，冲破了人们仅仅利用永磁体磁极正面，或仅仅利用其侧面产生磁力的传统作法，提出既利用磁极侧面，又在一个很小并保持不变的间隙（气隙1）上利用永磁体磁极端头″正面″产生磁力，延长其有效行程的新方法。

在所说扩展活动体有效行程方案中，同样可将线圈和铁心绕电磁铁磁极的对称轴线旋转90°，把线圈和铁心垂直移至活动体旋转平面的下方，形成另一种紧凑结构。

当为永磁体提供的空间太小，单位体积所含磁能积不够情况下，或考虑到漏磁问题时，本实用新型提出了以下措施。即将永磁体与电磁铁的″动″与″静″的作用互换。在互换的方案中，例如图8的实施例，特点是无论是由电磁铁构成的磁源，还是由永磁体构成的磁源与气隙的距离，均比图4实施例中的距离缩短许多漏磁明显减少，磁效率提高，并且电磁铁的铁心为最简单的″一″字形，制造和安装都方便。

如果电磁驱动器控制的对象是液体或气体，或者别的物料，那么负载产生的阻力将直接作用在驱动器的动力发生机构上，并且力的大小变化范围大。另外考虑到电磁铁的磁能积高，比永磁体体积小，价格低廉；驱动器动作频繁，维持吸合状态是否消耗能量已降到次要地位，提高动态性能和效率上升到主要地位。针对这些情况可以采用两个电磁铁结构方案，如图9所示。此方案与前述方案的最大区别在于，无论磁驱动还是被驱动零部件都是由电磁铁构成的。在工作时根据两个线圈的绕制情况，分别向线圈1和线圈2通入直流电，使其摆动。当摆动过程完成之后，用电流维护其静止不动的状态。复位工作可以用通入与上述方向相反的电流完成，也可象一般的拍合继电器那样用弹簧使之复位。

这个方案最大的优点是可以通过调整电流的大小对驱动力实施灵活多变的控制，这是其一，其二是可以利用其磁能积高的特点缩小体积。

附图和实施例。

图中：

①线圈，②铁心，③轭铁，④磁极，⑤永磁体，⑥磁钉，⑦线圈，⑧气隙1，⑨气隙2，⑩断沟， 软导线，

线圈1， 线圈2，

铁心1，

铁心2。

图1为现有技术JH－7性极化继电器的结构简图，它由永磁体⑤，磁钉⑥，线圈⑦，铁心②组成。它在两个磁回路上设置了四个吸合面，但磁极A与D不在路径的端头。

图2为现有技术G6A型极化继电器的结构简图，它由永磁体⑤，磁极④，线圈①铁心②，轭铁③组成。它的四个吸合面设置在端头上，永磁体是″U″字形的。

图3为现有技术″I″字形″四气隙″结构图，中国专利号C8520853。

图4示出了本实用新型的一种实施例，它由线圈①，插入线圈的铁心②及轭铁③，″Y″形分叉磁极④及绕轴摆动的永磁体⑤    所组成，其中铁心②、轭铁③及磁极④是由矽钢片或其它软磁材料制成，并可将这三者或之中两者作成一体，永磁体⑤的作用与一般继电器中断衔铁相同，是由永磁材料制成。

图5示出了本实用新型另一种实施例，为的是延长活动件的有效行程，其中有磁极④，永磁体⑤，气隙1⑧，这是电磁铁磁极与永磁体磁极端面之间的恒定间隙，气隙2⑨，这是电磁铁磁极与永磁体磁极侧面之间的可变间隙，线圈⑦，铁心②，断沟⑩。

图6为图5实施例的动作原理图。

图7示出了本实用新型的另一种实施例的立体图，主要零件有线圈①，插入线圈的铁心②，轭铁③，″Y″形分叉磁极④和绕轴摆动的永磁体⑤；所说的铁心②、轭铁③、和分叉磁极④是由矽钢片或其它软磁材料制成，并可将这三者或其中两者作成一体，永磁体⑤的作用与衔铁相同，是由永磁体材料制成。

图8为本实用新型的又一种实施例，由线圈①，铁心②，永磁体⑤，磁极④，软导线

所组成。这是在图4实施例中，把永磁体和电磁铁的作用互换的实施例。图9为本实用新型的又一实施例，由线圈1 ，轭铁③，铁心2

，磁极④，软导线 ，铁心1

，线圈2

组成。这是在图4的实施例中，把永磁体也用电磁铁代替。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1）″Y″形电磁铁磁极使四个吸合面上产生的磁力均衡对等，并使具有梯形端头的永磁体南北两极同时受力。

2）本实用新型图4实施例的结构使继电器容易作成″扁″型化和小型、微型化。

3）本实用新型图4和图7实施例的结构可以简化活动件的形状和支撑结构。

4）本实用新型图5实施例可以扩展活动件的行程。

本实用新型适用于节省能量消耗的磁保持继电器，可以使其小型、微型化，提高其性能，降低造价，便于大批量生产，还适用于接触器、电磁阀、针式打印机以及其它做短距离（指线位移或角位移）往复运动的装置。

Claims (8)

1、一种电磁驱动器，由线圈、铁心、轭铁、磁极、永磁体构成，其特征在于电磁铁的两个磁极分成对等的两部分，形状如大写的“Y”字，它们在磁路中所处的位置，无论是离线圈远近，还是它们的形状尺寸，都是均衡对等的。

2、按权利要求1所说的电磁驱动器，其特征在于所说永磁体为″一″字形，磁极端头的形状为梯形，两侧的斜面与永磁体的对称线的夹角0°至50°范围内。

3、按权利要求1所说的电磁驱动器，其特征在于电磁铁的两个磁极端头分成形状如大写的″Y″字，它们的端部逐渐变细并向对面的磁极延伸，只留下很窄的断沟，四个磁极形成近似″O″字形的环。

4、按权利要求3所说的电磁驱动器，其特征在于所说永磁体为″一″字形，磁极端头的形状为扇形。

5、按权利要求1或3的电磁驱动器，其特征在于所说线圈和所说铁心设置在所说永磁体绕轴摆动的平面内。

6、按权利要求1或3的电磁驱动器，其特征在于所说线圈和所说铁心垂直设置在所说永磁体绕轴摆动平面内的下方。

7、按权利要求1或3的电磁驱动器，其特征在于所说永磁体和所说电磁铁的作用互换，即将固定件改为永磁体，活动件改为电磁体。

8、按权利要求1或3的电磁驱动器，其特征在于所说永磁体用电磁铁代替。

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