CN2414499Y - 可变换磁路双固定位置的磁铁装置 - Google Patents

Abstract

一种可变换磁路双固定位置的磁铁装置,包括一外壳体,其内缘环设有一线圈,内部预留空间,供一铁心在其轴向作位移,采用导磁良好的金属制成外壳体及其开口端的定位盖;铁心耦合一固设于定位盖内的永久磁铁;一驱动电路,其开启电源时输出一正脉冲电压,并将电能储存在电容器上,关闭电源输出一负脉冲电压,而使线圈完成激磁改变磁力方向,对铁心产生推力或拉力使其位移,迫使永久磁铁变换磁路,使铁心常态时保持预定位置。

Description

可变换磁路双固定位置的磁铁装置

本实用新型涉及一种磁体，尤其涉及一种可应用于电磁阀、螺线管、继电器等的可变换磁路双固定位置的磁铁装置。

人类最早对磁力的认识是由天然磁石而来。天然磁石可以吸引无磁化的铁屑，而吸引最多铁屑之处就称作磁极(Pole)；对磁力现象最早科学化的研究是在1819年，丹麦科学家韩斯·克利期汀·奥斯特(Hans ChristianOersted)，其首先注意到磁针接近通电的导线时会发生偏转现象。

之后不断的研究得知，磁场中可用磁力线表示，如图14所示，磁力线是由磁铁(M)的N极(北极)经空气再回到S极(南极)。另如图15所示，绕成螺线管状的导线(C)通以电流(i)则产生磁场，可见磁力线由螺线管某一端经空气至另一端，而在螺线管内部形成一封闭的路径，所以，磁力线是由N极至S极呈封闭状，而电力线则由正电荷到负电荷。此外，十九世纪初，法国物理学家安培已认为磁铁所产生的磁场与螺线管产生的磁场的原因相同，亦即安培认为磁铁产生磁场效应是由于内部或表面有电流存在。

迄今，磁场效应已被广泛运用于电磁阀(VALVES)、螺线管(SOLENOIDS)、继电器(RELAY)等产品上。如图16所示，即为习用一种电磁阀的结构示意图，其是利用线圈(IC)激磁时所产生的磁力，来吸引铁心(1F)，进而达到开启阀门(1V)的目的。此种类型的电磁阀，其铁心(1F)上须设有一弹簧(1S)以提供反向保持力，而欲使电磁阀保持开启状态，则必须持续的使线圈(1C)激磁，才能如图17所示，借由线圈磁力将铁心(1C)向右吸，使铁心(1F)前端的胶垫(1P)脱离阀路。但是，弹簧(1S)向外的弹力会抵销线圈(1C)的磁力，因此，其电能的消耗显然须增大，再者，长时间通激磁以吸住铁心(1F)，不仅浪费电能，且会使电磁阀过热发烫，易造成短路或烧毁，具有危险性，且降低使用寿命。

本实用新型的主要目的在于提供一种可变换磁路双固定位置的磁铁装置，其常态双向定位皆是利用永久磁铁的磁力来产生保持力，而完全摒除习用保持型磁铁装置须要使用弹簧来提供反向保持力的缺点。

本实用新型的另一目的在于，提供一种可变换磁路双固定位置的磁铁装置，其仅须瞬间的脉冲电压(0．01秒)即可完成激磁改变铁心位置，而勿须长时间通电流，故具有防止发烫、过热或烧毁，可避免危险性及提高使用寿命的功效。

本实用新型的又一目的在于，提供一种可变换磁路双固定位置的磁铁装置，使前述磁铁装置激磁的驱动电路，其接通电源时是输出一正脉冲电压，并将电能储存于电容器上，当关闭电源后产生一放电电流而能输出一负脉冲电压，而利用此一瞬间正、负脉冲电压，可供前述磁铁装置的线圈完成激磁并改变磁力方向，使铁心移动，平时保持在预定的开启或关闭状态，以达到节省电能的功效。

本实用新型的另一目的在于，提供一种可变换磁路双固定位置的磁铁装置，使其具有结构简单，成本低，方便运用于螺线管、电磁阀及继电器等各类产品上的优点。

本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。

一种可变换磁路双固定位置的磁铁装置，包括有：一外壳体，其内周缘环设有一线圈，该外壳体内部预留有空间，可供一铁心在其轴向作不同位置的位移，又，该铁心于常态时至少须有部分本体与线圈内缘相耦合；其特征在于：采用导磁性良好的金属制成的外壳体及其开口端的定位盖，其外端部轴向设有一通孔，且通孔内侧的周缘是配合铁心的外侧面，设成可与其相互贴合的吸持面；该铁心耦合有一固设于定位盖内侧的永久磁铁，该永久磁铁其中一磁极须与定位盖接触导磁，且定位盖内侧面在永久磁铁的周边，是配合铁心的内侧面，设有可与其贴合的吸持面；以及一驱动电路，可独立装设或装设在外壳体的一侧边，其电源输出线与前述线圈连接，其开启电源时输出一正脉冲电压，并将电能储存在电容器上，当关闭电源后产生一放电电流而输出一负脉冲电压，利用此一瞬间的正或负脉冲电压，使前述线圈完成激磁改变磁力方向，对铁心产生推力或拉力使其位移，并迫使永久磁铁变换磁路，使前述铁心常态时保持于预定位置。

本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的可变换磁路双固定位置的磁铁装置，该永久磁铁相对于固定端磁极的另一磁极设有导磁环。

前述的可变换磁路双固定位置的磁铁装置，该铁心为一端开口的中空柱体，而永久磁铁为圆柱形体，并相对设于铁心的中空位置，使永久磁铁以外耦合形态与铁心配设。

前述的可变换磁路双固定位置的磁铁装置，该铁心可连动一动作杆、活塞杆、绝缘杆。

前述的可变换磁路双固定位置的磁铁装置，该铁心为实心柱体，而永久磁铁是设成环形体，使永久磁铁以内耦合形态与铁心相对配设。

本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图详细给出。

图1是本实用新型一可行实施例构造的剖视图，其显示铁心向右移的位置。

图2是本实用新型一可行实施例构造的剖视图，其显示铁心向左移的位置。

图3(A)是图1所示实施例未激磁时的磁力线示意图。

图3(B)是图1所示实施例正脉冲电压激磁开启时的磁力线示意图。

图3(C)是铁心左移后的磁力线示意图。

图3(D)是图2所示实施例负脉冲电压激磁开启时的磁力线示意图。

图3(E)是图2所示实施例激磁后的示意图。

图3(F)是铁心右移后的磁力线示意图。

图4是本实用新型另一可行实施例构造的剖视图，其显示铁心向右移的位置。

图5是本实用新型另一可行实施例构造的剖视图，其显示铁心向左移的位置。

图6(A)是图4所示另一可行实施例未激磁时的磁力线示意图。

图6(B)是图4所示另一可行实施例正脉冲电压激磁开启时的磁力线示意图。

图6(C)是铁心左移后的磁力线示意图。

图6(D)是图2所示可行实施例负脉冲电压激磁开启时的磁力线示意图。

图6(E)是图2所示可行实施例激磁后的示意图。

图6(F)是铁心右移后的磁力线示意图。

图7是本实用新型采用交流电源的驱动电路示意图。

图8是本实用新型采用交流电源的驱动电路详细电路图。

图9是本实用新型采用直流电源的驱动电路示意图。

图10是本实用新型采用直流电源的驱动电路详细电路图。

图11是本实用新型运用于螺线管的状态示意图。

图12是本实用新型运用于电磁阀的状态示意图。

图13是本实用新型运用于继电器的状态示意图。

图14是一般永久磁铁的磁力线示意图。

图15是一般螺线管通电后产生的磁力线示意图。

图16是一种习用电磁阀构造的示意图，其显示激磁关闭的状态。

图17是一种习用电磁阀构造的示意图，其显示激磁开启的状态。

首先请参阅图1及图2所示，本实用新型包括有：

一外壳体(1)，其可依需求为圆筒形、方形、单臂形或其他形体，其内周缘环设有线圈(coil)(2)，且该外壳体(1)内部预留有空间可供一铁心(3)在其轴向上作不同位置的位移。又，该铁心(3)在常态时至少需有部分本体与线圈(2)内缘相耦合；

其特征在于：

该外壳体(1)及其开口端的定位盖(10)为导磁性良好的金属制成，其外端部轴向设有一通孔(11)，且通孔(11)内侧的周缘是配合铁心(3)的外侧面(3L)，设成可与其相互贴合的吸持面(12)；

该铁心(3)耦合有一固设于定位盖(10)内侧的永久磁铁(4)，该永久磁铁(4)中一磁极(S极)须与定位盖(10)接触导磁，且定位盖(10)内侧面在永久磁铁(4)的周边，是配合铁心(3)的内侧面(3R)，设有可与其贴合的吸持面(13)；以及

一驱动电路(6)，可独立装设或装设在外壳体(1)的一侧边，其电源输出线(60)与前述线圈(2)连接，其开启电源时输出一正脉冲电压，并将电能储存在电容器上，当关闭电源后产生一放电电流而输出一负脉冲电压，利用此一瞬间的正或负脉冲电压(约0．01秒)，供前述线圈(2)完成激磁改变磁力方向，以对铁心(3)产生推力(PUSH)或拉力(PULL)使其位移，并迫使永久磁铁(4)变换磁路，使前述铁心(3)平常保持于预定位置。

再者，图1、图2所示的铁心(3)为可吸引磁性金属所构成一端开口的中空柱体，而该永久磁铁(4)为圆柱形体，并相对设于铁心(3)的中空位置，使永久磁铁(4)以外耦合形态与铁心配设。

又，前述的永久磁铁(4)其相对于固定端磁极(S极)的另一磁极(N极)是设有导磁环(5)，以增强磁力效应。

请再参阅图3所示，其中图3(A)是图1所示实施例未激磁时的磁力线状态示意图，亦即当电源关闭时，线圈(2)未激磁，此时永久磁铁(4)的磁力线是由N极(北极)经过→导磁环(5)→铁心(3)→定位盖吸持面(13)，再回到S极(南极)，形成一封闭的磁路，图中虚线所示即为永久磁铁(4)的磁力线路径特性。借此，永久磁铁(4)可将铁心(3)向右(R)吸引并提供一保持力(HOLDING)，使铁心(3)保持吸住在这位置。

接着，如图3(B)所示，亦即当一适当电压加于线圈(2)，产生大于永久磁铁(4)的磁力(图中实线箭头所示)，令原本永久磁铁(4)的磁力路径(虚线所示)被抵销及吸持面(13)产生排斥现象，使永久磁铁(4)的磁力转向跟随线圈(2)的磁力方向，迫使铁心(3)受到线圈磁力及永久磁铁磁力作用而向左(L)推出(PUSH)，如图3(C)所示的位置。至此，铁心(3)只须靠永久磁铁(4)由N极→经过导磁环(5)→铁心(3)→吸持面(12)→外壳体(1)→定位盖(10)，再回到S极的封闭磁路，就可以保持固定在这个位置。此时的线圈(2)不用再激磁，即可以使铁心(3)靠左(L)保持吸住在这位置。

如图3(D)所示，由于铁心(3)是在左边，如欲使其右移，则线圈(2)的磁力线路径必须相反于图3(C)所示的永久磁铁磁力线方向，因此，如果图3(B)所示向线圈(2)提供正脉冲电压，则图3(D)即为一负脉冲电压，以使其磁力线路径(图中实线箭头所示)是对铁心(3)产生一种拉回(PULL)的作用，而相反于永久磁铁(4)的磁力路径(虚线所示)，使得原本的永久磁铁磁力路径被抵销及产生吸持面(12)排斥现象，而续向右移至图3(E)所示的位置。此时，线圈(2)不用持续供电，靠永久磁铁(4)的吸持面(13)即可将铁心(3)向右吸持，因磁力线是走最近的路径，至此，铁心(3)只须永久磁铁(4)由N极经导磁环(5)→铁心(3)→定位盖吸持面(13)，再回到S极的磁路，就可以保持固定在图3(F)所示的位置，使铁心(3)靠右(R)保持。

由上述实施例显示得知，本实用新型的最大特色是用线圈(2)产生的磁力改变铁心(3)的位置，而磁力线具有走最短路径的特性，因此，同时也改变永久磁铁(4)的磁路，若不再加反向线圈磁力，则铁心(3)会因永久磁铁(4)的磁力而保持在那位置上，因此，如以相同磁力的永久磁铁来制造磁铁装置，本实用新型可获致最大的保持力，此因本实用新型不像习用保持型磁铁装置须要使用弹簧来提供反向保持力(弹簧反向保持力有多大即表示正向磁力产生保持力会被扣减多大)；本实用新型双向都利用永久磁铁的磁力来产生保持力，这是因为本实用新型能变换磁路的缘故。

再者，当改变位置时，只须加入脉冲电压(0．01秒)即可改变铁心(3)位置，不须连续通电流，不仅可节省电能，且不发烫过热或短路烧毁，可避免危险性及增长使用寿命的功效。

本实用新型激磁开启的驱动电路(6)，如图1、图2所示，将其装设在外壳体(1)侧边的适当处，或是依需求独立装设，再将其电源输出线(60)与线圈(2)接通，请参阅图7、图8所示，当接头(61)接上交流电源时，充电路线将交流电源整流为高压直流，再以switching方式转换为低压直流，并经过线圈(2)向电容(C11)充电，而充电电流会使线圈(2)激磁，进而改变铁心(3)的位置，又，当交流电源持续接上，因电容(C11)充饱电就没有充电电流，此后，充电线路仅补充电容(C11)漏电的泄漏电流(电容泄漏电流非常微小)，使电容(C11)保持一定电压，当切断交流电源时，放电线路收到讯号并动作使开关(SW)接通，电容(C11)的放电电流向线圈(2)提供一负脉冲电压，如图3(D)所示，使得铁心(3)受到线圈磁力作用被拉回(PULL)，而回复到图3(F)所示的靠右(R)位置。

至于，交流电源的驱动电路(6)其详细电路，如图7及图8所示，兹将各电子元件的功能略作说明，其中桥式整流器(BD)是作为整流单元(62)，电感(L1)、(L2)及电容(C1)、(C2)构成滤波单元(63)，齐纳二极管(ZD)及电容(C9)构成稳压单元(64)；而电容(C3)及电阻(R2)则在电源刚打开时，决定在前0．01～0．5秒，才全功率输出，以提供正脉冲电压，之后，则只提供千分之一的功率输出以补充电容漏掉的电流；及以施密特反手闸(NAND GATE)构成振荡单元(65)及触发单元(66)，并以一MOS FET推动三极管(Q1)作为驱动单元(67)；另以一变压器(T1)将直流高压经二极管(D3)转换为低压直流，而充电路径所提供的低压直流会经过线圈(2)向电容(C11)充电。当切断交流电源时，放电路径(DISCHARGE)收到讯号，将由Q3、Q4所构成的开关(SW)开启(ON)，使电容(C11)的放电电流向线圈(2)提供一负脉冲电压。其中电阻(R9)、电容(C6)及三极管(Q2)是当充电线路进行中不要使开关(SW)的Q3、Q4导电，此外，D2、C10及R8是使电压顺利放尽；R10是用于放电限流，又，C12及C7则用于滤波。

另，图9及图10是提供一直流电源的驱动电路，其主要充、放电原理及结构与前述的交流电源相同，且勿须变压，故不赘述。

请再回到图4、图5所示，本实用新型的磁铁装置，除图1、图2所示的实施例外，事实上其形状与位置仍可有诸多等效变化，其原理都相同。所以，本实用新型另一可行实施例，是将铁心(3’)设成实心柱体，而将永久磁铁(4’)及导磁环(5’)设成环形体，使永久磁铁(4’)以内耦合方式与铁心(3’)相对配设；据此，当线圈(2)激磁开启或关闭时，永久磁铁(4’)的磁力方向变化是如图6(A)～图6(F)所示，因与前述图3(A)～图3(F)的作用完全相同，故不再赘述。

以上所述的二个磁铁装置的实施例，其中该导磁环(5)或(5’)与铁心(3)或(3’)，无论是采用外耦合或内耦合方式，其与铁心的耦合间隙大小，可改变保持力变小或变大，因此，制造时可依需求预设。当然如果永久磁铁的磁力够强，则可以不用导磁环；但大部分的磁铁装置体积都力求缩小，故可视用途不用导磁环，以缩小体积，减少成本。

综合前述的实施例可知，本实用新型借助线圈磁力改变铁心位置，并利用驱动电路提供正脉冲电压的电流，流入电容中储存，当须要负脉冲电压时，这些电能再度输出使用，便可立刻改变铁心位置。再者，更进一步利用永久磁铁的磁路改变，使铁心常态时保持于预定位置，完全不需持续耗电，而可节省电能，并防止发烫过热或烧毁、短路，不仅可增加安全性，更具有结构简单、成本低及延长使用寿命的功效。所以以此创新的磁铁装置，运用于电磁阀、螺线管及继电器中，使其作开启或关闭的动作，确实可达到方便实用的功效。

图11所示，显示本实用新型的磁铁装置在铁心(3)的前端连接一凸伸于通孔(11)的动作杆(31)，而使螺线管(S)处于一种使用状态。

图12所示，是本实用新型的磁铁装置在外壳体(1)前端设有阀路(14)的示意图，且铁心(3)的前端连接一活塞杆(32)在通孔(11)内动作，即可成为一电磁阀(V)的形态。

图13所示，显示本实用新型磁铁装置是装设在一绝缘座(15)上，而其铁心(3)连接一凸伸于通孔(11)的绝缘杆(33)，以推动一由C接点所枢接的切换杆(16)，而控制其与a接点或b接点导通的形态，使继电器(RL)即处于一种使用状态。

由上述三个使用状态可知，本实用新型结构简单，且可运用于不同的产品上，确实可提高产品的实用性及安全性，确实是一种具有创新进步的磁铁装置。

综上所述，本实用新型的构造，为昔所无，且确能达到预期的功效，并具有可供产业利用性，完全符合新型专利要件，故依法提出申请。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1、一种可变换磁路双固定位置的磁铁装置，包括有：

一外壳体，其内周缘环设有一线圈，该外壳体内部预留有空间，可供一铁心在其轴向作不同位置的位移，又，该铁心于常态时至少须有部分本体与线圈内缘相耦合；

其特征在于：

采用导磁性良好的金属制成的外壳体及其开口端的定位盖，其外端部轴向设有一通孔，且通孔内侧的周缘是配合铁心的外侧面，设成可与其相互贴合的吸持面；

该铁心耦合有一固设于定位盖内侧的永久磁铁，该永久磁铁其中一磁极须与定位盖接触，且定位盖内侧面在永久磁铁的周边，是配合铁心的内侧面，设有可与其贴合的吸持面；以及

一驱动电路，可独立装设或装设在外壳体的一侧边，其电源输出线与前述线圈连接。

2、根据权利要求1所述的可变换磁路双固定位置的磁铁装置，其特征在于，该永久磁铁相对于固定端磁极的另一磁极设有导磁环。

3、根据权利要求1所述的可变换磁路双固定位置的磁铁装置，其特征在于，该铁心为一端开口的中空柱体，而永久磁铁为圆柱形体，并相对设于铁心的中空位置，使永久磁铁以外耦合形态与铁心配设。

4、根据权利要求1所述的可变换磁路双固定位置的磁铁装置，其特征在于，该铁心可连动一动作杆、活塞杆、绝缘杆。

5、根据权利要求1或3或4所述的可变换磁路双固定位置的磁铁装置，其特征在于，该铁心为实心柱体，而永久磁铁是设成环形体，使永久磁铁以内耦合形态与铁心相对配设。

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