耐高壓無彈簧直動式高速開關電磁鐵的製作方法
2023-06-07 02:56:46 1
專利名稱：耐高壓無彈簧直動式高速開關電磁鐵的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於流體傳動及控制領域中電(氣)液高速數字開關閥用的電-機械轉換機構，尤其涉及一種耐高壓無彈簧直動式高速開關電磁鐵。
技術背景 閥用電-機械轉換器按照銜鐵工作腔是否有油液進入可以分為乾式和溼式兩種，後者與前者相比，由於其結構上的耐高壓特性而允許銜鐵工作時可以浸在油液中，從而具有散熱好，摩擦小，換向和復位時衝擊噪聲小，工作平穩和壽命長的優點，因此應用日益廣泛。一般而言，脈寬調製式高速數字開關閥的控制信號為一系列幅值相等、而在每一周期內寬度不同的脈衝信號，其電-機械轉換器主要是高速開關電磁鐵，脈衝高電平時電磁鐵的銜鐵在極限位置吸合，低電平時在機械彈簧力的作用下復位，以此對應高速開關閥的全開和全閉兩種工作狀態。對於要求快速性的高速開關電磁鐵而言，復位彈簧是關鍵部件之一，其剛度直接決定了銜鐵的返回時間和電磁鐵的固有頻率；然而彈簧作為機械零件，在使用過程中不可避免的會出現疲勞、斷裂以及腐蝕等，從而引起電磁鐵的可靠性問題，影響電磁鐵的使用壽命，嚴重時甚至導致電磁鐵失效；另外，在電磁鐵設計時還需要考慮彈簧的安裝方法和位置，從而使得其內部結構複雜，加工成本高。為此，也有專利提出了靠電磁力復位的無彈簧直動式高速開關電磁鐵，其結構簡單，可靠性好、使用壽命長；然而該種電磁鐵的控制線圈與轉子工作腔之間並無密封耐高壓結構，油液一旦進入工作腔，控制線圈將直接浸在油液中從而導致電磁鐵的損壞，因而無法在溼式狀態下工作。
發明內容為了克服已有的無彈簧直動式高速開關電磁鐵的無密封耐高壓結構、無法在溼式狀態下工作的不足，本實用新型提供一種具有良好的耐高壓特性、適應溼式狀態下工作的耐高壓無彈簧直動式高速開關電磁鐵。本實用新型為了解決上述技術問題採用的技術方案為—種耐高壓無彈簧直動式高速開關電磁鐵，包括前端蓋和後端蓋，所述高速開關電磁鐵還包括軛鐵部件和銜鐵部件，所述銜鐵部件包括銜鐵和與數字開關閥閥芯聯動的推桿，所述銜鐵固定安裝在所述推桿上，所述推桿可滑動地套裝在前端蓋和/或後端蓋上，所述軛鐵部件包括第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵、隔磁環、線圈和永磁體，所述第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵均布置在所述銜鐵外圈，所述第一軛鐵和第二軛鐵均呈半開口狀，所述第一軛鐵和第二軛鐵的開口相對並形成空腔，所述隔磁環位於所述空腔內，所述線圈環繞在隔磁環上組成電流勵磁源；所述第三軛鐵呈實心圓環狀；所述永磁體位於所述第二軛鐵和第三軛鐵之間且被軸向磁化成N極和S極，所述第三軛鐵與後端蓋固定連接，所述第一軛鐵與前端蓋固定連接，所述前端蓋和後端蓋的內側各開有一個環形凹槽用來放置第一密封圈、第六密封圈，所述第一密封圈與第三軛鐵接觸，所述第六密封圈與第一軛鐵接觸；第二軛鐵、第三軛鐵分別與永磁體連接的一側各開有一個環形凹槽用來放置第四密封圈、第五密封圈；線圈保持架的兩側各開有一個環形凹槽用來放置第二密封圈和第三密封圈，所述第二密封圈與第一軛鐵接觸，所述第三密封圈與第二軛鐵接觸。進一步，為減小銜鐵的運動慣量，設計了所述空心杯形狀的銜鐵4，以獲得高的動態響應，滿足開關電磁鐵聞速開關的需要。本實用新型的有益效果主要表現在1、採用了簡單可靠的耐高壓結構，使得系統具備在溼式狀態下工作的能力；2、換向和復位時衝擊和噪聲小，工作穩定；3、控制線圈溫升低，系統壽命長；4、運動零部件摩擦小，潤滑性能好，有利於長期保持精度。
圖I為本實用新型的結構原理示意圖。圖2為本實用新型的結構尺寸示意圖。圖3a為本實用新型的銜鐵處於不通電流狀態的工作原理示意圖。圖3b為本實用新型的銜鐵處於一個通電平衡狀態的工作原理示意圖。圖3c為本實用新型的銜鐵處於另一個通電平衡狀態的工作原理示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。參照圖I 圖3c，一種耐高壓無彈簧直動式高速開關電磁鐵，包括軛鐵部件、銜鐵部件、前端蓋I和後端蓋15，所述軛鐵部件位於銜鐵部件的外側，所述銜鐵部件包括空心杯形狀的銜鐵4和可與數字開關閥閥芯相連的推桿3，空心杯狀銜鐵4安裝在推桿3上，所述推桿3的兩端通過直線軸承2支撐在前端蓋I和後端蓋15上，推桿中端與銜鐵4的軸孔過盈連接；所述軛鐵部件包括第一軛鐵5、第二軛鐵16、第三軛鐵13、線圈保持架17、控制線圈8和永磁體14，所述第一軛鐵5和第二軛鐵16均呈半開口狀，所述第一軛鐵5、第二軛鐵16、第三軛鐵13均布置在銜鐵外圈，所述第一軛鐵5和第二軛鐵16的開口相對並形成空腔，所述線圈保持架17用非導磁金屬材料製成，位於所述空腔內，所述控制線圈8環繞在線圈保持架17上組成電流勵磁源；所述第三軛鐵13呈實心圓環狀；所述永磁體14位於所述第二軛鐵16和第三軛鐵13之間且被軸向磁化成N極和S極；所述第三軛鐵13與後端蓋15固定連接，所述第一軛鐵5與前端蓋I固定連接。其中，第二軛鐵16、第三軛鐵13分別與永磁體14連接的那一側各開有一個環形凹槽用來放置第四密封圈10、第五密封圈12，前端蓋I和後端蓋15的內側各開有一個環形凹槽用來放置第一密封圈6、第六密封圈11 ;線圈保持架17的兩側各開有一個環形凹槽，用來放置第二密封圈7和第三密封圈9。為減小銜鐵的運動慣量，設計了所述空心杯形狀的銜鐵4，以獲得高的動態響應，滿足開關電磁鐵高速開關的需要；在銜鐵4外表面開有a、b和c三個齒寬相同的軸向非等間隔分布的大齒；為使電磁鐵獲得較大的推力和較高的動態響應，第一軛鐵5、第二軛鐵16和第三軛鐵13的極身寬度應和銜鐵4外表面的三個大齒a、b和c的齒寬相等，統一記為Pt ;第三軛鐵13、第二軛鐵16的極身寬度及永磁體的軸向尺寸之和Sk與銜鐵4外表面的大齒a和大齒b之間的距離Gk必須滿足關係式SK=GK+Pt/2;而整個軛鐵部件的長度Ls和銜鐵4的長度Lk之間必須滿足關係式LK=Ls+Pt/2。為滿足電磁鐵正常工作的需要，前端蓋I、後端蓋15和推桿3均由非導磁金屬材料製成；而第一軛鐵5、第二軛鐵16、第三軛鐵13和銜鐵4均由高磁導率的軟磁材料製成。當有油液進入銜鐵工作腔時，第二軛鐵16、第三軛鐵13分別與永磁體14連接的那一側各開有一個環形凹槽用來放置第四密封圈10、第五密封圈12，前端蓋I和後端蓋15的內側各開有一個環形凹槽用來放置第一密封圈6、第六密封圈11，以防止油液從電磁鐵零部件之間的配合間隙中洩漏出來；線圈保持架17的兩側各開有一個環形凹槽，用來放置第二密封圈7和第三密封圈9，使得控制線圈8與充滿油液的銜鐵工作腔相隔離；上述的耐高壓結構簡單可靠，容易實現，從而使得系統具有了在溼式狀態下工作的能力。本實施例以高速開關電磁鐵銜鐵上不均勻分布三個齒寬相同的大齒結構為例，結合附圖對本實用新型作進一步說明。 本實施例的工作原理如圖3a所示，第一軛鐵5、第二軛鐵16、第三軛鐵13分別和空心杯銜鐵4形成三段有效工作氣隙；當控制線圈8不通電流的時候，各極下工作氣隙內只有永磁體產生的極化磁場，由於整個永磁磁路並不對稱，其總磁導與轉子位置有關，電磁鐵將會自動停留在磁路總磁導最大的位置，即初始平衡位置，此時第三軛鐵13的極身位置與銜鐵4外表面的大齒a重合，而第二軛鐵16和第一軛鐵5的極身位置分別與銜鐵4外表面的大齒b和大齒c錯開半個齒寬(Pt/2)的距離，電磁鐵停留於初始平衡位置；當線圈8通入如圖3b所示 方向(沿紙面向裡)的電流時，由於永磁體磁阻較大，則電流控制磁場與永磁極化磁場只是在第二軛鐵16與銜鐵4上的大齒b、第一軛鐵5與銜鐵4上的大齒c各自形成的工作氣隙中相互疊加，其中第二軛鐵16與大齒b的氣隙下控制磁場與永磁極化磁場方向相同，磁場強度相互疊加而增強；第一軛鐵5與大齒c的氣隙下電流磁場與永磁極化磁場方向相反，磁場強度相互抵消而減弱，適當調整控制線圈8的電流強度，可以使得第一軛鐵5與大齒c的氣隙磁場接近於零，則此時空心杯銜鐵4受到電磁推力而向右移動直至其本身所受合力為零，此時銜鐵處於通電平衡位置；同樣地，當線圈8通入如圖3c所示0方向(沿紙面向外)的電流時，第二軛鐵16與大齒b的氣隙下控制磁場與永磁極化磁場方向相反，磁場強度相互抵消而減弱，適當調整控制線圈8的電流強度，可以使得第二軛鐵16與大齒b的氣隙磁場接近於零；第一軛鐵5與大齒c的氣隙下電流磁場與永磁極化磁場方向相同，磁場強度相互疊加而增強，此時空心杯銜鐵4受到電磁推力而向左移動直至其本身所受合力為零，銜鐵處於另一個通電平衡位置；當線圈8斷電，電磁鐵在永磁體極化磁場的作用下回到如圖3a所示的初始平衡位置。可以看到，只要控制線圈8的電流通斷，就可以控制電磁鐵的雙向快速來回動作，而適當調整電磁鐵本身的結構參數，可以控制銜鐵4移動距離的長短，從而實現數字開關閥的開和閉兩種工作狀態。上述具體實施方式
用來解釋本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在本實用新型的精神和權利要求的保護範圍內，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落入本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種耐高壓無彈簧直動式高速開關電磁鐵，包括前端蓋和後端蓋，所述高速開關電磁鐵還包括軛鐵部件和銜鐵部件，所述銜鐵部件包括銜鐵和與數字開關閥閥芯聯動的推桿，所述銜鐵固定安裝在所述推桿上，所述推桿可滑動地套裝在前端蓋和/或後端蓋上，所述軛鐵部件包括第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵、隔磁環、線圈和永磁體，所述第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵均布置在所述銜鐵外圈，所述第一軛鐵和第二軛鐵均呈半開口狀，所述第一軛鐵和第二軛鐵的開口相對並形成空腔，所述隔磁環位於所述空腔內，所述線圈環繞在隔磁環上組成電流勵磁源；所述第三軛鐵呈實心圓環狀；所述永磁體位於所述第二軛鐵和第三軛鐵之間且被軸向磁化成N極和S極，所述第三軛鐵與後端蓋固定連接，所述第一軛鐵與前端蓋固定連接，其特徵在於所述前端蓋和後端蓋的內側各開有一個環形凹槽用來放置第一密封圈、第六密封圈，所述第一密封圈與第三軛鐵接觸，所述第六密封圈與第一軛鐵接觸；第二軛鐵、第三軛鐵分別與永磁體連接的一側各開有一個環形凹槽用來放置第四密封圈、第五密封圈；線圈保持架的兩側各開有一個環形凹槽用來放置第二密封圈和第三密封圈，所述第二密封圈與第一軛鐵接觸，所述第三密封圈與第二軛鐵接觸。
2.如權利要求I所述的耐高壓無彈簧直動式高速開關電磁鐵，其特徵在於所述銜鐵呈空心杯形狀。
專利摘要一種耐高壓無彈簧直動式高速開關電磁鐵，包括前端蓋、後端蓋、軛鐵部件和銜鐵部件，銜鐵部件包括銜鐵和用於與數字開關閥閥芯聯動的推桿，銜鐵固定安裝在推桿上，第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵均布置在銜鐵外圈，第一軛鐵和第二軛鐵的開口相對並形成空腔，隔磁環位於空腔內，線圈環繞在隔磁環上組成電流勵磁源；永磁體位於第二軛鐵和第三軛鐵之間；前端蓋和後端蓋的內側各開有一個環形凹槽用來放置第一密封圈、第六密封圈；第二軛鐵、第三軛鐵分別與永磁體連接的一側各開有一個環形凹槽用來放置第四密封圈、第五密封圈，線圈保持架的兩側各開有一個環形凹槽用來放置第二密封圈和第三密封圈。本實用新型具有良好的耐高壓特性、適應溼式狀態下工作。
文檔編號H01F7/122GK202678020SQ201220277819
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月12日 優先權日2012年6月12日
發明者林瓊, 孟彬 申請人:浙江工業大學