直動式雙向比例電磁鐵的製作方法
2023-04-23 03:51:26
專利名稱:直動式雙向比例電磁鐵的製作方法
【專利摘要】直動式雙向比例電磁鐵，線圈保持架開有凹槽；第一導套、第二導套的圓柱體極靴與銜鐵外圓柱體隔氣隙相對；第一永磁體和第二永磁體以平行充磁的方式、同性磁極分別吸合在銜鐵的左右兩端，第一永磁體另一磁極與第一導磁件吸合，第二永磁體的另一磁極與第二導磁件吸合；第一永磁體的兩級通過第一導磁件和第一導套、第二導套、銜鐵形成第一永磁極化磁場，第二永磁體的兩級通過第二導磁件和第二導套、第一導套、銜鐵形成第二永磁極化磁場；與銜鐵連接的銜鐵推桿的兩端通過直線軸承與端蓋間隙配合；銜鐵的兩側外表面分別設置在左右極靴對的氣隙中；第一導套、第二導套分別在隔磁環的兩側，並與隔磁環連接在一起。
【專利說明】直動式雙向比例電磁鐵
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於流體傳動及控制領域中電（氣）液伺服/比例閥用的電-機械轉 換機構，尤其設及一種直動式雙向比例電磁鐵。
【背景技術】
[000引 電-機械轉換器作為電液伺服/比例閥中重要的核屯、部件，在國防及民用工業如 航空航天、軍事、工具機、礦山、冶金和工程機械等領域的電液控制系統中起著重要作用，其性 能優劣關係到整個電液伺服/比例閥的性能。
[0003] 在現有的伺服/比例閥中大量採用動鐵式電-機械轉換器即比例電磁鐵作為 電-機械轉換器，比例電磁鐵的比例特性即水平的位移-力特性，在比例電磁鐵的有效行程 內，當線圈電流一定時，其輸出力保持恆定。
[0004] 如圖la、化和圖Ic，傳統比例電磁鐵的典型結構，採用了隔磁環結構，形成特殊形 式的磁路和〇 2,通過磁通巫1產生的端面力fw,和磁通〇2產生的附加軸向力。/:所 產生的合力來得到整個比例電磁鐵的輸出力Fm，從而得到了水平的位移-力特性即比例特 性，為得到比例特性，對隔磁環的加工工藝要求高；傳統的比例電磁鐵多採用兩個線圈實現 雙向驅動的功能，體積佔的比重大，而且需要彈黃來實現復位，對彈黃的設計要求高，結構 複雜，並且彈黃的可壓縮性W及磁路的不對稱性都會使銜鐵在零位保持不穩定。
[000引參照圖la、化和Ic，傳統比例電磁鐵的典型結構，此比例電磁鐵包括推桿1 ^、工 作氣隙2'、非工作氣隙3'、銜鐵4'、軸承環5'、隔磁環6'、導套7'、限位片8'。 導套7 ^前後兩端由導磁材料製成，中間用一段非導磁材料（隔磁環6 ^ )焊接；銜鐵4 ^ 前端裝有推桿1 ^，用W輸出力或位移，後端裝有彈黃和調節螺釘組成的調零機構，可在一 定範圍內對比例電磁鐵特性曲線進行調整；採用隔磁環6 ^使電磁鐵形成特殊的磁路形 式，當給控制線圈通入一定電流時，比例電磁鐵產生兩條磁路，一條磁路01由前端蓋，沿軸 向工作氣隙，進入銜鐵，穿過導套後段和導磁外殼回到前端蓋，另一條磁路02則是由前端 蓋，沿徑向工作氣隙進入銜鐵，整個比例電磁鐵的輸出力是由磁路01和0 2所產生電磁力 的合力。
【發明內容】
[0006] 為了克服傳統的比例電磁鐵需要兩個線圈進行雙向驅動，進而體積大的不足，對 彈黃設計要求高，零位保持不穩定，採用隔磁環得到比例特性的電磁鐵，加工工藝複雜等缺 點，本實用新型提供一種單相線圈雙向驅動的比例電磁鐵。
[0007] 本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：
[000引直動式雙向比例電磁鐵，包括隔磁環5、第一導套2、第二導套6、銜鐵12、銜鐵推桿 16、控制線圈4、線圈保持架3 ;線圈保持架3沿周向開有凹槽，用於繞制控制線圈4,組成電 流激勵源；
[0009] 所述的第一導套2、第二導套6的圓柱體極靴與銜鐵12外圓柱體隔氣隙相對，形成 氣隙相等的左極靴對和右極靴對；
[0010] 第一永磁體13和第二永磁體11 W平行充磁的方式、同性磁極分別吸合在銜鐵12 的左右兩端，第一永磁體13另一磁極與第一導磁件14吸合，第二永磁體11的另一磁極與 第二導磁件10吸合；第一永磁體13的兩級通過第一導磁件14和第一導套2、第二導套6、 銜鐵12形成第一永磁極化磁場，第二永磁體11的兩級通過第二導磁件10和第二導套6、第 一導套2、銜鐵12形成第二永磁極化磁場；
[0011] 所述銜鐵推桿16與銜鐵12連接，所述銜鐵推桿16的兩端則通過直線軸承與端蓋 間隙配合；
[0012] 所述銜鐵12的兩側外表面分別設置在左右極靴對的氣隙中，銜鐵12、第一永磁體 13、第二永磁體11、第一導磁件14和第二導磁件10組成一個運動組件，第一導磁件14和第 二導磁件10與各自一側的端蓋之間都設有彈黃；
[001引第一導套2、第二導套6分別在隔磁環5的兩側，並與隔磁環5連接在一起；
[0014] 所述的線圈保持架3、銜鐵推桿16用不導磁的金屬材料製成，銜鐵12、第一導套2、 第二導套6、第一導磁件14、第二導磁件10則是用高導磁率的軟磁材料製成。
[0015] 本實用新型的有益效果主要體現在；1、本實用新型採用單個線圈雙向驅動的方 式，體積小，控制簡單；利用永磁體提供電磁剛度W起到復位彈黃的作用，避免了由於彈黃 的疲勞、斷裂和腐蝕而帶來的電磁鐵可靠性差、使用壽命短等問題，結構簡單，成本低；2、 採用對稱的結構形式，當電磁鐵處於零位時，兩個永磁體產生的極化磁場大小相等，方向 相反，其合力為零，該樣電磁鐵可W可靠保持在零位；3、採用導磁件、永磁體與銜鐵的組合 件作為動鐵巧，永磁體與銜鐵一起運動，在運動過程中，永磁體產生的永磁力可靈活地轉 換，電磁鐵的動態響應快，由於電磁剛度的存在，電磁鐵換向和復位時衝擊和噪聲小，工作 穩定；4、根據經典理論中的氣隙磁導公式Gs=^，可知傳統的比例電磁鐵氣隙5是變 d 化的，採用隔磁環結構，兩路磁通產生的合力得到整個比例電磁鐵的輸出力，即得到比例特 性，而本實用新型的氣隙5則是不變的，根據電磁力經典理論公式F = 件.2^，氣隙磁 2 do 導Gs對氣隙5的導數不變，那麼得出的電磁力也將是一個常數，說明電磁力不隨著銜鐵的 移動而發生變化，即輸出水平的位移-力特性，可得到比例電磁鐵的比例特性，與傳統電磁 鐵相比，既得到了比例特性，又簡化了結構，加工工藝也變得簡單。
【附圖說明】
[0016] 圖la為傳統比例電磁鐵的結構示意圖
[0017] 圖化為傳統比例電磁鐵的端面力、附加軸向力及其合力的示意圖
[001引 圖Ic為傳統比例電磁鐵的磁通示意圖
[0019] 圖2為本實用新型的結構原理示意圖。
[0020] 圖3a是第一永磁體13的兩級通過第一導磁件14和第一導套2、第二導套6形成 第一永磁磁場的示意圖
[0021] 圖3b是第二永磁體11通過第二導磁件10和第二導套6、第一導套2形成第二永 磁磁場的示意圖
[0022] 圖3c為本實用新型的控制線圈4通電時的產生的磁場示意圖
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖對本實用新型做進一步描述。
[0024] 參照圖2?圖3c，本實用新型的雙向比例電磁鐵包括銜鐵部件、輛鐵部件、左端蓋 1和右端蓋7,所述銜鐵部件包括第一導磁件14、控制線圈4、第一導套2、第二導套6、第二 導磁件10、銜鐵12、銜鐵推桿16等，所述銜鐵推桿16 -端通過端蓋1與比例閥的閥巧相連， 另一端與外界連接；所述控制線圈4環繞在線圈保持架3上組成電流激勵源，激勵源產生的 磁通途經第一導套2和第二導套6,進入銜鐵12,形成閉合迴路；
[0025] 輛鐵部件包括第一永磁體13、第二永磁體11、隔磁環5,所述第一永磁體13和第二 永磁體11的同性磁極分別吸附在銜鐵12兩側，另一側則分別吸附在第一導磁件14和第二 導磁件10上，將其沿軸向分別極化成N極和S極；第一導套2和第二導套6中間放置隔磁 環5,使得通入導套的磁通能夠進入銜鐵12中，形成閉合迴路；
[0026] 為滿足上述永磁極化磁通和電流磁通的要求，左端蓋1、右端蓋7、隔磁環5、線圈 保持架3、銜鐵推桿16均為非導磁材料製成的非導磁體，第一導磁件14、第一導套2、第二導 套6、第二導磁件10、銜鐵12均為高導磁率的軟磁材料製成的導磁體；
[0027] 如圖3a、3b和3c，是兩個永磁體W及線圈通電時各自產生的磁路圖，當控制線圈 不通電時，第一永磁體13和第二永磁體11所產生的極化磁場是對稱分布的，它們的合力 為零，即初始位置。
[002引本實用新型的工作原理是；如圖3a、3b和3c，當控制線圈4不通電時，第一永磁體 13和第二永磁體11產生永磁極化磁場，圖3a和3b是兩個極化磁場的磁路圖，由於銜鐵12 和第一導套2、第二導套6的極靴之間的氣隙S 2和5 3是相等的，第一導磁件14和第二導 磁件10分別與第一導套2和第二導套6的極靴之間的氣隙S 1和5 4也是相等的，所W第 一導磁件14、第一永磁體13、銜鐵12、第二永磁體11和第二導磁件10所組成的組合件受 到的電磁力相互抵消而使得銜鐵12處於中間的平衡位置，銜鐵12維持不動。當有外力推 動它時，電磁鐵會在外力消失後馬上回到平衡位置。當控制線圈4通入圖3c所示方向的電 流時，第一永磁體13和第二永磁體11產生的極化磁場與電流控制磁場的差動作用使得銜 鐵12與第二導套6的徑向氣隙5 3處磁場強度增強，銜鐵12與第一導套2的徑向氣隙5 2 處磁場強度減弱，此時第一導磁件14、第一永磁體13、銜鐵12、第二永磁體11和第二導磁 件10所組成的組合件帶動銜鐵推桿16軸向向磁場增強的方向移動，直到達到新的平衡；同 理，當控制線圈4通入圖示相反方向電流時，第一導磁件14、第一永磁體13、銜鐵12、第二 永磁體11和第二導磁件10所組成的組合件與銜鐵推桿16,帶動閥巧也向磁場增強的方向 移動，可W看出銜鐵輸出力的大小與電流強度成正比，力的方向則取決於電流方向。當控制 線圈4斷電時，只有第一永磁體13和第二永磁體11產生的永磁極化磁通，此時第二導套6 和銜鐵12的徑向間隙S3處磁通，與第一導套2和銜鐵12的徑向間隙5 2處的磁通不相 等，第一導磁件14、第一永磁體13、銜鐵12、第二永磁體11和第二導磁件10所組成的組合 件將帶動銜鐵推桿16向磁場增強的方向移動，直到達到另一新的平衡，即初始位置。
[0029] 本實用新型則採用特殊的結構形式，消除了隔磁環加工工藝複雜的缺點，僅需單 個線圈就可實現雙向驅動的功能，並且採用磁回復的結構，結構簡單可靠，成本低。
[0030] 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.直動式雙向比例電磁鐵，其特徵在於；包括隔磁環巧）、第一導套（2)、第二導套化）、 銜鐵（12)、銜鐵推桿（16)、控制線圈（4)、線圈保持架（3);線圈保持架（3)沿周向開有凹 槽，用於繞制控制線圈（4)，組成電流激勵源； 所述的第一導套（2)、第二導套（6)的圓柱體極靴與銜鐵（12)外圓柱體隔氣隙相對，形 成氣隙相等的左極靴對和右極靴對； 第一永磁體（13)和第二永磁體（11) W平行充磁的方式、同性磁極分別吸合在銜鐵 (12) 的左右兩端，第一永磁體（13)另一磁極與第一導磁件（14)吸合，第二永磁體（11)的 另一磁極與第二導磁件（10)吸合；第一永磁體（13)的兩級通過第一導磁件（14)和第一導 套（2)、第二導套化）、銜鐵（12)形成第一永磁極化磁場，第二永磁體（11)的兩級通過第二 導磁件（10)和第二導套化）、第一導套（2)、銜鐵（12)形成第二永磁極化磁場； 所述銜鐵推桿（16)與銜鐵（12)連接，所述銜鐵推桿（16)的兩端則通過直線軸承與端 蓋間隙配合； 所述銜鐵（12)的兩側外表面分別設置在左右極靴對的氣隙中，銜鐵（12)、第一永磁體 (13) 、第二永磁體（11)、第一導磁件（14)和第二導磁件（10)組成一個運動組件，第一導磁 件（14)和第二導磁件（10)與各自一側的端蓋之間都設有彈黃； 第一導套（2)、第二導套（6)分別在隔磁環巧）的兩側，並與隔磁環（5)連接在一起； 所述的線圈保持架（3)、銜鐵推桿（16)用不導磁的金屬材料製成，銜鐵（12)、第一導套 (2)、第二導套化）、第一導磁件（14)、第二導磁件（10)則是用高導磁率的軟磁材料製成。
【文檔編號】H01F7-08GK204289002SQ201420493012
【發明者】阮健, 申屠勝男, 陳烜, 孟彬 [申請人]浙江工業大學