雙磁極結構電磁鐵的製作方法

2024-04-11 06:33:05

本發明涉及一種電磁鐵結構，尤其涉及一種雙磁極結構電磁鐵。
背景技術：
：隨著軍事和民用雷達對對系統集成度和探測距離的要求不斷提高，對電動波導開關在功率容量和小型化要求也提出了跟高的要求。為了實現電動波導開關的小型化設計，我們將電磁鐵代替傳統設計中所使用的直流電機，使電動波導開關的結構尺寸獲得大幅壓縮，結構更為緊湊，但傳統結構的電磁鐵，在較長動作行程的應用過程中，由於受到本身結構和性能的限制，導致輸出力達不到電動波導開關的工作要求，對產品的可靠性造成了嚴重影響。對於傳統結構電磁鐵，其輸出的電磁力，隨著電磁鐵拉杆的行程增大，而急劇下降，典型的電磁鐵的行程和電磁力輸出曲線見圖1和圖2所示，在結構尺寸和功耗的限制下，無法滿足大行程、高輸出電磁力的需要。傳統結構電磁鐵存在的不足主要體現在以下兩個方面：1、電磁鐵工作行程較長時，輸出電磁力較小從圖1的傳統電磁鐵的輸出特性曲線可以看出，電磁鐵的輸出電磁力隨電磁鐵拉杆的工作行程變大而急劇減小。以本次引用為例，設計要求電磁鐵的拉杆行程不小於7mm。從圖中可查到，此時電磁忒能提供的拉力約為0.3N。無法滿足產品所需的可靠工作拉力（1.2N）的要求。2、提高電磁力的措施有限當傳統電磁鐵的型號和工作行程確定後，僅能通過增大電磁鐵功耗這一手段來提高電磁鐵的輸出電磁力，造成電磁鐵線包的工作電流增大，為避免電磁鐵因過流或過熱而燒毀，驅動電路必須相應的斷電保護措施，增加設計複雜程度。技術實現要素：本發明的目的就在於提供一種解決上述問題，在外形尺寸和功耗不變的條件下，提高電磁鐵輸出力，以滿足產品的工作需要的雙磁極結構電磁鐵。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是這樣的：一種雙磁極結構電磁鐵，包括從內到外依次設置的絕緣套、線包、外殼，絕緣套的兩端分別同軸設置有磁座和極頭，絕緣套內設有拉杆，所述拉杆一端從磁座中心伸入絕緣套，並與極頭接觸，所述極頭包括同軸設置的前部和後部，所述前部呈圓柱形，後部為一端蓋，前部插入絕緣套內，後部與外殼固定連接；極頭內從前部向後部依次同軸設有沉孔、錐形孔、通孔，所述錐形孔包括大端和小端，沉孔直徑大於大端直徑，通孔直徑與小端直徑相同，拉杆直徑與大端直徑相同，且伸入絕緣套的一端收縮成錐形，插入錐形孔中與其匹配貼合，所述拉杆外壁與沉孔內壁保持間隙，所述沉孔長度小於拉杆作行程0.3-0.7mm。作為優選：所述拉杆外壁與沉孔內壁的間隙距離為0.1至0.2mm。與現有技術相比，本發明的優點在於：本發明適用於所有採用極頭結構的電磁鐵，在原有極頭的基礎上，增設了一端沉孔，由於沉孔直徑大於大端直徑，能與插入的拉杆形成間隙，該間隙與本身的極頭一起，構成了一個副極頭的結構區域，該結構能能在拉杆和極頭之間形成兩個高磁場區域，增強磁隙磁場強度，使本發明能在長行程工作條件下，提高電磁鐵的輸出能力；也能在不改變電磁鐵外形尺寸的前提下，針對工作行程的實際需要，通過調整磁極的長度，獲得最大電磁鐵輸出力。作為傳統的電磁式執行元件，雙磁極架構的電磁鐵可對目前市場上提供的管式和D型電磁鐵進行完全替換，滿足於大行程、高電磁力輸出應用的工業自動化需求。附圖說明圖1為現有技術電磁鐵結構示意圖；圖2為圖1中電磁鐵的輸出特性曲線圖；圖3為本發明結構示意圖；圖4為圖1的A局部放大圖；圖5為圖3的B局部放大圖；圖6-1為現有技術中極頭的剖視圖；圖6-2為現有技術中極頭的立體圖；圖6-3為現有技術中極頭的另一角度立體圖；圖7-1為本發明中極頭的結構示意圖；圖7-2為本發明中極頭的立體圖；圖7-3為本發明中極頭的另一角度立體圖；圖8為現有技術電磁鐵磁場分布圖；圖9為本發明電磁鐵磁場分布圖；圖10為圖8仿真中現有技術電磁鐵輸出特性仿真結果；圖11為圖9仿真中本發明電磁鐵輸出特性仿真結果。圖中：1、拉杆；2、磁座；3、前擋板；4、線包；5、外殼；6、絕緣套；7、後擋板；8、極頭；9、沉孔；10、錐形孔；11、通孔。具體實施方式下面將結合附圖對本發明作進一步說明。實施例1：參見圖1到圖11，傳統結構電磁鐵包括從內到外依次設置的絕緣套6、線包4、外殼5，絕緣套6的兩端分別同軸設置有磁座2和極頭8，絕緣套6內設有拉杆1，所述拉杆1一端從磁座2中心伸入絕緣套6，並與極頭8接觸，線包4靠近拉杆1的一端設置前擋板3，靠近極頭8的一端設置後擋板7。從傳統電磁鐵的內部結構可以看出，當電磁鐵線包4通電後，會在外殼5、磁座2、拉杆1和極頭8組成的磁路中激發磁場，當電磁鐵處於工作行程之內，拉杆1與極頭8分離後在拉杆1與極頭8之間形成了磁隙，磁隙的大小和磁隙內的磁場強度，決定了電磁鐵拉杆1所受電磁力的大小。在電磁鐵拉杆1和極頭8之間的磁隙存在的前提下，通過改變極頭8的結構，達到改善磁隙中的磁場分布狀態。所以，本發明中的結構為：一種雙磁極結構電磁鐵，包括從內到外依次設置的絕緣套6、線包4、外殼5，絕緣套6的兩端分別同軸設置有磁座2和極頭8，絕緣套6內設有拉杆1，所述拉杆1一端從磁座2中心伸入絕緣套6，並與極頭8接觸，所述極頭8包括同軸設置的前部和後部，所述前部呈圓柱形，後部為一端蓋，前部插入絕緣套6內，後部與外殼5固定連接；極頭8內從前部向後部依次同軸設有沉孔9、錐形孔10、通孔11，所述錐形孔10包括大端和小端，沉孔9直徑大於大端直徑，通孔11直徑與小端直徑相同，拉杆1直徑與大端直徑相同，且伸入絕緣套6的一端收縮成錐形，插入錐形孔10中與其匹配貼合，所述拉杆1外壁與沉孔9內壁保持間隙，所述沉孔9長度小於拉杆1作行程0.3-0.7mm，所述拉杆1外壁與沉孔9內壁的間隙距離為0.1至0.2mm。其最明顯的區別是，在原有極頭8的基礎上，增加了一個沉孔9，使原來的單極頭8的外緣形成了一個副極頭8，可見圖3。圖4為兩種極頭8結構在相同安匝數（700安匝）和拉杆1行程（7毫米）情況下，經電磁仿真後，電磁鐵內部磁場分布對比圖。從圖中圓圈處可以看出，採用雙極頭8結構的電磁鐵的磁隙磁場分布得到有效改善。在仿真模型中的副磁極長度為6.5mm（沉孔9深度），在實際設計中，可按照不同行程的工作要求，通過調整雙磁極結構的副磁極的長度，可以在所需的工作行程條件下，讓雙磁極結構電磁鐵獲得最大的輸出電磁力。為了進行兩種結構電磁鐵的性能對比，我們建立了結構尺寸和激勵能量相同的條件下的兩種結構的電磁鐵仿真模型，並對雙磁極結構和傳統結構兩種電磁鐵進行工作行程掃描仿真，仿真結果和輸出特性曲線可見圖8到圖11。其中激勵能量的安匝數為700安匝，雙磁極結構中，副磁極長度6.5mm，雙磁極結構和傳統結構兩種電磁鐵進行掃描仿真的工作行程為0mm至10mm。從圖8、圖9的仿真中，我們得到本發明和傳統兩種電磁鐵的輸出特性曲線，參見圖10、圖11。並更從圖中得到對應拉杆1行程的電磁力的關係表，參見表1和表2。表1現有技術電磁鐵拉杆1行程和電磁力關係表序號拉杆1行程電磁力（牛頓）10mm18.95943newton21mm9.273502newton32mm6.111886newton43mm4.205857newton54mm2.969692newton65mm2.337533newton76mm1.767024newton87mm1.391858newton98mm1.136107newton109mm0.9573871newton1110mm0.8198704newton表2本發明電磁鐵拉杆1行程和電磁力關係表序號拉杆1行程電磁力（牛頓）10mm13.16491newton21mm6.913048newton32mm4.588838newton43mm3.345197newton54mm2.61912newton65mm2.306424newton76mm2.552097newton87mm2.243026newton98mm1.899302newton109mm1.67224newton1110mm1.411406newton從仿真結果可以看出：在同樣的7mm拉杆1行程時，雙磁極電磁鐵能提供2.24N的拉力，比傳統單磁極電磁鐵所提供拉力1.39N提升了61%。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp