專利名稱：無彈簧直動式高速開關電磁鐵的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于流體傳動及控制領域中電(氣)液高速數(shù)字開關閥用的電-機械 轉換機構，尤其涉及一種無彈簧直動式高速開關電磁鐵。
背景技術：
一般而言，脈寬調制式高速數(shù)字開關閥的控制信號為一系列幅值相等、而在每一 周期內(nèi)寬度不同的脈沖信號，其電-機械轉換器主要是高速開關電磁鐵，脈沖高電平時電 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(tài)。對于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(xiàn)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(nèi)部結構復雜，加工成本高。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的彈簧直動式高速開關電磁鐵的結構復雜、加工成本高、可靠性差、 使用壽命短的不足，本實用新型提供一種結構簡單、可雙向作動、加工成本低、可靠性好、使 用壽命長的無彈簧直動式高速開關電磁鐵。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種無彈簧直動式高速開關電磁鐵，包括前端蓋和后端蓋，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用于與數(shù)字開關閥閥芯聯(lián)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/或后端蓋上，所 述軛鐵部件包括第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵、隔磁環(huán)、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并形成空腔，所述隔磁環(huán)位于所述空腔內(nèi)，所述線圈環(huán)繞在 隔磁環(huán)上組成電流勵磁源；所述第三軛鐵呈實心圓環(huán)狀；所述永磁體位于所述第二軛鐵和 第三軛鐵之間且被軸向磁化成N極和S極，所述第三軛鐵與后端蓋固定連接，所述第一軛鐵 與前端蓋固定連接。進一步，所述銜鐵呈空心杯形狀，采用該形狀，能夠有效減少銜鐵的運動慣量，提 高其動態(tài)響應。當然，所述銜鐵也可以采用其他形狀，再進一步，所述銜鐵的中端設有軸孔，所述推桿與銜鐵的軸孔過盈連接，所述推桿 通過直線軸承支撐在前端蓋和/或后端蓋上。更進一步，在所述銜鐵的外表面開有a、b和c三個齒寬相同的軸向非等間隔分布 的大齒，第一軛鐵、第二軛鐵和第三軛鐵的極身寬度和銜鐵外表面的三個大齒a、b和c的齒 寬相等，統(tǒng)一記為Pt;第三軛鐵、第二軛鐵的極身寬度及永磁體的軸向尺寸之和31 與銜鐵外表面的大齒a和大齒b之間的距離Gk滿足關系式SK = GK+Pt/2 ；整個軛鐵部件的長度Ls和 銜鐵的長度Lk之間滿足關系式Lk = Ls+Pt/2。需要說明的是，各個軛鐵的極身寬度可以與大齒的齒寬不相等，相互的位置關系 也未必需要如前述所述，然而采用前述的位置關系可以較好的滿足電流控制磁場和永磁極 化磁場差動疊加的要求，使得電磁鐵獲得較大的推力和較高的動態(tài)響應，因而應當作為優(yōu) 選的方案。本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、取消了高速開關電磁鐵常見的機械復位彈 簧，改用我國資源豐富且廉價的永磁稀土材料釹鐵硼作為永磁體提供電磁剛度以起到復位 彈簧的作用，避免了由于彈簧的疲勞、斷裂和腐蝕而帶來的電磁鐵可靠性差、使用壽命短等 問題；2、銜鐵做成空心杯結構，運動慣量小，頻響高，響應速度快，動態(tài)性能好，適合開關電 磁鐵的快速性要求；3、電磁鐵推力大，帶載能力強；4、電磁鐵結構簡單，制造成本低；5、電 磁鐵可以雙向作動；6、由于電磁剛度的存在，電磁鐵換向和復位時沖擊和噪聲小，工作穩(wěn) 定。

圖1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于不通電流狀態(tài)的工作原理示意圖。圖3b為本實用新型的銜鐵處于一個通電平衡狀態(tài)的工作原理示意圖。圖3c為本實用新型的銜鐵處于另一個通電平衡狀態(tài)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1 圖3c，一種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1和后端蓋8，所述軛鐵部件位于銜鐵部件的外側，所述銜鐵部件包括空心杯形狀的 銜鐵4和可與數(shù)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1和后端蓋8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6、第三軛鐵7、隔磁環(huán)10、線圈11和永磁體9，所述 第一軛鐵5和第二軛鐵6均呈半開口狀，所述第一軛鐵5、第二軛鐵6、第三軛鐵7均布置在 銜鐵外圈，所述第一軛鐵5和第二軛鐵6的開口相對并形成空腔，所述隔磁環(huán)10用非導磁 材料制成，位于所述空腔內(nèi)，所述線圈11環(huán)繞在隔磁環(huán)10上組成電流勵磁源；所述第三軛 鐵7呈實心圓環(huán)狀；所述永磁體9位于所述第二軛鐵6和第三軛鐵7之間且被軸向磁化成 N極和S極；所述第三軛鐵7與后端蓋8固定連接，所述第一軛鐵5與前端蓋1固定連接。本實施例是推桿可滑動地套裝在前端蓋和/或后端蓋上的一種實現(xiàn)方案，也可以 采用另外一種結構推桿的一端與銜鐵的軸孔固定連接(過盈配合)，推桿的另一端通過直 線軸承支撐在前端蓋上；還可以采用再一種結構推桿的一端通過直線軸承支撐在后端蓋 上，推桿的另一端與銜鐵的軸孔固定連接(過盈配合)。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(tài)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(tài)響應，第一軛鐵5、第二軛鐵6 和第三軛鐵7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(tǒng)一記為Pt ； 第三軛鐵7、第二軛鐵6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必須滿足關系式SK = GK+Pt/2 ；而整個軛鐵部件的長度Ls和銜鐵4 的長度Lk之間必須滿足關系式Lk = Ls+Pt/2。為滿足電磁鐵正常工作的需要，前端蓋1、后端蓋8和推桿3均由非導磁材料制成； 而第一軛鐵5、第二軛鐵6、第三軛鐵7和銜鐵4均由高磁導率的軟磁材料制成。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6、第三軛鐵7分別和空 心杯銜鐵4形成三段有效工作氣隙；當線圈11不通電流的時候，各極下工作氣隙內(nèi)只有永 磁體產(chǎn)生的極化磁場，由于整個永磁磁路并不對稱，其總磁導與銜鐵4的位置有關，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7的極身位置與 銜鐵4外表面的大齒a重合，而第二軛鐵6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，電磁鐵停留于初始平衡位置；當線圈11通入 如圖3b所示 方向(沿紙面向里)的電流時，由于永磁體磁阻較大，則電流控制磁場與永磁 極化磁場只是在第二軛鐵6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6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，適當控制線圈11的電流強度，可以使得第一軛鐵5與大 齒c的氣隙磁場接近于零，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，此時銜鐵處于通電平衡位置；同樣地，當線圈11通入如圖3c所示 方向(沿紙 面向外)的電流時，第二軛鐵6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，適當控制線圈11的電流強度，可以使得第二軛鐵6與大齒b的氣隙 磁場接近于零；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， 銜鐵處于另一個通電平衡位置；當線圈11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?？梢钥吹剑灰刂凭€圈11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(shù)，可以控制銜鐵4移動距離的長短， 從而實現(xiàn)數(shù)字開關閥的開和閉兩種工作狀態(tài)。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范圍內(nèi)，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落入本 實用新型的保護范圍。
權利要求一種無彈簧直動式高速開關電磁鐵，包括前端蓋和后端蓋，其特征在于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(shù)字開關閥閥芯聯(lián)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/或后端蓋上，所述軛鐵部件包括第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵、隔磁環(huán)、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并形成空腔，所述隔磁環(huán)位于所述空腔內(nèi)，所述線圈環(huán)繞在隔磁環(huán)上組成電流勵磁源；所述第三軛鐵呈實心圓環(huán)狀；所述永磁體位于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，所述第三軛鐵與后端蓋固定連接，所述第一軛鐵與前端蓋固定連接。
2.如權利要求1所述的無彈簧直動式高速開關電磁鐵，其特征在于所述銜鐵呈空心 杯形狀。
3.如權利要求2所述的無彈簧直動式高速開關電磁鐵，其特征在于所述銜鐵的中端 設有軸孔，所述推桿與銜鐵的軸孔過盈連接，所述推桿通過直線軸承支撐在前端蓋和/或后立而蓋上o
4.如權利要求1 3之一所述的無彈簧直動式高速開關電磁鐵，其特征在于在所述 銜鐵的外表面開有a、b和c三個齒寬相同的軸向非等間隔分布的大齒，第一軛鐵、第二軛鐵 和第三軛鐵的極身寬度和銜鐵外表面的三個大齒a、b和c的齒寬相等，統(tǒng)一記為Pt ；第三 軛鐵、第二軛鐵的極身寬度及永磁體的軸向尺寸之和SK與銜鐵外表面的大齒a和大齒b之 間的距離Gk滿足關系式SK = GK+Pt/2 ；整個軛鐵部件的長度Ls和銜鐵的長度LK之間滿足 關系式 Lk = Ls+Pt/2。
專利摘要一種無彈簧直動式高速開關電磁鐵，包括前端蓋、后端蓋、軛鐵部件和銜鐵部件，銜鐵部件包括銜鐵和用于與數(shù)字開關閥閥芯聯(lián)動的推桿，銜鐵固定安裝在推桿上，推桿的兩端可滑動地套裝在前端蓋和/或后端蓋上，軛鐵部件包括第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵、隔磁環(huán)、線圈和永磁體，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均呈半開口狀，第一軛鐵和第二軛鐵的開口相對并形成空腔，隔磁環(huán)位于空腔內(nèi)，線圈環(huán)繞在隔磁環(huán)上組成電流勵磁源；第三軛鐵呈實心圓環(huán)狀；永磁體位于第二軛鐵和第三軛鐵之間且被軸向磁化成N極和S極。本實用新型電磁推力大、動態(tài)響應高、結構簡單、加工成本低、可靠性好、使用壽命長。
文檔編號H01F7/08GK201663027SQ20102014538
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權日2010年3月30日
發(fā)明者孟彬, 李勝, 阮健, 魯立中 申請人:浙江工業(yè)大學