專利名稱：復(fù)合式低功耗比例電磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于動力裝置自動控制技術(shù)領(lǐng)域。
目前，國內(nèi)外現(xiàn)有比例電磁鐵是在鎧裝式開關(guān)電磁鐵的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其基本特點是輸出力與輸入電流近似成正比關(guān)系，與復(fù)位彈簧匹配后可作為電流——位移轉(zhuǎn)換器，國外現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于多種工業(yè)控制系統(tǒng)中。但由于該類器件僅能產(chǎn)生單向調(diào)整力，必須裝有較大剛度的復(fù)位彈簧，這就導(dǎo)致了其穩(wěn)態(tài)持續(xù)功耗較大，一般可達(dá)幾十至上百瓦，在長期工作條件下將產(chǎn)生很大熱量，這不僅白白消耗了能量，而且將大幅度降低系統(tǒng)的可靠性或提高成本。
本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、成本低、耗能少且可靠性高的復(fù)合式低功耗比例電磁鐵。
本實用新型的目的是通過如下途徑實現(xiàn)的它包括本體部分(21)、角位移傳感器組件(13)和雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)。其中，本體部分(21)包括端蓋(1)和(11)、外導(dǎo)磁殼體(2)和(10)、線圈(3)和(9)、精密直線運動球軸承(4)和(8)、銜鐵(5)、中心軸(6)、螺母(18)、中間箱體(7)和拐形杠桿組件(12)；通過中心軸(6)、螺母(18)、中間箱體(7)將端蓋(1)和(11)、外導(dǎo)磁殼體(2)和(10)、線圈(3)和(9)、精密直線運動球軸承(4)和(8)、銜鐵(5)進行對置組合；將拐形杠桿組件(12)置于中間箱體(7)內(nèi)銜鐵(5)中部的環(huán)槽處，并將銜鐵(5)的直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動輸出軸(20)和角移位傳感器組件(13)；軸承(15)用于支撐輸出軸(20)。角位移傳感器組件(13)和7芯插座(17)固定于蓋板(16)上，裝于中間箱體(7)的側(cè)面，并由螺栓固定；雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)的組成包括運算放大器U1A、U1B、U4A、U4B、脈寬調(diào)制器U2、U3、功率放大管T1、T2和電阻、電容等元件。雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)的線路連接關(guān)系為V2端通過電阻R1與運算放大器U1A的正端相連，其輸出端經(jīng)R5與運算放大器U1B的負(fù)端相連；V1端經(jīng)電阻R6與運算放大器U1B的正端相連，運算放大器U1B的輸出端經(jīng)電阻R8、R11和R10分別連至脈寬調(diào)制器U2的1腳上和脈寬調(diào)制器U3的2腳上；調(diào)制后的脈沖信號分別由U2、U3的腳11和腳14輸出，經(jīng)電阻R23與功率放大管T1的柵極相連，經(jīng)電阻R24與功率放大器T2的柵極相連；脈沖信號經(jīng)功率放大管T1和T2放大后由與功率放大管T1和T2的源極相連接的V3、V4端輸出。銜鐵(5)的結(jié)構(gòu)可根據(jù)其工作載荷大小不同而采用組合式或單體式，當(dāng)工作載荷較大時采用組合式，即用硬質(zhì)材料制成的導(dǎo)向套將兩個單體銜鐵聯(lián)接起來；若工作載荷較小時，則可采用單體式結(jié)構(gòu)。角位移傳感器組件(13)的輸出端與雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)的V2端相連，雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)的V1端連接至由電源電壓確定的比較電壓輸出端上；雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)的兩個輸出端V3和V4分別與復(fù)合式低功耗比例電磁鐵的線圈(3)和(9)的兩個輸入端抽頭相連。本實用新型的工作過程為當(dāng)線圈(3)和(9)中通有控制電流時，銜鐵(5)在電磁力的作用下作軸向運動，通過拐形杠桿組件(12)將其直線運動轉(zhuǎn)換為輸出軸(20)的旋轉(zhuǎn)運動，銜鐵(5)受力大小與控制電流成比例，受力朝向通電的線圈方向。利用角位移傳感器組件(13)將銜鐵(5)的位置轉(zhuǎn)換為反饋電壓信號V2，經(jīng)放大后與設(shè)定電壓V1比較得到位置誤差，按PID規(guī)律校正放大后，再分別由兩個脈寬調(diào)制功率放大器U2、U3和功率放大管T1、T2輸出控制量V3和V4，分別增減線圈(3)和(9)中的電流，從而使輸出軸(20)穩(wěn)定在所設(shè)定的平衡位置上。
本實用新型的主要優(yōu)點為結(jié)構(gòu)緊湊、平均功耗低，因而有利于提高控制系統(tǒng)的可靠性；與工作能力相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)比例電磁鐵相比，可以明顯減小體積、減輕重量、降低生產(chǎn)成本。


圖1復(fù)合式低功耗比例電磁鐵結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2復(fù)合式低功耗比例電磁鐵實施例裝配圖；
圖3圖2的A—A向剖面圖；圖4雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器電路原理圖。
實施例本實用新型實施例包括本體部分(21)、角位移傳感器組件(13)和雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)，其結(jié)構(gòu)原理示意圖見圖1。本體部分(21)的結(jié)構(gòu)組成示于圖2，它由中心軸(6)、螺母(18)、中間箱體(7)、端蓋(1)和(11)、外導(dǎo)磁殼體(2)和(10)、線圈(3)和(9)、精密直線運動球軸承(4)和(8)、銜鐵(5)進行對置組合，并利用拐形杠桿組件(12)、軸承(15)和輸出軸(20)將銜鐵(5)的直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，檔板(19)用于軸承(15)的限位和防塵。為使結(jié)構(gòu)更加緊湊，角位移傳感器組件(13)也裝于中間箱體(7)內(nèi)，布置如圖3所示。先將角位移傳感器組件(13)和7芯插座(17)固定于蓋板(16)上，并焊好連接用導(dǎo)線，再利用螺栓將蓋板(16)固定于中間箱體(7)的側(cè)面上。雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)的電路原理圖示于圖4，均由市售通用元件組成，其型號和參數(shù)如圖所標(biāo)，其中電阻R7、R15、R25、R30、R33需調(diào)整確定，在本實施例中取值分別為100K、400Ω、1K、300Ω和300Ω左右。由于工作載荷較小，本實施例的銜鐵(5)采用單體式結(jié)構(gòu)，其制造材料與端蓋(1)、外導(dǎo)磁殼體(2)相同，均為電工純鐵DT4。
該實施例的主要技術(shù)參數(shù)為輸出軸擺角 45°；最大輸出扭矩±1.4Nm；穩(wěn)態(tài)功耗＜5W；瞬態(tài)功耗＜100W(持續(xù)時間＜1秒)；外形尺寸160×80×75mm；角位移傳感器型號WDD—22。
為檢驗其性能，采用一臺DK100型轉(zhuǎn)速控制器，分別配用本復(fù)合式低功耗比例電磁鐵和傳統(tǒng)的比例電磁鐵執(zhí)行器，在一臺75KW的柴油發(fā)電機組進行的對比試驗結(jié)果表明二者調(diào)速性能相同，但前者平均功耗僅為后者的8～10％。
權(quán)利要求一種復(fù)合式低功耗比例電磁鐵，其特征在于它包括本體部分(21)、角位移傳感器組件(13)和雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)；其中本體部分(21)包括端蓋(1)和(11)、外導(dǎo)磁殼體(2)和(10)、線圈(3)和(9)、精密直線運動球軸承(4)和(8)、銜鐵(5)、中心軸(6)、螺母(18)、中間箱體(7)和拐形杠桿組件(12)；通過中心軸(6)和螺母(18)、中間箱體(7)將端蓋(1)和(11)、外導(dǎo)磁殼體(2)和(10)、線圈(3)和(9)、精密直線運動球軸承(4)和(8)、銜鐵(5)進行對置組合；將拐形杠桿組件(12)置于中間箱體(7)內(nèi)銜鐵(5)中部的環(huán)槽外，角位移傳感器組件(13)和7芯插座(17)固定于蓋板(16)上，裝于中間箱體(7)的側(cè)面，并由螺栓固定；雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)的組成包括運算放大器U1A、U1B、U4A、U4B、脈寬調(diào)制器U2、U3、功率放大管T1、T2、電阻R1～R27和電容C～C17；V2端通過電阻R1與運算放大器U1A的正端相連，其輸出端經(jīng)R5與運算放大器U1B的負(fù)端相連；V1端經(jīng)電阻R6與運算放大器U1B的正端相連，運算放大器U1B的輸出端經(jīng)電阻R8、R11和R10分別連至脈寬調(diào)制器U2的1腳上和脈寬調(diào)制器U3的2腳上；調(diào)制后的脈沖信號分別由U2、U3的腳11和腳14輸出，經(jīng)電阻R23與功率放大管T1的柵極相連，經(jīng)電阻R24與功率放大管T2的柵極相連；脈沖信號經(jīng)功率放大管T1和T2放大后由與功率放大管T1和T2的源極相連接的V3、V4端輸出。
專利摘要本實用新型屬工業(yè)自動控制部件，用作電壓—位移轉(zhuǎn)換器。由本體結(jié)構(gòu)(21)、位移傳感器組件(13)、雙端口輸出PID調(diào)節(jié)器(14)等部分組成，其中本體結(jié)構(gòu)包括端蓋(1)和(11)、殼體(2)和(10)、線圈(3)和(9)、直線運動球軸承(4)和(8)、銜鐵(5)、中心軸(6)、螺母(18)、拐形杠桿組件(12)、輸出軸(20)、軸承(15)以及箱體(7)。該器件結(jié)構(gòu)緊湊、平均功耗低，有利于提高控制系統(tǒng)可靠性；與工作能力相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)比例電磁鐵相比，可明顯減小體積、減輕重量、降低成本。
文檔編號H01F7/06GK2246842SQ94219280
公開日1997年2月5日 申請日期1994年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月25日
發(fā)明者陸平, 孫軍 申請人:哈爾濱工程大學(xué)