一種小型化超高速螺線管電磁鐵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種小型化超高速螺線管電磁鐵，包括極靴、軸承座、頂針、銜鐵、隔磁環(huán)、擋鐵、彈簧、螺釘、線圈、軛鐵、第一滑動軸承和第二滑動軸承；所述小型化超高速螺線管電磁鐵的體積不大于9.35，所述小型化超高速螺線管電磁鐵的直徑方向不大于19mm,所述小型化超高速螺線管電磁鐵的重量不大于42g，銜鐵克服不大于20N彈簧力、運(yùn)動有效行程不大于0.15mm，輸入電流不大于0.7A驅(qū)動時(shí)電磁鐵響應(yīng)速度小于0.8ms；該小型化超高速螺線管電磁鐵體具有積小、重量輕、驅(qū)動能力強(qiáng)、成本低和響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。
【專利說明】一種小型化超高速螺線管電磁鐵
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明專利涉及一種螺線管電磁鐵，尤其是一種使用常規(guī)PWM信號控制的小型化超聞速螺線管電磁鐵。
【背景技術(shù)】
[0003]螺線管電磁鐵廣泛應(yīng)用于自動控制領(lǐng)域，用于驅(qū)動主閥等機(jī)械構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動的自動控制，其典型應(yīng)用包括各類電磁閥，如飛行器流體控制系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)和各類行駛機(jī)械的變速系統(tǒng)。
[0004]螺線管電磁鐵由繞制成管狀的漆包線通入電流產(chǎn)生電磁吸力，作用在由軟磁材料制成的銜鐵上由銜鐵(或與銜鐵一體的零件)輸出電磁力。螺線管電磁鐵的主要指標(biāo)包括克服反力(預(yù)緊彈簧力或介質(zhì)作用力)驅(qū)動元件做功的能力和接受輸入信號后完成動作的時(shí)間即響應(yīng)速度。由于漆包線繞制成管狀存在一定電感，驅(qū)動電壓增加到電磁鐵上時(shí)，電流需要一定時(shí)間才能夠上升，使得電磁鐵的響應(yīng)時(shí)間相應(yīng)變慢。當(dāng)銜鐵需要克服較大的反作用力時(shí)，響應(yīng)速度會變得更慢，目前未見驅(qū)動能力達(dá)到20N量級的超高速螺線管微型電磁鐵。常規(guī)的螺線管電磁鐵在達(dá)到2ms的響應(yīng)速度時(shí)已經(jīng)很難在提高響應(yīng)速度，且電磁鐵的直徑均超過20mm,重量超過50g。
[0005]為了提高螺線管電磁鐵的響應(yīng)速度，一種的做法是增加電磁力，例如增加螺線管內(nèi)繞指的漆包線的匝數(shù)，增大輸入電流，增加有效的電磁吸合面積等等，另一種做法是減輕運(yùn)動件的重量，包括降低銜鐵等在電磁力驅(qū)動時(shí)運(yùn)動的零件的重量。漆包線匝數(shù)的增加很大的增加了電磁鐵的體積和重量，對于體積和重量有嚴(yán)格要求的產(chǎn)品很難實(shí)施，增大輸入電流使得電磁鐵的壽命顯著縮短，可靠性降低。使用超大電流啟動和維持電流的控制策略使得電磁鐵的控制系統(tǒng)變得復(fù)雜，成本顯著增高。增大有效電磁吸合面積的做法雖然電磁力有所增加，但是運(yùn)動件的重量也跟隨增加，最終使得響應(yīng)速度始終維持在2ms以上的范圍而無法實(shí)現(xiàn)更快的相應(yīng)速度。為了獲得更快的響應(yīng)速度，例如減小Ims的響應(yīng)時(shí)間，往往需要采用大量昂貴的軟磁合金材料，使得電磁鐵的制造成本高昂，極大限制了超高速開關(guān)電磁鐵的應(yīng)用。某些特定場合，對螺線管的電磁鐵體積、重量、驅(qū)動力禾響應(yīng)速度都有嚴(yán)格要求，要求電磁鐵體積盡量小，重量盡量輕，驅(qū)動力盡量大，響應(yīng)速度盡量快，這些要求使得電磁鐵的設(shè)計(jì)和制造極其困難。
[0006]現(xiàn)有的螺線管電磁鐵結(jié)構(gòu)主要有以下幾點(diǎn)不足:
I)體積較大，一般直徑均在20mm以上。
[0007]2)重量較大，一般重量均在50g以上。
[0008]3)較大驅(qū)動力時(shí)(例如20N)響應(yīng)速度達(dá)不到超高速開關(guān)電磁鐵Ims以內(nèi)響應(yīng)速度的指標(biāo)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明專利目的是提供一種成本低廉，控制簡單，體積小，重量輕，驅(qū)動力大，響應(yīng)速度快的小型化超高速螺線管電磁鐵。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:包括極靴、軸承座、頂針、銜鐵、隔磁環(huán)、擋鐵、彈簧、螺釘、線圈、軛鐵、第一滑動軸承和第二滑動軸承構(gòu)成，所述銜鐵為圓柱形、其內(nèi)部設(shè)有直徑不等的四個(gè)同心圓孔，所述隔磁環(huán)為杯狀薄壁結(jié)構(gòu)、且位于銜鐵與擋鐵之間，所述擋鐵三段同心圓柱結(jié)構(gòu)、且內(nèi)部設(shè)置有通孔，所述通孔右端設(shè)置有螺紋，所述線圈設(shè)置有信號輸入用第一電插針和第二電插針，所述第二滑動軸承安裝在極靴左端，所述第一滑動軸承安裝在位于極靴內(nèi)部的軸承座上，所述小型化超高速螺線管電磁鐵的體積不大于9.35 Cmi，所述小型化超高速螺線管電磁鐵的直徑方向不大于19 mm,所述小型化超
高速螺線管電磁鐵的重量不大于42g，銜鐵克服不大于20N彈簧力、運(yùn)動有效行程不大于
0.15_，輸入電流不大于0.1k驅(qū)動時(shí)電磁鐵響應(yīng)速度小于0.8ms。
[0011]作為優(yōu)選:所述極靴為軟磁極靴，其左端設(shè)置有用于安裝定位的螺紋結(jié)構(gòu)，表面設(shè)置有防腐蝕層。
[0012]作為優(yōu)選:所述頂針和銜鐵鉚接為一體。
[0013]作為優(yōu)選:所述隔磁環(huán)和擋鐵鉚接為一體。
[0014]作為優(yōu)選:彈簧一端安裝在銜鐵右端孔內(nèi)，穿過擋鐵上的通孔，且右端安裝在螺釘上。
[0015]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
1、本發(fā)明專利采用普通軟磁材料和普通防腐處理方式，零件加工簡單，裝配容易，成本低。
[0016]2、本發(fā)明專利產(chǎn)品體積小，電磁鐵直徑不大于19mm。
[0017]3、本發(fā)明專利產(chǎn)品重量輕,重量不大于42g。
[0018]4、本發(fā)明專利產(chǎn)品響應(yīng)速度快，在額定工作壓力和驅(qū)動信號下，響應(yīng)速度達(dá)
0.8ms o
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明專利一種小型化超高速螺線管電磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明專利一種小型化超高速螺線管電磁鐵實(shí)測電磁力與銜鐵位移關(guān)系結(jié)果的不意圖；
其中附圖標(biāo)記為:1-極靴，2-軸承座，3-頂針，4-銜鐵，5-隔磁環(huán)，6-擋鐵，7-彈簧，8-螺釘，9-線圈，9a-第一電插針，9b-第二電插針，10-軛鐵，I Ia-第一滑動軸承，I Ib-第二滑動軸承。
【具體實(shí)施方式】[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0022]參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種小型化超高速螺線管電磁鐵，包括極靴1、軸承座
2、頂針3、銜鐵4、隔磁環(huán)5、擋鐵6、彈簧7、螺釘8、線圈9、軛鐵10、第一滑動軸承Ila和第二滑動軸承Ilb構(gòu)成，所述銜鐵4為圓柱形，內(nèi)設(shè)直徑不等的四個(gè)同心圓孔(未圖示)、且分別用于安裝定位頂針3和放置彈簧7，所述隔磁環(huán)5為杯狀薄壁結(jié)構(gòu)、其位于銜鐵4與擋鐵6之間，所述擋鐵6為三段同心圓柱結(jié)構(gòu)、且內(nèi)部設(shè)置有通孔(未圖示)，所述通孔右端設(shè)置有螺紋(未圖示)，所述線圈9設(shè)置有信號輸入用第一電插針9a和第二電插針％，所述第二滑動軸承Ilb安裝在極靴I左端，所述第一滑動軸承Ila安裝在位于極靴I內(nèi)部的軸承座2上，所述小型化超高速螺線管電磁鐵的體積不大于9.35 ，所述小型化超高速螺線管電磁鐵的直徑方向不大于19 mm,所述小型化超高速螺線管電磁鐵的重量不大于42g，銜鐵克服不大于20N彈簧力、運(yùn)動有效行程不大于0.15_，輸入電流不大于0.7A驅(qū)動時(shí)電磁鐵響應(yīng)速度小于0.8ms。
[0023]極靴I由軟磁材料構(gòu)成，左端設(shè)置有用于安裝定位的螺紋結(jié)構(gòu)，表面設(shè)置有腐蝕層(未圖示)。頂針3和銜鐵4鉚接為一體，銜鐵4可在軸承座2和擋鐵6之間往復(fù)運(yùn)動。彈簧7 —端安裝在銜鐵4右端孔內(nèi)，穿過擋鐵5上的通孔，右端安裝在螺釘8上。
[0024]極靴1、銜鐵4擋鐵6和軛鐵10由常用軟磁材料制成，構(gòu)成電磁鐵通電時(shí)線圈9產(chǎn)生的磁場的磁力線回路，且表面均經(jīng)防腐蝕處理。軛鐵10兩端設(shè)置有環(huán)形槽(未圖示)，用于定位和連接極靴I和擋鐵6，均采用鉚接變形方式連接，安裝便捷，堅(jiān)固可靠。極靴I和銜鐵4之間留有間隙，使銜鐵4在往復(fù)運(yùn)動時(shí)不受極靴I影響且可減小電磁鐵的電感。線圈9與銜鐵4、擋鐵6之間留有間隙，使得銜鐵4往復(fù)運(yùn)動時(shí)不受線圈9影響，且安裝方面。彈簧座8設(shè)置有圓柱狀凸起，用于安裝定位彈簧7并放置彈簧7在銜鐵4往復(fù)運(yùn)動壓縮時(shí)與擋鐵6內(nèi)孔避免摩擦。隔磁環(huán)5采用非導(dǎo)磁材料制成，降低斷電時(shí)電磁鐵內(nèi)剩磁影響，提高電磁鐵釋放響應(yīng)速度。隔磁環(huán)5采用鉚接方式與擋鐵6連接，放置銜鐵4高速往復(fù)運(yùn)動撞擊使隔磁環(huán)5脫落。第一滑動軸承11a、第二滑動軸承Ilb采用特種材料制成，具有極低摩擦系數(shù)，且能夠耐受220°C以上高溫。頂針4與第一滑動軸承11a、第二滑動軸承Ilb之間預(yù)留間隙，用于補(bǔ)償溫度變化導(dǎo)致的材料熱蠕變，補(bǔ)償溫差范圍為_40°C?200°C。頂針3采用非導(dǎo)磁材料制成，表面經(jīng)防腐蝕處理，且可根據(jù)不同需求改變頂針3形狀以實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用需求。
[0025]參閱圖2所示，圖2為小型化超高速螺線管電磁鐵實(shí)測電磁力與銜鐵位移關(guān)系結(jié)果的示意圖，其中Y方向代表電磁鐵輸出力(N)，X方向代表銜鐵與擋鐵的距離(MM)，圖中的坐標(biāo)點(diǎn)代表24V驅(qū)動電磁力。
[0026]實(shí)際應(yīng)用表明，該電磁閥在設(shè)定彈簧力20N、銜鐵有效行程0.15mm驅(qū)動電流0.7A時(shí)響應(yīng)速度達(dá)到0.8ms，且電磁鐵體積僅9.35 ,直徑徑19mm，重量42g。采用高電平24V、頻率為200Hz的PWM信號驅(qū)動時(shí)，其占空比工作范圍為16%?84%。其體積小、重量輕響應(yīng)速度快的特點(diǎn)可廣泛用于對體積和重量有嚴(yán)格限制又要求電磁鐵具有超高速響應(yīng)速度的裝置，如飛行器姿態(tài)、軌道控制系統(tǒng)等。
[0027]對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍內(nèi)的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合于本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種小型化超高速螺線管電磁鐵，其特征在于:包括極靴、軸承座、頂針、銜鐵、隔磁環(huán)、擋鐵、彈簧、螺釘、線圈、軛鐵、第一滑動軸承和第二滑動軸承構(gòu)成，所述銜鐵為圓柱形、其內(nèi)部設(shè)有直徑不等的四個(gè)同心圓孔，所述隔磁環(huán)為杯狀薄壁結(jié)構(gòu)、且位于銜鐵與擋鐵之間，所述擋鐵三段同心圓柱結(jié)構(gòu)、且內(nèi)部設(shè)置有通孔，所述通孔右端設(shè)置有螺紋，所述線圈設(shè)置有信號輸入用第一電插針和第二電插針，所述第二滑動軸承安裝在極靴左端，所述第一滑動軸承安裝在位于極靴內(nèi)部的軸承座上，所述小型化超高速螺線管電磁鐵的體積不大于9.35 cni，所述小型化超高速螺線管電磁鐵的直徑方向不大于19 mm,所述小型化超高速螺線管電磁鐵的重量不大于42g，銜鐵克服不大于20N彈簧力、運(yùn)動有效行程不大于0.15_，輸入電流不大于0.1k驅(qū)動時(shí)電磁鐵響應(yīng)速度小于0.8ms。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種小型化超高速螺線管電磁鐵，其特征在于:所述極靴為軟磁極靴，其左端設(shè)置有用于安裝定位的螺紋結(jié)構(gòu)，表面設(shè)置有防腐蝕層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化超高速螺線管電磁鐵，其特征在于:所述頂針和銜鐵鉚接為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化超高速螺線管電磁鐵，其特征在于:所述隔磁環(huán)和擋鐵鉚接為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化超高速螺線管電磁鐵，其特征在于:彈簧一端安裝在銜鐵右端孔內(nèi)，穿過擋鐵上的通孔，且右端安裝在螺釘上。
【文檔編號】H01F7/121GK103714941SQ201410009768
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】王琦麟, 陸燦 申請人:浙江弘馳科技股份有限公司