專利名稱：基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體控制系統(tǒng)中比例閥、伺服閥用的電-機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)，尤其涉 及一種基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵。
背景技術(shù)：
比例電磁鐵作為一種電液比例控制元件的電-機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)，其功能是將控制 放大器輸出給的電流信號成比例地轉(zhuǎn)換為力或位移。傳統(tǒng)的比例電磁鐵，例如發(fā)明專利 DE3309904公開的一種典型盆形極靴結(jié)構(gòu)的比例電磁鐵，具體為其中段一般如圖8(為中 段的局部放大圖)所示在導(dǎo)磁套的中段用非導(dǎo)磁材料黃銅燒制一段隔磁環(huán)，前段和后段 分別為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體，其前段與導(dǎo)磁套有一夾角α ；為獲得良好的輸出特性，夾 角α加工精度要求高；這些都使其工藝上實現(xiàn)起來非常復(fù)雜。發(fā)明專利US6520600公開了一種采用特殊結(jié)構(gòu)的一體成型的導(dǎo)磁套的高速開關(guān) 電磁鐵，如圖9(為導(dǎo)磁套中段局部放大圖)所示在導(dǎo)磁套中部開有一環(huán)狀梯形凹槽，取代 了傳統(tǒng)的隔磁環(huán)結(jié)構(gòu)，使整個導(dǎo)磁套可采用同一材料一體成型，從而簡化加工工藝、降低成 本。前段夾角α為90° 135°，后段夾角β為90° 135° ；該導(dǎo)磁套的中段為-環(huán)形 薄壁結(jié)構(gòu)，承受壓力有限；并且梯形凹槽的前盆角和后盆角加工困難。發(fā)明專利CN101776172公開了一種永磁屏蔽式高速開關(guān)電磁鐵，在一體成型的導(dǎo) 磁套的環(huán)狀梯形凹槽中放置了永磁體，提高了響應(yīng)速度，增大輸出電磁力。但是該電磁鐵同 樣存在導(dǎo)磁套開槽處的套壁薄且長的缺點，導(dǎo)致導(dǎo)磁套內(nèi)承受的壓力有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比 例電磁鐵，其具有耐壓能力高、力特性比例性能好和有效行程長的特點。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁 鐵，包括中空的由導(dǎo)磁材料一體制成的導(dǎo)磁套，導(dǎo)磁套位于殼體內(nèi)，在導(dǎo)磁套和殼體之間設(shè) 置控制線圈，推桿縱向貫穿位于導(dǎo)磁套內(nèi)的銜鐵，且推桿與銜鐵固定相連；一體式導(dǎo)磁套包 括前段、中段和后段三部分；在導(dǎo)磁套的前段和中段內(nèi)設(shè)置導(dǎo)磁套內(nèi)腔，導(dǎo)磁套內(nèi)腔與后段 的交界面形成內(nèi)腔端面；在導(dǎo)磁套內(nèi)腔中設(shè)置與導(dǎo)磁套滑動相連的銜鐵，銜鐵內(nèi)設(shè)有兩個 對稱布置的軸向通孔或軸向通槽；在導(dǎo)磁套的后段內(nèi)設(shè)置通道，在通道內(nèi)設(shè)有后段支撐件； 在導(dǎo)磁套的后段設(shè)有與導(dǎo)磁套內(nèi)腔相連通的通油小孔；基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵還包括內(nèi)設(shè)端蓋空腔的端蓋，導(dǎo)磁套的 前段套裝在端蓋空腔內(nèi)，且導(dǎo)磁套的前段與端蓋空腔密封相連；導(dǎo)磁套的后段與殼體的內(nèi) 腔緊密相連(即兩者之間為過盈配合)；在銜鐵的右端面與導(dǎo)磁套的內(nèi)腔端面之間設(shè)置非 導(dǎo)磁材料制成的限位片；限位片的左右兩端分別與右端面和內(nèi)腔端面相接觸；推桿的右端 貫穿后段支撐件；推桿與后段支撐件滑動相連；在位于前段的導(dǎo)磁套內(nèi)腔中設(shè)有前段支撐 件，推桿的左端與前段支撐件滑動相連；
導(dǎo)磁套內(nèi)腔的側(cè)壁與銜鐵的側(cè)壁之間的間隙形成徑向工作氣隙I，銜鐵的右端面 與導(dǎo)磁套的內(nèi)腔端面之間的間隙形成軸向工作間隙II。作為本發(fā)明的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵的進一步改進導(dǎo)磁套是由 導(dǎo)磁材料一體化制成。作為本發(fā)明的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵的進一步改進在導(dǎo)磁套中 段的外表面上從左至右并行的設(shè)有至少1個環(huán)狀深凹槽和至少1個環(huán)狀淺凹槽，形成一個 深淺凹槽組，深凹槽定義為槽深為導(dǎo)磁套壁厚80% 90%的凹槽，淺凹槽定義為槽深為導(dǎo) 磁套壁厚45% 75%的凹槽。作為本發(fā)明的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵的進一步改進導(dǎo)磁套中段 外表面上的深淺凹槽組從左至右分為承壓凹槽組和調(diào)磁凹槽組，承壓凹槽組由環(huán)狀深凹槽 組成，或者承壓凹槽組為環(huán)狀深凹槽和環(huán)狀淺凹槽各種不同類型的組合，調(diào)磁凹槽組由環(huán) 狀淺凹槽組成。環(huán)狀深凹槽的槽深可一致也可不一致，環(huán)狀淺凹槽的槽深可一致也可不一 致。在本發(fā)明中，銜鐵、導(dǎo)磁套、殼體、端蓋均為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體。在本發(fā)明中環(huán)狀深凹槽的槽深L2可以相等也可以不等，環(huán)狀深凹槽的槽寬δ 2 可以相等也可以不等，環(huán)狀深凹槽之間的槽間距λ 2可以相等也可以不等。環(huán)狀淺凹槽的 槽深Ll可以相等也可以不等，環(huán)狀淺凹槽的槽寬δ 1可以相等也可以不等，環(huán)狀淺凹槽之 間的槽間距λ 1可以相等也可以不等；環(huán)狀淺凹槽和環(huán)狀深凹槽之間的槽間距λ 3可以相 等也可以不等。承壓凹槽組通過多種環(huán)狀淺凹槽和環(huán)狀深凹槽的組合，避免了背景技術(shù)中梯形環(huán) 狀凹槽導(dǎo)致導(dǎo)磁套壁薄且長的缺點，可以承受足夠大的內(nèi)部壓力；調(diào)磁凹槽組通過多種環(huán) 狀淺凹槽的組合，形成一個磁飽和區(qū)域，從而構(gòu)成特殊形式的磁路，實現(xiàn)了輸出力的比例特 性。從而使本發(fā)明的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵在具有良好的比例輸出性能的 同時，也使導(dǎo)磁套具有足夠的耐壓強度。本發(fā)明的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵的磁路在工作氣隙附近被分為 ①工和Φ2兩部分，其中磁路O1沿軸向工作氣隙II進入導(dǎo)磁套的內(nèi)腔端面，產(chǎn)生端面力F1 ； 。2經(jīng)銜鐵的外表面(為圓柱形外表面)穿過徑向工作氣隙I后進入導(dǎo)磁套的后段，產(chǎn)生軸 向附加力F2。F1和F2這兩者的綜合就得到了比例電磁鐵輸出力F。在本發(fā)明中，增加環(huán)狀深凹槽的槽寬δ 2或者環(huán)狀淺凹槽的槽寬δ 1可以延長 工作行程，優(yōu)化輸出力的比例特性，但會使承壓能力下降；減小環(huán)狀深凹槽之間的槽間距 λ 2、環(huán)狀淺凹槽之間的槽間距λ 1或者環(huán)狀淺凹槽與環(huán)狀深凹槽之間的槽間距λ 3可以增 加輸出力的大小，優(yōu)化輸出力的比例特性，延長工作行程，但會增加工藝難度，且降低導(dǎo)磁 套的套壁強度。增大環(huán)狀深凹槽的槽深Ll可以優(yōu)化輸出力的比例特性，延長工作行程，但 會降低導(dǎo)磁套的承壓能力。調(diào)整調(diào)磁凹槽組中環(huán)狀淺凹槽的不同槽深組合，可以優(yōu)化比例 特性，增加輸出力的大小。因此，針對實際工作需要，通過仿真及有限元優(yōu)化，可以選定合適 的承壓凹槽組以及調(diào)磁凹槽組的組合，設(shè)置各個凹槽(即包括環(huán)狀深凹槽和環(huán)狀淺凹槽) 的槽深、槽寬和槽間隔參數(shù)，從而控制銜鐵移動時的徑向漏磁分量，使得銜鐵受到的電磁力 在一定行程范圍內(nèi)只與控制線圈的電流值成比例，而與銜鐵相對導(dǎo)磁套的行程無關(guān)，因此 便可在銜鐵上得到與控制電流的方向和數(shù)值相對應(yīng)的輸出力，使得電磁力F相對于銜鐵的行程基本呈水平力特性關(guān)系，如圖4所示。本發(fā)明的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵與背景技術(shù)相比，具有以下有益 效果1、導(dǎo)磁套由導(dǎo)磁材料一體化制成，簡化加工工藝，降低成本；2、導(dǎo)磁套的中段開有若干個特殊結(jié)構(gòu)的環(huán)狀凹槽(包括深凹槽和淺凹槽)，替代 了傳統(tǒng)的隔磁環(huán)結(jié)構(gòu)，從而形成了特殊形式的磁路，獲得比例特性；因此本發(fā)明的電磁鐵具 有良好的靜、動態(tài)特性；3、開有深淺凹槽的導(dǎo)磁套，具有足夠的耐壓強度。綜上所述，使用本發(fā)明的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵，能顯著降低工 藝的復(fù)雜性，承受足夠的內(nèi)部壓力，在銜鐵上可得到與輸入信號成比例的連續(xù)的輸出力，具 有良好的靜、動態(tài)特性。本發(fā)明的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵可廣泛應(yīng)用于伺 服閥或比例閥的先導(dǎo)控制級，具有工程實用價值。本發(fā)明的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵的水平特性的力合成圖如圖4 所示，能夠滿足比例特性的輸出要求。將本發(fā)明的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵 與通常形式的耐高壓比例電磁鐵以及背景技術(shù)中的永磁屏蔽式高速開關(guān)電磁鐵的結(jié)構(gòu)和 性能進行綜合指標(biāo)對比，具體對比數(shù)據(jù)如表1所示表 權(quán)利要求
1.基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵，包括由導(dǎo)磁材料制成的中空的導(dǎo)磁套 (5)，導(dǎo)磁套(5)位于殼體(4)內(nèi)，在導(dǎo)磁套(5)和殼體(4)之間設(shè)置控制線圈(8)，推桿(9) 縱向貫穿位于導(dǎo)磁套(5)內(nèi)的銜鐵(3)，且推桿(9)與銜鐵(3)固定相連；其特征是所述 導(dǎo)磁套(5)由前段(51)、中段(52)和后段(53)三部分組成；在所述前段(51)和中段(52) 內(nèi)設(shè)置導(dǎo)磁套內(nèi)腔(55)，導(dǎo)磁套內(nèi)腔(5 與后段(5 的交界面形成內(nèi)腔端面(54)；在導(dǎo) 磁套內(nèi)腔(5 中設(shè)置與導(dǎo)磁套( 滑動相連的銜鐵(3)，所述銜鐵(3)內(nèi)設(shè)有兩個對稱布 置的軸向通孔(32)或軸向通槽；在后段(53)內(nèi)設(shè)置通道(56)，在通道(56)內(nèi)設(shè)有后段支 撐件(6)；在后段(53)內(nèi)設(shè)有與導(dǎo)磁套內(nèi)腔(55)相連通的通油小孔(59)；所述基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵還包括內(nèi)設(shè)端蓋空腔(11)的端蓋(1)，導(dǎo) 磁套(5)的前段(51)套裝在端蓋空腔(11)內(nèi)，且導(dǎo)磁套(5)的前段(51)與端蓋空腔(11) 密封相連；導(dǎo)磁套(5)的后段(5 與殼體(4)的內(nèi)腔緊密相連；在銜鐵(3)的右端面(31) 與導(dǎo)磁套(5)的內(nèi)腔端面(54)之間設(shè)置非導(dǎo)磁材料制成的限位片(7)；限位片(7)的左右 兩端分別與所述銜鐵(3)的右端面(31)和導(dǎo)磁套(5)的內(nèi)腔端面(54)相接觸；推桿(9) 的右端貫穿后段支撐件(6)；所述推桿(9)與后段支撐件(6)滑動相連；在位于前段(51) 的導(dǎo)磁套內(nèi)腔(5 中設(shè)有前段支撐件(10)，所述推桿(9)左端與前段支撐件(10)滑動相 連；所述導(dǎo)磁套內(nèi)腔(55)的側(cè)壁與銜鐵(3)的側(cè)壁之間的間隙形成徑向工作氣隙I (101)， 銜鐵(3)的右端面(31)與導(dǎo)磁套(5)的內(nèi)腔端面(54)之間的間隙形成軸向工作間隙 11(102)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵，其特征是所述導(dǎo) 磁套(5)由導(dǎo)磁材料一體化制作而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵，其特征是在 導(dǎo)磁套(5)中段(52)的外表面上設(shè)置相互平行且均垂直于導(dǎo)磁套(5)中心軸線的至少1 個的環(huán)狀深凹槽(57)和至少1個的環(huán)狀淺凹槽(58)，所述環(huán)狀深凹槽(57)和環(huán)狀淺凹槽 (58)組成深淺凹槽組，所述環(huán)狀深凹槽(57)的槽深為導(dǎo)磁套(5)中段(52)壁厚的80% 90% ；所述環(huán)狀淺凹槽(58)的槽深為導(dǎo)磁套(5)中段(52)壁厚的45% 75%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵，其特征是導(dǎo)磁 套(5)中段(5 外表面上的深淺凹槽組從左至右分為承壓凹槽組(10 和調(diào)磁凹槽組 (104)，所述承壓凹槽組(10 為環(huán)狀深凹槽(57)或者為環(huán)狀深凹槽(57)和環(huán)狀淺凹槽 (58)的組合，所述調(diào)磁凹槽組(104)為環(huán)狀淺凹槽(58)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于一體式導(dǎo)磁套的耐壓型比例電磁鐵，包括導(dǎo)磁套(5)、推桿(9)和銜鐵(3)等；在導(dǎo)磁套(5)的前段(51)和中段(52)內(nèi)設(shè)置導(dǎo)磁套內(nèi)腔(55)，導(dǎo)磁套內(nèi)腔(55)與后段(53)的交界面形成內(nèi)腔端面(54)；在導(dǎo)磁套內(nèi)腔(55)中設(shè)置銜鐵(3)，在銜鐵(3)的右端面(31)與導(dǎo)磁套(5)的內(nèi)腔端面(54)之間設(shè)置限位片(7)；導(dǎo)磁套內(nèi)腔(55)的側(cè)壁與銜鐵(3)的側(cè)壁之間的間隙形成徑向工作氣隙I(101)，銜鐵(3)的右端面(31)與導(dǎo)磁套(5)的內(nèi)腔端面(54)之間的間隙形成軸向工作間隙II(102)。該比例電磁鐵具有耐壓能力高、力特性比例性能好和有效行程長等特點。
文檔編號F16K31/06GK102063998SQ201010558158
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者丁凡, 周星, 滿軍, 笪靖 申請人:浙江大學(xué)