專利名稱：耐高壓無彈簧直動式高速開關(guān)電磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于流體傳動及控制領(lǐng)域中電(氣)液高速數(shù)字開關(guān)閥用的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，尤其涉及一種耐高壓無彈簧直動式高速開關(guān)電磁鐵。
技術(shù)背景 閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器按照銜鐵工作腔是否有油液進(jìn)入可以分為干式和濕式兩種，后者與前者相比，由于其結(jié)構(gòu)上的耐高壓特性而允許銜鐵工作時(shí)可以浸在油液中，從而具有散熱好，摩擦小，換向和復(fù)位時(shí)沖擊噪聲小，工作平穩(wěn)和壽命長的優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用日益廣泛。一般而言，脈寬調(diào)制式高速數(shù)字開關(guān)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(jī)械轉(zhuǎn)換器主要是高速開關(guān)電磁鐵，脈沖高電平時(shí)電磁鐵的銜鐵在極限位置吸合，低電平時(shí)在機(jī)械彈簧力的作用下復(fù)位，以此對應(yīng)高速開關(guān)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(guān)電磁鐵而言，復(fù)位彈簧是關(guān)鍵部件之一，其剛度直接決定了銜鐵的返回時(shí)間和電磁鐵的固有頻率；然而彈簧作為機(jī)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(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致電磁鐵失效；另外，在電磁鐵設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮彈簧的安裝方法和位置，從而使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本高。為此，也有專利提出了靠電磁力復(fù)位的無彈簧直動式高速開關(guān)電磁鐵，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好、使用壽命長；然而該種電磁鐵的控制線圈與轉(zhuǎn)子工作腔之間并無密封耐高壓結(jié)構(gòu)，油液一旦進(jìn)入工作腔，控制線圈將直接浸在油液中從而導(dǎo)致電磁鐵的損壞，因而無法在濕式狀態(tài)下工作。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的無彈簧直動式高速開關(guān)電磁鐵的無密封耐高壓結(jié)構(gòu)、無法在濕式狀態(tài)下工作的不足，本實(shí)用新型提供一種具有良好的耐高壓特性、適應(yīng)濕式狀態(tài)下工作的耐高壓無彈簧直動式高速開關(guān)電磁鐵。本實(shí)用新型為了解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為—種耐高壓無彈簧直動式高速開關(guān)電磁鐵，包括前端蓋和后端蓋，所述高速開關(guān)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(guān)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(lì)磁源；所述第三軛鐵呈實(shí)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，所述前端蓋和后端蓋的內(nèi)側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第一密封圈、第六密封圈，所述第一密封圈與第三軛鐵接觸，所述第六密封圈與第一軛鐵接觸；第二軛鐵、第三軛鐵分別與永磁體連接的一側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第四密封圈、第五密封圈；線圈保持架的兩側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第二密封圈和第三密封圈，所述第二密封圈與第一軛鐵接觸，所述第三密封圈與第二軛鐵接觸。進(jìn)一步，為減小銜鐵的運(yùn)動慣量，設(shè)計(jì)了所述空心杯形狀的銜鐵4，以獲得高的動態(tài)響應(yīng)，滿足開關(guān)電磁鐵聞速開關(guān)的需要。本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、采用了簡單可靠的耐高壓結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)具備在濕式狀態(tài)下工作的能力；2、換向和復(fù)位時(shí)沖擊和噪聲小，工作穩(wěn)定；3、控制線圈溫升低，系統(tǒng)壽命長；4、運(yùn)動零部件摩擦小，潤滑性能好，有利于長期保持精度。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。圖3a為本實(shí)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(shí)用新型的銜鐵處于一個(gè)通電平衡狀態(tài)的工作原理示意圖。圖3c為本實(shí)用新型的銜鐵處于另一個(gè)通電平衡狀態(tài)的工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。參照圖I 圖3c，一種耐高壓無彈簧直動式高速開關(guān)電磁鐵，包括軛鐵部件、銜鐵部件、前端蓋I和后端蓋15，所述軛鐵部件位于銜鐵部件的外側(cè)，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(guān)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I和后端蓋15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16、第三軛鐵13、線圈保持架17、控制線圈8和永磁體14，所述第一軛鐵5和第二軛鐵16均呈半開口狀，所述第一軛鐵5、第二軛鐵16、第三軛鐵13均布置在銜鐵外圈，所述第一軛鐵5和第二軛鐵16的開口相對并形成空腔，所述線圈保持架17用非導(dǎo)磁金屬材料制成，位于所述空腔內(nèi)，所述控制線圈8環(huán)繞在線圈保持架17上組成電流勵(lì)磁源；所述第三軛鐵13呈實(shí)心圓環(huán)狀；所述永磁體14位于所述第二軛鐵16和第三軛鐵13之間且被軸向磁化成N極和S極；所述第三軛鐵13與后端蓋15固定連接，所述第一軛鐵5與前端蓋I固定連接。其中，第二軛鐵16、第三軛鐵13分別與永磁體14連接的那一側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第四密封圈10、第五密封圈12，前端蓋I和后端蓋15的內(nèi)側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第一密封圈6、第六密封圈11 ;線圈保持架17的兩側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽，用來放置第二密封圈7和第三密封圈9。為減小銜鐵的運(yùn)動慣量，設(shè)計(jì)了所述空心杯形狀的銜鐵4，以獲得高的動態(tài)響應(yīng)，滿足開關(guān)電磁鐵高速開關(guān)的需要；在銜鐵4外表面開有a、b和c三個(gè)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(yīng)，第一軛鐵5、第二軛鐵16和第三軛鐵13的極身寬度應(yīng)和銜鐵4外表面的三個(gè)大齒a、b和c的齒寬相等，統(tǒng)一記為Pt ;第三軛鐵13、第二軛鐵16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(guān)系式SK=GK+Pt/2;而整個(gè)軛鐵部件的長度Ls和銜鐵4的長度Lk之間必須滿足關(guān)系式LK=Ls+Pt/2。為滿足電磁鐵正常工作的需要，前端蓋I、后端蓋15和推桿3均由非導(dǎo)磁金屬材料制成；而第一軛鐵5、第二軛鐵16、第三軛鐵13和銜鐵4均由高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成。當(dāng)有油液進(jìn)入銜鐵工作腔時(shí)，第二軛鐵16、第三軛鐵13分別與永磁體14連接的那一側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第四密封圈10、第五密封圈12，前端蓋I和后端蓋15的內(nèi)側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第一密封圈6、第六密封圈11，以防止油液從電磁鐵零部件之間的配合間隙中泄漏出來；線圈保持架17的兩側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽，用來放置第二密封圈7和第三密封圈9，使得控制線圈8與充滿油液的銜鐵工作腔相隔離；上述的耐高壓結(jié)構(gòu)簡單可靠，容易實(shí)現(xiàn)，從而使得系統(tǒng)具有了在濕式狀態(tài)下工作的能力。本實(shí)施例以高速開關(guān)電磁鐵銜鐵上不均勻分布三個(gè)齒寬相同的大齒結(jié)構(gòu)為例，結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。 本實(shí)施例的工作原理如圖3a所示，第一軛鐵5、第二軛鐵16、第三軛鐵13分別和空心杯銜鐵4形成三段有效工作氣隙；當(dāng)控制線圈8不通電流的時(shí)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(gè)永磁磁路并不對稱，其總磁導(dǎo)與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，電磁鐵將會自動停留在磁路總磁導(dǎo)最大的位置，即初始平衡位置，此時(shí)第三軛鐵13的極身位置與銜鐵4外表面的大齒a重合，而第二軛鐵16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(cuò)開半個(gè)齒寬(Pt/2)的距離，電磁鐵停留于初始平衡位置；當(dāng)線圈8通入如圖3b所示 方向(沿紙面向里)的電流時(shí)，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16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16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(qiáng)度相互疊加而增強(qiáng)；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(qiáng)度相互抵消而減弱，適當(dāng)調(diào)整控制線圈8的電流強(qiáng)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(shí)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(shí)銜鐵處于通電平衡位置；同樣地，當(dāng)線圈8通入如圖3c所示0方向(沿紙面向外)的電流時(shí)，第二軛鐵16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(qiáng)度相互抵消而減弱，適當(dāng)調(diào)整控制線圈8的電流強(qiáng)度，可以使得第二軛鐵16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(qiáng)度相互疊加而增強(qiáng)，此時(shí)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(gè)通電平衡位置；當(dāng)線圈8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。可以看到，只要控制線圈8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(dāng)調(diào)整電磁鐵本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以控制銜鐵4移動距離的長短，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字開關(guān)閥的開和閉兩種工作狀態(tài)。上述具體實(shí)施方式
用來解釋本實(shí)用新型，而不是對本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本實(shí)用新型作出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種耐高壓無彈簧直動式高速開關(guān)電磁鐵，包括前端蓋和后端蓋，所述高速開關(guān)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(guān)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(lì)磁源；所述第三軛鐵呈實(shí)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，其特征在于所述前端蓋和后端蓋的內(nèi)側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第一密封圈、第六密封圈，所述第一密封圈與第三軛鐵接觸，所述第六密封圈與第一軛鐵接觸；第二軛鐵、第三軛鐵分別與永磁體連接的一側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第四密封圈、第五密封圈；線圈保持架的兩側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第二密封圈和第三密封圈，所述第二密封圈與第一軛鐵接觸，所述第三密封圈與第二軛鐵接觸。
2.如權(quán)利要求I所述的耐高壓無彈簧直動式高速開關(guān)電磁鐵，其特征在于所述銜鐵呈空心杯形狀。
專利摘要一種耐高壓無彈簧直動式高速開關(guān)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(guān)閥閥芯聯(lián)動的推桿，銜鐵固定安裝在推桿上，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(lì)磁源；永磁體位于第二軛鐵和第三軛鐵之間；前端蓋和后端蓋的內(nèi)側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第一密封圈、第六密封圈；第二軛鐵、第三軛鐵分別與永磁體連接的一側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第四密封圈、第五密封圈，線圈保持架的兩側(cè)各開有一個(gè)環(huán)形凹槽用來放置第二密封圈和第三密封圈。本實(shí)用新型具有良好的耐高壓特性、適應(yīng)濕式狀態(tài)下工作。
文檔編號H01F7/122GK202678020SQ201220277819
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者林瓊, 孟彬 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)