螺线管致动器的制作方法

1.本实用新型涉及电气元件领域，尤其涉及一种螺线管致动器。


背景技术：

2.螺线管致动器是一种包含有线圈和可移动芯轴的电气元件，利用线圈通电产生的电磁力，驱动芯轴沿磁场方向进行移动。由于线圈断电后，已经移动位置的芯轴无法自动复位，因此现有的螺线管致动器通常会在芯轴上连接复位弹簧。当线圈通电时，电磁力驱动芯轴移动，同时芯轴压缩弹簧，使弹簧储存弹性势能；当线圈断电后，弹簧伸长，释放弹性势能，并带动芯轴一同复位。芯轴移动的推力大小通常与线圈通电电流的大小及绕线圈数相关，线圈通电电流越大、绕线圈数越多，线圈产生的磁场越强，电磁力越大，对芯轴的推力也就越大。
3.现有的螺线管致动器虽然能够实现芯轴的移动和复位效果，但仍然存在以下问题：由于线圈通电产生的电磁力既要推动芯轴移动，同时又要克服弹簧对芯轴移动产生的阻力，使弹簧储存弹性势能，因此芯轴所受到的推力大大减小，即芯轴的固定强度减弱，影响了螺线管致动器工作状态的稳定性和可靠性；而通过增大电流或增加线圈绕线圈数的方式，虽然能够提高芯轴的推力和移动速度，但不仅会造成电能的浪费，还会增大线圈和螺线管致动器的体积，不利于产品整体性能的优化。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种螺线管致动器，通过设置永磁体组件，既能够使芯轴自动复位，同时增大了芯轴的推力。具体技术方案如下：
5.一种螺线管致动器，包括壳体，壳体内设置有线圈，线圈的中心形成有空心通道，空心通道内活动设置有芯轴，芯轴可在通电线圈产生的电磁作用下沿芯轴第一端部指向芯轴第二端部的轴线方向移动；芯轴上设置有第一永磁组件，第一永磁组件的磁场设置方向与线圈通电后产生的电磁场方向一致，以增大芯轴移动时受到的推力，靠近第一永磁组件的位置处设置有第二永磁组件，第二永磁组件与第一永磁组件之间形成有排斥力，排斥力的方向为芯轴第二端部指向芯轴第一端部的方向，以促使线圈断电后芯轴自动复位。
6.进一步，第二永磁组件的磁场设置方向与线圈通电后产生的电磁场方向一致。
7.进一步，第一永磁组件和第二永磁组件靠近线圈设置，以使第一永磁组件的磁场和第二永磁组件的磁场与线圈通电后产生的电磁场相互叠加。
8.进一步，在芯轴的轴线方向上，第一永磁组件到芯轴第二端部之间的距离大于第二永磁组件到芯轴第二端部的距离，以使第二永磁组件对第一永磁组件产生的排斥力的方向为沿芯轴第二端部指向芯轴第一端部的方向。
9.进一步，第一永磁组件的磁力大于第二永磁组件的磁力。
10.进一步，第一永磁组件的厚度大于第二永磁组件的厚度。
11.进一步，线圈包括第一端部和第二端部，线圈的第一端部靠近芯轴的第一端部设
置，线圈的第二端部靠近芯轴的第二端部设置，第一永磁组件固定设置在芯轴的第一端部上，第二永磁组件靠近线圈的第一端部设置。
12.进一步，第二永磁组件为中空形永磁体，中空形永磁体固定设置在壳体靠近芯轴第一端部的位置上，中空形永磁体环绕设置在芯轴和第一永磁组件的外部。
13.进一步，第一永磁组件包括至少两个永磁体，至少两个永磁体沿芯轴的轴向方向相互重叠设置。
14.进一步，第二永磁组件包括至少两个永磁体，至少两个永磁体以芯轴的轴线为中心线，旋转对称设置。
15.进一步，芯轴的第一端部延伸至线圈及壳体的外部设置，使第一永磁组件位于壳体外；第二永磁组件贴合设置在壳体靠近芯轴第一端部的端面上，位于壳体外。
16.本实用新型的螺线管致动器具有以下优点：
17.1、线圈通电时，芯轴周围产生的电磁场强度增大，使芯轴的推力增大、移动速度更快，螺线管致动器的工作状态更加稳定可靠；
18.2、线圈断电时，芯轴可自动复位，且复位功能不影响芯轴移动时的推力和速度；
19.3、在实现芯轴复位效果和提高芯轴推力及移动速度的前提下，不需要额外增加线圈的工作电压和工作电流，节能环保。
附图说明
20.图1为本实用新型的螺线管致动器在未通电状态下的剖视图。
21.图2为本实用新型中的第一永磁组件和第二永磁组件的工作原理示意图。
22.图3为本实用新型的螺线管致动器在通电状态下的剖视图。
23.图4为本实用新型的螺线管致动器的实施例一的仰视图。
24.图5为本实用新型的螺线管致动器的实施例二的仰视图。
25.图6为本实用新型的螺线管致动器的实施例三的仰视图。
具体实施方式
26.为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的螺线管致动器做进一步详细的描述。
27.本实用新型的螺线管致动器包括壳体，壳体上设置有导向座，导向座与壳体共同围成一个容置腔室，容置腔室内设置有环形线圈。环形线圈的中心部位形成有空心通道，空心通道内活动设置有柱状芯轴，芯轴的第一端部远离导向座设置，芯轴的第二端部活动嵌设在导向座内；线圈通电时可产生电磁场，芯轴在电磁的作用下，在芯轴的轴线方向上，可沿芯轴第一端部指向芯轴第二端部的方向进行移动；导向座可对芯轴的移动方向起导向作用，同时导向座与外壳能够将线圈通电后产生的磁力封闭在容置腔室内。
28.芯轴上设置有第一永磁组件，在靠近第一永磁组件的位置处还设置有第二永磁组件，第二永磁组件相对于线圈位置固定不动。第一永磁组件产生的磁力与第二永磁组件产生的磁力之间形成相互排斥的排斥力，排斥力可对芯轴产生一个推力，该推力的方向为芯轴第二端部指向芯轴第一端部的方向。当线圈停止通电时，线圈产生的电磁力消失，此时已经发生位置移动的芯轴可在排斥力所形成的推力作用下复位。
29.优选地，第一永磁组件的磁场方向与线圈通电后产生的电磁场方向一致，且第一永磁组件靠近线圈设置，第一永磁组件的磁场能够与线圈通电后产生的电磁场相互叠加，提升芯轴所受到的磁场作用的强度，进而使芯轴受到的推力增大、移动速度增快。
30.优选地，第二永磁组件的磁场方向与线圈通电后产生的电磁场方向一致，且第二永磁组件靠近线圈和第一永磁组件设置，第二永磁组件的磁场能够与线圈通电后产生的电磁场以及第一永磁体的磁场相互叠加，进一步提升芯轴所受到的磁场作用的强度，增大芯轴的推力和移动速度。
31.具体的，如图1所示，本实用新型的螺线管致动器包括圆柱形的壳体1，壳体1内部形成有容置腔室，环形线圈2固定设置在容置腔室内，贴靠壳体1的内壁设置，芯轴3为细长的棒状结构，嵌设在线圈2中心部位的空心通道中。芯轴3包括第一端部和第二端部，线圈2包括第一端部和第二端部，线圈2的第一端部靠近芯轴3的第一端部设置，线圈2的第二端部靠近芯轴3的第二端部设置。当线圈2通电时，线圈2产生的电磁力可推动芯轴3在空心通道中移动，移动方向为沿芯轴3第一端部指向芯轴3第二端部的方向。
32.进一步，壳体1靠近芯轴3第二端部的位置处设置有导向座4，导向座4与壳体1固定连接。导向座4的中部设置有环形的凸台，凸台朝向芯轴3第一端部所在方向延伸设置。环形凸台的中心处形成有空心的导向槽，导向槽具有导向作用，芯轴3的第二端部嵌设在导向槽内，可使整个芯轴3沿导向槽滑动。导向槽上设置有第一斜面，第一斜面位于导向槽靠近芯轴3第一端部的端面上，相对应的，芯轴3的中部位置处形成有第二斜面，当芯轴3沿导向槽滑动时，第一斜面与第二斜面可发生相互止挡，进而限制芯轴3的移动距离，使芯轴3第二端部的伸出长度可控。采用第一斜面和第二斜面相互配合的方式形成止挡结构，能够缓冲芯轴3与导向座4之间的冲击力，并提高导向座4对芯轴3移动方向的导向效果。
33.当然，芯轴3与导向座4的第一斜面相配合的结构也可为一圈弧线结构，或在第二斜面上设置若干细小的凸起结构，以在提高缓冲效果和导向效果的基础上，减小芯轴3与第一斜面的接触面积，这种设置方式更利于芯轴3与导向座4相互脱离，以实现自动复位。
34.进一步，芯轴3的第一端部延伸出线圈2的第一端部及壳体1的外部设置，在芯轴3的第一端部上固定设置有第一永磁组件5，第一永磁组件5位于壳体1的外部；在壳体1靠近芯轴3第一端部的端面上设置有第二永磁组件6，第二永磁组件6贴合固定在壳体1端面的外表面上，以使第二永磁组件6位于壳体1外部，且靠近线圈2的第一端部及第一永磁组件5所在位置设置。
35.进一步，如图2所示，第一永磁组件5产生的磁力与第二永磁组件6产生的磁力之间形成相互排斥的排斥力，排斥力可转化为对芯轴3的推力，促使芯轴3沿推力方向移动。在芯轴3的轴线方向上，第一永磁组件5到芯轴3第二端部之间的距离，大于第二永磁组件6到芯轴3第二端部的距离，这种设置方式能够保证在线圈未通电的情况下，第二永磁组件6对第一永磁组件5产生的排斥力的方向为沿芯轴3第二端部指向芯轴3第一端部的方向，即排斥力所形成的推力方向为沿芯轴3第二端部指向芯轴3第一端部的方向。线圈2通电后，芯轴3附近产生的电磁力的强度大于第一永磁组件5和第二永磁组件6之间形成的排斥力的强度，因此当线圈2通电时，芯轴3可沿其第一端部指向第二端部的方向发生位置移动，当线圈2断电时，芯轴3可在排斥力的推动下自动复位。
36.进一步，如图3所示，第一永磁组件5的磁场方向与线圈2通电后产生的电磁场方向
一致，且由于第一永磁组件5靠近线圈2设置，因此第一永磁组件5的磁场能够与线圈2通电后产生的电磁场相互叠加。第二永磁组件6的磁场方向同样与线圈2通电后产生的电磁场方向一致，且靠近线圈2和第一永磁组件5设置，因此第二永磁组件6的磁场能够与第一永磁组件5和通电后的线圈2产生电磁场相互叠加。与仅受到线圈2电磁场的作用力相比，第一永磁组件5和第二永磁组件6的磁场与线圈2的电磁场叠加后，芯轴3所受到的磁场作用强度明显提升，进而使芯轴3受到的推力增大、移动速度增快，芯轴3移动后的保持力增大，使螺线管致动器的工作状态更加稳定可靠。
37.优选地，第一永磁组件5的磁力大于第二永磁组件6的磁力。在这种设置方式下，第一永磁组件5对线圈2电磁场的增强作用会大于第二永磁组件6与第一永磁组件5之间的排斥作用。即，在线圈2通电时，第一永磁组件5的磁场产生的对芯轴3的推力，大于第二永磁组件6与第一永磁组件5之间的排斥力。也就是说，虽然通电线圈2产生的电磁场一部分需要用于克服第二永磁组件6和第一永磁组件5之间的排斥力，但由于线圈2通电时第一永磁组件5对芯轴3产生的推力作用更强，因此芯轴3不会因第一永磁组件5和第二永磁组件6之间存在排斥力而减速或减小移动的推力，反而会在电流和电压不变的情况下，达到提升芯轴3推力和移动速度的效果。
38.优选地，第一永磁组件5的厚度大于第二永磁组件6的厚度，即第一永磁组件5的n极一端的表面到s极一端的表面的距离，大于第二永磁组件6的n极一端的表面到s极一端的表面的距离。如图3所示，当芯轴3在电磁场的作用下处于伸出状态时，第一永磁组件5会向壳体1的内部方向移动；当移动到极限位置时，第一永磁组件5朝向芯轴3第二端部的一个端面会超出第二永磁组件6朝向芯轴3第二端部的端面，而由于第一永磁组件5的厚度较大，因此第一永磁组件5背离芯轴3第二端部的端面，也会超出第二永磁组件6背离芯轴3第二端部的端面。
39.采用这种设置方式，一方面能够保证第一永磁组件5和第二永磁组件6之间，在线圈断电的情况下，始终保持相互排斥的状态，以使芯轴3能够自动复位；另一方面，在线圈通电时，第一永磁组件5和第二永磁组件6会受到来自线圈2的电磁场作用，第一永磁组件5随芯轴3向第二永磁组件6所在方向移动，当第一永磁组件5的磁力线越过第二永磁组件6的磁场中心线时，第一永磁组件5与第二永磁组件6之间的排斥力会转变为吸引力，吸引芯轴3延伸出方向移动，进一步增强芯轴3的推力。当线圈2再次断电时，线圈产生的电磁场消失，第一永磁组件5和第二永磁组件6之间重新恢复到相互之间产生排斥力的状态，促使芯轴3自动复位。
40.优选地，如图4所示，第二永磁组件6为中空形永磁体，中空形永磁体的中心部位形成有镂空结构，中空形永磁体固定设置在壳体1靠近芯轴3第一端部的位置上，中空形永磁体环绕设置在芯轴3和第一永磁组件5的外部，即芯轴3位于中空形永磁体中心部位的镂空结构中。采用这种设置方式，能够最大程度的提升第一永磁组件5和第二永磁组件6之间的作用效果，并提高作用效果的稳定性。中空形永磁体优选为圆环形永磁体，以与外壳1的底部端面形状相匹配，此外，也可以为椭圆环形、矩形或其他形状。
41.第二永磁组件6优选为由一个一体成型的中空形永磁体构成，或者，第二永磁组件6也可以由两个或多个中空形永磁体，沿芯轴的轴向方向相互重叠叠加而成。当然，第二永磁组件6也可以由至少两个永磁体共同组成，至少两个永磁体以芯轴3的轴线为中心线，旋
转对称设置，以与第一永磁组件5相互作用，达到芯轴3自动复位的效果。例如，如图5和图6所示，第二永磁组件6包括4个圆柱状的永磁体，4个永磁体以芯轴3的轴线为中心线，旋转对称设置；或者，第二永磁组件6包括2个条形或弧形的永磁体，2个永磁体以芯轴3的轴线为中心线，旋转对称设置。通过增加或减少第二永磁组件6中叠加的永磁体的数量，或者调整环绕芯轴设置的永磁体的数量，可对第二永磁组件6的磁力大小进行调整。
42.第一永磁组件5优选为由一个一体成型的圆柱状永磁体构成，圆柱状永磁体的外径优选为与芯轴外径相同，固定设置在芯轴的第一端部处。或者，第一永磁组件5也可以由两个或多个永磁体共同组成，两个或多个永磁体沿芯轴的轴向方向相互重叠设置。这种设置方式可通过增加或减少重叠的永磁体数量，调整第一永磁组件5的磁力大小。
43.进一步，除以上描述的优选设置方式外，第一永磁组件5和第二永磁组件6还可以采用其他方式进行设置，例如：第二永磁组件6也可以设置在壳体1的中部位置或壳体1靠近芯轴3第二端部的位置，只要能够与第一永磁组件5之间产生可供芯轴3复位的排斥力即可；或者，第二永磁组件6也可以设置在壳体1的内部，如固定连接在壳体1端部的内壁上，或固定连接在壳体1中部的内壁上；或者，第一永磁组件5也可以设置在芯轴3的中间位置处，相对应的，第二永磁组件6的固定位置与第一永磁组件5的位置相比更靠近芯轴3的第二端部，以保证排斥力对芯轴3产生的推力的方向能够促使芯轴3自动复位。
44.下面结合图2、图3，对本实用新型的螺线管致动器的工作过程进行简要说明。如图2所示，当线圈2未通电时，在第一永磁组件5和第二永磁组件6之间产生的排斥力的作用下，芯轴3保持在回缩位置上稳定不动；当线圈2通电时，如图3所示，线圈2周围产生电磁场，且第一永磁组件5的磁场与线圈2的电磁场相互叠加，促使芯轴3加速移动伸出，并提高芯轴3的推力；当线圈2再次断电时，电磁场消失，第一永磁组件5的磁场与电磁场的叠加效果也同时消失，芯轴3会在第一永磁组件5与第二永磁组件6之间的排斥力作用下自动复位。
45.本实用新型的螺线管致动器具有以下优点：
46.1、线圈通电时，芯轴周围产生的电磁场强度增大，使芯轴的推力增大、移动速度更快，螺线管致动器的工作状态更加稳定可靠；
47.2、线圈断电时，芯轴可自动复位，且复位功能不影响芯轴移动时的推力和速度；
48.3、在实现芯轴复位效果和提高芯轴推力及移动速度的前提下，不需要额外增加线圈的工作电压和工作电流，节能环保。
49.以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。