专利名称:直动式双向比例电磁铁的制作方法
【专利摘要】直动式双向比例电磁铁，线圈保持架开有凹槽；第一导套、第二导套的圆柱体极靴与衔铁外圆柱体隔气隙相对；第一永磁体和第二永磁体以平行充磁的方式、同性磁极分别吸合在衔铁的左右两端，第一永磁体另一磁极与第一导磁件吸合，第二永磁体的另一磁极与第二导磁件吸合；第一永磁体的两级通过第一导磁件和第一导套、第二导套、衔铁形成第一永磁极化磁场，第二永磁体的两级通过第二导磁件和第二导套、第一导套、衔铁形成第二永磁极化磁场；与衔铁连接的衔铁推杆的两端通过直线轴承与端盖间隙配合；衔铁的两侧外表面分别设置在左右极靴对的气隙中；第一导套、第二导套分别在隔磁环的两侧，并与隔磁环连接在一起。
【专利说明】直动式双向比例电磁铁
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于流体传动及控制领域中电（气）液伺服/比例阀用的电-机械转 换机构，尤其设及一种直动式双向比例电磁铁。
【背景技术】
[000引 电-机械转换器作为电液伺服/比例阀中重要的核屯、部件，在国防及民用工业如 航空航天、军事、机床、矿山、冶金和工程机械等领域的电液控制系统中起着重要作用，其性 能优劣关系到整个电液伺服/比例阀的性能。
[0003] 在现有的伺服/比例阀中大量采用动铁式电-机械转换器即比例电磁铁作为 电-机械转换器，比例电磁铁的比例特性即水平的位移-力特性，在比例电磁铁的有效行程 内，当线圈电流一定时，其输出力保持恒定。
[0004] 如图la、化和图Ic，传统比例电磁铁的典型结构，采用了隔磁环结构，形成特殊形 式的磁路和〇 2,通过磁通巫1产生的端面力fw,和磁通〇2产生的附加轴向力。/:所 产生的合力来得到整个比例电磁铁的输出力Fm，从而得到了水平的位移-力特性即比例特 性，为得到比例特性，对隔磁环的加工工艺要求高；传统的比例电磁铁多采用两个线圈实现 双向驱动的功能，体积占的比重大，而且需要弹黃来实现复位，对弹黃的设计要求高，结构 复杂，并且弹黃的可压缩性W及磁路的不对称性都会使衔铁在零位保持不稳定。
[000引参照图la、化和Ic，传统比例电磁铁的典型结构，此比例电磁铁包括推杆1 ^、工 作气隙2'、非工作气隙3'、衔铁4'、轴承环5'、隔磁环6'、导套7'、限位片8'。 导套7 ^前后两端由导磁材料制成，中间用一段非导磁材料（隔磁环6 ^ )焊接；衔铁4 ^ 前端装有推杆1 ^，用W输出力或位移，后端装有弹黃和调节螺钉组成的调零机构，可在一 定范围内对比例电磁铁特性曲线进行调整；采用隔磁环6 ^使电磁铁形成特殊的磁路形 式，当给控制线圈通入一定电流时，比例电磁铁产生两条磁路，一条磁路01由前端盖，沿轴 向工作气隙，进入衔铁，穿过导套后段和导磁外壳回到前端盖，另一条磁路02则是由前端 盖，沿径向工作气隙进入衔铁，整个比例电磁铁的输出力是由磁路01和0 2所产生电磁力 的合力。
【发明内容】
[0006] 为了克服传统的比例电磁铁需要两个线圈进行双向驱动，进而体积大的不足，对 弹黃设计要求高，零位保持不稳定，采用隔磁环得到比例特性的电磁铁，加工工艺复杂等缺 点，本实用新型提供一种单相线圈双向驱动的比例电磁铁。
[0007] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[000引直动式双向比例电磁铁，包括隔磁环5、第一导套2、第二导套6、衔铁12、衔铁推杆 16、控制线圈4、线圈保持架3 ;线圈保持架3沿周向开有凹槽，用于绕制控制线圈4,组成电 流激励源；
[0009] 所述的第一导套2、第二导套6的圆柱体极靴与衔铁12外圆柱体隔气隙相对，形成 气隙相等的左极靴对和右极靴对；
[0010] 第一永磁体13和第二永磁体11 W平行充磁的方式、同性磁极分别吸合在衔铁12 的左右两端，第一永磁体13另一磁极与第一导磁件14吸合，第二永磁体11的另一磁极与 第二导磁件10吸合；第一永磁体13的两级通过第一导磁件14和第一导套2、第二导套6、 衔铁12形成第一永磁极化磁场，第二永磁体11的两级通过第二导磁件10和第二导套6、第 一导套2、衔铁12形成第二永磁极化磁场；
[0011] 所述衔铁推杆16与衔铁12连接，所述衔铁推杆16的两端则通过直线轴承与端盖 间隙配合；
[0012] 所述衔铁12的两侧外表面分别设置在左右极靴对的气隙中，衔铁12、第一永磁体 13、第二永磁体11、第一导磁件14和第二导磁件10组成一个运动组件，第一导磁件14和第 二导磁件10与各自一侧的端盖之间都设有弹黃；
[001引第一导套2、第二导套6分别在隔磁环5的两侧，并与隔磁环5连接在一起；
[0014] 所述的线圈保持架3、衔铁推杆16用不导磁的金属材料制成，衔铁12、第一导套2、 第二导套6、第一导磁件14、第二导磁件10则是用高导磁率的软磁材料制成。
[0015] 本实用新型的有益效果主要体现在；1、本实用新型采用单个线圈双向驱动的方 式，体积小，控制简单；利用永磁体提供电磁刚度W起到复位弹黃的作用，避免了由于弹黃 的疲劳、断裂和腐蚀而带来的电磁铁可靠性差、使用寿命短等问题，结构简单，成本低；2、 采用对称的结构形式，当电磁铁处于零位时，两个永磁体产生的极化磁场大小相等，方向 相反，其合力为零，该样电磁铁可W可靠保持在零位；3、采用导磁件、永磁体与衔铁的组合 件作为动铁巧，永磁体与衔铁一起运动，在运动过程中，永磁体产生的永磁力可灵活地转 换，电磁铁的动态响应快，由于电磁刚度的存在，电磁铁换向和复位时冲击和噪声小，工作 稳定；4、根据经典理论中的气隙磁导公式Gs=^，可知传统的比例电磁铁气隙5是变 d 化的，采用隔磁环结构，两路磁通产生的合力得到整个比例电磁铁的输出力，即得到比例特 性，而本实用新型的气隙5则是不变的，根据电磁力经典理论公式F = 件.2^，气隙磁 2 do 导Gs对气隙5的导数不变，那么得出的电磁力也将是一个常数，说明电磁力不随着衔铁的 移动而发生变化，即输出水平的位移-力特性，可得到比例电磁铁的比例特性，与传统电磁 铁相比，既得到了比例特性，又简化了结构，加工工艺也变得简单。
【附图说明】
[0016] 图la为传统比例电磁铁的结构示意图
[0017] 图化为传统比例电磁铁的端面力、附加轴向力及其合力的示意图
[001引 图Ic为传统比例电磁铁的磁通示意图
[0019] 图2为本实用新型的结构原理示意图。
[0020] 图3a是第一永磁体13的两级通过第一导磁件14和第一导套2、第二导套6形成 第一永磁磁场的示意图
[0021] 图3b是第二永磁体11通过第二导磁件10和第二导套6、第一导套2形成第二永 磁磁场的示意图
[0022] 图3c为本实用新型的控制线圈4通电时的产生的磁场示意图
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本实用新型做进一步描述。
[0024] 参照图2?图3c，本实用新型的双向比例电磁铁包括衔铁部件、辆铁部件、左端盖 1和右端盖7,所述衔铁部件包括第一导磁件14、控制线圈4、第一导套2、第二导套6、第二 导磁件10、衔铁12、衔铁推杆16等，所述衔铁推杆16 -端通过端盖1与比例阀的阀巧相连， 另一端与外界连接；所述控制线圈4环绕在线圈保持架3上组成电流激励源，激励源产生的 磁通途经第一导套2和第二导套6,进入衔铁12,形成闭合回路；
[0025] 辆铁部件包括第一永磁体13、第二永磁体11、隔磁环5,所述第一永磁体13和第二 永磁体11的同性磁极分别吸附在衔铁12两侧，另一侧则分别吸附在第一导磁件14和第二 导磁件10上，将其沿轴向分别极化成N极和S极；第一导套2和第二导套6中间放置隔磁 环5,使得通入导套的磁通能够进入衔铁12中，形成闭合回路；
[0026] 为满足上述永磁极化磁通和电流磁通的要求，左端盖1、右端盖7、隔磁环5、线圈 保持架3、衔铁推杆16均为非导磁材料制成的非导磁体，第一导磁件14、第一导套2、第二导 套6、第二导磁件10、衔铁12均为高导磁率的软磁材料制成的导磁体；
[0027] 如图3a、3b和3c，是两个永磁体W及线圈通电时各自产生的磁路图，当控制线圈 不通电时，第一永磁体13和第二永磁体11所产生的极化磁场是对称分布的，它们的合力 为零，即初始位置。
[002引本实用新型的工作原理是；如图3a、3b和3c，当控制线圈4不通电时，第一永磁体 13和第二永磁体11产生永磁极化磁场，图3a和3b是两个极化磁场的磁路图，由于衔铁12 和第一导套2、第二导套6的极靴之间的气隙S 2和5 3是相等的，第一导磁件14和第二导 磁件10分别与第一导套2和第二导套6的极靴之间的气隙S 1和5 4也是相等的，所W第 一导磁件14、第一永磁体13、衔铁12、第二永磁体11和第二导磁件10所组成的组合件受 到的电磁力相互抵消而使得衔铁12处于中间的平衡位置，衔铁12维持不动。当有外力推 动它时，电磁铁会在外力消失后马上回到平衡位置。当控制线圈4通入图3c所示方向的电 流时，第一永磁体13和第二永磁体11产生的极化磁场与电流控制磁场的差动作用使得衔 铁12与第二导套6的径向气隙5 3处磁场强度增强，衔铁12与第一导套2的径向气隙5 2 处磁场强度减弱，此时第一导磁件14、第一永磁体13、衔铁12、第二永磁体11和第二导磁 件10所组成的组合件带动衔铁推杆16轴向向磁场增强的方向移动，直到达到新的平衡；同 理，当控制线圈4通入图示相反方向电流时，第一导磁件14、第一永磁体13、衔铁12、第二 永磁体11和第二导磁件10所组成的组合件与衔铁推杆16,带动阀巧也向磁场增强的方向 移动，可W看出衔铁输出力的大小与电流强度成正比，力的方向则取决于电流方向。当控制 线圈4断电时，只有第一永磁体13和第二永磁体11产生的永磁极化磁通，此时第二导套6 和衔铁12的径向间隙S3处磁通，与第一导套2和衔铁12的径向间隙5 2处的磁通不相 等，第一导磁件14、第一永磁体13、衔铁12、第二永磁体11和第二导磁件10所组成的组合 件将带动衔铁推杆16向磁场增强的方向移动，直到达到另一新的平衡，即初始位置。
[0029] 本实用新型则采用特殊的结构形式，消除了隔磁环加工工艺复杂的缺点，仅需单 个线圈就可实现双向驱动的功能，并且采用磁回复的结构，结构简单可靠，成本低。
[0030] 上述【具体实施方式】用来解释本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实 用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本 实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.直动式双向比例电磁铁，其特征在于；包括隔磁环巧）、第一导套（2)、第二导套化）、 衔铁（12)、衔铁推杆（16)、控制线圈（4)、线圈保持架（3);线圈保持架（3)沿周向开有凹 槽，用于绕制控制线圈（4)，组成电流激励源； 所述的第一导套（2)、第二导套（6)的圆柱体极靴与衔铁（12)外圆柱体隔气隙相对，形 成气隙相等的左极靴对和右极靴对； 第一永磁体（13)和第二永磁体（11) W平行充磁的方式、同性磁极分别吸合在衔铁 (12) 的左右两端，第一永磁体（13)另一磁极与第一导磁件（14)吸合，第二永磁体（11)的 另一磁极与第二导磁件（10)吸合；第一永磁体（13)的两级通过第一导磁件（14)和第一导 套（2)、第二导套化）、衔铁（12)形成第一永磁极化磁场，第二永磁体（11)的两级通过第二 导磁件（10)和第二导套化）、第一导套（2)、衔铁（12)形成第二永磁极化磁场； 所述衔铁推杆（16)与衔铁（12)连接，所述衔铁推杆（16)的两端则通过直线轴承与端 盖间隙配合； 所述衔铁（12)的两侧外表面分别设置在左右极靴对的气隙中，衔铁（12)、第一永磁体 (13) 、第二永磁体（11)、第一导磁件（14)和第二导磁件（10)组成一个运动组件，第一导磁 件（14)和第二导磁件（10)与各自一侧的端盖之间都设有弹黃； 第一导套（2)、第二导套（6)分别在隔磁环巧）的两侧，并与隔磁环（5)连接在一起； 所述的线圈保持架（3)、衔铁推杆（16)用不导磁的金属材料制成，衔铁（12)、第一导套 (2)、第二导套化）、第一导磁件（14)、第二导磁件（10)则是用高导磁率的软磁材料制成。
【文档编号】H01F7-08GK204289002SQ201420493012
【发明者】阮健, 申屠胜男, 陈烜, 孟彬 [申请人]浙江工业大学