外衔铁式高精度定位电磁铁的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种外衔铁式高精度定位电磁铁，包括机座、衔铁、线圈、定位轴、复位弹簧以及端盖，所述机座为前端开放后端封闭的筒状结构，该机座的中部设有一与机座同轴心线的导磁轴，导磁轴内沿其轴向设有一通孔，该通孔的两端处分别固定有一轴套，所述定位轴穿过导磁轴的通孔，并与两轴套轴向滑动配合相连，所述衔铁位于机座内靠近开放端处，该衔铁的外周面呈锥形，所述线圈设于机座、导磁轴以及衔铁围成的空腔内；所述复位弹簧设于导磁轴与衔铁之间，端盖套设在衔铁上并与机座固定连接，且衔铁能够在机座内沿定位轴的轴向自由移动。本发明能够自动补偿温度变化带来的间隙变化，具有很高的定位精度。
【专利说明】外衔铁式高精度定位电磁铁
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电磁铁，尤其涉及一种外衔铁式高精度定位电磁铁。
[0002]
【背景技术】
[0003]电磁铁是一种工业器件，是利用通电线圈产生磁场，磁场磁化处于其中的铁芯和衔铁，磁化后的铁芯和衔铁相互吸引产生电磁吸力，最终推动衔铁运动的装置。在很多机械设备和电子器件中广泛应用，例如电磁继电器、电磁失电制动器、起重机的电磁吸盘、锁紧电磁铁等，均属于电磁铁的范畴。
[0004]现有技术中，定位用电磁铁的轴向运动单元多采用直线滑动轴承或滚珠直线轴承的形式，两者均存在前、后端轴承的同轴度难以保证，高、低温环境下工作时易卡死，定位精度随温度变化大，重复精度差等缺点；为保证轭铁与衔铁导磁可靠，减少磁压降损耗，降低电磁铁动作相应时间，直流电磁铁的机座(即轭铁)必须采用电工纯铁或低碳钢等软磁材料制作，轴套必须用耐磨材料，定位轴又必须用高硬度且耐磨的材料，在较宽的温度范围工作时，就存在与轴、轴套三者的线膨胀系数匹配问题。另外，传统螺线管式电磁铁的导磁面为一薄层圆环面，因导磁面对前、后轴承的同轴度存在加工和装配误差，或材质导磁不均匀等因素，加上薄层圆环厚度很小，会产生很大的径向不平衡电磁吸力，该吸力将轴牢牢压在前、后端轴套上，会加剧轴套的磨损，严重时轴将不能滑动；传统结构的电磁铁，采用前、后端轴承、中部布置衔铁的结构时，轴不允许导磁，以免电磁铁在未工作时磁路通过轴闭合，造成吸合力过小或无吸合力。
[0005]
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于怎样解决现有电磁铁装配精度要求高，定位精度随温度变化大，重复精度差，易卡死的问题，提供一种外衔铁式高精度定位电磁铁，能够自动补偿温度变化带来的间隙变化，具有很高的定位精度。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的:一种外衔铁式高精度定位电磁铁，包括机座、衔铁、线圈、定位轴、复位弹簧以及端盖，所述定位轴的前端呈锥形；其特征在于:所述机座为前端开放后端封闭的筒状结构，且机座的开放端的内侧呈扩大的锥面，该机座的中部设有一与机座同轴心线的导磁轴，该导磁轴靠近机座开放端的一端呈锥形；导磁轴内沿其轴向设有一通孔，该通孔的两端处分别固定有一轴套，所述定位轴穿过导磁轴的通孔，并与两轴套轴向滑动配合相连，且定位轴的前端从机座的开放端伸出；
所述衔铁位于机座内靠近开放端处，并套设在定位轴上，且与定位轴固定；在衔铁靠近导磁轴的一侧设有一供导磁轴端部伸入并与导磁轴的锥面锥度一致的锥形盲孔；该衔铁的外周面呈锥形，且其锥度与机座开放端内侧锥度一致；
所述线圈设于机座、导磁轴以及衔铁围成的空腔内；所述复位弹簧设于导磁轴与衔铁之间，端盖套设在衔铁上并与机座固定连接，且衔铁能够在机座内沿定位轴的轴向自由移动。
[0008]进一步地，所述机座后端具有一与机座同轴心线的凸台，所述导磁轴上的通孔贯穿该凸台，在该凸台的外侧设有一防尘盖。
[0009]进一步地，在导磁轴的锥形端端面和衔铁的锥形盲孔内分别设有一弹簧卡槽，所述复位弹簧的两端分别设于两弹簧卡槽内。
[0010]进一步地，所述轴套的内侧和外侧分别设有至少一环形凸起，且轴套内侧的环形凸起与外侧的环形凸起沿轴套的轴向错位分布，使轴套与导磁轴之间以及轴套与定位轴之间均具有间隙，形成脱空结构。
[0011]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
1、衔铁采用外衔铁结构，即吸合锥面在导磁面外部，此种布置的效果是:允许前、后端轴套一同固定在机座上，拆、装衔铁时不会破坏轴套与吸合锥面的同轴度，无需使用圆锥销定位，方便装配与维修；允许轴导磁，放宽了轴的选材限制，使得轴可制成高硬度、耐磨、高光洁度，并且还可以与轴套采用同种材料，以防高低温下因线膨胀系数不同造成的卡死。
[0012]2、导磁面的气隙由传统的薄层圆柱环改为薄层圆锥环，轴向吸力与工作吸力相叠力口，在稍增加磁路损耗的情况下，大大减小径向不平衡电磁吸力；并且本发明的电磁铁结构，导磁面由圆柱面改为锥面后，经Ansys有限元分析计算可知，轴向电磁吸力(即工作吸力)相应减小，径向不平衡电磁吸力(有害吸力)大大减小，之前的吸合不畅，甚至在不安装弹簧时也吸合不动的情况得到了彻底解决。
[0013]3、本发明采用了轴套脱空的结构，即将轴套与导磁轴、轴套与定位轴轴的配合面之间具有间隙，使定位轴和轴套在热膨胀时，其外径尺寸可自由伸展，不受导磁轴的通孔约束，如此可解决材质匹配困难、高低温下轴易卡死的问题，同时还可起到减震作用，保护定位轴和轴套不受振动冲击损伤。
[0014]4、本发明的定位电磁铁具有结构紧凑、重量轻、简单、易加工、装配和维护等优点，可广泛应用在军、民品等有高定位精度、宽工作温度范围的产品上。
[0015]
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图；
图2为衔铁与定位轴配合的结构示意图；
图3为轴套一种实施方式的结构意图；
图4为轴套另一种实施方式的结构意图；
图5为轴套再一种实施方式的结构意图。
[0017]图中:1—机座,2—衔铁，3—线圈，4一定位轴，5—复位弹黃，6—端盖，7—导磁轴，8—轴套，9 一防尘盖。
[0018]
【具体实施方式】
[0019]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。[0020]实施例:参见图1、图2，一种外衔铁式高精度定位电磁铁，包括机座1、衔铁2、线圈
3、定位轴4、复位弹簧5以及端盖6，所述定位轴4的前端呈锥形；所述定位轴4采用导磁材料制成，放宽了轴的选材限制，使得轴可制成高硬度、耐磨、高光洁度。
[0021]所述机座I为前端开放后端封闭的筒状结构，且机座I的开放端的内侧呈扩大的锥面，该机座I的中部设有一与机座I同轴心线的导磁轴7,该导磁轴7靠近机座I开放端的一端呈锥形；所述导磁轴7与机座I 一体成型，并形成整个电磁铁的轭铁。导磁轴7内沿其轴向设有一通孔，该通孔的两端处分别固定有一轴套8，所述定位轴4穿过导磁轴7的通孔，并与两轴套8轴向滑动配合相连，且定位轴4的前端从机座I的开放端伸出。所述机座I后端具有一与机座I同轴心线的凸台，所述导磁轴7上的通孔贯穿该凸台，这样更方便轴套8以及定位轴4的装配，并且稳定性更好；在该凸台的外侧设有一防尘盖9，从而能够起到有效地防尘效果。
[0022]所述衔铁2位于机座I内靠近开放端处，并套设在定位轴4上，且与定位轴4固定；在衔铁2靠近导磁轴7的一侧设有一供导磁轴7端部伸入并与导磁轴7的锥面锥度一致的锥形盲孔；该衔铁2的外周面呈锥形，且其锥度与机座I开放端内侧锥度一致。这样，使衔铁2的锥形盲孔周面形成导磁面，而衔铁2的外周面形成吸合面；可有效减小径向不平衡电磁吸力，从而能够减少轴套8磨损、提高电磁铁寿命和可靠性。
[0023]所述线圈3设于机座1、导磁轴7以及衔铁2围成的空腔内。所述复位弹簧5设于导磁轴7与衔铁2之间，在导磁轴7的锥形端端面和衔铁2的锥形盲孔内分别设有一弹簧卡槽，所述复位弹簧5的两端分别设于两弹簧卡槽内。端盖6套设在衔铁2上并与机座I固定连接，能够将衔铁2限制在机座I内，且衔铁2能够在机座I内沿定位轴4的轴向自由移动。
[0024]参见图3、图4以及图5，所述轴套8的内侧和外侧分别设有至少一环形凸起，且轴套8内侧的环形凸起与外侧的环形凸起沿轴套8的轴向错位分布，使轴套8与导磁轴7之间以及轴套8与定位轴4之间均具有间隙，即使轴套8与导磁轴7的通孔的配合面和轴套8与定位轴4外圆的配合面之间的间隙错开一定空间位置，形成脱空结构。采用脱空结构设计，当定位轴4受热膨胀时，与其相配合的轴套8也可以自由膨胀，使轴套8自身可产生一定的变形，防止导磁轴7通孔限制了轴套8的膨胀，使得定位轴4不会在其中膨胀卡死，起到一定的自动补偿温度变化引起的轴套8间隙变化的功能。使高、低温环境下定位轴4与轴套8的外圆能够自由伸缩，不受机座I的轴套8孔约束，可使电磁铁在保证一定精度的情况下，工作在很宽的温度范围，如-45 °C?+65 °C。
[0025]该定位电磁铁具有结构简单，装配方便的优点，对零件机加工要求不高，成本低；环境适应性强，可达到GJB 150-2009中对高低温试验的标准；结构紧凑，可安装在狭小的空间内，代替对加工要求较高的端齿盘结构。
[0026]具体实施过程中，如本发明中的电磁铁结构中，导磁面为3°的微锥面，经Ansys有限元分析计算可知，轴向电磁吸力(即工作吸力)小了 6%，径向不平衡电磁吸力(有害吸力)减小了 75%，改进之前的吸合不畅，甚至在不安装弹簧时也吸合不动的情况得到了彻底解决。
[0027]最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种外衔铁式高精度定位电磁铁，包括机座、衔铁、线圈、定位轴、复位弹簧以及端盖，所述定位轴的前端呈锥形；其特征在于:所述机座为前端开放后端封闭的筒状结构，且机座的开放端的内侧呈扩大的锥面，该机座的中部设有一与机座同轴心线的导磁轴，该导磁轴靠近机座开放端的一端呈锥形；导磁轴内沿其轴向设有一通孔，该通孔的两端处分别固定有一轴套，所述定位轴穿过导磁轴的通孔，并与两轴套轴向滑动配合相连，且定位轴的前端从机座的开放端伸出； 所述衔铁位于机座内靠近开放端处，并套设在定位轴上，且与定位轴固定；在衔铁靠近导磁轴的一侧设有一供导磁轴端部伸入并与导磁轴的锥面锥度一致的锥形盲孔；该衔铁的外周面呈锥形，且其锥度与机座开放端内侧锥度一致； 所述线圈设于机座、导磁轴以及衔铁围成的空腔内；所述复位弹簧设于导磁轴与衔铁之间，端盖套设在衔铁上并与机座固定连接，且衔铁能够在机座内沿定位轴的轴向自由移动。
2.根据权利要求1所述的外衔铁式高精度定位电磁铁，其特征在于:所述机座后端具有一与机座同轴心线的凸台，所述导磁轴上的通孔贯穿该凸台，在该凸台的外侧设有一防/1、至土皿。
3.根据权利要求1所述的外衔铁式高精度定位电磁铁，其特征在于:在导磁轴的锥形端端面和衔铁的锥形盲孔内分别设有一弹簧卡槽，所述复位弹簧的两端分别设于两弹簧卡槽内。
4.根据权利要求1所述的外衔铁式高精度定位电磁铁，其特征在于:所述轴套的内侧和外侧分别设有至少一环形凸起，且轴套内侧的环形凸起与外侧的环形凸起沿轴套的轴向错位分布，使轴套与导磁轴之间以及轴套与定位轴之间均具有间隙，形成脱空结构。
【文档编号】H01F7/126GK103996487SQ201410272150
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】陈邦力, 林萍, 夏明泽, 李强, 王疆, 阎文龙 申请人:重庆华渝电气集团有限公司