一种推拉电磁铁及其制备方法与流程

本发明涉及一种电控装置，尤其是涉及一种适用较大温度范围且能产生较大吸力的推拉式电磁铁，以及该电磁铁的制备方法。

背景技术：
电磁铁作为一种电控部件，在工农业生产以及科技研发等领域都有广泛应用。但现有的电磁铁普遍存在体积大，适应能较差，在恶劣条件下容易失灵的问题，往往不能用于对环境有特殊要求的工况。例如，在运载火箭发射领域，由于发射装置均处于室外且需要经历较长的时间，对于部分发射装置来说利用电磁铁作为其电动机构的动作驱动部件，就需要电磁铁满足在-40℃～60℃的极限高低温范围内以及长时间雨淋等恶劣环境中均能可靠工作，且要求在7.5mm较大行程条件下电磁铁的额定吸合力要大于45kgf，即使在最恶劣条件下(极限低电压DC20V和极限高温60℃叠加)也要具备不小于40kgf输出力，并保证动作迅速、灵敏。现有的电磁铁均不能满足这种特殊应用环境的使用要求。此外，在运载火箭发射领域，作为装机产品还要求电磁铁的外形体积要小于100mm×100mm×100mm，且额定工作电流不大于6A。现有的电磁铁也无法满足小体积大吸力的使用需求。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种推拉电磁铁及其制备方法，所述推拉电磁铁具有结构简单、体积小、吸合力大、动作灵敏的优点，且在较大温域范围以及雨淋等环境下均能稳定工作；本发明提供的推拉电磁铁的制备方法具有工艺简单、组装方便、工作效率的特点。为解决现有技术中的电磁铁其体积大、吸合力小、适用温域范围小，在极限高低温范围或雨淋等环境下性能显著下降甚至功能完全丧失的问题，本发明提供的一种推拉电磁铁，包括壳体、后封盖、动铁芯、绕线骨架、线圈和电连接器插座，所述壳体的一端沿中轴线开设有第一凹槽，壳体的另一端沿中轴线开设有与所述第一凹槽连通的第一通孔；绕线骨架处于壳体上的第一凹槽中并通过后封盖与壳体固定连接进行封装，线圈缠绕在绕线骨架的绕线槽中并使其两极穿过壳体与电连接器插座电连接；动铁芯的一端处于绕线骨架的磁芯孔中并通过复位弹簧与后封盖连接，动铁芯的另一端穿过壳体上的第一通孔并伸到壳体的外侧；其中，壳体、后封盖和动铁芯均采用电磁纯铁制作，绕线骨架采用铝青铜制作。进一步的，本发明一种推拉电磁铁，其中，所述后封盖的内侧面设有伸入绕线骨架磁芯孔的凸台，凸台的台面中部开设有第二凹槽，所述动铁芯在位于绕线骨架磁芯孔中的一端端面上开设有与凸台嵌套配合的第三凹槽；所述复位弹簧的一端与第二凹槽的槽底固定连接，复位弹簧的另一端与第三凹槽的槽底固定连接。进一步的，本发明一种推拉电磁铁，其中，所述凸台为圆台形状或锥台形状，并在凸台的台面上设有隔磁片。进一步的，本发明一种推拉电磁铁，其中，所述后封盖中开设有连通第二凹槽和外界的第二通孔。进一步的，本发明一种推拉电磁铁，其中，所述绕线骨架和线圈之间设有聚酰亚胺薄膜绝缘层。进一步的，本发明一种推拉电磁铁，其中，所述壳体、后封盖、绕线骨架和线圈的组合体缝隙中灌注有环氧树脂并固化。进一步的，本发明一种推拉电磁铁，其中，所述动铁芯在伸出壳体的一端端面中部开设有第一螺纹孔，所述壳体在开设第一通孔的一端端面上且处于第一通孔的外侧开设有多个第二螺纹孔。进一步的，本发明一种推拉电磁铁，其中，所述绕线骨架的磁芯孔和动铁芯均采用圆形，且使绕线骨架的磁芯孔直径比动铁芯的外径大0.1～0.3mm，所述线圈采用丝径为0.8～1.2mm的铜线绕制，且使线圈的匝数为820～860；所述壳体、后封盖和动铁芯均经过700℃～1100℃的退火处理，且使动铁芯的外表面经过QPQ处理。本发明提供的一种制备推拉电磁铁的方法，包括以下步骤：一、采用电磁纯铁材料分别加工制作壳体、后封盖和动铁芯，备用；二、采用铝青铜材料加工制作绕线骨架，备用；三、采用铜线在绕线骨架的绕线槽中缠绕以形成线圈，备用；四、加工制作电连接器插座和复位弹簧，备用；五、使复位弹簧的两端分别固定于动铁芯的一端和后封盖的一侧；六、将绕线骨架和线圈置入壳体的第一凹槽中，并使线圈的两极穿过壳体与电连接器插座电连接；让动铁芯穿过绕线骨架的磁芯孔和壳体上的第一通孔并伸到壳体的外侧，并使后封盖和壳体固定连接。进一步的，本发明一种制备推拉电磁铁的方法，其中，在上述步骤一中，还包括对壳体、后封盖和动铁芯进行退火处理的工序，退火温度为700℃～1100℃；并包括对动铁芯的外表面进行QPQ处理的工序；在上述步骤三中，进行线圈的绕制前还进行了在绕线骨架的绕线槽中铺设聚酰亚胺薄膜的工序，且使绕线骨架和线圈的接触面之间均通过聚酰亚胺薄膜进行绝缘隔离；在上述步骤六中，还包括向壳体、后封盖、绕线骨架和线圈的组合体缝隙中灌注环氧树脂的工序。本发明一种推拉电磁铁及其制备方法与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明提供的电磁铁通过设置壳体、后封盖、动铁芯、绕线骨架、线圈和电连接器插座，并使壳体、后封盖和动铁芯均采用电磁纯铁制作，绕线骨架采用铝青铜制作。让绕线骨架置于壳体上的第一凹槽中并通过后封盖与壳体固定连接进行封装，让线圈缠绕在绕线骨架的绕线槽中并使其两极穿过壳体与电连接器插座电连接，让动铁芯的一端置于绕线骨架的磁芯孔中并通过复位弹簧与后封盖连接，让动铁芯的另一端穿过壳体上的第一通孔并伸到壳体的外侧。由此就构成了一种可适应较宽温域且能提供大吸力的推拉电磁铁。本发明采用铝青铜材质制作绕线骨架，可保证在-40℃～60℃的宽温域环境下均保持较小的滑动摩擦系数，使动铁芯在宽温域范围内均可顺畅滑动，保证了电磁铁的动作灵敏度，并相应地提高了能量转化率，使电磁铁利用较小的电流可产生较大的吸合力。同时，本发明的绕线骨架与采用电磁纯铁制作的动铁芯、壳体和后封盖具有较好的热膨胀匹配性能，尤其是绕线骨架和动铁芯之间的配合，无论是在极限高温还是在极限低温环境下，均可保持较小的间隙，从而保证了动铁芯滑动的平稳性，并可避免卡滞现象，增强了电磁铁的性能稳定性和工作可靠性。而且这种较好的热膨胀匹配性能，还可提高电磁铁的整体密封性，避免因雨水、灰尘进入线圈影响工作性能和可靠性，使电磁铁适应恶劣环境的能力得到增强。(2)作为优化方案，本发明在后封盖的内侧面设置了伸入绕线骨架磁芯孔的凸台，并在凸台的台面中部开设第二凹槽，同时使动铁芯在位于绕线骨架磁芯孔中的一端端面上开设与凸台嵌套配合的第三凹槽，使复位弹簧的一端与第二凹槽的槽底固定连接，使复位弹簧的另一端与第三凹槽的槽底固定连接。这一结构设置可提高磁能转化率，在输入相同电压和电流的前提下能提供更大的输出力，并可有效减小电磁铁的体积。下面结合附图所示实施例对本发明一种推拉电磁铁及其制备方法作进一步详细说明：附图说明图1为本发明一种推拉电磁铁的立体图；图2为本发明一种推拉电磁铁在初始状态下的剖视图；图3为本发明一种推拉电磁铁在吸合状态下的剖视图。具体实施方式首先需要说明的是，本发明既提供了一种推拉电磁铁，又提供了该电磁铁的生产制备方法。作为本发明一种推拉电磁铁的具体实施方式，如图1至图3所示，包括壳体1、后封盖2、动铁芯3、绕线骨架4、线圈5和电连接器插座6。在壳体1的一端沿中轴线开设第一凹槽11，用于容纳绕线骨架4和线圈5，在壳体1的另一端沿中轴线开设与所述第一凹槽11连通的第一通孔12，用于动铁芯3从其中穿过。把绕线骨架4置于壳体1上的第一凹槽11中并通过后封盖2与壳体1固定连接进行封装，固定方式可采用螺钉、螺栓等多种方式。其中，线圈5缠绕在绕线骨架4的绕线槽中且使其两极穿过壳体1与电连接器插座6电连接；并让动铁芯3的一端处于绕线骨架4的磁芯孔中并通过复位弹簧7与后封盖2连接，让动铁芯3的另一端穿过壳体1上的第一通孔12并伸到壳体1的外侧，以便与所驱动的机构运动部件连接。其中，壳体1、后封盖2和动铁芯3均采用电磁纯铁制作，绕线骨架4采用铝青铜制作。通过以上结构设置就构成了一种可适应较宽温域且能提供大吸力的推拉电磁铁。本发明采用铝青铜材质制作绕线骨架4，可保证在-40℃～60℃的宽温域环境下均保持较小的滑动摩擦系数，使动铁芯3在宽温域范围内均可顺畅滑动，保证了电磁铁的动作灵敏度，并相应地提高了能量转化率，使电磁铁利用较小的电流可产生较大的吸合力。同时，本发明的绕线骨架4与采用电磁纯铁制作的动铁芯3、壳体1和后封盖2具有较好的热膨胀匹配性能，尤其是绕线骨架4和动铁芯3之间的配合，无论是在极限高温还是在极限低温环境下，均可保持较小的间隙，从而保证了动铁芯3滑动的平稳性，并避免卡滞现象，增强了电磁铁的稳定性和工作可靠性。而且这种较好的热膨胀匹配性能，还可提高电磁铁的整体密封性，可能效避免因雨水、灰尘进入线圈5影响工作性能和可靠性，使电磁铁适应恶劣环境的能力得到增强。作为优化方案，本具体实施方式在后封盖2的内侧面设置了伸入绕线骨架4磁芯孔的凸台21，且在凸台21的台面中部开设了第二凹槽22，同时使动铁芯3在位于绕线骨架4磁芯孔中的一端端面上开设了与凸台21嵌套配合的第三凹槽31，并使复位弹簧7的一端与第二凹槽22的槽底固定连接，使复位弹簧7的另一端与第三凹槽31的槽底固定连接。这一结构设置可提高磁能转化率，在输入相同电压和电流的前提下能提供更大的输出力，并可有效减小电磁铁的体积。作为具体实施方式，本发明将凸台21设计为圆台形状或锥台形状，可简化结构，使设计和制造更为容易。并在凸台21的台面上设有隔磁片8，用以阻隔轴向漏磁，提高了磁能利用率。同时，本具体实施方式在后封盖2中开设了连通第二凹槽22和外界的第二通孔23，用于动铁芯3在吸合过程中可快速排出动铁芯3和后封盖2之间的气体，以避免气体快速压缩产生气动反力阻碍动铁芯3动作，以保证动铁芯3的动作迅速、灵敏。为增强绝缘性和防水性能，本发明在绕线骨架4和线圈5之间设置了聚酰亚胺薄膜绝缘层；并在壳体1、后封盖2、绕线骨架4和线圈5的组合体缝隙中灌注有环氧树脂并固化。通过这种双重保护的结构设置，可以确保将线圈5与外界环境进行隔离，提高了电磁铁的可靠性。为便于连接和安装，本具体实施方式还使动铁芯3在伸出壳体1的一端端面中部开设了第一螺纹孔32，以方便与所驱动的机构运动部件连接固定，同时使壳体1在开设第一通孔12的一端端面上且处于第一通孔12的外侧开设了多个第二螺纹孔13，以便于电磁铁的安装固定。作为具体实施方式，本发明将绕线骨架4的磁芯孔和动铁芯3均采用圆形，且使绕线骨架4的磁芯孔直径比动铁芯3的外径大0.1～0.3mm，可保证绕线骨架4与动铁芯3之间在-40℃～60℃的宽温域范围内均为稳定的小间隙配合，并对动铁芯3的轴向运动具有较好的导向作用，以保证滑动的顺畅性。需要说明的是，绕线骨架4的磁芯孔和动铁芯3不限于采用圆形，还可以采用矩形或其他几何形状，只要能保证两者之间的间隙为0.1～0.3mm，均可实现本发明目的。本发明中的线圈5可采用丝径为0.8～1.2mm的铜线绕制，线圈5的匝数通常设置为820～860。另外，在实际应用中，本发明中的壳体1、后封盖2和动铁芯3均经过了700℃～1100℃的退火处理，能进一步提高最大磁导率，并降低磁阻，可将线圈5产生的大磁通量高效转化为电磁铁的大吸合力。并使动铁芯3的外表面经过QPQ处理，进一步提高了动铁芯3的防腐蚀性能和耐磨性能。经实验表明，采用本发明结构的电磁铁，若采用圆柱形状可将外形尺寸减小至Φ100mm×95mm，在-40℃～60℃的宽温域内均可保证动作顺畅。电磁铁在额定条件下(输入电压DC24V、额定电流6A、温度20℃、行程7.5mm)的输出力可达55kgf，在极限低电压DC20V、极限高温60℃叠加的最恶劣条件下，吸合力可达43kgf，电磁铁的通电吸合动作时间小于1s。本发明的电磁铁经中雨级别淋雨4小时后，线圈的绝缘电阻大于20MΩ，具有优异的防水性能，从而保证了工作可靠性。完全能够满足火箭发射领域的发射装置等对宽温域、大吸力、小体积、高防水具有特殊要求的应用需求。本发明提供的一种制备推拉电磁铁的方法，具体包括以下步骤：一、采用电磁纯铁材料分别加工制作壳体1、后封盖2和动铁芯3，备用；二、采用铝青铜材料加工制作绕线骨架4，备用；三、采用铜线在绕线骨架4的绕线槽中缠绕以形成线圈5，备用；四、加工制作电连接器插座6和复位弹簧7，备用；五、使复位弹簧7的两端分别固定于动铁芯3的一端和后封盖2的一侧；六、将绕线骨架4和线圈5置入壳体1的第一凹槽11中，并使线圈5的两极穿过壳体1与电连接器插座6电连接；让动铁芯3穿过绕线骨架4的磁芯孔和壳体1上的第一通孔12并伸到壳体1的外侧，并使后封盖2和壳体1固定连接。其中，在上述步骤一中，还包括对壳体1、后封盖2和动铁芯3进行退火处理的工序，退火温度为700℃～1100℃，以便提高相应部件的最大磁导率，并降低磁阻，可将线圈5产生的大磁通量高效转化为电磁铁的大吸合力；并包括对动铁芯3的外表面进行QPQ处理的工序，以便提高动铁芯3的防腐蚀性能和耐磨性能。在上述步骤三中，进行线圈5的绕制前还进行了在绕线骨架4的绕线槽中铺设聚酰亚胺薄膜的工序，且使绕线骨架4和线圈5的接触面之间均通过聚酰亚胺薄膜进行绝缘隔离。以确保将线圈5与外界环境进行隔离，提高电磁铁的可靠性。在上述步骤六中，还包括向壳体1、后封盖2、绕线骨架4和线圈5的组合体缝隙中灌注环氧树脂的工序，以便提高电磁铁的防水性能，增强安全可靠性。本发明提供的制备推拉电磁铁的方法，具有工艺简单、组装方便、工作效率高的特点。以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行的限定，在不脱离本发明设计原理和精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。