专利名称：复合式低功耗比例电磁铁的制作方法
技术领域：
本实用新型属于动力装置自动控制技术领域。
目前，国内外现有比例电磁铁是在铠装式开关电磁铁的基础上发展起来的，其基本特点是输出力与输入电流近似成正比关系，与复位弹簧匹配后可作为电流——位移转换器，国外现已广泛应用于多种工业控制系统中。但由于该类器件仅能产生单向调整力，必须装有较大刚度的复位弹簧，这就导致了其稳态持续功耗较大，一般可达几十至上百瓦，在长期工作条件下将产生很大热量，这不仅白白消耗了能量，而且将大幅度降低系统的可靠性或提高成本。
本实用新型的目的是提供一种结构紧凑、体积小、重量轻、成本低、耗能少且可靠性高的复合式低功耗比例电磁铁。
本实用新型的目的是通过如下途径实现的它包括本体部分(21)、角位移传感器组件(13)和双端口输出PID调节器(14)。其中，本体部分(21)包括端盖(1)和(11)、外导磁壳体(2)和(10)、线圈(3)和(9)、精密直线运动球轴承(4)和(8)、衔铁(5)、中心轴(6)、螺母(18)、中间箱体(7)和拐形杠杆组件(12)；通过中心轴(6)、螺母(18)、中间箱体(7)将端盖(1)和(11)、外导磁壳体(2)和(10)、线圈(3)和(9)、精密直线运动球轴承(4)和(8)、衔铁(5)进行对置组合；将拐形杠杆组件(12)置于中间箱体(7)内衔铁(5)中部的环槽处，并将衔铁(5)的直线运动转换为旋转运动，驱动输出轴(20)和角移位传感器组件(13)；轴承(15)用于支撑输出轴(20)。角位移传感器组件(13)和7芯插座(17)固定于盖板(16)上，装于中间箱体(7)的侧面，并由螺栓固定；双端口输出PID调节器(14)的组成包括运算放大器U1A、U1B、U4A、U4B、脉宽调制器U2、U3、功率放大管T1、T2和电阻、电容等元件。双端口输出PID调节器(14)的线路连接关系为V2端通过电阻R1与运算放大器U1A的正端相连，其输出端经R5与运算放大器U1B的负端相连；V1端经电阻R6与运算放大器U1B的正端相连，运算放大器U1B的输出端经电阻R8、R11和R10分别连至脉宽调制器U2的1脚上和脉宽调制器U3的2脚上；调制后的脉冲信号分别由U2、U3的脚11和脚14输出，经电阻R23与功率放大管T1的栅极相连，经电阻R24与功率放大器T2的栅极相连；脉冲信号经功率放大管T1和T2放大后由与功率放大管T1和T2的源极相连接的V3、V4端输出。衔铁(5)的结构可根据其工作载荷大小不同而采用组合式或单体式，当工作载荷较大时采用组合式，即用硬质材料制成的导向套将两个单体衔铁联接起来；若工作载荷较小时，则可采用单体式结构。角位移传感器组件(13)的输出端与双端口输出PID调节器(14)的V2端相连，双端口输出PID调节器(14)的V1端连接至由电源电压确定的比较电压输出端上；双端口输出PID调节器(14)的两个输出端V3和V4分别与复合式低功耗比例电磁铁的线圈(3)和(9)的两个输入端抽头相连。本实用新型的工作过程为当线圈(3)和(9)中通有控制电流时，衔铁(5)在电磁力的作用下作轴向运动，通过拐形杠杆组件(12)将其直线运动转换为输出轴(20)的旋转运动，衔铁(5)受力大小与控制电流成比例，受力朝向通电的线圈方向。利用角位移传感器组件(13)将衔铁(5)的位置转换为反馈电压信号V2，经放大后与设定电压V1比较得到位置误差，按PID规律校正放大后，再分别由两个脉宽调制功率放大器U2、U3和功率放大管T1、T2输出控制量V3和V4，分别增减线圈(3)和(9)中的电流，从而使输出轴(20)稳定在所设定的平衡位置上。
本实用新型的主要优点为结构紧凑、平均功耗低，因而有利于提高控制系统的可靠性；与工作能力相当的传统结构比例电磁铁相比，可以明显减小体积、减轻重量、降低生产成本。
图1复合式低功耗比例电磁铁结构原理示意图；图2复合式低功耗比例电磁铁实施例装配图；
图3图2的A—A向剖面图；图4双端口输出PID调节器电路原理图。
实施例本实用新型实施例包括本体部分(21)、角位移传感器组件(13)和双端口输出PID调节器(14)，其结构原理示意图见图1。本体部分(21)的结构组成示于图2，它由中心轴(6)、螺母(18)、中间箱体(7)、端盖(1)和(11)、外导磁壳体(2)和(10)、线圈(3)和(9)、精密直线运动球轴承(4)和(8)、衔铁(5)进行对置组合，并利用拐形杠杆组件(12)、轴承(15)和输出轴(20)将衔铁(5)的直线运动转换为旋转运动，档板(19)用于轴承(15)的限位和防尘。为使结构更加紧凑，角位移传感器组件(13)也装于中间箱体(7)内，布置如图3所示。先将角位移传感器组件(13)和7芯插座(17)固定于盖板(16)上，并焊好连接用导线，再利用螺栓将盖板(16)固定于中间箱体(7)的侧面上。双端口输出PID调节器(14)的电路原理图示于图4，均由市售通用元件组成，其型号和参数如图所标，其中电阻R7、R15、R25、R30、R33需调整确定，在本实施例中取值分别为100K、400Ω、1K、300Ω和300Ω左右。由于工作载荷较小，本实施例的衔铁(5)采用单体式结构，其制造材料与端盖(1)、外导磁壳体(2)相同，均为电工纯铁DT4。
该实施例的主要技术参数为输出轴摆角 45°；最大输出扭矩±1.4Nm；稳态功耗＜5W；瞬态功耗＜100W(持续时间＜1秒)；外形尺寸160×80×75mm；角位移传感器型号WDD—22。
为检验其性能，采用一台DK100型转速控制器，分别配用本复合式低功耗比例电磁铁和传统的比例电磁铁执行器，在一台75KW的柴油发电机组进行的对比试验结果表明二者调速性能相同，但前者平均功耗仅为后者的8～10％。
权利要求一种复合式低功耗比例电磁铁，其特征在于它包括本体部分(21)、角位移传感器组件(13)和双端口输出PID调节器(14)；其中本体部分(21)包括端盖(1)和(11)、外导磁壳体(2)和(10)、线圈(3)和(9)、精密直线运动球轴承(4)和(8)、衔铁(5)、中心轴(6)、螺母(18)、中间箱体(7)和拐形杠杆组件(12)；通过中心轴(6)和螺母(18)、中间箱体(7)将端盖(1)和(11)、外导磁壳体(2)和(10)、线圈(3)和(9)、精密直线运动球轴承(4)和(8)、衔铁(5)进行对置组合；将拐形杠杆组件(12)置于中间箱体(7)内衔铁(5)中部的环槽外，角位移传感器组件(13)和7芯插座(17)固定于盖板(16)上，装于中间箱体(7)的侧面，并由螺栓固定；双端口输出PID调节器(14)的组成包括运算放大器U1A、U1B、U4A、U4B、脉宽调制器U2、U3、功率放大管T1、T2、电阻R1～R27和电容C～C17；V2端通过电阻R1与运算放大器U1A的正端相连，其输出端经R5与运算放大器U1B的负端相连；V1端经电阻R6与运算放大器U1B的正端相连，运算放大器U1B的输出端经电阻R8、R11和R10分别连至脉宽调制器U2的1脚上和脉宽调制器U3的2脚上；调制后的脉冲信号分别由U2、U3的脚11和脚14输出，经电阻R23与功率放大管T1的栅极相连，经电阻R24与功率放大管T2的栅极相连；脉冲信号经功率放大管T1和T2放大后由与功率放大管T1和T2的源极相连接的V3、V4端输出。
专利摘要本实用新型属工业自动控制部件，用作电压—位移转换器。由本体结构(21)、位移传感器组件(13)、双端口输出PID调节器(14)等部分组成，其中本体结构包括端盖(1)和(11)、壳体(2)和(10)、线圈(3)和(9)、直线运动球轴承(4)和(8)、衔铁(5)、中心轴(6)、螺母(18)、拐形杠杆组件(12)、输出轴(20)、轴承(15)以及箱体(7)。该器件结构紧凑、平均功耗低，有利于提高控制系统可靠性；与工作能力相当的传统比例电磁铁相比，可明显减小体积、减轻重量、降低成本。
文档编号H01F7/06GK2246842SQ94219280
公开日1997年2月5日 申请日期1994年8月25日 优先权日1994年8月25日
发明者陆平, 孙军 申请人:哈尔滨工程大学