[发明专利]无弹簧直动式高速开关电磁铁

说明书

技术领域

本发明属于流体传动及控制领域中电(气)液高速数字开关阀用的电-机械转换机构，尤其涉及一种无弹簧直动式高速开关电磁铁。

背景技术

一般而言，脉宽调制式高速数字开关阀的控制信号为一系列幅值相等、而在每一周期内宽度不同的脉冲信号，其电-机械转换器主要是高速开关电磁铁，脉冲高电平时电磁铁的衔铁在极限位置吸合，低电平时在机械弹簧力的作用下复位，以此对应高速开关阀的全开和全闭两种工作状态。

对于要求快速性的高速开关电磁铁而言，复位弹簧是关键部件之一，其刚度直接决定了衔铁的返回时间和电磁铁的固有频率；然而弹簧作为机械零件，在使用过程中不可避免的会出现疲劳、断裂以及腐蚀等，从而引起电磁铁的可靠性问题，影响电磁铁的使用寿命，严重时甚至导致电磁铁失效；另外，在电磁铁设计时还需要考虑弹簧的安装方法和位置，从而使得其内部结构复杂，加工成本高。

发明内容

为了克服已有的弹簧直动式高速开关电磁铁的结构复杂、加工成本高、可靠性差、使用寿命短的不足，本发明提供一种结构简单、可双向作动、加工成本低、可靠性好、使用寿命长的无弹簧直动式高速开关电磁铁。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无弹簧直动式高速开关电磁铁，包括前端盖和后端盖，所述高速开关电磁铁还包括轭铁部件和衔铁部件，所述衔铁部件包括衔铁和用于与数字开关阀阀芯联动的推杆，所述衔铁固定安装在所述推杆上，所述推杆可滑动地套装在前端盖和/或后端盖上，所述轭铁部件包括第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、隔磁环、线圈和永磁体，所述第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁均布置在所述衔铁外圈，所述第一轭铁和第二轭铁均呈半开口状，所述第一轭铁和第二轭铁的开口相对并形成空腔，所述隔磁环位于所述空腔内，所述线圈环绕在隔磁环上组成电流励磁源；所述第三轭铁呈实心圆环状；所述永磁体位于所述第二轭铁和第三轭铁之间且被轴向磁化成N极和S极，所述第三轭铁与后端盖固定连接，所述第一轭铁与前端盖固定连接。

进一步，所述衔铁呈空心杯形状，采用该形状，能够有效减少衔铁的运动惯量，提高其动态响应。当然，所述衔铁也可以采用其他形状，

再进一步，所述衔铁的中端设有轴孔，所述推杆与衔铁的轴孔过盈连接，所述推杆通过直线轴承支撑在前端盖和/或后端盖上。

更进一步，在所述衔铁的外表面开有a、b和c三个齿宽相同的轴向非等间隔分布的大齿，第一轭铁、第二轭铁和第三轭铁的极身宽度和衔铁外表面的三个大齿a、b和c的齿宽相等，统一记为P_t；第三轭铁、第二轭铁的极身宽度及永磁体的轴向尺寸之和S_K与衔铁外表面的大齿a和大齿b之间的距离G_K满足关系式S_K＝G_K+P_t/2；整个轭铁部件的长度Ls和衔铁的长度L_R之间满足关系式L_R＝L_S+P_t/2。

需要说明的是，各个轭铁的极身宽度可以与大齿的齿宽不相等，相互的位置关系也未必需要如前述所述，然而采用前述的位置关系可以较好的满足电流控制磁场和永磁极化磁场差动叠加的要求，使得电磁铁获得较大的推力和较高的动态响应，因而应当作为优选的方案。

本发明的有益效果主要表现在：1、取消了高速开关电磁铁常见的机械复位弹簧，改用我国资源丰富且廉价的永磁稀土材料钕铁硼作为永磁体提供电磁刚度以起到复位弹簧的作用，避免了由于弹簧的疲劳、断裂和腐蚀而带来的电磁铁可靠性差、使用寿命短等问题；2、衔铁做成空心杯结构，运动惯量小，频响高，响应速度快，动态性能好，适合开关电磁铁的快速性要求；3、电磁铁推力大，带载能力强；4、电磁铁结构简单，制造成本低；5、电磁铁可以双向作动；6、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。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图。

图2为本发明的结构尺寸示意图。

图3a为本发明的衔铁处于不通电流状态的工作原理示意图。

图3b为本发明的衔铁处于一个通电平衡状态的工作原理示意图。

图3c为本发明的衔铁处于另一个通电平衡状态的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。