CN105448459B - 多永磁高速双向电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种多永磁高速双向电磁铁。每个永磁高速电磁铁包括铁芯、线圈和外壳体，铁芯由圆柱形主磁极和圆环形副磁极构成，线圈安装在线圈安装槽中，外壳体套在铁芯外，主磁极或副磁极底部延伸出环形凸缘，还包括环形小永磁体，小永磁体镶嵌在环形凸缘与主磁极或副磁极之中间，小永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，两个永磁高速电磁铁对称布置，两个永磁高速电磁铁共用一个衔铁和一个阀杆，主磁极的中间带有通孔，阀杆穿在所述通孔中，衔铁固定在阀杆上，还包括大永磁体，大永磁体为和铁芯同心的圆柱环、镶嵌在上下两副磁极之间，大永磁体的充磁方向为径向辐射充磁。本发明响应快、可双向运动、稳定性高、低漏磁，适用于柴油机电控燃油系统。

Description

多永磁高速双向电磁铁

技术领域

本发明涉及的是一种电磁铁，尤其是一种柴油机电控燃油系统用高速电磁铁。

背景技术

电控燃油喷射系统是现代柴油机燃油系统的发展方向。响应速度能够达到毫秒级的电磁铁可称为高速电磁铁。现阶段，无论是时间控制系统,还是压力-时间控制的高压共轨系统,高速电磁铁都是保证电控燃油系统正常工作的重要零部件，其强电磁力和快速响应特性直接影响喷油定时和喷油量的精确控制。为满足日益严格的排放法规，提高燃油经济性，降低有害物排放，对电磁铁的性能提出了更高的要求。

常规E型电磁铁工作频率较高，由于被反复磁化，导致涡流损耗增大，产热量增加，影响磁性材料的导磁性能，降低了电磁铁工作的稳定性与可靠性。而且常规电磁铁容易出现漏磁现象，对电磁铁性能产生不利影响。为强化电磁铁的散热，减少漏磁，提高电磁铁的稳定性与可靠性，要在满足电磁力要求的前提下合理改善电磁铁结构，对于提高电磁铁性能具有重要的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应快、可双向运动、稳定性高、低漏磁的多永磁高速双向电磁铁。

本发明的目的是这样实现的：包括两个永磁高速电磁铁，每个永磁高速电磁铁包括铁芯、线圈和外壳体，铁芯由圆柱形主磁极和圆环形副磁极构成，主磁极与副磁极之间设置线圈安装槽，线圈安装在线圈安装槽中，外壳体套在铁芯外，主磁极或副磁极底部延伸出环形凸缘，还包括环形小永磁体，小永磁体镶嵌在所述环形凸缘与主磁极或副磁极之中间，小永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，两个永磁高速电磁铁对称布置且小永磁体端相对，两个永磁高速电磁铁共用一个衔铁和一个阀杆，主磁极的中间带有通孔，阀杆穿在所述通孔中，衔铁固定在阀杆上，还包括大永磁体，大永磁体为和铁芯同心的圆柱环、镶嵌在上下两副磁极之间，大永磁体的充磁方向为径向辐射充磁、沿径向朝内。

本发明的多永磁高速双向电磁铁还可以包括：

1、主磁极中间的通孔为阶梯孔，阶梯孔中设置套在阀杆上的复位弹簧。

2、所述小永磁体为连续的圆环形。

3、所述小永磁体为由等分的几段圆弧组成的圆环形。

4、所述等分的几段圆弧紧凑排列。

5、所述等分的几段圆弧之间有间隙。

6、环形凸缘与小永磁体的对接面为圆柱面。

7、环形凸缘与小永磁体的对接面为圆锥面。

8、大永磁体为等分的三段圆弧组成，三段圆弧之间有间隙。

9、还包括冷却组件，所述冷却组件包括阻尼位移调节环、滑阀、阀套，滑阀为中心开有通孔的圆柱体结构，滑阀套在阀杆上，滑阀上设有若干阻尼通孔且均布在同一圆周上，滑阀被复位弹簧预压在阻尼位移调节环上，阻尼位移调节环为中心开有圆柱通孔的凸台结构。

本发明的多永磁高速双向电磁铁为上下对称结构，其组成包括外壳体、铁芯、线圈、衔铁、线圈骨架、密封树脂、内嵌阀套、复位弹簧和阀杆。外壳体为中心开有通孔，与衔铁对应位置也开有通孔的圆柱体，两端设置固定螺母。铁芯由铁芯主副磁极和小永磁体构成，凸缘位于主磁极或副磁极底部近线圈侧。小永磁体为和铁芯同心的圆柱环，镶嵌在主磁极与副磁极凸缘中间，其充磁方向为径向辐射充磁，与线圈的产生的磁路方向一致。大永磁体为和铁芯同心的圆柱环，镶嵌在上下两副磁极之间内侧，其永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，沿径向朝内。

本发明的多永磁高速双向电磁铁采用了永磁双“日”字型铁芯对称结构，主磁极为中心开有阶梯通孔的圆柱体或“T”字型柱体，副磁极为中间开有阶梯通孔的圆柱体，副磁极底部开有两个同心凹槽，大永磁体直径比副磁极最大凹槽直径略大，其高度与衔铁厚度相等，上下两副磁极之间留有间隙。副磁极圆柱体直径与主磁极阶梯中心孔直径相等，主磁极与副磁极下端近线圈侧延伸出凸缘，凸缘是完整的圆柱环或圆锥台结构。阀杆与衔铁通过卡环固定，穿过主磁极中间的内嵌阀套。小永磁体镶嵌在凸缘和磁极之间，采用过盈配合。其上表面与凸缘上表面平齐，小永磁体下表面与主副磁极下表面平齐或略低。小永磁体是完整的磁环或是等分的圆弧永磁体，等分的圆弧永磁体紧密布置或等分均匀间隔分布。大永磁体是均匀间隔分布的等分的圆弧永磁体，位于上下两副磁极之间。主磁极顶端与螺母中心开有带螺纹的孔，两者通过螺钉固连。

本发明的多永磁双日型高速双向电磁铁，采用了永磁“日”字型结构，两个复位弹簧将衔铁置于中间位置，上部线圈通电，下部线圈断电，衔铁向上运动；反之，向下运动，依此来控制衔铁的双向运动。线圈通电后产生的磁场和小永磁体产生磁场叠加，小永磁体一方面屏蔽了主副磁极之间的漏磁，另一方面提供了通过衔铁的磁通，增大了电磁力；衔铁在吸合过程中，大永磁体屏蔽了衔铁与壳体之间的漏磁。副磁极的凸缘增大了铁芯与衔铁的吸合面积，使通过衔铁的磁感线一部分可以经过凸缘，同时也使衔铁整体磁感应强度分布更加均匀，不易出现局部过早饱和的现象。

附图说明

图1为本发明的多永磁高速双向电磁铁示意图。

图2(a)为主磁极剖面图；图3(b)为副磁极剖面图。

图3(a)-图3(c)为中小永磁体的3种不同结构示意图，图3(a)小永磁体是完整的磁环；图3(b)是小永磁体等分的圆弧永磁体且为紧密布置；图3(c)小永磁体是等分的圆弧永磁体且为等分均匀间隔分布。

图4为图1中大永磁体是等分均匀间隔分布的圆弧永磁体示意图。

图5(a)-5(c)为铁芯主副磁极的四种组合形式，图5(a)为主磁极是中间开有阶梯通孔的“T”字型柱体，副磁极为中间开有阶梯通孔的圆柱体，凸缘在副磁极靠近线圈侧，图5(b)为在图5(a)的基础上延长主磁极横向长度；图5(c)为主磁极为中间开有通孔的圆柱体，主磁极为下端面中心开有凹槽的圆柱体，凸缘在主磁极靠近线圈侧。

图6(a)-图6(b)为凸缘与小永磁体的组合形式，图6(a)为凸缘和小永磁体为柱台，图6(b)为凸缘和小永磁体为锥台。

图7(a)-图7(b)为铁芯中间开有通孔的可冷却式铁芯结构示意图,图7(b)为图7(a)中减振冷却组件I局部放大示意图。

图8(a)-8(b)为电磁铁线圈不通电和通电状态下，磁路流通示意图，图8(a)为线圈未通电时的电磁铁磁路示意图，图8(b)为线圈通电时电磁铁磁路示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

结合图1、图2、图3，本发明的多永磁双日型高速双向电磁铁第一种实施方式的组成包括外壳体15、日型铁芯9，线圈2、衔铁6、卡环10、线圈骨架7、密封树脂3、内嵌阀套14、复位弹簧13和阀杆16。外壳体15为中心开有通孔，与大永磁体对应位置也开有通孔26的圆柱体，上下端各设置固定螺母1。日型铁芯9由主磁极17、副磁极19和小永磁体4构成，主磁极17为中心开有阶梯通孔的圆柱体结构，其上端面轴向开有带螺纹的小孔；副磁极19底部开有环形凹槽18，凹槽中心开有阶梯通孔的圆柱体结构，其中心孔半径R2与主磁极17半径R1相等。凸缘11位于主磁极17底部近线圈侧，在凸缘11与副磁极19之间镶嵌一块小永磁体4，两者采用过盈配合；小永磁体可以是完整的磁环或是等分的圆弧永磁体，等分的圆弧永磁体紧密布置或等分均匀间隔分布，其下表面与日型铁芯9的下表面平齐或略低，其充磁方向为径向辐射充磁，与线圈通电磁路流通方向一致。阀杆16与衔铁6之间由卡环10固定，穿过主磁极中间的内嵌阀套14。大永磁体5位于上下两副磁极之间的凹槽中，其直径与副磁极底部大凹槽直径相等，高度与衔铁厚度相等，大永磁体5的充磁方向为径向辐射充磁，沿轴向向内。本发明的多永磁日型高速双向电磁铁上部分的阀杆16通过卡环10与衔铁5固连，与复位弹簧13、主磁极17、线圈2、副磁极19自上而下依次布置于外壳体15中，小永磁体4自下而上嵌入凸缘和磁极之间，大永磁体5自下而上嵌入副磁极凹槽内，下部分安装顺序与上部分一致，外壳体15两端设置固定螺母1，螺母与主磁极由螺钉8固定。

结合图5(a)，本发明的多永磁双日型高速双向电磁铁的第二种实施方式在第一种实施方式的基础上，改变主副磁极的结构，主磁极17为中心开有阶梯通孔的“T”字型柱体，其上端面轴向开有轴向带螺纹的孔，均匀布置在阶梯通孔周围；副磁极19为中心开有通孔的圆柱体，其底部延伸出阶梯凹槽，主磁极17上部柱体直径与副磁极19通孔直径相等，凸缘11位于副磁极19底部近线圈侧。

同时结合图图5(b)，本发明的多永磁双日型高速双向电磁铁的第三种实施方式是在第一种实施方式的基础上，改变副磁极19大圆柱直径，使其等于主磁极17直径，减小副磁极19高度。该结构取消了副磁极上的固定螺钉8，结构变得更简单，降低了安装难度，提高了电磁铁工作的可靠性。

同时结合图5(c)，本发明的多永磁双日型高速双向电磁铁的第四种实施方式是在第三种实施方式的基础上，改变主副磁极结构，主磁极17变为中心开有阶梯通孔的圆柱体，上端面开有轴向带螺纹的孔。副磁极19为中心开有凹槽的圆柱体结构，凸缘11位于副磁极底部近线圈侧，主副磁极通过螺钉固定。

同时结合图5(c)、图6(a)、图6(b)，本发明的多永磁径向多线圈双王型高速双向电磁铁的第五种实施方式是改变凸缘11与小永磁体4的配合形式。如图5(c)所示，凸缘11与小永磁体4的配合形式为圆柱环配合且凸缘宽度L1与永磁体宽度L2相等或略大。如图6(a)、6(b)所示，凸缘11与永磁体4的配合形式为圆锥环配合且凸缘的底面宽度L1大于永磁体底面宽度L2。

同时结合图7(a)-7(b)，本发明的多永磁双日型高速双向电磁铁的第六种实施方式是在以上五种实施方式的基础上，在铁芯中心增设减振冷却组件Ⅱ，包括阻尼位移调节环21、复位弹簧13，滑阀25，阀套22，阻尼位移调节环21和滑阀25上设有若干阻尼通孔20且均布在同一圆周上，滑阀25被复位弹簧13预压在阻尼位移调节环21上，阻尼位移调节环21为中心开有圆柱通孔，圆柱通孔周围开有轴向通孔的凸台结构。滑阀25套在阀杆上，其中心孔直径比阀杆略大，可上下移动。阀套22固定在阀杆上，滑阀与阀套之间留有间隙，阀套22在上升过程中，与滑阀25接触，并推动滑阀紧压弹簧，直到衔铁停止运动。衔铁6吸合过程中，该减振冷却组件一方面避免了衔铁猛烈吸合，另一方面燃油受到挤压从中心通孔流过，带走线圈2和日型铁芯9的热量，保证了铁芯材料良好的导磁性能，同时受挤压的燃油从中心通孔排出，降低了衔铁表面液压力，降低了衔铁6运动所受阻尼力，提高了电磁铁动态响应速度。

同时图8(a)、8(b)示出了多永磁双日型高速双向电磁铁的工作原理，如图8(a)所示，当上下部分线圈2都不通电时，复位弹簧13将衔铁6置于中间位置，由于日型铁芯与衔铁之间存在的工作气隙相对铁芯磁阻较大，小永磁体4产生经铁芯副磁极19、主磁极17再到小永磁体4而闭合的磁通Φ₄，其中一小部分通过内工作气隙24、衔铁6、外工作气隙23再到小永磁体4闭合的磁通Φ₃；如图8(b)所示，当上部线圈通电，下部线圈断电时，其产生经副磁极19、主磁极17、内工作气隙24、衔铁6、外工作气隙23再到副磁极19而闭合的磁通Φ₁；由于此时小永磁体4产生的磁感线方向与铁芯9磁感应方向逆向，此时小永磁体4产生大部分经过主磁极17、内工作气隙24、衔铁6、外工作气隙23、副磁极19再回到小永磁体4而闭合的磁通Φ₂；大永磁体有效的屏蔽了衔铁与壳体之间的漏磁；线圈通电后产生的磁场和小永磁体产生磁场叠加，小永磁体一方面屏蔽了主副磁极之间的漏磁，另一方面提供了通过衔铁的磁通，增大了电磁力；衔铁在吸合过程中，大永磁体屏蔽了衔铁与壳体之间的漏磁。副磁极的凸缘增大了铁芯与衔铁的吸合面积，使通过衔铁的磁感线一部分可以经过凸缘，同时也使衔铁整体磁感应强度分布更加均匀，不易出现局部过早饱和的现象。随着驱动电流的增大，当吸力大于衔铁6所受阻力时，衔铁开始向日型铁芯方向运动，直至到达最大位移处。大永磁体5产生的磁通不变。当衔铁达到最大位移，线圈可以断电，依靠大小永磁体的磁力可保持衔铁吸合状态，取消了维持电流，减小了能量消耗，降低了线圈的涡流损耗以及发热量。在衔铁6吸合过程中，与大永磁体5吸合面积逐渐减小，所受大永磁体提供的磁吸力也逐渐减小，使衔铁吸合过程柔和，避免了猛烈撞击产生的波动。另外，由于电磁铁一直工作于燃油环境中，衔铁6与日型铁芯9间的燃油受到挤压，衔铁6上开有阻尼孔25，受挤压的燃油可从阻尼孔25和通孔26排出，降低了衔铁表面液压力，减小衔铁运动所受阻尼力，提高电磁铁动态响应速度。当上部线圈断电，下部线圈通电时，衔铁6受到向下的电磁吸力，使衔铁快速向下运动，该结构在驱动电流不变的情况下，不仅增大了电磁力，而且加快了电磁铁的响应速度。

以上列举的仅是本发明的部分具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多永磁高速双向电磁铁，其特征是：包括两个永磁高速电磁铁，每个永磁高速电磁铁包括铁芯、线圈和外壳体，铁芯由圆柱形主磁极和圆环形副磁极构成，主磁极与副磁极之间设置线圈安装槽，线圈安装在线圈安装槽中，外壳体套在铁芯外，主磁极或副磁极底部延伸出环形凸缘，还包括环形小永磁体，小永磁体镶嵌在所述环形凸缘与主磁极或副磁极之中间，小永磁体的充磁方向为径向辐射充磁，两个永磁高速电磁铁对称布置且小永磁体端相对，两个永磁高速电磁铁共用一个衔铁和一个阀杆，主磁极的中间带有通孔，阀杆穿在所述通孔中，衔铁固定在阀杆上，还包括大永磁体，大永磁体为和铁芯同心的圆柱环、镶嵌在上下两副磁极之间，大永磁体的充磁方向为径向辐射充磁、沿径向朝内，主磁极中间的通孔为阶梯孔，阶梯孔中设置套在阀杆上的复位弹簧，还包括冷却组件，所述冷却组件包括阻尼位移调节环、滑阀、阀套，滑阀为中心开有通孔的圆柱体结构，滑阀套在阀杆上，滑阀上设有若干阻尼通孔且均布在同一圆周上，滑阀被复位弹簧预压在阻尼位移调节环上，阻尼位移调节环为中心开有圆柱通孔的凸台结构。

2.根据权利要求1所述的多永磁高速双向电磁铁，其特征是：大永磁体为等分的三段圆弧组成，三段圆弧之间有间隙。

3.根据权利要求1或2所述的多永磁高速双向电磁铁，其特征是：所述小永磁体为连续的圆环形。

4.根据权利要求1或2所述的多永磁高速双向电磁铁，其特征是：所述小永磁体为由等分的几段圆弧组成的圆环形，所述等分的几段圆弧紧凑排列或几段圆弧之间有间隙。

5.根据权利要求1或2所述的多永磁高速双向电磁铁，其特征是：环形凸缘与小永磁体的对接面为圆柱面或圆锥面。

6.根据权利要求3所述的多永磁高速双向电磁铁，其特征是：环形凸缘与小永磁体的对接面为圆柱面或圆锥面。

7.根据权利要求4所述的多永磁高速双向电磁铁，其特征是：环形凸缘与小永磁体的对接面为圆柱面或圆锥面。