專利名稱：高速雙向永磁復(fù)位比例電磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁鐵，尤其涉及一種高速雙向永磁復(fù)位比例電磁鐵。
背景技術(shù)：
氣動(dòng)比例控制技術(shù)是傳統(tǒng)的開關(guān)型氣動(dòng)技術(shù)向比例伺服控制方向發(fā)展的新型應(yīng)用技術(shù)。氣動(dòng)比例伺服閥是氣動(dòng)伺服定位運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)必需的核心元件，是機(jī)電氣一體化產(chǎn)品的典型代表。氣動(dòng)比例伺服元件的開發(fā)代表著氣動(dòng)元件生產(chǎn)企業(yè)最高科技研發(fā)水平。比例電磁鐵是氣動(dòng)比例閥的關(guān)鍵組成部分，其輸入一般是比例放大器輸出的電流或電壓信號(hào)，輸出為推拉力或者位移，并帶動(dòng)比例閥的閥芯運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)氣動(dòng)回路的壓力、流量等參數(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)。比例電磁鐵輸出力或位移同輸入控制信號(hào)間的各種靜態(tài)特性以及頻率響應(yīng)等動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能對(duì)氣動(dòng)比例閥的工作性能有重要影響。已有的比例電磁鐵廣泛采用動(dòng)鐵式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有輸出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但動(dòng)鐵質(zhì)量大，慣性大，線圈電感量大，非線性和遲滯明顯，系統(tǒng)響應(yīng)慢，且僅能單向運(yùn)動(dòng)，需要外部機(jī)械彈簧復(fù)位，存在零位死區(qū)，一般只能用于低速的比例減壓閥等，不能滿足有快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求的氣動(dòng)比例伺服流量方向閥需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有比例電磁鐵存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種高速雙向永磁復(fù)位比例電磁鐵，適用于有快速響應(yīng)需求的氣動(dòng)比例閥，特別是氣動(dòng)比例伺服流量方向閥需要。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
包括電磁鐵外殼、圓筒推桿、永磁內(nèi)環(huán)、固定螺釘、永磁外環(huán)、線圈骨架、電磁線圈、線性霍爾傳感器、固定螺母、引線孔、非導(dǎo)磁螺釘、后端蓋和零位調(diào)整螺釘；電磁鐵外殼內(nèi)同軸裝有線圈骨架，線圈骨架的外側(cè)面開有三個(gè)環(huán)形槽，線性霍爾傳感器粘結(jié)在中間環(huán)形槽內(nèi)，在兩側(cè)的環(huán)形槽內(nèi)反向繞制并串聯(lián)有兩個(gè)電磁線圈，線圈骨架一側(cè)通過非導(dǎo)磁螺釘與后端蓋固接；線圈骨架內(nèi)同軸裝有圓筒推桿，圓筒推桿有桿的一端伸出在電磁鐵外殼外，圓筒推桿有桿的一端與電磁鐵外殼孔為間隙配合，永磁外環(huán)套在圓筒推桿另一端的外側(cè)并用固定螺母在臺(tái)階上固定，永磁外環(huán)與線圈骨架的內(nèi)側(cè)面為間隙配合；圓筒推桿內(nèi)同軸裝有永磁內(nèi)環(huán)，永磁內(nèi)環(huán)通過固定螺釘緊固在零位調(diào)整螺釘小端面，零位調(diào)整螺釘大端與后端蓋中心開有的通孔通過螺紋相配合；后端蓋外端面開有兩個(gè)引線孔，后端蓋與電磁鐵外殼通過螺釘固定連接。所述的電磁鐵外殼、圓筒推桿、固定螺釘、線圈骨架、固定螺母、后端蓋和零位調(diào)整螺釘均為非導(dǎo)磁材料。本發(fā)明的有益效果在于
1.內(nèi)外雙永磁環(huán)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生線性磁彈簧特性，起到復(fù)位和產(chǎn)生平衡反力作用，且無機(jī)械彈簧的零位死區(qū)；
2.內(nèi)外雙永磁環(huán)結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生很高磁彈簧剛度和較大的可用行程。在產(chǎn)生同等推力或位移情況下，動(dòng)鐵芯質(zhì)量顯著減小，慣性大大降低，明顯提高系統(tǒng)響應(yīng)頻寬；
3.通過調(diào)節(jié)零位調(diào)整軸的位置，由永磁內(nèi)外環(huán)之間的磁彈簧力帶動(dòng)動(dòng)鐵芯移動(dòng)，可從外部方便調(diào)整比例伺服流量方向閥閥芯的零位對(duì)中；
4.采用線性霍爾傳感器測(cè)量永磁外環(huán)位置，方便與外部比例放大器構(gòu)成閥芯位置閉環(huán)控制，進(jìn)一步能顯著提高整個(gè)比例伺服流量方向閥的閥芯位置控制精度和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。本發(fā)明在氣動(dòng)比例控制技術(shù)中應(yīng)用前景廣闊，并可對(duì)氣動(dòng)元件制造企業(yè)帶來好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。


附圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖。附圖I中1.電磁鐵外殼,2.圓筒推桿，3.永磁內(nèi)環(huán),4.固定螺釘,5.永磁外環(huán)，6.線圈骨架，7.電磁線圈，8.線性霍爾傳感器，9.固定螺母，10.引線孔，11.非導(dǎo)磁螺釘，12.后端蓋，13.零位調(diào)整螺釘。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖I和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明包括電磁鐵外殼I、圓筒推桿2、永磁內(nèi)環(huán)3、固定螺釘4、永磁外環(huán)5、線圈骨架6、電磁線圈7、線性霍爾傳感器8、固定螺母9、引線孔10、非導(dǎo)磁螺釘11、后端蓋12和零位調(diào)整螺釘13 ；電磁鐵外殼I內(nèi)同軸裝有線圈骨架6，線圈骨架6的外側(cè)面開有三個(gè)環(huán)形槽，線性霍爾傳感器8粘結(jié)在中間環(huán)形槽內(nèi)，在兩側(cè)的環(huán)形槽內(nèi)反向繞制并串聯(lián)有兩個(gè)電磁線圈7，線圈骨架6 —側(cè)通過非導(dǎo)磁螺釘11與后端蓋12固接；線圈骨架6內(nèi)同軸裝有圓筒推桿2,圓筒推桿2有桿的一端伸出在電磁鐵外殼I外，圓筒推桿2有桿的一端與電磁鐵外殼I孔為間隙配合，永磁外環(huán)5套在圓筒推桿2另一端的外側(cè)并用固定螺母9在臺(tái)階上固定，永磁外環(huán)5與線圈骨架6的內(nèi)側(cè)面為間隙配合；圓筒推桿2內(nèi)同軸裝有永磁內(nèi)環(huán)3,永磁內(nèi)環(huán)3通過固定螺釘4緊固在零位調(diào)整螺釘3小端面，零位調(diào)整螺釘13大端與后端蓋12中心開有的通孔通過螺紋相配合；后端蓋12外端面開有兩個(gè)引線孔10，后端蓋12與電磁鐵外殼I通過螺釘固定連接。所述的電磁鐵外殼I、圓筒推桿2、固定螺釘4、線圈骨架6、固定螺母9、非導(dǎo)磁螺釘
11、后端蓋12和零位調(diào)整螺釘13均為非導(dǎo)磁材料。根據(jù)以上所述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明為一種輸出力和行程較大、可雙向運(yùn)動(dòng)、無機(jī)械彈簧由永磁力自行復(fù)位、無零位死區(qū)、動(dòng)鐵質(zhì)量小而又結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)特性好的高速雙向永磁復(fù)位比例電磁鐵。 根據(jù)所需的彈簧彈性模量和行程，選擇適當(dāng)?shù)挠来挪牧?，設(shè)計(jì)計(jì)算永磁內(nèi)環(huán)3和永磁外環(huán)5的所需尺寸，并經(jīng)軸向充磁，能使永磁內(nèi)環(huán)3和永磁外環(huán)5之間形成具有所需彈性模量的線性磁彈簧，永磁外環(huán)5在水平方向的運(yùn)動(dòng)行程為工作行程。通過將永磁外環(huán)5裝配進(jìn)圓筒推桿2，再用固定螺母9緊固連接，使三者組成本比例電磁鐵的動(dòng)鐵芯部分。將該動(dòng)鐵芯部分裝入電磁鐵外殼I。在線圈骨架6上反向串聯(lián)繞制兩個(gè)電磁線圈7，然后將線圈骨架6通過非導(dǎo)磁螺釘11裝配在后端蓋12上。電磁線圈7的引線通過下側(cè)的引線孔10引出到電磁鐵的后端蓋12外。最后將零位調(diào)整螺釘13旋入后端蓋12的螺紋孔內(nèi)。通過調(diào)整零位調(diào)整螺釘13的位置，由于永磁力帶動(dòng)永磁外環(huán)5水平向微動(dòng)，使動(dòng)鐵芯部分產(chǎn)生精確位置對(duì)中。零位調(diào)整螺釘13和后端蓋12螺紋孔為緊配合，位置對(duì)中后可通過涂膠使零位調(diào)整螺釘13固定連接。本發(fā)明的工作原理如下
永磁內(nèi)環(huán)3和永磁外環(huán)5之間形成具有一定彈性模量的永磁彈簧特性，起到使動(dòng)鐵芯部分自動(dòng)復(fù)位對(duì)中作用。消除了外部機(jī)械復(fù)位彈簧，無需機(jī)械彈簧的預(yù)壓緊力和間隙，從而消除了動(dòng)鐵芯的零位死區(qū)。該種內(nèi)外雙永磁環(huán)結(jié)構(gòu)能明顯提高永磁體利用效率，在形成所需的永磁彈簧彈性模量的情況下能顯著降低永磁外環(huán)5的質(zhì)量，根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)知識(shí)，可顯著提高該比例電磁鐵的無阻尼自然角頻率。位于永磁外環(huán)5徑向外側(cè)的電磁線圈7在通以一定方向的電流時(shí)，可對(duì)永磁外環(huán)5產(chǎn)生水平方向的電磁力，由于電磁線圈7為串聯(lián)差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，使該電磁力在有效行程內(nèi)可保持為水平恒力特性，與動(dòng)鐵芯位移無關(guān)，且有效行程由電磁線圈7和永磁外環(huán)5的的軸向長(zhǎng)度尺寸確定。有效行程由電磁線圈7和永磁外環(huán)5軸向長(zhǎng)度共同確定，非單一由線圈確定。(所謂有效行程指在該行程內(nèi)，電磁力能保持為近似恒定，與位移無關(guān)，僅與激勵(lì)電流大小成比例)該種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是電磁線圈7的尺寸可以任意設(shè)計(jì)，從而允許更大的線圈匝數(shù)和工作電流，從而能產(chǎn)生更高的電磁力，使電磁鐵動(dòng)鐵芯部分獲得更高的運(yùn)動(dòng)速度。所述的反向繞制并串聯(lián)的兩個(gè)電磁線圈7形成左右兩側(cè)的差動(dòng)式電磁線圈結(jié)構(gòu)。永磁外環(huán)5為軸向充磁,故左右側(cè)分別為N, S級(jí),若兩個(gè)線圈同向繞制,則電磁場(chǎng)的方向一致，會(huì)使永磁外環(huán)5產(chǎn)生方向左右相反的推拉力，使永磁外環(huán)5無法運(yùn)動(dòng)，因此必須反向繞制。只有反向繞制，因電磁場(chǎng)方向相反，能使作用于永磁外環(huán)5的電磁力方向一致,是2倍于單個(gè)線圈的力，一則能增大輸出力，二是由于單個(gè)線圈對(duì)永磁外環(huán)5的水平作用力隨位移變化可能存在一定程度的非線性，但左右兩側(cè)的這種差動(dòng)式結(jié)構(gòu)剛好可以抵消單個(gè)線圈的非線性，從而使電磁力呈現(xiàn)較高的線性度。在線圈骨架6中兩個(gè)電磁線圈7的中間位置粘結(jié)線性霍爾傳感器8，能夠測(cè)量永磁外環(huán)5的水平方向位置，傳遞給外部的比例放大器，能構(gòu)成閥芯的位移閉環(huán)調(diào)節(jié)。線性霍爾傳感器8的連接線纜可通過后端蓋12上側(cè)的引線孔11引出。通過控制電磁線圈7的激勵(lì)電流可以獲得所需的水平向電磁力。當(dāng)電磁力和永磁彈簧反力平衡時(shí)，動(dòng)鐵芯產(chǎn)生所需行程，能用于調(diào)節(jié)比例方向閥閥芯開口大小。通過線性霍爾傳感器8測(cè)量永磁外環(huán)位置，再與外部比例放大器一起，能構(gòu)成閥芯位移閉環(huán)控制，能進(jìn)一步顯著提高閥芯位置調(diào)節(jié)精度和閥的動(dòng)態(tài)特性。上述具體實(shí)施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高速雙向永磁復(fù)位比例電磁鐵，其特征在于包括電磁鐵外殼(I)、圓筒推桿(2)、永磁內(nèi)環(huán)(3)、固定螺釘(4)、永磁外環(huán)(5)、線圈骨架(6)、電磁線圈(7)、線性霍爾傳感器(8)、固定螺母(9)、引線孔(10)、非導(dǎo)磁螺釘(11)、后端蓋(12)和零位調(diào)整螺釘(13);電磁鐵外殼(I)內(nèi)同軸裝有線圈骨架(6)，線圈骨架(6)的外側(cè)面開有三個(gè)環(huán)形槽，線性霍爾傳感器(8)粘結(jié)在中間環(huán)形槽內(nèi)，在兩側(cè)的環(huán)形槽內(nèi)反向繞制并串聯(lián)有兩個(gè)電磁線圈(7)，線圈骨架(6)—側(cè)通過非導(dǎo)磁螺釘(11)與后端蓋(12)固接；線圈骨架(6)內(nèi)同軸裝有圓筒推桿(2),圓筒推桿(2)有桿的一端伸出在電磁鐵外殼(I)外，圓筒推桿(2)有桿的一端與電磁鐵外殼(I)孔為間隙配合，永磁外環(huán)(5)套在圓筒推桿(2)另一端的外側(cè)并用固定螺母(9)在臺(tái)階上固定，永磁外環(huán)(5)與線圈骨架(6)的內(nèi)側(cè)面為間隙配合；圓筒推桿(2)內(nèi)同軸裝有永磁內(nèi)環(huán)(3 )，永磁內(nèi)環(huán)(3 )通過固定螺釘(4 )緊固在零位調(diào)整螺釘(13 )小端面，零位調(diào)整螺釘(13)大端與后端蓋(12)中心開有的通孔通過螺紋相配合；后端蓋(12)外端面開有兩個(gè)引線孔(10)，后端蓋(12)與電磁鐵外殼(I)通過螺釘固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高速雙向永磁復(fù)位比例電磁鐵，其特征在于所述的電磁鐵外殼(I)、圓筒推桿(2)、固定螺釘(4)、線圈骨架(6)、固定螺母(9)、后端蓋(12)和零位調(diào)整螺釘(13)均為非導(dǎo)磁材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速雙向永磁復(fù)位比例電磁鐵。外殼內(nèi)同軸裝有線圈骨架，骨架外側(cè)面開有三個(gè)環(huán)形槽，線性霍爾傳感器粘結(jié)在中間環(huán)形槽內(nèi)，在兩側(cè)的環(huán)形槽內(nèi)反向繞制并串聯(lián)有電磁線圈，線圈骨架一側(cè)與后端蓋固接；線圈骨架內(nèi)同軸裝有圓筒推桿，有桿的一端伸出在電磁鐵外殼外與電磁鐵外殼孔為間隙配合，永磁外環(huán)套在圓筒推桿另一端的外側(cè)；圓筒推桿內(nèi)同軸裝有永磁內(nèi)環(huán)，永磁內(nèi)環(huán)通過固定螺釘緊固在零位調(diào)整螺釘小端面。本發(fā)明通過內(nèi)外永磁環(huán)組成線性磁彈簧，具有相當(dāng)高的磁彈簧彈性模量，并降低動(dòng)鐵芯質(zhì)量，提高電磁鐵系統(tǒng)固有頻率，通過線性霍爾傳感器位置反饋，與外部比例放大器構(gòu)成位移閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，提高閥芯位移調(diào)節(jié)精度和系統(tǒng)閉環(huán)頻寬。
文檔編號(hào)H01F7/06GK102637504SQ20121013178
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者劉昊, 袁月峰, 陶國良 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)