高速電磁鐵的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高速電磁鐵，包括鐵芯、線圈和銜鐵，銜鐵與鐵芯同軸設(shè)置，且兩者之間具有工作間隙，鐵芯為圓柱體，鐵芯在靠近銜鐵的一端設(shè)有彈簧孔和線圈安裝槽，位于彈簧孔與線圈安裝槽之間的圓環(huán)部位為主磁極，位于線圈安裝槽外側(cè)的圓環(huán)部分為副磁極，主磁極和副磁極的長度均為D1，主磁極和副磁極之間的間距為D4，D1與D4之比約為3，主磁極的橫截面積與副磁極的橫截面積近似相等；銜鐵的中心具有閥桿孔，銜鐵的外徑略小于鐵芯的外徑，銜鐵的外表面具有一定錐度；銜鐵在靠近閥桿孔的周圍設(shè)有多個呈圓周均布的阻尼孔；線圈安裝在線圈安裝槽內(nèi)，且線圈的下端與工作氣隙之間留有一定的距離。本實用新型的響應(yīng)速度快、使用壽命長。
【專利說明】
高速電磁鐵
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于電磁鐵，具體涉及一種高速電磁鐵。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著柴油機電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電控燃油噴射系統(tǒng)成為滿足日益嚴格的柴油機排放法規(guī)要求的必然趨勢，高速電磁閥是電控燃油噴射系統(tǒng)中關(guān)鍵部件之一，無論電控栗噴嘴、單體栗、分配栗，還是目前發(fā)展最快的高壓共軌電控噴油系統(tǒng)，高速電磁閥都是保證它們能正常工作的最關(guān)鍵、最核心的部件。通過調(diào)節(jié)電磁閥的閉合時刻和閉合時間長短來對噴油定時和噴油量進行精確控制，改變了傳統(tǒng)噴油栗復(fù)雜的機械控制方式，實現(xiàn)了對燃油噴射過程的數(shù)字控制。
[0003] 由于電磁閥的快速響應(yīng)和強電磁力等性能直接影響電控燃油噴射系統(tǒng)的控制精度，進而決定了柴油機的動力性、燃油經(jīng)濟性和排放物的生成;高速電磁閥的制造是柴油機電控單體栗系統(tǒng)和高壓共軌系統(tǒng)的主要難度，現(xiàn)有高速電磁閥大多存在壽命低、電磁力小、 動態(tài)響應(yīng)速度慢等缺點。電磁鐵是高速電磁閥中的關(guān)鍵部件之一，其性能的好壞將直接影響著尚速電磁閥的性能。因此，開展對尚速電磁鐵的研究具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的是提供一種響應(yīng)速度快、使用壽命長的高速電磁鐵。
[0005] 本實用新型所述的高速電磁鐵，包括鐵芯、線圈和銜鐵，所述銜鐵與鐵芯同軸設(shè)置，且兩者之間具有工作間隙，所述鐵芯為圓柱體，該鐵芯在靠近銜鐵的一端設(shè)有彈簧孔和線圈安裝槽，且位于彈簧孔與線圈安裝槽之間的圓環(huán)部位為主磁極，位于線圈安裝槽外側(cè)的圓環(huán)部分為副磁極，主磁極和副磁極的長度均為D1，主磁極和副磁極之間的間距為D4,且 D1與D4之比約為3,且主磁極的橫截面積與副磁極的橫截面積近似相等；
[0006] 所述銜鐵的中心具有閥桿孔，該銜鐵的外徑略小于鐵芯的外徑，且銜鐵的外表面具有一定錐度，其錐角為a ;
[0007] 所述銜鐵在靠近閥桿孔的周圍設(shè)有多個呈圓周均布的阻尼孔；
[〇〇〇8]所述線圈安裝在線圈安裝槽內(nèi)，且線圈的下端與工作氣隙之間留有一定的距離。
[0009]所述鐵芯由若干硅鋼片疊壓而成，具有高電磁力、體積小、磁滯損耗低、剩磁少以及較低的矯頑力、厚度薄，有效減少了鐵芯的渦流損耗。
[0〇1〇] 所述主磁極和副磁極的長度為8.5mm?9.5mm;減少了漏磁磁阻，同時也節(jié)省了材料。
[0011] 所述銜鐵在靠近閥桿孔的周圍設(shè)有八個呈圓周均布的阻尼孔，且阻尼孔的直徑為 1 ?0 mm?1.4mm，阻尼孔的圓心到銜鐵中心的距離為6.15mm?6.85mm。阻尼孔的排布、直徑和圓心距大小的設(shè)計，是結(jié)合電磁力、磁飽和程度以及燃油的流通特性等的考量，經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化計算得以確定。在滿足電磁閥電磁力和動靜態(tài)特性的前提下，最大程度地減少了燃油的阻尼力、運動質(zhì)量和渦流影響，同時提高了響應(yīng)速度。
[0012]所述銜鐵與鐵芯之間具有0.11 mm?0.13 mm的工作間隙;該工作間隙包括電磁閥閥桿升程和電磁閥關(guān)閉后的殘余氣隙兩部分，進而形成適當(dāng)?shù)男沽髁魍娣e，有利于燃油噴射系統(tǒng)中高壓燃油的快速卸載。
[〇〇13] 所述線圈的匝數(shù)為55?65匝，雙層纏繞。
[〇〇14]所述a為15°?25°，磁場未在銜鐵中發(fā)生過早飽和現(xiàn)象，漏磁減小，節(jié)省了材料，降低了重量，提高了電磁閥的響應(yīng)速度。
[0015]本實用新型具有以下優(yōu)點:工作最大電流為25A、驅(qū)動峰值電流為20A、保持電流為 8A;最大靜態(tài)電磁力可達100N左右；響應(yīng)時間小于0.4ms ;絕緣等級F級，使用壽命不低于 10000小時。
【附圖說明】

[0〇16]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017] 圖2為本實用新型的磁感應(yīng)線分布圖；
[0018] 圖中:1、鐵芯，2、彈簧孔，3、副磁極，4、主磁極，5、閥桿孔，6、銜鐵，7、阻尼孔，8、工作間隙，9、線圈，10、線圈安裝槽。
【具體實施方式】
[0019] 如圖1所示的高速電磁鐵，包括鐵芯1、線圈9和銜鐵6,銜鐵6與鐵芯1同軸設(shè)置，且兩者之間具有工作間隙8。所述鐵芯1為圓柱體，該鐵芯1在靠近銜鐵6的一端設(shè)有彈簧孔2和線圈安裝槽10,且位于彈簧孔2與線圈安裝槽10之間的圓環(huán)部位為主磁極4,位于線圈安裝槽10外側(cè)的圓環(huán)部分為副磁極3,線圈9安裝在線圈安裝槽10內(nèi)；所述銜鐵6的中心具有閥桿孔5。
[0020] 如圖1所示，所述主磁極4和副磁極3的長度均為D1，所述主磁極4和副磁極3之間的間距為D4,且D1與D4之比約為3(比如:2.9,3.0,3.1等)；能夠滿足線圈空間和電磁力的要求。
[0021 ]如圖1所示，所述鐵芯1由若干硅鋼片疊壓而成；具有高電磁力、體積小、磁滯損耗低、剩磁少以及較低的矯頑力、厚度薄，有效減少了鐵芯1的渦流損耗。
[0022] 如圖1所示，所述主磁極4的橫截面積與副磁極3的橫截面積近似相等(比如:相等， 或由略小的差異)，能夠避免其中一個磁極過早飽和，進而導(dǎo)致阻礙電磁力的提升。主磁極4 的圓環(huán)寬度為D2，副磁極3的圓環(huán)寬度為D3。
[0023] 如圖1所示，所述主磁極4和副磁極3的長度約為8.5mm，亦可為9mm，或為9.5mm;減少了漏磁磁阻，同時也節(jié)省了材料。
[〇〇24]如圖1所示，所述銜鐵6的外徑略小于鐵芯1的外徑，且銜鐵6的外表面具有一定錐度，其錐角a為15°，亦可為20°，或為25° ;磁場未在銜鐵6中發(fā)生過早飽和現(xiàn)象，漏磁減小，節(jié)省了材料，降低了重量，提高了電磁閥的響應(yīng)速度。
[0025]如圖1所示，所述銜鐵6在靠近閥桿孔5的周圍設(shè)有八個呈圓周均布的阻尼孔7,且阻尼孔7的直徑為1mm，亦可為1.2mm，或1.4mm，阻尼孔7的圓心到銜鐵6中心的距離為 6.15mm，或為6.5mm，或為6.85mm;阻尼孔7的排布、直徑和圓心距大小的設(shè)計，是結(jié)合電磁力、磁飽和程度以及燃油的流通特性等的考量，經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化計算得以確定。在滿足電磁閥電磁力和動靜態(tài)特性的前提下，最大程度地減少了燃油的阻尼力、運動質(zhì)量和渦流影響，同時提高了響應(yīng)速度。
[0026] 如圖1所示，所述銜鐵6與鐵芯1之間具有為0.11mm，亦可為0.12mm，或為0.13mm的工作間隙8;該工作間隙8包括電磁閥閥桿升程和電磁閥關(guān)閉后的殘余氣隙兩部分，進而形成適當(dāng)?shù)男沽髁魍娣e，有利于燃油噴射系統(tǒng)中高壓燃油的快速卸載。
[〇〇27] 如圖1所示，所述線圈9的匝數(shù)為55匝，亦可為60匝，或為65匝，雙層纏繞，且線圈9 的下端與工作氣隙之間留有一定的距離D5,減少了燃油對線圈銅導(dǎo)線絕緣層的腐蝕，避免引發(fā)短路現(xiàn)象。
[〇〇28]本實用新型所述的高速電磁鐵的工作原理:通過施加激勵電流，線圈產(chǎn)生感應(yīng)磁場，銜鐵6由于處在磁場內(nèi)部，受到電磁力牽引，克服彈簧預(yù)緊力而向上運動。當(dāng)電磁閥完全打開，激勵電流轉(zhuǎn)為維持電流，進而減小電磁閥產(chǎn)生過多熱量，防止閥體燒壞或延長使用壽命。本方案從電磁鐵的鐵芯1、繞組、銜鐵6以及裝配參數(shù)和控制參數(shù)等多方面，結(jié)合使用要求和電磁閥實際工作環(huán)境考量，對閥體整體動靜態(tài)特性進行優(yōu)化設(shè)計。
[0〇29] 在整個仿真優(yōu)化設(shè)計過程中，設(shè)計人員采用了Ansoft/Maxwell低頻電磁場有限元仿真軟件。它基于麥克斯韋微分方程組，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場計算轉(zhuǎn)變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼?，具有易于使用、功能強大、計算結(jié)果精確的特點。
[0030] 以下是對高速電磁鐵的性能測試:
[0031] 試驗條件:
[0032] 1、電磁鐵靜態(tài)電磁力測試試驗臺、百分表；
[〇〇33] 2、拉壓式力傳感器、高精度放大器和CANape標定軟件；
[〇〇34] 3、高速電磁閥樣件；
[0035]測量時，先將銜鐵6和連接銜鐵6的拉壓式力傳感器一起固定在臺架的固定端，將鐵芯1安裝在臺架自由端，然后調(diào)節(jié)自由端的高度，使鐵芯1與銜鐵6的軸線在同一垂直面。 當(dāng)銜鐵6和鐵芯1之間的工作氣隙達到設(shè)定值后鎖死自由端。通過勵磁電流驅(qū)動控制器給電磁鐵勵磁線圈加載恒定電流后，銜鐵6由于受到電磁鐵的吸力，在拉壓力傳感器中產(chǎn)生微弱的電壓信號，這個信號經(jīng)過高精度放大器后被放大，用示波器測出高精度放大器輸出的電壓信號大小經(jīng)過換算后即可得知電磁鐵對銜鐵6的電磁吸力。通過移動臺架自由端來改變電磁鐵與銜鐵6之間的工作氣隙和給勵磁線圈加載的驅(qū)動電流便可以測得多組試驗數(shù)據(jù)。 [〇〇36]實驗結(jié)果分析
[0037] 1、相同氣隙、不同驅(qū)動電流的情況下，其銜鐵6受到的軸向電磁力隨電流增加而增大，且能夠維持電磁閥的完全打開狀態(tài)，符合設(shè)計要求。當(dāng)達到某個值后，電磁力不再變化， 此時銜鐵6達到磁飽和狀態(tài)；
[0038] 2、相同驅(qū)動電流、不同氣隙的情況下，其銜鐵6受到的軸向電磁力隨氣隙增大而減小，電磁力仍能夠保證電磁閥的順利開啟以及維持完全打開的狀態(tài)，符合設(shè)計要求。
[0039] 3、如圖2所示，磁感應(yīng)線分布路徑很好的避開了銜鐵6上阻尼孔7的區(qū)域，避免了在阻尼孔7附近過早發(fā)生磁飽和狀態(tài)，影響最終的靜態(tài)電磁力，符合設(shè)計要求。
[0040] 本實用新型是為某型號高壓共軌燃油噴射器而設(shè)計，通過對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、材料選取以及驅(qū)動控制電流的匹配，使閥體本身的動靜態(tài)特性達到系統(tǒng)要求，進而實現(xiàn)對噴油定時和噴油量的精確控制。
【主權(quán)項】
1.一種高速電磁鐵，包括鐵芯(1)、線圈(9)和銜鐵(6)，所述銜鐵(6)與鐵芯(1)同軸設(shè) 置，且兩者之間具有工作間隙(8)，其特征在于:所述鐵芯(1)為圓柱體，該鐵芯(1)在靠近銜 鐵(6)的一端設(shè)有彈簧孔(2)和線圈安裝槽(10)，且位于彈簧孔(2)與線圈安裝槽(10)之間 的圓環(huán)部位為主磁極(4)，位于線圈安裝槽(10)外側(cè)的圓環(huán)部分為副磁極(3)，主磁極(4)和 副磁極(3)的長度均為D1，主磁極(4)和副磁極(3)之間的間距為D4,且D1與D4之比約為3,且 主磁極(4)的橫截面積與副磁極(3)的橫截面積近似相等； 所述銜鐵(6)的中心具有閥桿孔(5)，該銜鐵(6)的外徑略小于鐵芯(1)的外徑，且銜鐵 (6)的外表面具有一定錐度，其錐角為a; 所述銜鐵(6)在靠近閥桿孔(5)的周圍設(shè)有多個呈圓周均布的阻尼孔(7); 所述線圈(9)安裝在線圈安裝槽(10)內(nèi)，且線圈(9)的下端與工作氣隙之間留有一定的 距離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速電磁鐵，其特征在于:所述鐵芯(1)由若干硅鋼片疊壓而 成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速電磁鐵，其特征在于:所述主磁極(4)和副磁極(3)的 長度為8 ? 5mm?9.5mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速電磁鐵，其特征在于:所述銜鐵(6)在靠近閥桿孔(5) 的周圍設(shè)有八個呈圓周均布的阻尼孔(7)，且阻尼孔(7)的直徑為1.0 mm?1.4mm，阻尼孔 (7 )的圓心到銜鐵(6 )中心的距離為6.15mm?6.85mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速電磁鐵，其特征在于:所述銜鐵(6)與鐵芯(1)之間具 有0.11 mm?0.13 mm的工作間隙(8)。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速電磁鐵，其特征在于:所述線圈(9)的匝數(shù)為55?65 匝，雙層纏繞。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速電磁鐵，其特征在于:所述a為15°?25°。
【文檔編號】H01F7/16GK205723048SQ201620642387
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】張紅光, 張鵬, 商榮凱
【申請人】重慶紅江機械有限責(zé)任公司