[发明专利]一种变磁力线分布比例电磁铁

说明书

技术领域

本发明涉及一种比例电磁铁，特别是涉及一种变磁力线分布比例电磁铁。

背景技术

作为电液比例控制器件中的关键部件之一，比例电磁铁的功能是将比例控制放大器输入的电流信号转换成力或位移。因此，电液比例控制技术对比例电磁铁的位移—力特性提出了严格的要求，即比例电磁铁必须具备水平的位移—力特性曲线，在其有效工作行程内，当线圈电流一定时，其输出力保持恒定，而与动铁芯(衔铁)的位移无关。

现有比例电磁铁的结构如图1所示，由塑料端盖1、导套2，磁轭3，控制线圈4、隔磁环5、盆形极靴6、阀接口块7、推杆8、隔磁垫9、动铁芯10和端盖接口块11组成，其中除塑料端盖1、隔磁环5、线圈4、推杆8、隔磁垫9外，其余零件均由导磁材料制成。该比例电磁铁图的工作原理如图2所示(为清晰起见，图中删除了部分零件的剖面线)：由线圈4产生的磁力线经动铁芯10与阀接口块7间的工作气隙分为两条支路Φ1和Φ2，其中Φ1支路经动铁芯10轴向通过盆形极靴底部的工作气隙，再经阀接口块7、磁轭3、导套2，回到动铁芯10形成闭合环；Φ2支路经动铁芯10斜向通过盆形极靴的锥形周边，到达导套前端，再经阀接口块7、磁轭3、导套2，回到动铁芯10形成闭合环。支路Φ1和Φ2对动铁芯10产生电磁力的轴向分力分别为F1和F2，其合力即为动铁芯受到的驱动力F，如图3所示。

由图3可知，现行比例电磁铁主要依靠特殊形状的盆形极靴将磁力线分为两条支路，通过盆形极靴的相关尺寸调整两条磁力线支路所产生轴向电磁分力的相对大小，从而在动铁芯的位移——力曲线上产生一段近似水平的线性区域(即比例电磁铁的工作行程)。由于极靴形状相对固定，设计时难以精确调整两支路电磁力的相对大小，导致现行比例电磁铁位移—力特性线性度差，工作行程相对较短等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种位移—力特性线性度好，工作行程较长的变磁力线分布比例电磁铁。

为达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种变磁力线分布比例电磁铁，包括导套、磁轭、控制线圈、隔磁环、阀接口块、推杆和动铁芯，动铁芯、阀接口块和控制线圈安装于磁轭中，其中动铁芯和阀接口块沿轴向前后分布，控制线圈位于动铁芯和阀接口块的外侧，导套和隔磁环设于动铁芯、阀接口块与控制线圈之间，推杆连接于动铁芯上并穿过阀接口块，导套包括前段导套和后段导套，隔磁环位于前、后段导套之间，所述阀接口块和动铁芯的工作端面分别为内凹的曲线回转面和外凸的曲线回转面，两曲线回转面的回转轴均沿动铁芯轴线，其母线均为二次曲线且形状相似，当动铁芯处于行程的最大位置时其与阀接口块的接触面为一窄环面。

上述两曲线回转面的母线为双曲线、抛物线或椭圆弧。

上述两曲线回转面的母线由多段二次曲线平滑连接构成。

本发明技术方案既可用于单向比例电磁铁，也可用于双向比例电磁铁。

本发明由于动铁芯与阀接口块之间形成的特殊形状的工作气隙(回转体盆形极靴)，故当动铁芯处于其位移行程的不同位置时，根据最小磁阻原则，控制线圈发出的磁力线通过工作气隙时会形成不同的分布。当动铁芯位移较小时，工作气隙磁阻较大，但因工作气隙内绝大多数磁力线方向与轴线方向夹角很小，故电磁力轴向分力较大；当动铁芯位移较大时，工作气隙磁阻较小，但由于工作气隙内绝大多数磁力线方向与轴线方向夹角很大，故电磁力轴向分力较小，因此，动铁芯在大部分位移行程中所受轴向电磁力能够保持相对稳定，即实现水平的位移—力特性曲线，电磁铁位移—力特性线性度较好，动铁芯工作行程也较长。

本发明在不改变现行比例电磁铁的基本结构、外形和接口尺寸的前提下，通过精确计算确定动铁芯和阀接口块工作端面母线的形状和尺寸参数，可精确地控制动铁芯工作时其工作气隙内磁场的磁力线分布，从而能显著提高比例电磁铁的动线性性能(位移—力特性线性度和工作行程宽度)，另外，由于动铁芯在行程的最大位置时与阀接口块工作面的接触面积很小，该处出现磁饱和，故轴向电磁力不大，因此可取消现行比例电磁铁所用的隔磁垫而使结构简化。

附图说明

图1为传统比例电磁铁的结构示意图。

图2为图1所示传统比例电磁铁的工作原理图。

图3为图1所示传统比例电磁铁的位移—力特性曲线示意图。

图4为本发明单向比例电磁铁的结构示意图(当动铁芯处于较小位移时)。

图5为图4所示单向比例电磁铁当动铁芯处于较大位移时的结构示意图。

图6为本发明动铁芯受力计算示意图。

图7为本发明比例电磁铁的位移—力特性曲线示意图。