一种大行程快速响应电磁铁
阅读说明：本技术 一种大行程快速响应电磁铁 (Large-stroke quick-response electromagnet ) 是由 程春东 于 2021-03-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及机电工程元件或部件,具体是一种大行程快速响应电磁铁,包括壳体,壳体内上方设置上静衔铁、下方设置下静衔铁,上静衔铁和下静衔铁外抵接轴套,上静衔铁、下静衔铁和轴套外绕设线圈,轴套内沿轴向滑动配合上动衔铁、下动衔铁,上动衔铁的下端固接上磁石,下动衔铁的上端固接下磁石,上磁石和下磁石通过轭铁连接,上动衔铁的上端与上静衔铁下端之间和下动衔铁的下端与下静衔铁上端之间存在气隙,上动衔铁的上端固接顶杆,顶杆与上静衔铁沿轴向滑动配合并穿出壳体,下静衔铁中部开设通孔,通孔内置入弹簧,弹簧的上端抵接下动衔铁的下端、下端抵接壳体的底壁内侧。本发明具备更大吸合触发加速度,且较不受气隙长度的影响。(The invention relates to an electromechanical engineering element or component, in particular to a large-stroke quick response electromagnet which comprises a shell, wherein an upper static armature is arranged at the upper part in the shell, a lower static armature is arranged at the lower part in the shell, the upper static armature and the lower static armature are externally abutted against a shaft sleeve, a coil is wound outside the upper static armature, the lower static armature and the shaft sleeve, an upper movable armature is matched in the shaft sleeve in a sliding way along the axial direction, the lower moving armature is fixedly connected with an upper magnet, the upper end of the lower moving armature is fixedly connected with a lower magnet, the upper magnet is connected with the lower magnet through a yoke, air gaps exist between the upper end of the upper moving armature and the lower end of the upper static armature and between the lower end of the lower moving armature and the upper end of the lower static armature, the upper end of the upper moving armature is fixedly connected with an ejector rod, the ejector rod and the upper static armature are matched in a sliding mode along the axial direction and penetrate out of the shell, a through hole is formed in the middle of the lower static armature, a spring is arranged in the through hole, and the upper end of the spring is abutted against the lower end of the lower moving armature and the lower end of the spring is abutted against the inner side of the bottom wall of the shell. The invention has larger attraction triggering acceleration and is not influenced by the length of the air gap.)
技术领域
本发明涉及机电工程元件或部件，具体是一种大行程快速响应电磁铁。
背景技术
习知的传统电磁铁结构如图1所示,具备有以下特征:壳体2内固设静衔铁3、轴套9，静衔铁3和轴套9外绕设线圈5，轴套9内沿轴向滑动配合动衔铁6，静衔铁3内沿轴向滑动配合顶杆1，顶杆1与动衔铁6的上端固接并穿出壳体2，动衔铁6下端抵接弹簧10，静衔铁3和动衔铁6之间存在气隙4。线圈5经导通电流产生感应磁力线11,并激励动衔铁6与静衔铁3产生相互磁吸力,进而作动产生推力。根据该结构的数学模型可推导出公式:
，其中，
。
显而易见传统电磁铁的电磁力与气隙长度的平方成反比。因此当吸合触发时,气隙长度为最大值,此时的电磁力适足以克服弹簧力与静摩擦力总合,随气隙距离的缩短,在接近闭合时产生急剧升高的电磁力。但吊诡的是气隙的大小攸关行程的大小,是该电磁铁的关键规格所在,然而却又直接影响响应时间的长短,对设计者而言往往产生进退失据无法拿捏的难题。
随近期自动化控制技术的不断提升,对电磁铁的规格要求也不断提升,尤其是对响应时间与行程的要求。因此在相同的体积与功耗条件下,如何对现有电磁铁结构加以优化是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
:本实现本发明的目的，本发明提供一种大行程快速响应电磁铁，所采取的技术方案是:
一种大行程快速响应电磁铁，包括壳体，所述壳体内上方设置上静衔铁、下方设置下静衔铁，所述上静衔铁和下静衔铁外抵接轴套，所述上静衔铁、下静衔铁和轴套外绕设线圈，所述轴套内沿轴向滑动配合上动衔铁、下动衔铁，所述上动衔铁的下端固接上磁石，所述下动衔铁的上端固接下磁石，所述上磁石和下磁石通过轭铁连接，所述上动衔铁的上端与所述上静衔铁下端之间和所述下动衔铁的下端与所述下静衔铁上端之间存在气隙，所述上动衔铁的上端固接顶杆，所述顶杆与所述上静衔铁沿轴向滑动配合并穿出所述壳体，所述下静衔铁中部开设通孔，所述通孔内置入弹簧，所述弹簧的上端抵接所述下动衔铁的下端、下端抵接所述壳体的底壁内侧。所述上磁石和下磁石的同极相对。所述轭铁和壳体由导磁材料制成。
与现有技术相比，本发明具备更大吸合触发加速度,且较不受气隙长度的影响。
附图说明
图1是现有电磁铁的结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明逆磁组与线圈电流产生之顶杆相对运动的示意图。
图4是传统电磁铁气隙长度/推力的曲线图。
图5是本发明气隙长度/推力的曲线图。
具体实施方式
下面通过结合附图的形式来对本发明的具体实施方式来做进一步的详细的说明，但以下实施例仅列举的是较优选的实施例，其仅起到解释说明的作用来帮助理解本发明，并不能理解为是对本发明作的限定。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图2所示的一种大行程快速响应电磁铁，包括壳体2，所述壳体2内上方设置上静衔铁3-1、下方设置下静衔铁3-2，所述上静衔铁3-1和下静衔铁3-2外抵接轴套9，所述上静衔铁3-1、下静衔铁3-2和轴套9外绕设线圈5，所述轴套9内沿轴向滑动配合上动衔铁6-1、下动衔铁6-2，所述上动衔铁6-1的下端固接上磁石7-1，所述下动衔铁6-2的上端固接下磁石7-2，所述上磁石7-1和下磁石7-2通过轭铁8连接，所述上动衔铁6-1的上端与所述上静衔铁3-1下端之间和所述下动衔铁6-2的下端与所述下静衔铁3-2上端之间存在气隙4，所述上动衔铁6-1的上端固接顶杆1，所述顶杆1与所述上静衔铁3-1沿轴向滑动配合并穿出所述壳体2，所述下静衔铁3-2中部开设通孔，所述通孔内置入弹簧10，所述弹簧10的上端抵接所述下动衔铁6-2的下端、下端抵接所述壳体2的底壁内侧。所述上磁石7-1和下磁石7-2的同极相对。所述轭铁8和壳体2由导磁材料制成。
上磁石7-1、下磁石7-2和轭铁8组成一逆磁组,上磁石7-1和下磁石7-2既可以采用N-N磁极相对，也可以采用S-S磁极相对，中间夹有的轭铁8增加其磁场强度。
逆磁组磁极两侧外布置的一对动衔铁，包括上动衔铁6-1与下动衔铁6-2,以此与逆磁组形成一具备逆磁特性的动铁芯。
位于壳体上、下各设有一对静衔铁，包括上静衔铁3-1与下静衔铁3-2,两者会按线圈激励后的感应磁力线方向产生互为相反的磁极,是以在同一运动行程中分别扮演吸力与斥力的不同作用。
上静衔铁3-1与下静衔铁3-2将会受到激励产生线圈感应磁力线回路11,图2中的电流方向为右进左出,在此可观察到线圈感应磁力线回路11与逆磁组磁力线回路12各具方向性,当磁力线同向时则相吸,反之磁力线逆向时则互斥。在图2中如此的磁力线回路将推动顶杆1向上运动，底部的复位弹簧10提供足以抵抗衔铁间剩磁吸力与斥力的弹簧力。
参考图3，由于采用逆磁组置于线圈中央，当电流流经线圈时,图3中逆磁组中的轭铁会散发高磁力线密度之磁力线形成强磁场,位于此强磁场范围内的绕线将会依据弗莱明的左手定则产生相对运动。在此图3中磁场发散为向外,电流则为右进左出环绕逆磁组的方式流动,左手定则显示其相对运动将导致顶杆向上推出。当电流激励衔铁产生磁场前,逆磁组产生的瞬间逃脱力量已经让动铁芯脱离静摩擦开始运动,因此本发明之结构可以获得较高的响应频率。
同上,由于逆磁组位于线圈中央位置,在线圈通电前为一稳态位置,然一旦线圈有电流通过时,该中央位置变为一个极不稳定位置,需要立即逃脱，其脱逃的力量即为产生的推力F,与磁场感应强度B;线圈电流I;有效环绕长度L等为正比关系.此即F=B*I*L.在此计算式中,可以了解气隙长度的大小与此吸合触发力无关，因此本发明可以为最佳大行程(大气隙)的产品架构。
由于本发明架构是在动铁芯内置一逆磁组,动铁芯可以配置于线圈管内二分之一位置,不必与传统电磁铁一样,需要避开中央死点位置。
此设计的推力与传统电磁铁架构相比较为恒定,传统电磁铁受气隙长度缩小,推力会在顶杆运动至闭合位置时达到最大值。然而本发明架构中逆磁组磁力线回路与线圈感应磁力线回路所形成的推力为吸力与斥力的组合,气隙长度所影响到的推力,以吸力与斥力而言互为消长，总和趋于恒定。
依据相同测试条件,图4为传统电磁铁的气隙长度/推力曲线图;图5为逆磁组电磁铁气隙长度/推力曲线图,从两者可以观察到,本发明有较佳的起始吸合触发推力且在气隙达完全闭合期间有较平缓的与恒定的曲线。
因本发明的推力较传统电磁铁架构恒定,所以传统电磁铁架构中常见的隔磁环在此新发明架构中为非必要部件。隔磁环的主要功能是要减少即将闭合时急遽升高的电磁力,使整个磁力变得较为平稳,然本发明架构已然具备磁力恒定的特性，因此可取消部分隔磁环的设计。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，对其进行简单的组合变化都列为本发明的保护之内。
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