CN105556622B - 控制漏磁通的包括双线圈布置方案的螺线管 - Google Patents

Abstract

一种螺线管，其包括：磁力架；绕线筒，所述绕线筒具有一定长度；保持线圈；具有一定长度的拾取线圈；固定极；具有一定长度的可动电枢；和回位弹簧，其对所述电枢施加偏压使其远离所述极。螺线管包括电枢和固定极由磁隙分离开时的拾取状态和当电枢和固定极相互靠近时的保持状态。拾取线圈在所述绕线筒上卷绕一所述绕线筒的长度的一部分上而保持线圈在所述绕线筒上卷绕绕线筒的长度的其余部分上。拾取线圈的长度与电枢的长度大体相等但是小于绕线筒的所述长度。

Description

控制漏磁通的包括双线圈布置方案的螺线管

技术领域

公开的理念整体涉及一种电磁致动器并且更加特别地涉及一种螺线管。

背景技术

电磁致动器(诸如螺线管)用于多种不同的用途。螺线管响应施加到其端子的电力提供电磁力。螺线管能够包括空气磁芯或者芯。在芯螺线管中，磁力架与由线圈产生的磁通配合，以便提供用于磁通的闭合的低磁阻的磁路。线圈在绕线筒上卷绕绕线筒，并且安装在磁力架内部。螺线管还包括可动芯或者电枢和固定芯或者极。磁通完成从极通过磁隙至电枢抵达磁力架然后返回到极的路径。在磁通的完整行进中，一些磁通(即，漏磁通)不能抵达电枢。这种漏磁通被浪费掉，并且这种漏磁通不能产生磁力。因此，为了高效使用螺线管，应当使漏磁通量最小化，以便能够使磁力最大化。

参照图1，螺线管2包括磁力架4、保持线圈6、拾取线圈(pick up coil)8、绕线筒10、固定芯(极)12、可动芯(电枢)14、回位弹簧16和柱塞18。诸如螺旋管2的螺线管具有两个极端位置，所述两个极端位置包括电枢14和极12分开最大可行间隙(或者图1和图2的磁隙20)时的第一位置(或者拾取状态)和当电枢14和极12互相接近(例如，几乎碰触)(如图1中的虚线所示)时的第二位置(或者保持状态)。在没有向保持线圈6和拾取线圈8的线圈端子(未示出)提供电源(未示出)时发生螺线管拾取状态。在拾取状态中向线圈端子提供电力之后，线圈6、8根据螺线管状态、线圈阻抗和线圈卷绕匝数承载一定量电流。线圈6、8的匝数(N)和由线圈6、8承载的电流(I)决定在所述绕线筒上卷绕线圈端上的总磁动势NI。线圈6、8上的NI量和磁隙20决定了螺线管2中的磁通的值。

拾取线圈8和保持线圈6能够或串联或者并联卷绕。通常，在螺线管2中的线圈6、8之间不存在电连接，并且它们通过“节电”电路(未示出)串联或者并联。适当的“节电”或者“极端节电(cut-throat)”电路(未示出)能够用于去激励拾取线圈8，以便保存电力并且在保持状态中最小程度地加热螺线管2。节电电路能够由定时电路(未示出)来实施，所述定时电路仅对拾取线圈8施以脉冲一预定时间，所述预定时间与正常电枢操作时间成比例。这通过使用双线圈布置方案来实现，在所述双线圈布置方案中，设置有适当的相对较低的电阻电路或者线圈和适当的与磁力架线圈串联的相对较高电阻电路或者线圈。初始，节电电路允许电流流经低电阻电路，但是在适当时间之后，节电电路截断低电阻路径。这适当减小在静止状态期间消耗的电量(例如，相对长期的激励)。

在图1中采用的示例绕组方式是这样：其使得拾取线圈8首先在所述绕线筒上卷绕绕线筒10的整个高度(参照图1)上，然后保持线圈6卷绕拾取线圈8的大约整个高度(参照图1)。

存在螺线管的改进空间。

发明内容

根据一个方面，螺线管包括磁力架、具有一定长度的绕线筒、保持线圈、具有一定长度的拾取线圈、固定极、具有一定长度的可动电枢和对所述电枢施加偏压使其远离所述固定极的回位弹簧。螺线管包括在电枢和极由磁隙分离开时的拾取状态和在电枢和极相互靠近时的保持状态。拾取线圈在所述绕线筒上卷绕绕线筒的长度的一部分上并且保持线圈在所述绕线筒上卷绕绕线筒的长度的其余部分上。拾取线圈的长度与电枢的长度大体相同但是小于绕线筒的长度。

附图说明

当结合附图阅读时能够从优选实施例的以下描述中获得本公开理念的全面理解，其中：

图1是螺线管的垂直截面图，其中，拾取线圈的高度与绕线筒的高度大体相同；

图2是示出图1的螺线管的漏磁通的图；

图3是根据本公开的实施例的螺线管的垂直截面图，其中，拾取线圈在所述绕线筒上卷绕电枢附近并且拾取线圈的高度与电枢的高度大体相同；

图4是示出了图3的螺线管的漏磁通的图；

图5是图3的绕线筒、拾取线圈和保持线圈的简化截面图。

具体实施方式

当在此使用时，术语“数量”将表示一或者大于一的整数(即，多个)。

当在此使用时，“连接”或者“联接”在一起的两个或者更多个部件将表示部件直接或者通过一个或者多个中间部件联结在一起。此外，当在此使用时，附接两个或者更多个部件表示部件直接联结在一起。

结合示例性螺线管描述了公开理念，尽管公开的理念可以应用于宽范围的不同螺线管。

公开的理念采用了螺线管中的双线圈布置方案，用于有效降低漏磁通量。

图2示出了图1的螺线管2中的对应磁通分布。存在从极12泄漏至磁力架4的相对较大量的漏磁通22。由于这种相对较高的漏磁通22，抵达电枢14的有用磁通不足以使得电枢向极12移动(因为其没有产生足够的力)，这导致需要更多的NI。能够通过提供通过线圈的更多的电流(和更高的拾取电压(pick up voltage))来实现针对给定数量线圈匝数的NI需求增加。相对更高的漏磁通22减小螺线管2的整体效率和有效性。

在拾取状态(pick up)中电枢14开始行进时，磁隙20最大，这继而导致对应磁路的磁阻最大。图1的螺线管2在拾取状态中针对给定的NI产生最小的磁通，这继而导致产生最小化的磁力。为了在拾取状态中产生足够的NI，拾取线圈8必须承载相对更大量的电流(从而导致相对更高的拾取电压)。磁通从极12通过磁隙20至电枢14抵达磁力架4并且返回到极12完成其路径。在这个磁通的完整行进路径中，存在一定量的不能抵达电枢14的磁通(即，图2的漏磁通22)。在拾取状态中，由拾取线圈8产生的磁通针对给定的NI最小化，使得其对于最小化漏磁通至关重要。

当电枢14开始朝向极12行进时，磁隙20开始减小，这导致更小的磁阻和更多的磁通。这种现象直到保持状态为止均为有效，并且其逐渐减小将电枢14保持在保持状态中所需的NI。拾取状态中从极12泄漏到磁力架4的磁通量大于保持状态中从极12泄漏到磁力架4的磁通量，原因在于在保持状态中磁隙20被减小。结果，这使得非常难于控制拾取状态中的漏磁通22(图2)以获得所需的有用的磁通(通过电枢14)以及所导致产生的磁力。否则，如果漏磁通22更大，则螺线管2将需要拾取线圈8上的更多的NI来驱动电枢14。

存在多种方式将线圈在所述绕线筒上卷绕绕线筒上。根据卷绕方式，改变针对磁通的磁阻，这继而改变了从极泄漏到磁力架的漏磁通量。

参照图3，根据公开的理念，螺线管30采用了双直流电(DC)线圈32、36的双线圈布置方案。第一或者拾取线圈32具有相对较低的电阻并且采用了相对更低的AWG线圈绕组。第二或者保持线圈36具有相对更高的电阻并且采用了相对更高的AWG线圈绕组。初始，在拾取状态中，仅拾取线圈32承载电流，而在保持状态中，通过适当的电路(举例但不限于，节电电路，所述节电电路的功能与RC计时器(未示出)类似)将电源(未示出)切换到保持线圈36。在拾取状态中，仅拾取线圈32承载电流；而在保持状态中，保持线圈或者拾取线圈和保持线圈(取决于节电电路中的电连接)均承载电流。螺线管30处于非激励位置中(准备好拾取)，其中，回位弹簧42推动电枢40向上(参照图3)至止动件48，以便提供最大的可能磁隙(图3和图4的电枢40和极38之间的磁隙50)。还设置有连接到电枢40并且突出通过磁力架34中的开口54的柱塞52。

作为非限制示例，相对较低电阻的拾取线圈32在25℃和2000AT的NI(安培匝数)的情况下具有大约4.5Ω的电阻，而相对较高电阻的保持线圈36在25℃和4100AT的NI条件下具有大约40Ω的电阻。

为了有效操作螺线管(诸如图3的螺线管30)，最大磁通应当通过其电枢40，以便能够在给定NI条件下使得作用在这种电枢40上的磁力最大化。由于更大的磁隙50，拾取状态中的漏磁通46(图4)相对大于保持状态中的漏磁通46，因而，拾取线圈32相对于电枢40的位置非常重要。因此，拾取线圈32优选地尽可能紧靠近电枢40卷绕，以便最小化漏磁通。

图3的螺线管30采用了双线圈布置方案，以便提高效率。拾取线圈32首先放置在绕线筒44的高度的一部分(参见图3)周围，但是没有遍及绕线筒44的整个高度(参见图3)。然后，在绕线筒高度上的剩余空间(参见图3)中保持线圈36放置在拾取线圈32的底端56下方(参见图3)。最后，在保持线圈36和拾取线圈32处于相同径向水平高度之后，保持线圈36的剩余匝在所述绕线筒上卷绕卷线筒44的整个高度(参见图3)。

这能够从图5和以下非限制性示例中理解。如果用于线圈绕组的绕线筒44中的可能的宽度(W)是1.2in，并且可能的高度(H)为1.3in，则拾取线圈32在所述绕线筒上卷绕0.5in的高度(H1)上，并且宽度(W1)为0.7in(例如但不局限于，根据匝数、线圈电流、线圈电阻和绕组AWG)。然后，针对0.8in的剩余高度(H2＝H-H1)卷绕保持线圈36(即，在这个示例中为1.3in-0.5in)和等于拾取线圈32的宽度(W1)的宽度(W1)(即，在这个示例中为0.7in)。在此之后，保持线圈36的剩余匝在所述绕线筒上卷绕1.3in的完整高度(H)和0.5in的剩余宽度(W2＝W-W1)(即，在这个示例中为1.2in-0.7in)上。

在图4中示出了针对图3的螺线管30的通量图。在此，相对于图2的漏磁通22显著改进了漏磁通46。漏磁通46的减小导致相对更多的磁通通过电枢40，这继而提供了作用在电枢40上的相对更大的磁力。结果，螺线管30需要相对更少的NI来操作，这导致相对更低的拾取电压。

在所述绕线筒上卷绕绕线筒44上的拾取线圈32的高度(参照图3)可以根据作用在电枢40上的力和其它因素变化，所述因素例如但不限于：绕线筒的包络面积、线圈绕组导体的AWG、线圈电阻、通过线圈32、36的允许电流、绕组匝数、承载通过线圈32、36的电流和拾取电压。尽管拾取线圈32的高度(参照图3)能够变化，但是优选的是卷绕这种线圈32，所述线圈32具有这样的高度(参照图3)，所述高度尽可能接近电枢40的高度(参照图3)。

公开的将拾取线圈32和保持线圈36在所述绕线筒上卷绕绕线筒44上的卷绕方法减小线圈32、36中的每一个的安培匝数(NI)并且减小拾取线圈32的拾取电压。结果，螺线管30需要更少的NI来操作，这导致降低了螺线管30中的热量损失，并且减小螺线管30的重量和整体尺寸。

减小漏磁通46导致相对更多的磁通通过电枢40，这继而提供了作用在电枢40上的更多的磁力。结果，螺线管30需要相对更少的NI和相对更低的拾取电压，以便操作。

尽管已经详细描述了公开的理念的具体实施例，但是本领域中的技术人员应当理解的是，根据本公开的整体教导能够发展针对这些细节的各种修改方案和替代方案。因此，公开的特定布置方案仅在于图解而非限制公开理念的范围，所述范围由附属的权利要求和其所有等效方案赋予最宽泛的解释。

Claims (9)

1.一种螺线管(30)，其包括：

磁力架(34)；

具有一定长度(H)的绕线筒(44)；

保持线圈(36)；

具有一定长度(H1)的拾取线圈(32)；

固定极(38)；

具有一定长度的可动电枢(40)；和

回位弹簧(42)，其对所述电枢施加偏压使其远离所述固定极；

其中，所述螺线管包括所述电枢和所述固定极由磁隙(50)分离开时的拾取状态和所述电枢和所述固定极相互靠近时的保持状态；

其中，所述拾取线圈在所述绕线筒上卷绕所述绕线筒的长度的一部分(H1)，而所述保持线圈在所述绕线筒上卷绕所述绕线筒的长度的其余部分(H2)；并且

其中，所述拾取线圈的所述长度与所述电枢的所述长度相等，但是小于所述绕线筒的所述长度；

其中，所述拾取线圈首先在所述绕线筒上卷绕所述绕线筒的长度的一部分(H1)，但是没有在所述绕线筒上卷绕所述绕线筒的所有长度(H)；其中，所述保持线圈从所述拾取线圈的端部(56)处开始在所述绕线筒上卷绕所述绕线筒的长度的其余部分(H2)；并且其中，在所述保持线圈和所述拾取线圈在所述绕线筒上卷绕相同的径向水平高度(W1)之后，所述保持线圈的匝的其余部分卷绕所述绕线筒的所述长度(H)。

2.根据权利要求1所述的螺线管(30)，其中，所述拾取线圈和所述保持线圈在所述绕线筒上卷绕以减小从所述固定极至所述磁力架的漏磁通(46)。

3.根据权利要求1所述的螺线管(30)，其中，所述拾取线圈和所述保持线圈在所述绕线筒上卷绕以减小所述拾取线圈和所述保持线圈中的每一个的安培匝数并且减小所述拾取线圈的拾取电压。

4.根据权利要求1所述的螺线管(30)，其中，所述拾取线圈和所述保持线圈是直流线圈。

5.根据权利要求1所述的螺线管(30)，其中，在所述拾取状态中，仅所述拾取线圈承载电流；并且其中，在所述保持状态中，仅所述保持线圈承载电流。

6.根据权利要求1所述的螺线管(30)，其中，所述拾取线圈具有第一电阻并且采用第一美国线规线圈绕组；并且其中，所述保持线圈具有第二更高的电阻并且采用第二更高的美国线规线圈绕组。

7.根据权利要求6所述的螺线管(30)，其中，所述拾取线圈的所述第一电阻为4.5Ω；其中，所述拾取线圈构造成为2000安培匝；其中，所述保持线圈的所述第二更高电阻为40Ω；并且其中，所述保持线圈构造成为4100安培匝。

8.根据权利要求1所述的螺线管(30)，其中，所述拾取线圈的所述长度被卷绕成尽可能地接近所述电枢的长度，以便使从所述固定极泄漏到所述磁力架的漏磁通(46)最小化。

9.根据权利要求1所述的螺线管(30)，其中，所述绕线筒上的所述拾取线圈的所述长度(H1)取决于在所述电枢上的所需的力、绕线筒的包络面积、所述拾取线圈的绕组导体的美国线规和所述保持线圈的绕组导体的美国线规、所述拾取线圈的电阻和所述保持线圈的电阻、通过所述拾取线圈和所述保持线圈的允许电流、所述拾取线圈的绕组匝数和所述保持线圈的绕组匝数、所述拾取线圈的拾取电压。