一種推拉電磁鐵及其制備方法與流程

本發明涉及一種電控裝置，尤其是涉及一種適用較大溫度范圍且能產生較大吸力的推拉式電磁鐵，以及該電磁鐵的制備方法。

背景技術：
電磁鐵作為一種電控部件，在工農業生產以及科技研發等領域都有廣泛應用。但現有的電磁鐵普遍存在體積大，適應能較差，在惡劣條件下容易失靈的問題，往往不能用于對環境有特殊要求的工況。例如，在運載火箭發射領域，由于發射裝置均處于室外且需要經歷較長的時間，對于部分發射裝置來說利用電磁鐵作為其電動機構的動作驅動部件，就需要電磁鐵滿足在-40℃～60℃的極限高低溫范圍內以及長時間雨淋等惡劣環境中均能可靠工作，且要求在7.5mm較大行程條件下電磁鐵的額定吸合力要大于45kgf，即使在最惡劣條件下(極限低電壓DC20V和極限高溫60℃疊加)也要具備不小于40kgf輸出力，并保證動作迅速、靈敏。現有的電磁鐵均不能滿足這種特殊應用環境的使用要求。此外，在運載火箭發射領域，作為裝機產品還要求電磁鐵的外形體積要小于100mm×100mm×100mm，且額定工作電流不大于6A。現有的電磁鐵也無法滿足小體積大吸力的使用需求。

技術實現要素：
本發明的目的是提供一種推拉電磁鐵及其制備方法，所述推拉電磁鐵具有結構簡單、體積小、吸合力大、動作靈敏的優點，且在較大溫域范圍以及雨淋等環境下均能穩定工作；本發明提供的推拉電磁鐵的制備方法具有工藝簡單、組裝方便、工作效率的特點。為解決現有技術中的電磁鐵其體積大、吸合力小、適用溫域范圍小，在極限高低溫范圍或雨淋等環境下性能顯著下降甚至功能完全喪失的問題，本發明提供的一種推拉電磁鐵，包括殼體、后封蓋、動鐵芯、繞線骨架、線圈和電連接器插座，所述殼體的一端沿中軸線開設有第一凹槽，殼體的另一端沿中軸線開設有與所述第一凹槽連通的第一通孔；繞線骨架處于殼體上的第一凹槽中并通過后封蓋與殼體固定連接進行封裝，線圈纏繞在繞線骨架的繞線槽中并使其兩極穿過殼體與電連接器插座電連接；動鐵芯的一端處于繞線骨架的磁芯孔中并通過復位彈簧與后封蓋連接，動鐵芯的另一端穿過殼體上的第一通孔并伸到殼體的外側；其中，殼體、后封蓋和動鐵芯均采用電磁純鐵制作，繞線骨架采用鋁青銅制作。進一步的，本發明一種推拉電磁鐵，其中，所述后封蓋的內側面設有伸入繞線骨架磁芯孔的凸臺，凸臺的臺面中部開設有第二凹槽，所述動鐵芯在位于繞線骨架磁芯孔中的一端端面上開設有與凸臺嵌套配合的第三凹槽；所述復位彈簧的一端與第二凹槽的槽底固定連接，復位彈簧的另一端與第三凹槽的槽底固定連接。進一步的，本發明一種推拉電磁鐵，其中，所述凸臺為圓臺形狀或錐臺形狀，并在凸臺的臺面上設有隔磁片。進一步的，本發明一種推拉電磁鐵，其中，所述后封蓋中開設有連通第二凹槽和外界的第二通孔。進一步的，本發明一種推拉電磁鐵，其中，所述繞線骨架和線圈之間設有聚酰亞胺薄膜絕緣層。進一步的，本發明一種推拉電磁鐵，其中，所述殼體、后封蓋、繞線骨架和線圈的組合體縫隙中灌注有環氧樹脂并固化。進一步的，本發明一種推拉電磁鐵，其中，所述動鐵芯在伸出殼體的一端端面中部開設有第一螺紋孔，所述殼體在開設第一通孔的一端端面上且處于第一通孔的外側開設有多個第二螺紋孔。進一步的，本發明一種推拉電磁鐵，其中，所述繞線骨架的磁芯孔和動鐵芯均采用圓形，且使繞線骨架的磁芯孔直徑比動鐵芯的外徑大0.1～0.3mm，所述線圈采用絲徑為0.8～1.2mm的銅線繞制，且使線圈的匝數為820～860；所述殼體、后封蓋和動鐵芯均經過700℃～1100℃的退火處理，且使動鐵芯的外表面經過QPQ處理。本發明提供的一種制備推拉電磁鐵的方法，包括以下步驟：一、采用電磁純鐵材料分別加工制作殼體、后封蓋和動鐵芯，備用；二、采用鋁青銅材料加工制作繞線骨架，備用；三、采用銅線在繞線骨架的繞線槽中纏繞以形成線圈，備用；四、加工制作電連接器插座和復位彈簧，備用；五、使復位彈簧的兩端分別固定于動鐵芯的一端和后封蓋的一側；六、將繞線骨架和線圈置入殼體的第一凹槽中，并使線圈的兩極穿過殼體與電連接器插座電連接；讓動鐵芯穿過繞線骨架的磁芯孔和殼體上的第一通孔并伸到殼體的外側，并使后封蓋和殼體固定連接。進一步的，本發明一種制備推拉電磁鐵的方法，其中，在上述步驟一中，還包括對殼體、后封蓋和動鐵芯進行退火處理的工序，退火溫度為700℃～1100℃；并包括對動鐵芯的外表面進行QPQ處理的工序；在上述步驟三中，進行線圈的繞制前還進行了在繞線骨架的繞線槽中鋪設聚酰亞胺薄膜的工序，且使繞線骨架和線圈的接觸面之間均通過聚酰亞胺薄膜進行絕緣隔離；在上述步驟六中，還包括向殼體、后封蓋、繞線骨架和線圈的組合體縫隙中灌注環氧樹脂的工序。本發明一種推拉電磁鐵及其制備方法與現有技術相比，具有以下優點：(1)本發明提供的電磁鐵通過設置殼體、后封蓋、動鐵芯、繞線骨架、線圈和電連接器插座，并使殼體、后封蓋和動鐵芯均采用電磁純鐵制作，繞線骨架采用鋁青銅制作。讓繞線骨架置于殼體上的第一凹槽中并通過后封蓋與殼體固定連接進行封裝，讓線圈纏繞在繞線骨架的繞線槽中并使其兩極穿過殼體與電連接器插座電連接，讓動鐵芯的一端置于繞線骨架的磁芯孔中并通過復位彈簧與后封蓋連接，讓動鐵芯的另一端穿過殼體上的第一通孔并伸到殼體的外側。由此就構成了一種可適應較寬溫域且能提供大吸力的推拉電磁鐵。本發明采用鋁青銅材質制作繞線骨架，可保證在-40℃～60℃的寬溫域環境下均保持較小的滑動摩擦系數，使動鐵芯在寬溫域范圍內均可順暢滑動，保證了電磁鐵的動作靈敏度，并相應地提高了能量轉化率，使電磁鐵利用較小的電流可產生較大的吸合力。同時，本發明的繞線骨架與采用電磁純鐵制作的動鐵芯、殼體和后封蓋具有較好的熱膨脹匹配性能，尤其是繞線骨架和動鐵芯之間的配合，無論是在極限高溫還是在極限低溫環境下，均可保持較小的間隙，從而保證了動鐵芯滑動的平穩性，并可避免卡滯現象，增強了電磁鐵的性能穩定性和工作可靠性。而且這種較好的熱膨脹匹配性能，還可提高電磁鐵的整體密封性，避免因雨水、灰塵進入線圈影響工作性能和可靠性，使電磁鐵適應惡劣環境的能力得到增強。(2)作為優化方案，本發明在后封蓋的內側面設置了伸入繞線骨架磁芯孔的凸臺，并在凸臺的臺面中部開設第二凹槽，同時使動鐵芯在位于繞線骨架磁芯孔中的一端端面上開設與凸臺嵌套配合的第三凹槽，使復位彈簧的一端與第二凹槽的槽底固定連接，使復位彈簧的另一端與第三凹槽的槽底固定連接。這一結構設置可提高磁能轉化率，在輸入相同電壓和電流的前提下能提供更大的輸出力，并可有效減小電磁鐵的體積。下面結合附圖所示實施例對本發明一種推拉電磁鐵及其制備方法作進一步詳細說明：附圖說明圖1為本發明一種推拉電磁鐵的立體圖；圖2為本發明一種推拉電磁鐵在初始狀態下的剖視圖；圖3為本發明一種推拉電磁鐵在吸合狀態下的剖視圖。具體實施方式首先需要說明的是，本發明既提供了一種推拉電磁鐵，又提供了該電磁鐵的生產制備方法。作為本發明一種推拉電磁鐵的具體實施方式，如圖1至圖3所示，包括殼體1、后封蓋2、動鐵芯3、繞線骨架4、線圈5和電連接器插座6。在殼體1的一端沿中軸線開設第一凹槽11，用于容納繞線骨架4和線圈5，在殼體1的另一端沿中軸線開設與所述第一凹槽11連通的第一通孔12，用于動鐵芯3從其中穿過。把繞線骨架4置于殼體1上的第一凹槽11中并通過后封蓋2與殼體1固定連接進行封裝，固定方式可采用螺釘、螺栓等多種方式。其中，線圈5纏繞在繞線骨架4的繞線槽中且使其兩極穿過殼體1與電連接器插座6電連接；并讓動鐵芯3的一端處于繞線骨架4的磁芯孔中并通過復位彈簧7與后封蓋2連接，讓動鐵芯3的另一端穿過殼體1上的第一通孔12并伸到殼體1的外側，以便與所驅動的機構運動部件連接。其中，殼體1、后封蓋2和動鐵芯3均采用電磁純鐵制作，繞線骨架4采用鋁青銅制作。通過以上結構設置就構成了一種可適應較寬溫域且能提供大吸力的推拉電磁鐵。本發明采用鋁青銅材質制作繞線骨架4，可保證在-40℃～60℃的寬溫域環境下均保持較小的滑動摩擦系數，使動鐵芯3在寬溫域范圍內均可順暢滑動，保證了電磁鐵的動作靈敏度，并相應地提高了能量轉化率，使電磁鐵利用較小的電流可產生較大的吸合力。同時，本發明的繞線骨架4與采用電磁純鐵制作的動鐵芯3、殼體1和后封蓋2具有較好的熱膨脹匹配性能，尤其是繞線骨架4和動鐵芯3之間的配合，無論是在極限高溫還是在極限低溫環境下，均可保持較小的間隙，從而保證了動鐵芯3滑動的平穩性，并避免卡滯現象，增強了電磁鐵的穩定性和工作可靠性。而且這種較好的熱膨脹匹配性能，還可提高電磁鐵的整體密封性，可能效避免因雨水、灰塵進入線圈5影響工作性能和可靠性，使電磁鐵適應惡劣環境的能力得到增強。作為優化方案，本具體實施方式在后封蓋2的內側面設置了伸入繞線骨架4磁芯孔的凸臺21，且在凸臺21的臺面中部開設了第二凹槽22，同時使動鐵芯3在位于繞線骨架4磁芯孔中的一端端面上開設了與凸臺21嵌套配合的第三凹槽31，并使復位彈簧7的一端與第二凹槽22的槽底固定連接，使復位彈簧7的另一端與第三凹槽31的槽底固定連接。這一結構設置可提高磁能轉化率，在輸入相同電壓和電流的前提下能提供更大的輸出力，并可有效減小電磁鐵的體積。作為具體實施方式，本發明將凸臺21設計為圓臺形狀或錐臺形狀，可簡化結構，使設計和制造更為容易。并在凸臺21的臺面上設有隔磁片8，用以阻隔軸向漏磁，提高了磁能利用率。同時，本具體實施方式在后封蓋2中開設了連通第二凹槽22和外界的第二通孔23，用于動鐵芯3在吸合過程中可快速排出動鐵芯3和后封蓋2之間的氣體，以避免氣體快速壓縮產生氣動反力阻礙動鐵芯3動作，以保證動鐵芯3的動作迅速、靈敏。為增強絕緣性和防水性能，本發明在繞線骨架4和線圈5之間設置了聚酰亞胺薄膜絕緣層；并在殼體1、后封蓋2、繞線骨架4和線圈5的組合體縫隙中灌注有環氧樹脂并固化。通過這種雙重保護的結構設置，可以確保將線圈5與外界環境進行隔離，提高了電磁鐵的可靠性。為便于連接和安裝，本具體實施方式還使動鐵芯3在伸出殼體1的一端端面中部開設了第一螺紋孔32，以方便與所驅動的機構運動部件連接固定，同時使殼體1在開設第一通孔12的一端端面上且處于第一通孔12的外側開設了多個第二螺紋孔13，以便于電磁鐵的安裝固定。作為具體實施方式，本發明將繞線骨架4的磁芯孔和動鐵芯3均采用圓形，且使繞線骨架4的磁芯孔直徑比動鐵芯3的外徑大0.1～0.3mm，可保證繞線骨架4與動鐵芯3之間在-40℃～60℃的寬溫域范圍內均為穩定的小間隙配合，并對動鐵芯3的軸向運動具有較好的導向作用，以保證滑動的順暢性。需要說明的是，繞線骨架4的磁芯孔和動鐵芯3不限于采用圓形，還可以采用矩形或其他幾何形狀，只要能保證兩者之間的間隙為0.1～0.3mm，均可實現本發明目的。本發明中的線圈5可采用絲徑為0.8～1.2mm的銅線繞制，線圈5的匝數通常設置為820～860。另外，在實際應用中，本發明中的殼體1、后封蓋2和動鐵芯3均經過了700℃～1100℃的退火處理，能進一步提高最大磁導率，并降低磁阻，可將線圈5產生的大磁通量高效轉化為電磁鐵的大吸合力。并使動鐵芯3的外表面經過QPQ處理，進一步提高了動鐵芯3的防腐蝕性能和耐磨性能。經實驗表明，采用本發明結構的電磁鐵，若采用圓柱形狀可將外形尺寸減小至Φ100mm×95mm，在-40℃～60℃的寬溫域內均可保證動作順暢。電磁鐵在額定條件下(輸入電壓DC24V、額定電流6A、溫度20℃、行程7.5mm)的輸出力可達55kgf，在極限低電壓DC20V、極限高溫60℃疊加的最惡劣條件下，吸合力可達43kgf，電磁鐵的通電吸合動作時間小于1s。本發明的電磁鐵經中雨級別淋雨4小時后，線圈的絕緣電阻大于20MΩ，具有優異的防水性能，從而保證了工作可靠性。完全能夠滿足火箭發射領域的發射裝置等對寬溫域、大吸力、小體積、高防水具有特殊要求的應用需求。本發明提供的一種制備推拉電磁鐵的方法，具體包括以下步驟：一、采用電磁純鐵材料分別加工制作殼體1、后封蓋2和動鐵芯3，備用；二、采用鋁青銅材料加工制作繞線骨架4，備用；三、采用銅線在繞線骨架4的繞線槽中纏繞以形成線圈5，備用；四、加工制作電連接器插座6和復位彈簧7，備用；五、使復位彈簧7的兩端分別固定于動鐵芯3的一端和后封蓋2的一側；六、將繞線骨架4和線圈5置入殼體1的第一凹槽11中，并使線圈5的兩極穿過殼體1與電連接器插座6電連接；讓動鐵芯3穿過繞線骨架4的磁芯孔和殼體1上的第一通孔12并伸到殼體1的外側，并使后封蓋2和殼體1固定連接。其中，在上述步驟一中，還包括對殼體1、后封蓋2和動鐵芯3進行退火處理的工序，退火溫度為700℃～1100℃，以便提高相應部件的最大磁導率，并降低磁阻，可將線圈5產生的大磁通量高效轉化為電磁鐵的大吸合力；并包括對動鐵芯3的外表面進行QPQ處理的工序，以便提高動鐵芯3的防腐蝕性能和耐磨性能。在上述步驟三中，進行線圈5的繞制前還進行了在繞線骨架4的繞線槽中鋪設聚酰亞胺薄膜的工序，且使繞線骨架4和線圈5的接觸面之間均通過聚酰亞胺薄膜進行絕緣隔離。以確保將線圈5與外界環境進行隔離，提高電磁鐵的可靠性。在上述步驟六中，還包括向殼體1、后封蓋2、繞線骨架4和線圈5的組合體縫隙中灌注環氧樹脂的工序，以便提高電磁鐵的防水性能，增強安全可靠性。本發明提供的制備推拉電磁鐵的方法，具有工藝簡單、組裝方便、工作效率高的特點。以上實施例僅是對本發明的優選實施方式進行的描述，并非對本發明請求保護范圍進行的限定，在不脫離本發明設計原理和精神的前提下，本領域工程技術人員依據本發明的技術方案做出的各種形式的變形，均應落入本發明權利要求書所確定的保護范圍內。