比例电磁铁概述

比例电磁铁概述

比例电磁铁作为电液比例控制元件的电一机械转换器件，其功能是将比例控制放大器输给的电流信号转换成力或位移。比例电磁铁推力大、结构简单，对油质要求不高，维护方便，成本低廉，衔铁腔可做成耐高压结构，是电液比例控制技术中应用最广泛的电一机械转换器。比例电磁铁的特性及工作可靠性，对电液比例控制系统和元件具有十分重要的影响，是电液比例控制技术关键部件之一。

电液比例控制技术对比例电磁铁提出了一定的要求，主要有:

1)水平的位移一力特性，即在比例电磁铁有效工作行程内，当线圈电流一定时，其输出力保持恒定。

2)稳态电流一力特性具有良好的线性度，较小的死区及滞回。

3)阶跃响应快，频响高。

比例电磁铁的结构和工作原理

虽然目前国内外市场中比例电磁铁的品种繁多，但其基本的结构和原理大体相同。图1所示即为一典型的耐高压比例电磁铁的基本结构。

图1 比例电磁铁结构图图2比例电磁铁力-位移特性图

由图1可知，典型的耐高压比例电磁铁主要由导套、衔铁、外壳、极靴、线圈、推杆等组成。导套前后两段为导磁材料，中间则用一段非导磁材料(隔磁环)焊接。导套具有足够的耐压强度(约可承受35MPa的静压力)。导套前段和极靴组合，形成带锥型端部的盆型极靴，其相对尺寸决定了比例电磁铁稳态特性曲线的形状。导套和壳体之间配置同心螺线管式控制线圈。衔铁的前端装有推杆，用以输出力或位移;后端装有弹簧和调节螺钉组成的调零机构，可以在一定范围内对比例电磁铁特性曲线进行调整。

比例电磁铁一般为湿式直流控制，与普通直流电磁铁相比，由于结构上的特殊设计，使之形成特殊的磁路，从而使它获得基本的吸力特性，即水平的位移一力特性，与普通直流电磁铁的吸力特性有着本质区别。

比例电磁铁的磁路，在工作气隙附近被分成两部分Φ1和Φ2，如图３(a)所示。其中，一条磁路中Φ1由前端盖盆型极靴底部，沿轴向工作气隙，进入衔铁，穿过导套后段和导磁外壳回到前端盖极靴，产生轴向推力(端面力)F1;而另一磁路Φ2经盆型极靴锥形周边(导套前段)，径向穿过工作气隙进入衔铁，而后与Φ1汇合，产生轴向附加力F2。这种特殊形式磁路的形成，主要是由于采用了隔磁环结构，构成了一带锥形周边的盆型极靴。因此，盆口

部位几何形状及尺寸，需要经过优化设计和实验研究才能决定。由于电磁作用，F1和F2二者综合得到比例电磁铁的位移一力特性，如图3(b)所示。在工作区域内，电磁力F，相对于衔铁位移基本呈水平力特性关系。

图3 比例电磁铁此路示意图及位移-力特性示意图

比例电磁铁的分类

比例电磁铁的分类根据使用情况和调节参数的不同，可分为力控制型，行程控制型和位置调节型三种基本应用类型。

力控制型比例电磁铁直接输出力，它的工作行程较短，一般用在比例阀的先导控制级上，在工作区内，具有水平的位移一力特性，即其输出力只与输入电流呈比例，而与位移无关。

力控制型比例电磁铁直接输出力，它的工作行程较短，一般用在比例阀的先导控制级上，在工作区内，具有水平的位移一力特性，即其输出力只与输入电流呈比例，而与位移无关。

行程控制型的比例电磁铁是由力控制型比例电磁铁和负载弹簧共同工作而形成的。力控制性电磁铁的输出力，通过弹簧转换成为输出位移。即行程控制型比例电磁铁实现了电流一力一位移的线性转换。这种类型的比例电磁铁，输出量是与电流成比例的位移，其工作行程较大，多用在直接控制型的比例阀上。行程控制型比例电磁铁与力控制型比例电电磁铁结构完全想通，只有使用条件的区别，因此它们的控制特性曲线是一致的，都具有水平的位移一力特性和线性的电流一力特性。

上述比例电磁铁的衔铁位置如果通过位移传感器检测，构成位置电反馈闭环，就形成了位置调节型比例电磁铁。位置调节型比例电磁铁的衔铁位置由其推动的阀芯位置，通过一闭环调节回路进行调节。只要电磁铁运行在允许的工作区域内，其衔铁就保持与输入电信号相对应位置不变，而与所受反力无关，即它的负载刚度很大。这类位置调节型比例电磁铁多用于控制精度要求较高的直接控制式比例阀上。在结构上，除了衔铁的一端接上位移传感器(位移传感器的动杆与衔铁固接)外，其余与力控制型，行程控制型比例电磁铁是相同的。

比例电磁铁的发展状况

比例电磁铁研究的国内外现状。比例电磁铁的发展较早起步于国外，特别是德国和日本，主要生产厂家有MagnetSchultz 、bso 、BINDER、Rexroth Bosch、Vickers、油研等。国内一些研究机构，如浙江大学流体传动及控制国家重点实验室对比例电磁铁作了一系列的研究工作，先后开发了普通型和耐高压型比例电磁铁，以及耐高压双向极化式比例电磁铁，旋转比例电磁铁，防爆比例电磁铁等，并推广了相关的技术。

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