第二章 比例电磁铁

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。

比例电磁铁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：a)水平的位移力特性，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。

b)稳态电流——力特性具有良好的线性度，较小的死区及滞回。

c)阶跃响应快．频响高。

1.1 结构与水平吸力特性图0.1 耐高压直流比例电磁铁的结构和特性a)传统电磁铁的吸力特性；b)比例电磁铁的特性的形成——2种吸力特性的叠加；c)形成2种吸力特性的结构因素——隔磁环；d)分3个区段——用小隔磁环来消除第1区段，第2区段为水平吸力区，第3区段为辅助工作区；e)调零弹簧对输入输出特性的影响；f)电磁铁工作状态:湿式,耐高压,动铁前后通油孔改善动态特性。

1.2 稳态控制特性图0.2 不带位移反馈比例电磁铁位移——力特性图0.3 不带位移反馈比例电磁铁电流——力特性图0.4 带位移闭环的比例电磁铁的稳态特性1.3 力控制型与位置控制型：结构与特性的对比力控制型——与输入信号成比例的是输出力；位置控制型——与输入信号(电压)成比例的不是输出力!而是动铁位移（具体力的大小由负载需要定——在最大吸力之内）行程调节型——力控制性的变种（由弹簧转化为位移） 比较关系如下表：结构输入输出特性使用 力控制型 电流--- 输出力 输出力只与输入电流成正比工作区内与衔铁位移无关行程较短，用于先导级行程控制型 力控制型+负载弹簧，结构完全相同，只是使用上的区别电流--力----位移输出位移与输入电流成正比 输出行程较大，多用于直控阀 位置调节型力控制型+位移传感器，增加了动铁位置小闭环电流--- 衔铁位置衔铁位置与输入电流成正比与所受反力无关*有动铁位置反馈闭环 *用于控制精度要求较高的直控阀1.4 结构对性能的影响a) 动铁的阻尼通道； b) 反比例；c) 双向激励线圈，湿式，双向输出,无零位死区； d) 排气。

举例某电磁铁的规格如下表：电磁铁规格 035 045 060 新发展输出力 N 55 75 135 行程 mm 2+2 3+3 4+4额定电流 mA 680 810 11102500--3700常态电阻 Ω 24.6 2116.7电压V24。

比例电磁铁
比例电磁铁是一种能够按照一定的比例来产生电磁力的装置。

这种类型的电磁铁通常由绕组、铁芯和电源组成。

绕组是一个由导线制成的线圈，通常绕在一个铁芯上。

当电流通过绕组时，会产生一个磁场。

磁场的强度与电流的大小成正比。

铁芯的作用是增强磁场的强度。

铁芯通常由铁制成，因为铁具有较高的磁导率，能够有效地集中和增强磁场。

电源提供了电流给绕组，从而产生磁场。

电源可以是直流电源或交流电源，具体取决于应用需求。

比例电磁铁的原理是根据安培定律，电流通过绕组时会产生一个磁场，磁场与电流的关系为磁场强度等于电流乘以绕组的匝数。

因此，通过控制电流的大小和绕组的匝数，可以实现按照一定比例来产生电磁力。

比例电磁铁在工业和科学研究领域有广泛的应用。

例如，它可以用于控制和调节机械系统的运动，如电磁阀、电磁刹车等。

此外，比例电磁铁还可以用于制造精密仪器和设备，如电流表、磁力计等。

什么是电磁铁
安阳市华阳电磁铁制造有限公司
电磁铁顾名思义就是通电能产生电磁的一种装置，内部带有铁芯的通电螺线管叫电磁铁。

当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。

磁化后的铁芯也变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。

为了使电磁铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。

但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。

如果绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁性。

另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。

这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。

电磁铁的铁芯不能用钢制做。

否则钢一旦被磁化后，将长期保
持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，而失去电磁铁应有的优点。

1、比例电磁铁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：a)水平的位移力特性，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。

b)稳态电流——力特性具有良好的线性度，较小的死区及滞回。

c)阶跃响应快．频响高。

1.1 结构与水平吸力特性图1.1 耐高压直流比例电磁铁的结构和特性a)传统电磁铁的吸力特性；b)比例电磁铁的特性的形成——2种吸力特性的叠加；c)形成2种吸力特性的结构因素——隔磁环；d)分3个区段——用小隔磁环来消除第1区段，第2区段为水平吸力区，第3区段为辅助工作区；e)调零弹簧对输入输出特性的影响；f)电磁铁工作状态:湿式,耐高压,动铁前后通油孔改善动态特性。

1.2 稳态控制特性图1.2 不带位移反馈比例电磁铁位移——力特性图1.3 不带位移反馈比例电磁铁电流——力特性图1.4 带位移闭环的比例电磁铁的稳态特性1.3 力控制型与位置控制型：结构与特性的对比力控制型——与输入信号成比例的是输出力；位置控制型——与输入信号(电压)成比例的不是输出力!而是动铁位移（具体力的大小由负载需要定——在最大吸力之内）行程调节型——力控制性的变种（由弹簧转化为位移） 比较关系如下表：结构输入输出特性使用 力控制型 电流--- 输出力 输出力只与输入电流成正比工作区内与衔铁位移无关行程较短，用于先导级行程控制型 力控制型+负载弹簧，结构完全相同，只是使用上的区别电流--力----位移输出位移与输入电流成正比 输出行程较大，多用于直控阀 位置调节型力控制型+位移传感器，增加了动铁位置小闭环电流--- 衔铁位置衔铁位置与输入电流成正比与所受反力无关*有动铁位置反馈闭环 *用于控制精度要求较高的直控阀1.4 结构对性能的影响a) 动铁的阻尼通道； b) 反比例；c) 双向激励线圈，湿式，双向输出,无零位死区； d) 排气。

举例某电磁铁的规格如下表：电磁铁规格 035 045 060 新发展输出力 N 55 75 135 行程 mm 2+2 3+3 4+4额定电流 mA 680 810 11102500--3700常态电阻 Ω 24.6 2116.7电压V24。

比例电磁铁前面多次提到过在比例阀中占很重要地位的驱动控制部分――将电信号转换为位移信号的电- 机械转换器。

那么此节将对它作一个详细的介绍。

液压控制系统中最主要的被控参数是压力与流量，而控制上述两个参数的最基本手段是对流阻进行控制。

一种控制流阻的技术途径是直接的电液转换。

它是利用一种对电信号有粘性敏感的流体介质一电粘性液压油，实现电液粘度转换，从而达到控制流阻、实现对系统的压力和流量控制的目的。

显然，这种流阻控制方式更为简便，它无需电－机转换元件。

但是目前这种技术还未达到实用阶段和要求。

目前生产技术上能实现的可控流阻结构形式是通过电-机械转换器实现间接的电-液转换。

将输入的电信号转换成机械量。

这种电-机械转换器是电液比例阀的关键组件之一，它的作用是把经过放大后的输入信号电流成比例的转换成机械量。

根据控制的对象或液压参数的不同，这个力或者传给压力阀的一根弹簧，对它进行预压缩，或者输出的力、力矩与弹簧力相比较，产生一个与电流成比例的小位移或转角，操纵阀芯动作，从而改变可控流阻的液阻。

可见，电一机转换器是电液比例阀的驱动装置。

它的静态，动态特性对整个比例阀的设计和性能起着重要的作用。

电- 机械转换器分类a. 按其作用原理和磁系统的特征分，主要有：电磁式、感应式、电动力式、电磁铁式、永磁式、极化式；动圈式、动铁式；直流、交流。

b. 按其结构形式和性能分，主要有：开关型电磁铁、比例电磁铁、动圈式马达、力矩马达、步进电动机等。

比例电磁铁本设计属于电液比例阀一大类，顾名思义其应用的电- 机械转换器应是比例电磁铁。

比例电磁铁的功能是将比例控制放大器输出的电信号转换成力或位移。

比例电磁铁推力大，结构简单，对油液清洁度要求不高，维护方便，成本低，衔铁腔可做成耐高压结构，是电液比例控制元件中广泛应用的电- 机械转换器件。

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的性能具有十分重要的影响，是电液比例控制系统的关键部件之一。

比例电磁铁imageimage简介比例电磁铁是一种通过电流在导线中产生磁场的装置。

它由一个螺线管或电磁铁芯以及通电的导线组成。

当电流通过导线时，会产生一个磁场，这个磁场在比例电磁铁中被放大。

比例电磁铁被广泛应用于各种领域，如科学研究、工业制造、教学实验等。

它具有可控性强、重量轻、安装简便等特点，因此在实践中得到了广泛应用。

原理比例电磁铁的工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培环路定理。

根据法拉第电磁感应定律，当导体中有一个变化的磁场时，会产生感应电动势，从而导致电流的变化。

而安培环路定理则描述了电流会产生一个磁场。

比例电磁铁利用这两个定律，通过导线中的电流产生磁场，并在电磁铁内放大。

导线中的电流通过线圈产生的磁场可以叠加产生更强大的磁场。

结构比例电磁铁通常由以下几部分组成：1.螺线管/电磁铁芯：螺线管是由绕在芯上的导线组成，电磁铁芯则是填充在螺线管内部的材料，如铁、镍等。

它们的作用是集中磁场，增强磁场强度。

2.导线：导线通过通电产生电流，进而产生磁场。

通常使用铜线或铝线作为导线。

3.电源：电源为比例电磁铁提供电流。

可以是直流电源或交流电源，具体选择根据实际需求而定。

4.支架/固定装置：用于支撑和固定比例电磁铁，确保其稳定运行。

应用比例电磁铁在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1.科学研究：比例电磁铁可用于物理实验或磁场研究。

例如，在研究磁场对物体的影响时，可以使用比例电磁铁模拟不同强度的磁场。

2.工业制造：比例电磁铁在工业制造中被用作电磁吸盘、电磁制动器、电磁驱动器等设备的核心组件。

通过控制比例电磁铁的电流，可以实现对设备的精准控制。

3.教学实验：比例电磁铁是物理实验教学中常用的实验装置之一。

学生可以通过实际操作来理解电流、磁场与力的相互作用关系。

4.医疗设备：比例电磁铁广泛应用于医疗设备中，如磁共振成像（MRI）设备。

通过控制比例电磁铁的磁场强度和方向，可以对人体进行高清晰度的成像。

比例电磁铁材料比例电磁铁材料是一种常用的电磁铁材料，其特点是具有高导磁性和高电导性。

在电磁铁应用中，比例电磁铁材料能够提供稳定的磁场和较低的电阻，因此被广泛应用于电磁铁的制造中。

比例电磁铁材料主要由铁、镍、铜等金属元素组成。

其中，铁是比例电磁铁材料的主要成分，具有良好的导磁性能。

镍是一种具有高导磁性和高电导性的金属，能够增强比例电磁铁材料的导磁性能和电导性能。

而铜是一种具有良好导电性能的金属，能够提高比例电磁铁材料的电导性能。

在比例电磁铁材料的制备过程中，需要控制各种金属元素的比例，以达到最佳的导磁性和电导性。

通常采用合金化的方法，将各种金属元素混合后进行熔炼和冷却，得到比例电磁铁材料。

比例电磁铁材料具有多种优良性能。

首先，它具有高导磁性，能够提供稳定的磁场。

在电磁铁应用中，比例电磁铁材料能够将电能转化为磁能，产生强磁场，从而实现各种功能，如吸附、悬浮等。

其次，比例电磁铁材料具有高电导性，能够降低电阻，减少能量损耗。

在电磁铁应用中，比例电磁铁材料能够提供较高的电导率，减少电能转换过程中的能量损耗，提高效率。

此外，比例电磁铁材料还具有较高的热稳定性和机械强度，能够在高温和高压下保持良好的性能。

比例电磁铁材料的应用范围非常广泛。

在电磁铁领域中，比例电磁铁材料被广泛应用于电磁吸盘、电磁悬浮、电磁制动等领域。

比例电磁铁材料能够产生强大的磁场，实现各种功能。

在工业领域中，比例电磁铁材料被应用于电磁铁制造、电磁感应加热等领域。

比例电磁铁材料能够提供稳定的磁场和较低的电阻，使得电磁铁具有较高的效率和性能。

总的来说，比例电磁铁材料是一种具有高导磁性和高电导性的材料，能够提供稳定的磁场和较低的电阻。

在电磁铁应用中，比例电磁铁材料能够实现各种功能，广泛应用于电磁铁的制造中。

比例电磁铁材料具有多种优良性能，能够提高电磁铁的效率和性能。

随着科技的发展，比例电磁铁材料将会得到更广泛的应用和研究。

第二章比例电磁铁第二章比例电磁铁2.1 电—机械转换元件的作用及形式(1)电—机械转换元件的形式目前，生产上应用的电—机械转换元件大多采用电磁式设计，并且利用电磁力与弹簧力相互平衡的原理，实现电—机械的比例转换。

最常见的有直流伺服电机、步进电机、力矩马达、动圈式力马达以及动铁式力马达。

后者更一般的称为比例电磁铁。

从目前的使用情况来看，应用最为广泛的还是比例电磁铁，它目前已经成为最主要的电—机械转换元件。

(2)电—机械转换元件的要求在电液比例技术中，对作为阀的驱动装置的电—机械转换元件的基本要求有以下几点：（1）具有水平吸力特性，即输出的机械力与电信号大小成比例，与衔铁的位移无关；（2）有足够的输出力和行程，结构紧凑、体积小；（3）线性好，死区小，灵敏度高，滞环小；（4）动态性能好，响应速度快；（5）长期工作中温升不会过大，并在允许温升下仍能工作；（6）能承受液压系统高压，抗干扰性好。

(4)比例电磁铁的概述a.比例控制的核心是比例阀。

比例阀的输入单元是电－机械转换器，它将输入信号转换成机械量。

b.比例电磁铁根据法拉第电磁感应原理设计,能使其产生的机械量(力或力矩和位移)与输入电信号(电流)的大小成比例，再连续地控制液压阀阀芯的位置，实现连续地控制液压系统的压力、方向和流量。

当前，应用最广泛的比例电磁铁是耐高压直流比例电磁铁,如图 2-1 所示。

图 2-1 耐高压比例电磁铁 1.导套；2.限位片；3.推杆；4.工作间隙；5.非工作间隙；6.衔铁；7.轴承环；8.限磁环比例电磁铁同电液伺服系统中伺服阀的力矩马达或力马达相似，是一种将电信号转换成机械力和位移的电－机械转换器。

比例电磁铁是电子技术与液压技术的连接环节。

比例电磁铁是一种直流行程式电磁铁，它产生一个与输入量（电流）成比例的输出量：力和位移。

它的性能的好坏，对电液比例阀的特性有着举足轻重的作用。

2.2 电磁铁的结构与工作原理2.2.1 普通螺线管型电磁铁图 2-2 普通螺线管型电磁铁 1.非工作间隙；2.工作间隙；3.外壳；4.激磁线圈；5.档铁；6.衔铁普通甲壳型螺线管电磁铁如图 2-2 所示，由外壳 3、挡铁 5、衔铁6、激磁线圈 4 组成。