电磁执行器：应用与工作原理

常用的电磁执行电器主要有电磁铁、电磁阀、电磁离合器和电磁制动器，其性能的好坏可直接影响到机电设备各种运动功能和性能的实现。

1.电磁铁

电磁铁是利用通电的线圈在铁心中产生的电磁吸力来吸引衔铁或钢铁零件，即把电磁能转换为机械能，带动机械装置完成一定的动作。如接触器、继电器及电磁吸盘等均利用电磁铁实现其功能。

电磁铁主要由励磁线圈、铁心和衔铁三部分组成，其结构图如图1-44所示，当励磁线圈通以电流后，铁心被磁化而产生电磁吸力，吸引衔铁动作。

根据励磁电流的不同，电磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁。电磁铁的主要技术数据有额定行程、额定吸力、额定电压等。选用电磁铁时应该考虑这些技术数据，即额定行程应满足实际所需机械行程的要求；额定吸力必须大于机械装置所需的起动吸力。电磁铁的表示符号如图1-45a所示。

图1-44 电磁铁的结构图

a）直动式 b）转动式

图1-45 电磁执行电器的表示符号

a）电磁铁 b）电磁阀 c）电磁制动器

2.电磁阀

当控制系统中负载惯性较大，所需功率也较大时候，一般用液压或气压控制系统。电磁阀是此类系统的主要组成部分。

电磁阀一般由吸入式电磁铁以及液压阀（阀体、阀心和油路系统）两部分组成。其基本工作原理为：当电磁铁线圈通/断电时，衔铁吸合或释放，由于电磁铁的动铁心与液压阀的阀心连接，就会直接控制阀芯位移，来实现液体的流通、切断和方向变换，操作机构动作，如气缸的往返、马达的旋转、油路系统的升压、卸荷和其他工作部件的顺序动作等，其结构如图1-46a所示。

图1-46 电磁阀结构和图形符号

a）电磁阀一般结构[通电开型（常闭型）] b）二位四通电磁阀结构 c）图形符号

电磁阀一般无辅助触点，需借助中间继电器传递逻辑关系。电磁阀的结构性能通常用其“位置”数和“通路”数表示，“位”是指滑阀位置，“通”是指流体的通道数，常用的有两位三通、两位四通、三位五通等。一般电磁阀的表示符号如图1-45b所示。两位四通电磁阀结构图如图1-46b所示；两位四通电磁阀的图形符号如图1-46c表示。

在气动或液动的系统中，与电磁阀配套使用的几种常见液压元件的图形符号如图1-47所示。它们是组成电液（气）控制系统的常用器件。

图1-47 几种常见液压元件的图形符号

a）液压泵 b）溢流阀 c）节流阀 d）调速阀 e）换向阀

3.电磁离合器

电磁离合器的作用是将执行机构的力矩（或功率）从主动轴一侧传到从动轴一侧。它广泛用于各种机构（如机床中的传动机构和各种电动机机构），以实现快速起动、制动、正反转或调速等功能。由于它易于实现远距离控制，和其他机械式、液压式或气动式离合器相比其操纵要简化得多，所以它是自动控制系统中一种重要的元件。

按电磁离合器的工作原理分，其形式主要有摩擦片式、牙嵌式、磁粉式或感应转差式等。摩擦片式电磁离合器的结构图如图1-48所示。其工作原理如下：

在主动轴的花键轴上装有主动摩擦片，它可沿花键轴自由移动，同时又与主动轴花键连接，所以主动摩擦片可随主动轴一起旋转。从动摩擦片与主动摩擦片交替叠装，其外缘凸起部分卡在与从动齿轮固定在一起的套筒内，因此可随从动齿轮一起旋转，在主动、从动摩擦片未压紧之前，主动轴旋转时它不转动。(www.xing528.com)

当电磁线圈通入直流电产生磁场后，在电磁力的作用下，主动摩擦片与衔铁克服弹簧反力被吸向铁心，并将各摩擦片紧紧压住，依靠从动摩擦片与主动摩擦片之间的摩擦力，使从动摩擦片随主动摩擦片旋转，同时又使套筒及从动齿轮随主动轴旋转，实现了力矩的传递。

图1-48 摩擦片式电磁离合器的结构图

a）结构示意图 b）从动摩擦片示意图

1—主动轴 2—主从动齿轮 3—主套筒 4—主衔铁 5—从动摩擦片 6—主动摩擦片 7—集电环 8—线圈 9—铁心

当电磁离合器线圈断电后，装在主动、从动摩擦片之间的圈状弹簧使衔铁和摩擦片复位，离合器便失去传递力矩的作用。

4.电磁制动器

制动器是机电设备的重要部件之一，它既是工作装置又是安全装置。根据制动器的不同构造可分为块式制动器、盘式制动器、多盘式制动器、带式制动器、和圆锥式制动器等。根据操作情况不同又分为常闭式、常开式和综合式。根据动力不同，又可分为电磁制动器和液压制动器。

常闭式双闸瓦制动器具有结构简单、工作可靠的特点，平时常闭式制动器抱紧制动轮，当设备工作时才松开，这样无论在任何情况下停电闸瓦都会抱紧制动轮。

（1）短行程电磁式制动器

图1-49为短行程电磁制动器的工作原理图。制动器借助主弹簧，通过框形拉板使左右制动臂上的制动瓦块压在制动轮上，借助制动轮和制动瓦块之间的摩擦力来实现制动。制动器松闸借助于电磁铁。当电磁铁线圈通电后，衔铁吸合，将顶杆向右推动，制动臂带动制动瓦同时离开制动轮。在松闸时，左制动臂在电磁铁自动作用下向左倾斜，制动瓦块也离开了制动轮。为防止制动臂倾斜过大，可用调节螺钉来调整制动臂的倾斜量，以保证左右制动瓦块离开制动轮的间隙相等，副弹簧的作用是把右制动臂向右倾斜，防止在松闸时，整个制动器向左倾斜而造成右制动瓦块离不开制动轮。

图1-49 短行程电磁式制动器

1—电磁铁 2—顶杆 3—锁紧螺母 4—主弹簧 5—框形拉板 6—副弹簧 7—调整螺母 8、13—制动臂 9、12—制动瓦块 10—制动轮 11—调控螺钉

短行程电磁式制动器动作迅速、结构紧凑、自重小；绞链比长行程式少；制动瓦块与制动臂绞链连接，制动瓦与制动轮接触和磨损均匀。但由于行程小、制动力矩小，多用于制动力矩不大的场合。

（2）长行程电磁式制动器

当机构要求有较大的制动力矩时，可采用长行程制动器。由于驱动装置和产生制动力矩的方式不同，又分为重锤式长行程电磁铁、弹簧式长行程电磁铁、液压推杆式长行程及液压电磁铁等双闸瓦制动器。

图1-50为长行程电磁式制动器的工作原理图。它通过杠杆系统来增加上闸力。其松闸通过电磁铁5产生电磁力经杠杆系统实现，紧闸借助弹簧力通过杠杆系统实现。当电磁线圈通电时，水平杠杆抬起，带动螺杆4向上运动，使杠杆板3绕轴逆时针方向旋转，压缩制动弹簧1，在螺杆2与杠杆作用下，两个制动臂带动制动瓦7左右运动而松开。当电磁铁线圈断电时，靠制动弹簧的张力使制动闸瓦闸住制动轮6。上述两种电磁式制动器的结构都简单，能与它控制的机构用电动机的操作系统联锁，当电动机停止工作或发生停电事故时，电磁铁自动断电，制动器抱紧，实现安全操作。但电磁铁吸合时冲击大，有噪声，且机构需经常起动、制动，电磁铁易损坏。

与短行程电磁式制动器相比，由于长行程电磁制动器采用三相电源，制动力矩大，工作较平稳可靠，制动时自振小。连接方式与电动机定子绕组连接方式相同，有三角形连接和星形连接。

电磁制动器的应用示意图如图1-51所示；其表示符号如图1-45c所示。

图1-50 长行程电磁式制动器

1—压缩制动弹簧 2、4—螺杆 3—杠杆板 5—电磁铁 6—制动轮 7—制动瓦

图1-51 电磁制动器的应用示意图