專利名稱：節(jié)能、調(diào)速、力矩去磁電磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提出了一種新型電磁鐵。
傳統(tǒng)交直流電磁鐵均存在吸合時(shí)節(jié)能與啟動(dòng)時(shí)快速的矛盾。為解決這一矛盾公開(kāi)號(hào)CN1038543A的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽藢?dòng)與吸合分開(kāi)供電的技術(shù)方案，申請(qǐng)?zhí)?0200692.3專利申請(qǐng)?jiān)跔恳姶盆F上實(shí)施了這一方案。上述兩個(gè)申請(qǐng)所述技術(shù)尚存在下述問(wèn)題1、供電交流分量較大，不利于節(jié)能；2、阻容降壓能耗大，不利于節(jié)能；3、啟動(dòng)電源非合閘供電，啟動(dòng)速度受影響；4、移相觸發(fā)不利于加速啟動(dòng)，限制了啟動(dòng)調(diào)速；5、啟動(dòng)電源在觸動(dòng)至吸合期間(啟動(dòng)過(guò)程)一直供電，吸力隨氣隙減小急劇增大，必導(dǎo)致吸合瞬間產(chǎn)生沖擊；6、續(xù)流二極管延緩斷電失磁時(shí)間不利于電磁鐵應(yīng)用；7、使用有觸點(diǎn)的機(jī)械開(kāi)關(guān)控制電源配電既降低了壽命，又增加了因觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的失靈導(dǎo)致線圈燒毀的危險(xiǎn)；8、電磁鐵節(jié)能只限于電路設(shè)計(jì)而沒(méi)有觸及鐵芯、銜鐵結(jié)構(gòu)等。而這些結(jié)構(gòu)節(jié)能潛力更大；9、無(wú)啟動(dòng)調(diào)速措施；10、沒(méi)有涉及去磁技術(shù)。
本實(shí)用新型的目的在于解決上述問(wèn)題，使電磁鐵節(jié)能、啟動(dòng)速度(或啟動(dòng)過(guò)程的時(shí)間)可調(diào)、避免吸合沖擊和線圈燒毀。
本實(shí)用新型的技術(shù)特點(diǎn)是1、包括供電系統(tǒng)、線圈、銜鐵、鐵芯等結(jié)構(gòu)的一系列創(chuàng)新。
2、節(jié)能措施采用下述四項(xiàng)內(nèi)容①封裝在電磁鐵本體內(nèi)部的供電系統(tǒng)分啟動(dòng)、吸合、控制三個(gè)直流源，其優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)及吸合均全橋整流又濾波、直流源的交流分量可忽略，從而最大限度節(jié)能。
②在設(shè)計(jì)上取去磁氣隙值為零，其優(yōu)點(diǎn)是減小50～60％的磁壓降，大量節(jié)能。
③取消傳統(tǒng)電磁鐵為平緩吸力曲線所采取的措施，對(duì)拍合式電磁鐵而言不設(shè)極帽，對(duì)螺管式(或甲殼式)電磁鐵而言采取平底的高止座結(jié)構(gòu)。雖然吸力曲線很陡，但是本實(shí)用新型采用的啟動(dòng)電源是全橋全波整流；瞬間直流電流可達(dá)最大值，遠(yuǎn)非傳統(tǒng)電磁鐵和上述兩個(gè)申請(qǐng)中的技術(shù)所能比擬的，再陡的曲線也無(wú)法影響快速啟動(dòng)。而取消平緩吸力曲線的措施則可最大限度地減小吸合時(shí)的磁阻，從而節(jié)能。吸合時(shí)間是遠(yuǎn)大于啟動(dòng)時(shí)間的，盡管啟動(dòng)時(shí)電流大，但其總耗能仍遠(yuǎn)低于吸合耗能，所以應(yīng)最大限度降低吸合時(shí)能耗，該項(xiàng)措施完成了這一目的。
④去磁方式改為力矩去磁，即線圈斷電后銜鐵在力矩的作用下相對(duì)鐵芯做微轉(zhuǎn)動(dòng)去磁。采取這一去磁方式的原因如下傳統(tǒng)電磁鐵采用去磁氣隙和彈簧力抵消剩磁力的方法去磁。其缺點(diǎn)是去磁氣隙消耗電磁鐵一半以上的電磁能，從物理原理上講留有固定的“去磁隙”只有減少吸合力作用而無(wú)消磁意義。使用彈簧反力抵消剩磁力的負(fù)作用是吸合時(shí)也抵消了有用的吸力，使有效吸力大為減小，從而浪費(fèi)電能。力矩去磁的原理是使銜鐵相對(duì)鐵芯做微轉(zhuǎn)動(dòng)，從而打亂剩磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)而使之失磁。實(shí)驗(yàn)證明，用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩力只有上述彈簧反力的1／5～1／10，因而可大量節(jié)能。
電磁鐵結(jié)構(gòu)必須允許上述轉(zhuǎn)動(dòng)，例如銜鐵導(dǎo)向側(cè)隙留有銜鐵轉(zhuǎn)動(dòng)余地。對(duì)拍合式電磁鐵而言，所述轉(zhuǎn)動(dòng)是在與拍合轉(zhuǎn)動(dòng)平面及銜鐵與鐵芯吸合平面垂直的第三平面上產(chǎn)生的；對(duì)直動(dòng)式電磁鐵而言，所述轉(zhuǎn)動(dòng)是在與所述吸合面垂直的任一平面上產(chǎn)生的?？梢岳酶鞣N方法產(chǎn)生去磁轉(zhuǎn)動(dòng)，尤其是在銜鐵或鐵芯上安裝一個(gè)偏離吸合面對(duì)稱中心的彈簧貯能裝置，當(dāng)線圈斷電后這個(gè)裝置彈簧反力產(chǎn)生相對(duì)所述對(duì)稱中心的力矩，從而產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)動(dòng)。
3、啟動(dòng)調(diào)速方法如下①首先應(yīng)有快速性措施，否則無(wú)調(diào)速可言?？焖傩源胧┯袃蓷l，其一是合閘即啟動(dòng)，其二是加大啟動(dòng)功率(或磁勢(shì))。本實(shí)用新型使用微分電路產(chǎn)生的尖脈沖來(lái)觸發(fā)啟動(dòng)電源中晶閘管，可獲的合閘即供電啟動(dòng)的結(jié)果；使用單相電源直接全橋整流可獲的遠(yuǎn)大于交流電磁鐵自動(dòng)增大啟動(dòng)功率的效果，啟動(dòng)功率可以是吸合功率的幾千倍甚至上萬(wàn)倍。但供電時(shí)間極短(例如0.005～0.01秒)其能耗總量與吸合相比還是極小的，不影響節(jié)能。
②啟動(dòng)電源供電時(shí)間可調(diào)。供電時(shí)間由所述微分電路的時(shí)間常數(shù)決定，這個(gè)時(shí)間常數(shù)可用調(diào)節(jié)電容及電阻參數(shù)辦法進(jìn)行調(diào)整。所述電阻是由門極內(nèi)阻(動(dòng)態(tài)電阻)串聯(lián)一只限壓電阻(或稱分壓電阻)并與一只電位器(可變電阻)并聯(lián)而成，調(diào)節(jié)電位器可方便地進(jìn)行時(shí)間常數(shù)調(diào)整。當(dāng)控制電源電壓較低(例如1.5伏以下)時(shí)可使限壓電阻為零(取消之)。所述控制電源是與吸合電源相同交流側(cè)的單獨(dú)直流源，它為微分電路產(chǎn)生合閘階躍電壓的輸入。
啟動(dòng)供電時(shí)間越長(zhǎng)，銜鐵的加速時(shí)間越長(zhǎng)，銜鐵走完工作行程的時(shí)間越短，此為啟動(dòng)調(diào)速的原理。
4、避免沖擊方法啟動(dòng)源供電始于合閘而終于吸合之前，即在啟動(dòng)電源切斷之后銜鐵靠慣性和吸合電源的小吸力運(yùn)行。因這段慣性運(yùn)行所承擔(dān)的負(fù)載越來(lái)越大(銜鐵帶動(dòng)的負(fù)載)，等吸合完成時(shí)速度就被減了下來(lái)，故不會(huì)產(chǎn)生明顯沖擊。此方案比上述申請(qǐng)所述啟動(dòng)過(guò)程始終啟動(dòng)電源供電技術(shù)方案優(yōu)越就表現(xiàn)在這里。
5、避免線圈燒毀本實(shí)用新型采用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)點(diǎn)控制啟動(dòng)電源，無(wú)上述兩申請(qǐng)缺點(diǎn)，又因吸合時(shí)直流供電，故完全避免了線圈燒毀。
6、使供電系統(tǒng)的完備措施①為了更好地消除啟動(dòng)和吸合電源的交流分量，電磁鐵線圈兩端并聯(lián)一個(gè)濾波阻容串聯(lián)電路。串電阻的作用還有兩個(gè)其一是因?yàn)閱?dòng)、吸合兩電源直流側(cè)是并聯(lián)的，而啟動(dòng)電源電壓至少220伏，這個(gè)電阻可提高此電路承受過(guò)電壓能力和防止啟動(dòng)瞬間電容對(duì)線圈的短路效應(yīng)。其二是阻容電路可構(gòu)成晶閘管的過(guò)壓吸收保護(hù)電路。
②上述線圈兩端并聯(lián)的阻容電路除了上述作用外，只要使阻容參數(shù)配備合理(電工學(xué)中有專門的公式可參考)就可以在線圈吸合端電壓低于整流橋管壓降情況下與線圈構(gòu)成斷電后的衰減振蕩，從而起到一定的去磁作用。
③啟動(dòng)電源的方案有三個(gè)其一是一只雙向晶閘管作為全橋整器的開(kāi)關(guān)放在交流側(cè)；其二是一只單向晶閘管作為全橋整流器的開(kāi)關(guān)與整流橋直流側(cè)串聯(lián)；其三是兩只單向晶閘管作為全橋整流器的兩臂，其它兩臂用半橋集成器件或整流二極管。
④微分電路的電位器有兩種接法，其一是

圖1所示，其二是圖2所示，其區(qū)別是電阻11的位置；前者先串11后并9，后者先并9后串11。
7、最佳實(shí)施方案。圖1是這個(gè)方案的供電系統(tǒng)圖。當(dāng)控制電磁鐵工作的開(kāi)關(guān)1合閘后，單相交流電壓通過(guò)接線端2和3引進(jìn)電路。變壓器4將此單相電壓變?yōu)槲想娫此玫碗妷翰⒔?jīng)整流5和6分別整為吸合和微分電路所需低電壓。如前述，電阻11與晶閘管10的阻極相接再與電位器9并聯(lián)。11的取值要視變壓器付邊電壓和電容8的取值而定。一般說(shuō)來(lái)。電壓越高其取值越大，電容8容量越大其取值越小。整流橋7的交流側(cè)接有雙向晶閘管10是可供選擇的方案之一，另一方案是7的直流側(cè)串接一只單向晶閘管10′如圖2(此方案只適合小吸力電磁鐵，否則仍需續(xù)流二極管以防10′不能可靠關(guān)閉)，當(dāng)然還可以用兩只單向晶閘管和一個(gè)半橋7′構(gòu)成全橋整流如圖3。圖1中13是8的放電電阻，14、15分別為前述阻容電路的電阻和電容，16為線圈。圖4是最佳實(shí)施方案中電磁鐵機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，顯示了一個(gè)甲殼式牽引電磁鐵結(jié)構(gòu)，其狀態(tài)是吸合。其中16是線圈，17是甲殼18是殼體上蓋，19是銜鐵，其中間溝槽用于裝被牽引拉桿或彈簧。20是封裝上述產(chǎn)生去磁力矩的彈簧貯能裝置的壓蓋，21、22分別為這一裝置的彈簧和彈子(可為所示子彈形，也可為鋼球或有臺(tái)階的園梢子)，當(dāng)16斷電后，吸合時(shí)被壓縮的彈簧21通過(guò)彈子22對(duì)上蓋18施加的反力，相對(duì)對(duì)稱中心形成一個(gè)使19能順時(shí)針微小轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。導(dǎo)向銅套23與銜鐵細(xì)端的間隙允許產(chǎn)生這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)。23的上下端分別裝在上蓋和底蓋24的平底止座上，止座的小臺(tái)階為裝配工藝所需的止扣。24上有兩只對(duì)稱的引出16導(dǎo)線端子的孔，24還由螺釘25將其與塑料底座26固定在一起。當(dāng)電磁鐵要安裝在設(shè)備上時(shí)，24、26一起通過(guò)螺釘孔30用螺釘或螺栓將電磁體固定到設(shè)備上。27是封裝供電系統(tǒng)的底蓋，28是該系統(tǒng)的印刷電路板而29是電力電子元器件。封裝在底座內(nèi)的供電系統(tǒng)與底座外銜接零件是接單相交流電的端子31和調(diào)速電位器旋柄32(或旋扭)。
上述最佳實(shí)施方案也是一個(gè)實(shí)施例。用這一方案試制的8公斤25毫米行程的牽引電磁鐵，使用功率只有0.15瓦，相同規(guī)格的交流牽引電磁鐵是130瓦。該產(chǎn)品啟動(dòng)速度調(diào)節(jié)范圍是啟動(dòng)時(shí)間從0.01秒調(diào)到0.08秒且無(wú)明顯沖擊。如果沒(méi)有力矩去磁裝置和振蕩去磁電路，去磁反力是4.5公斤，有了這個(gè)裝置及電路后斷電后立即去磁，提升銜鐵時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)剩磁吸力。
本發(fā)明技術(shù)可用于各種型號(hào)電磁鐵的技術(shù)改造和全部電磁鐵的產(chǎn)品更新?lián)Q代。
權(quán)利要求1.一種電磁鐵，包括供電部分、線圈、鐵芯、銜鐵四部分，其特征是封裝在電磁鐵本體內(nèi)的供電系統(tǒng)分啟動(dòng)、吸合、控制三個(gè)全橋整流的直流源，鐵芯與銜鐵之間無(wú)去磁氣隙，銜鐵或鐵芯上裝有一個(gè)偏置而對(duì)銜鐵施加轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的彈簧儲(chǔ)能裝置。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的電磁鐵，其特征是啟動(dòng)直流源交流側(cè)是直接接在單相交流電源上，而控制和吸合直流源交流側(cè)則是接在變壓器付邊，啟動(dòng)源、吸合源的直流側(cè)并聯(lián)，控制源的直流側(cè)接一個(gè)微分電路，微分電路的輸出端分別接在晶閘管的門極和陰極上。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的電磁鐵，其特征是所述鐵芯對(duì)拍合式電磁體而言沒(méi)有極帽；對(duì)螺管式電磁鐵而言，尾端是有止座的封閉結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利2所述的電磁鐵，其特征是所述微分電路的電阻是門極內(nèi)阻串接一只電阻且與一只電位器(或可變電阻)并聯(lián)構(gòu)成的。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新的節(jié)能啟動(dòng)速度可調(diào)以及采用力矩消除剩磁的電磁鐵。該電磁鐵有三個(gè)特點(diǎn)其一是供電系統(tǒng)有啟動(dòng)、吸合、控制三個(gè)直流源，吸合、控制源有相同交流側(cè)，啟動(dòng)源采用微分電路尖脈沖觸發(fā)；其二是電磁鐵無(wú)去磁氣隙而采用力矩去磁；其三是大功率啟動(dòng)且速度可調(diào)。
文檔編號(hào)H01F7/08GK2082891SQ9022347
公開(kāi)日1991年8月14日 申請(qǐng)日期1990年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月15日
發(fā)明者蔡禮君, 王學(xué)明, 鄧警玲 申請(qǐng)人:蔡禮君