專利名稱：半硬磁體電磁鐵及其控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
低壓電器，一種電磁鐵，半硬磁體電磁鐵及其控制電路。
現(xiàn)有的電磁鐵就其鐵心結(jié)構(gòu)可分為兩大類。第一類鐵心全部采用軟磁材料(硅鋼片、電工純鐵等)。目前絕大多數(shù)交流電磁鐵、直流電磁鐵都全部屬此類第二類鐵心結(jié)構(gòu)中除軟磁材料外，還有部分永磁體。磁保持式電磁鐵(專利號(hào)ZL90226712.4)、混合式電磁鐵(專利號(hào)ZL92236754.x)等都屬此類。
關(guān)于第一類，由于鐵心全部采用軟磁材料，電磁鐵保持吸合狀態(tài)，其激磁線圈就必須消耗電能。若為交流電磁鐵，為減小渦流損耗，鐵心需采用片間絕緣的疊片結(jié)構(gòu)，且需有短路環(huán)。這不僅使制造工藝復(fù)雜，而且是影響使用壽命的主要因素。關(guān)于第二類，由于鐵心結(jié)構(gòu)中有部分永磁體，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。
本實(shí)用新型的目的是提出一種制造成體低、運(yùn)行中節(jié)約電能、使用壽命長的電磁鐵及其控制電路。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的半硬磁體電磁鐵及其控制電路，包括有動(dòng)鐵心[2]、靜鐵心[6]、線圈[5]和控制電路器件[7]等，其特征在于由動(dòng)鐵心[2]和靜鐵心[6]構(gòu)成的磁路，由非疊片的整體式半硬磁材料制成，鐵心周圍的線圈[5]包括有激磁吸合線圈[13]和去磁釋放線圈[14]，控制電路器件[7]包括有吸合電路和釋放電路，吸合電路的控制電源與激磁吸合線圈間串聯(lián)有動(dòng)鐵芯操動(dòng)的行程開關(guān)[8]釋放電路中有通過開關(guān)電路分別與控制電源和去磁釋放線圈[14]連接的儲(chǔ)能電容器[12]。
開關(guān)電路，可以是電磁繼電器，也可以是固態(tài)開關(guān)電路，前者是儲(chǔ)能電容器[12]通過電磁繼電器的觸頭分別與控制電源和去磁釋放線圈[14]連接。后者是由整流二極管V1、三極管V2和晶閘管V5及其周圍元件構(gòu)成的固態(tài)開關(guān)電路分別與控制電源的去磁釋放線圈連接。
半硬磁體電磁鐵采用的半硬磁材料是矯頑力Hc介于軟磁材料與硬磁材料之間的一類磁性材料，其Hc一般在400A/m～2400A/m之間。
半硬磁體電磁鐵及其控制電路既可用交流電源供電，也可由直流電源供電，可由剩磁保持吸合狀態(tài)，控制電路斷電時(shí)，電磁鐵自動(dòng)釋放。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的半硬磁體電磁鐵及其控制電路，動(dòng)鐵心處于釋放位置時(shí)，行程開關(guān)接通，當(dāng)控制電源的電壓大于該電磁鐵的動(dòng)作值時(shí)，吸合線圈產(chǎn)生激磁磁勢，使動(dòng)鐵心[2]克服反力向靜鐵心[6]吸合運(yùn)動(dòng)，當(dāng)動(dòng)鐵心[2]運(yùn)動(dòng)至吸合前的一定位置時(shí)，動(dòng)鐵芯[2]操作行程開關(guān)使其斷開，動(dòng)鐵心[2]在運(yùn)動(dòng)慣性和剩磁的雙重作用下，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)直至鐵心吸合，并依靠半硬磁體的剩磁產(chǎn)生的吸力保持吸合狀態(tài)，這時(shí)吸合線圈[13]不耗電。釋放電路中的電容器[12]作為儲(chǔ)能元件。當(dāng)控制電路接通電源時(shí)，電容器[12]通過開關(guān)電路充電儲(chǔ)能，這時(shí)電容器與釋放線圈[14]之間的開關(guān)斷開；當(dāng)控制電路斷電時(shí)，電容器[12]與釋放線圈[14]之間的開關(guān)接通，電容器[12]通過此開關(guān)和釋放線圈放電，在釋放線圈[14]中產(chǎn)生去磁磁勢，使半硬磁體鐵心去磁，鐵心吸力在大幅度減小，電磁鐵在反力彈簧的作用下釋放。
在半硬磁體電磁鐵的吸合過程中，半硬磁體被磁化，半硬磁材料有比軟磁材料高得多的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，保證該電磁鐵的可靠吸合。
半硬磁體電磁鐵的釋放過程，就是已被磁化的半硬磁體的去磁過程。由于半硬磁材料的矯頑力Hc比硬磁材料小，較易去磁，只要儲(chǔ)能電容器通過釋放線圈放電時(shí)的電流峰值Im略大于Hc.L/W(Hc為半硬磁材料的矯頑力，L鐵心磁路的平均長度，W為釋放線圈的匝數(shù))，就可使鐵心的剩磁基本上消失，因而電磁鐵釋放，這時(shí)既使使用機(jī)械外力，將動(dòng)、靜鐵心閉合，也不可能使鐵心維持吸合狀態(tài)。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的半硬磁體電磁鐵及其控制電路與現(xiàn)有交、直流電磁鐵比較，鐵心重量減輕30～50％，線圈材料節(jié)約15～30％，吸合狀態(tài)下節(jié)電95％以上，而且升溫低，即使在頻繁操作情況下，(1200次/小時(shí))，鐵心和線圈溫升均低于30℃；還具有無交流噪聲，鐵心制造工藝簡單，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有的磁保持式電磁鐵比較，磁路中無永磁體，鐵心結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
以下結(jié)合
圖1半硬磁體電磁鐵結(jié)構(gòu)剖視圖圖2半硬磁體電磁鐵側(cè)視圖圖3、圖4半硬磁體電磁鐵的控制電路圖圖1、圖2所示，半硬磁體電磁鐵，包括有反力彈簧[1]，動(dòng)鐵心[2]、與動(dòng)鐵心固定為一體的壓板[3]，由動(dòng)鐵心操動(dòng)的行程開關(guān)的操作桿[4]，線圈[5]，靜鐵心[6]，控制電路部件[7]， 動(dòng)鐵心[2]操動(dòng)的行程開關(guān)[B]，動(dòng)鐵心[2]和靜鐵心[6]由非疊片的整體式半硬磁材料制成。如整體9CrSi鋼。(矯頑力Mc為2000A/m左右)圖3為一種半硬磁體電磁鐵的控制電路圖。圖中[9]為單相整流橋，[10]為電阻器R1，[11]為電磁繼電器J，[12]為電容器C1，[13]為激磁吸合線圖，[14]為去磁釋放線圈。圖2中的行程開關(guān)[8]即為圖中的K1。K1和吸合線圈[13]構(gòu)成吸合電路，電阻器R1、繼電器J、電容器C1和去磁釋放線圈[14]構(gòu)成釋放電路。
當(dāng)圖3電路接通后，電源電壓Us經(jīng)整流橋[9]整流后通過行程開關(guān)K1在吸合線圈[13]中產(chǎn)生直流電流，在鐵心中產(chǎn)生如箭頭D方向的磁場。動(dòng)鐵心[2]在此磁場的作用下克服反力彈簧[1]的阻力向靜鐵心[6]運(yùn)動(dòng)。在動(dòng)鐵心[2]運(yùn)動(dòng)至適當(dāng)位置時(shí)，壓板[3]壓下操作桿[4]，使行程開關(guān)K1斷開，吸合線圈[13]中的電流變?yōu)榱?。由于半硬磁材料有較高的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，因此動(dòng)鐵心[2]在磁力和運(yùn)動(dòng)慣性的雙重作用下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直至與靜鐵心[6]吸合，并依靠剩磁保持吸合狀態(tài)。
在上述鐵心吸合的同時(shí)，繼電器J吸合，整流后的直流電壓通過電阻器R1和J的常開觸頭e-d向電容器C1充電。鐵心吸合后，電容器C1的電壓亦上升到一定的值，為電磁鐵的釋放作好了準(zhǔn)備。
當(dāng)圖3電路斷電時(shí)，繼電器J釋放。電容器C1通過繼電器J的常閉觸頭d-f和釋放線圈[14]放電，在鐵心中產(chǎn)生與箭頭D方向相反的磁場。由于半硬磁材料的矯頑力Hc較小，因此鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大幅度減小，鐵心吸力也隨之減小，電磁鐵釋放。
附圖3中的電磁繼電器[11]也可用由電子元件構(gòu)成的固態(tài)開關(guān)代替，如附圖4。
當(dāng)圖4中的電路接通交流電源后，電源電壓整流后經(jīng)電阻器R1和整流二極管V1向電容器C1充電。因三極管V2飽和導(dǎo)通，其集電極電壓小于0.1V，晶閘管V5因門極無觸發(fā)電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)圖4電路斷電時(shí)，V2截止，電容器C1的電壓經(jīng)電阻器R4和二極管V4觸發(fā)V5，使V5導(dǎo)通，電容器C1經(jīng)釋放線圈[14]和V5放電。電子元件V1、V2、V5等構(gòu)成了與電源電壓的通、斷同步動(dòng)作的固態(tài)開關(guān)，控制電容器C1的充電和放電，保證半硬磁體電磁鐵的可靠釋放。
附圖4中，電阻器R2和R3為三極管V2的基極偏量電阻，R4為V2的集電極電阻，V3為保護(hù)三極管V2的穩(wěn)壓二極管，二極管V4、電阻器R5和電容器C2構(gòu)成晶閘管V5的抗干擾電路。
若半硬磁體電磁鐵及其控制電路由直流電源供電，可刪去單相整流橋[9]，圖3中的電磁繼電器[11]的線圈電壓也應(yīng)選用相應(yīng)的直流電壓。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的半硬磁體電磁鐵用作CJ20-160A交流接觸器的電磁操作系統(tǒng)，鐵心重量減輕38％，漆包銅線減少18％，控制電路節(jié)電97％，(圖3所示電路)或99.7％(圖4所示電路)。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的半硬磁體電磁體及其控制電路可用作牽引電磁鐵、制動(dòng)電磁鐵、閥用電磁鐵等電器產(chǎn)品，也可作為部件用于交流接觸器、直流接觸器、低壓斷路器等，均能省材節(jié)電，降低成本，延長使用壽命。
權(quán)利要求1.半硬磁體電磁鐵及其控制電路，包括有動(dòng)鐵心[2]、靜鐵心[6]、線圈[5]和控制電路器件[7]等，其特征在于由動(dòng)鐵心[2]和靜鐵心[6]構(gòu)成的磁路，由非疊片的整體式半硬磁材料制成，鐵心周圍的線圈[5]包括有激磁吸合線圈[13]和去磁釋放線圈[14]，控制電路器件[7]包括有吸合電路和釋放電路，吸合電路的控制電源與激磁吸合線圈間串聯(lián)有動(dòng)鐵心操動(dòng)的行程開關(guān)[8]，釋放電路有通過開關(guān)電路分別與控制電源和去磁釋放線圈[14]連接的儲(chǔ)能電容器[12]。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的半硬磁體電磁鐵及其控制電路其特征在于其控制電路器件[7]的釋放電路中的開關(guān)電路是電磁繼電器或是固態(tài)開關(guān)電路。
專利摘要半硬磁體電磁鐵及其控制電路，包括有非疊片整體式半硬材料的動(dòng)鐵心、靜鐵心、激磁吸合線圈，去磁釋放線圈及控制電路部件，這種電磁鐵，節(jié)材節(jié)電，成本低，壽命長，沒有交流噪聲，斷電時(shí)能自動(dòng)釋放，可用作牽引電磁鐵、制動(dòng)電磁鐵、閥用電磁鐵等，及各種低壓電器交流接觸器，低壓斷路器等的電磁執(zhí)行操作機(jī)構(gòu)部件。
文檔編號(hào)H01F7/08GK2251780SQ9523706
公開日1997年4月9日 申請日期1995年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月27日
發(fā)明者蔡相慶 申請人:蔡相慶