专利名称:直流电磁铁的设计方法
直流电磁铁的设计方法。本发明涉及接触器和制动器的电磁机构设计，这种直流电磁铁在通电后能单向移动，断电后受储能作用而返回初始位置，这种储能是在通电后衔铁运动的瞬间由弹簧或重力作用而完成的，它特别适用于交流电源供电直流操作的接触器(包括直流接触器)和制动器。
现有直流电磁铁的设计方法，以美国罗氏(ROters)的专著《电磁机构》为代表，即根据结构因数(
)以及相应的曲线选择电磁铁的结构类型和气隙磁感应强度B(通常为0.2～0.7特斯拉)，以此初算磁极截面积和起动安匝，然后计算线圈参数和铁心尺寸(线圈电流密度只有2～5安/毫米2)，再以计算数据进行吸力特性和线圈发热的复算，在复算和试验的基础上最后确定设计参数，在现有电磁铁的设计中，气隙磁感应强度B由于受诸多因素的制约取值较低，铁磁材料得不到充分利用，线圈用铜量大，因此电磁铁的体积和重量较大，产品成本较高，耗电量大，工作可靠性不高。
本发明的任务是提出电磁铁设计中结构和主要参数新的选择方法，它能简化设计、提高可靠性、缩小体积、减轻重量、减少电耗。
解决上述任务的方案是选择结构型式优先选用直动式或杠杆比大于1的转动式结构，磁极选择高磁感应强度作为维持吸合的条件，采用大电流密度(起动电流密度)计算线圈，限制某一段铁心截面积以达到限制主磁通，取得吸反力特性优化配合的目的。
按本发明的设计方法，在给定电磁铁负载特性的条件下，进行结构型式的选择，对接触器和制动电磁铁可优先选用直动式结构，容量大的为减轻重量，可采用杠杆比大于1的转动式结构。在打开位置上，如初吸力不足，电磁铁可设计成有螺管吸力特征的结构型式。然后根据电磁铁的容量和漏磁情况选用铁磁材料，再根据材料选择磁感应强度B，让磁极在很高的磁感应强度下才能维持吸合，对低碳钢取1-1.2特斯拉以上，对高磁密的铁磁材料取1.5～1.65以上，在维持吸合状态下，按最大设计吸力和吸力公式初算磁极截面尺寸。由于维持吸合的磁感应强度高只需在铁心中加一个不大的去磁间隙，就能避免电磁铁由于剩磁不释放的故障，因此铁磁材料可以从常规的电工钢扩大到低碳钢，用电工钢时去磁间隙可比传统设计的数值小30～80%甚至取消之，选用低碳钢时去磁间隙一般不必超过0.2～0.3毫米。电磁铁所需的激磁安匝随气隙的减小而减少。现有技术中常采用双线圈方式来改变起动安匝和维持吸合安匝，但实际性能并不先进。维持吸合安匝往往比优化值大出几倍。用本发明设计的电磁铁通过开关的切换配合使维持吸合安匝降到所需的最佳值，所以维持吸合电耗很低，产品温升很低。选用15～40安/毫米2以至更高的起动电流密度计算线圈参数，其厚高比可按经济指标为主要参考选择。这样大大减少用铁量和线圈用铜量，在多数情况下，不必担心线圈的散热问题。对于电磁铁的吸合撞击，采用限制电磁铁主磁路中某段铁心截面积的措施，使电磁铁在操作电压波动范围的下限时(譬如额定电压的75%)主磁通就开始进入饱和，这样电压波动引起的吸力变化将随工作气隙的减小而迅速减小，从而获得吸反力特性的优化配合，提高电磁铁的机械寿命，扩大操作电压的允许波动范围，产品可以设计成封闭式，隔爆式以至防爆式。
用本发明设计的电磁铁具有产品可靠性高、寿命长、体积小、重量轻、吸合运行无交流噪声、节电率高等优点。
图1是现有技术的设计程序图图2是本发明的设计程序图图3是采用本发明设计的电磁铁下面叙述本发明的一个实施例图3描述了一种制动电磁铁，采用了交流供电的混合型桥式整流无声运行的控制线路(参考文献2)。电磁铁设计成U形直动式结构，采用全封闭外罩。线圈(1)套在圆形磁铁(2)上，固定在衔铁(3)上的推力顶杆(4)上端与切换开关(5)相连。包括切换开关在内，整个电路板(6)固定在两侧的支架板(7)上，用外罩(8)将整个电磁铁罩住，隔断电磁铁内部空气与外部的自由流动，起防尘、隔爆的作用，电磁铁用支脚(9)安装在制动器上。
铁心根据负载选用低碳钢，维持吸合的磁极磁感应强度初定1-1.2特斯拉，去磁间隙选0.2毫米，通过减小衔铁尺寸达到限磁的目的。按20～40安/毫米2的起动电流密度计算线圈参数，根据电磁铁结构尺寸定线圈厚度，然后再计算线圈高度，如初次计算数据不理想，可调整厚度(或高度)再计算高度(或厚度)，本例中线圈的发热和散热问题影响甚微，可忽略不验算。采用新法研制的制动电磁铁，重量比交流产品减轻65～85%机械寿命至少可提高4倍，维持吸合的电耗不到交流操作的1%，制造成本下降，主要性能比交流制动电磁铁、直流制动电磁铁以至电磁液压制动装置有显著提高。
参考文献(1)H.C.ROTERS《ELECTROMAGNETIC DEVICES》1955(2)肖新凯《交流接触器无声运行及其电磁机构升级使用》(《低压电器技术情报》1980年，No.4)
权利要求
1.直流电磁铁的设计方法，特别适用于接触器和制动器的电磁铁，由负载特性确定电磁铁结构型式，计算起动安匝和铁心尺寸，选择电流密度初算线图参数，再经复算，试验和调整定型，本发明的特征是结构型式优先选用直动式或杠杆比大于1的转动式结构，磁极选择高磁感应强度做为维持吸合的条件，采用大电流密度(起动电流密度)计算线圈，限制某一段铁心截面积以限制主磁通，取得吸反力特性优化配合的目的，并可采用封闭式外罩。
2.根据权利要求
1的直流电磁铁，其特征是选择结构型式优先采用直动式结构，对于容量大的也可以采用杠杆比大于1的转动式结构。
3.根据权利要求
1的直流电磁铁，其特征是磁极选择高磁感应强度作为维持吸合的条件，对低碳钢选取1～1.2特斯拉，对高磁密材料选取1.5～1.65特斯拉。
4.根据权利要求
1的直流电磁铁，其特征是选用15～40安/毫米2以至更高的起动电流密度计算线圈。
5.根据权利要求
1的直流电磁铁，其特征是按维持铁心吸合的磁感应强度B选择磁极截面积。
6.根据权利要求
1的直流电磁铁，其特征是限制某一段铁心截面积，使电磁铁在操作电压波动范围的下限(例如额定电压的75%)主磁通就开始进入饱和。
7.根据权利要求
1的直流电磁铁，其特征是接触器和制动器的电磁铁可以采用封闭式的外罩。
专利摘要
直流电磁铁的设计方法。特别适用于接触器和制动器中交流供电直流操作的电磁铁。通过改变电磁铁的结构型式，选择高磁感应强度作为维持吸合的条件，线圈采用大电流密度，采取限磁措施，取得吸反特性的优化配合。采用本发明设计的直流电磁铁具有工作可靠性高、体积小、重量轻、机械寿命长、耗电省、吸合撞击震动和噪声显著下降和制造成本低等优点。
文档编号F16D65/28GK85106831SQ85106831
公开日1986年11月26日 申请日期1985年9月8日
发明者肖新凯 申请人:福建省新技术推广中心导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan