专利名称：节能、调速、力矩去磁电磁铁的制作方法
技术领域：
本实用新型提出了一种新型电磁铁。
传统交直流电磁铁均存在吸合时节能与启动时快速的矛盾。为解决这一矛盾公开号CN1038543A的专利申请提出了将启动与吸合分开供电的技术方案，申请号90200692.3专利申请在牵引电磁铁上实施了这一方案。上述两个申请所述技术尚存在下述问题1、供电交流分量较大，不利于节能；2、阻容降压能耗大，不利于节能；3、启动电源非合闸供电，启动速度受影响；4、移相触发不利于加速启动，限制了启动调速；5、启动电源在触动至吸合期间(启动过程)一直供电，吸力随气隙减小急剧增大，必导致吸合瞬间产生冲击；6、续流二极管延缓断电失磁时间不利于电磁铁应用；7、使用有触点的机械开关控制电源配电既降低了寿命，又增加了因触点开关的失灵导致线圈烧毁的危险；8、电磁铁节能只限于电路设计而没有触及铁芯、衔铁结构等。而这些结构节能潜力更大；9、无启动调速措施；10、没有涉及去磁技术。
本实用新型的目的在于解决上述问题，使电磁铁节能、启动速度(或启动过程的时间)可调、避免吸合冲击和线圈烧毁。
本实用新型的技术特点是1、包括供电系统、线圈、衔铁、铁芯等结构的一系列创新。
2、节能措施采用下述四项内容①封装在电磁铁本体内部的供电系统分启动、吸合、控制三个直流源，其优点是启动及吸合均全桥整流又滤波、直流源的交流分量可忽略，从而最大限度节能。
②在设计上取去磁气隙值为零，其优点是减小50～60％的磁压降，大量节能。
③取消传统电磁铁为平缓吸力曲线所采取的措施，对拍合式电磁铁而言不设极帽，对螺管式(或甲壳式)电磁铁而言采取平底的高止座结构。虽然吸力曲线很陡，但是本实用新型采用的启动电源是全桥全波整流；瞬间直流电流可达最大值，远非传统电磁铁和上述两个申请中的技术所能比拟的，再陡的曲线也无法影响快速启动。而取消平缓吸力曲线的措施则可最大限度地减小吸合时的磁阻，从而节能。吸合时间是远大于启动时间的，尽管启动时电流大，但其总耗能仍远低于吸合耗能，所以应最大限度降低吸合时能耗，该项措施完成了这一目的。
④去磁方式改为力矩去磁，即线圈断电后衔铁在力矩的作用下相对铁芯做微转动去磁。采取这一去磁方式的原因如下传统电磁铁采用去磁气隙和弹簧力抵消剩磁力的方法去磁。其缺点是去磁气隙消耗电磁铁一半以上的电磁能，从物理原理上讲留有固定的“去磁隙”只有减少吸合力作用而无消磁意义。使用弹簧反力抵消剩磁力的负作用是吸合时也抵消了有用的吸力，使有效吸力大为减小，从而浪费电能。力矩去磁的原理是使衔铁相对铁芯做微转动，从而打乱剩磁场结构而使之失磁。实验证明，用于产生转动的力矩力只有上述弹簧反力的1／5～1／10，因而可大量节能。
电磁铁结构必须允许上述转动，例如衔铁导向侧隙留有衔铁转动余地。对拍合式电磁铁而言，所述转动是在与拍合转动平面及衔铁与铁芯吸合平面垂直的第三平面上产生的；对直动式电磁铁而言，所述转动是在与所述吸合面垂直的任一平面上产生的。可以利用各种方法产生去磁转动，尤其是在衔铁或铁芯上安装一个偏离吸合面对称中心的弹簧贮能装置，当线圈断电后这个装置弹簧反力产生相对所述对称中心的力矩，从而产生所述转动。
3、启动调速方法如下①首先应有快速性措施，否则无调速可言。快速性措施有两条，其一是合闸即启动，其二是加大启动功率(或磁势)。本实用新型使用微分电路产生的尖脉冲来触发启动电源中晶闸管，可获的合闸即供电启动的结果；使用单相电源直接全桥整流可获的远大于交流电磁铁自动增大启动功率的效果，启动功率可以是吸合功率的几千倍甚至上万倍。但供电时间极短(例如0.005～0.01秒)其能耗总量与吸合相比还是极小的，不影响节能。
②启动电源供电时间可调。供电时间由所述微分电路的时间常数决定，这个时间常数可用调节电容及电阻参数办法进行调整。所述电阻是由门极内阻(动态电阻)串联一只限压电阻(或称分压电阻)并与一只电位器(可变电阻)并联而成，调节电位器可方便地进行时间常数调整。当控制电源电压较低(例如1.5伏以下)时可使限压电阻为零(取消之)。所述控制电源是与吸合电源相同交流侧的单独直流源，它为微分电路产生合闸阶跃电压的输入。
启动供电时间越长，衔铁的加速时间越长，衔铁走完工作行程的时间越短，此为启动调速的原理。
4、避免冲击方法启动源供电始于合闸而终于吸合之前，即在启动电源切断之后衔铁靠惯性和吸合电源的小吸力运行。因这段惯性运行所承担的负载越来越大(衔铁带动的负载)，等吸合完成时速度就被减了下来，故不会产生明显冲击。此方案比上述申请所述启动过程始终启动电源供电技术方案优越就表现在这里。
5、避免线圈烧毁本实用新型采用无触点开点控制启动电源，无上述两申请缺点，又因吸合时直流供电，故完全避免了线圈烧毁。
6、使供电系统的完备措施①为了更好地消除启动和吸合电源的交流分量，电磁铁线圈两端并联一个滤波阻容串联电路。串电阻的作用还有两个其一是因为启动、吸合两电源直流侧是并联的，而启动电源电压至少220伏，这个电阻可提高此电路承受过电压能力和防止启动瞬间电容对线圈的短路效应。其二是阻容电路可构成晶闸管的过压吸收保护电路。
②上述线圈两端并联的阻容电路除了上述作用外，只要使阻容参数配备合理(电工学中有专门的公式可参考)就可以在线圈吸合端电压低于整流桥管压降情况下与线圈构成断电后的衰减振荡，从而起到一定的去磁作用。
③启动电源的方案有三个其一是一只双向晶闸管作为全桥整器的开关放在交流侧；其二是一只单向晶闸管作为全桥整流器的开关与整流桥直流侧串联；其三是两只单向晶闸管作为全桥整流器的两臂，其它两臂用半桥集成器件或整流二极管。
④微分电路的电位器有两种接法，其一是
图1所示，其二是图2所示，其区别是电阻11的位置；前者先串11后并9，后者先并9后串11。
7、最佳实施方案。图1是这个方案的供电系统图。当控制电磁铁工作的开关1合闸后，单相交流电压通过接线端2和3引进电路。变压器4将此单相电压变为吸合电源所用低电压并经整流5和6分别整为吸合和微分电路所需低电压。如前述，电阻11与晶闸管10的阻极相接再与电位器9并联。11的取值要视变压器付边电压和电容8的取值而定。一般说来。电压越高其取值越大，电容8容量越大其取值越小。整流桥7的交流侧接有双向晶闸管10是可供选择的方案之一，另一方案是7的直流侧串接一只单向晶闸管10′如图2(此方案只适合小吸力电磁铁，否则仍需续流二极管以防10′不能可靠关闭)，当然还可以用两只单向晶闸管和一个半桥7′构成全桥整流如图3。图1中13是8的放电电阻，14、15分别为前述阻容电路的电阻和电容，16为线圈。图4是最佳实施方案中电磁铁机械结构图，显示了一个甲壳式牵引电磁铁结构，其状态是吸合。其中16是线圈，17是甲壳18是壳体上盖，19是衔铁，其中间沟槽用于装被牵引拉杆或弹簧。20是封装上述产生去磁力矩的弹簧贮能装置的压盖，21、22分别为这一装置的弹簧和弹子(可为所示子弹形，也可为钢球或有台阶的园梢子)，当16断电后，吸合时被压缩的弹簧21通过弹子22对上盖18施加的反力，相对对称中心形成一个使19能顺时针微小转动的力矩。导向铜套23与衔铁细端的间隙允许产生这样的转动。23的上下端分别装在上盖和底盖24的平底止座上，止座的小台阶为装配工艺所需的止扣。24上有两只对称的引出16导线端子的孔，24还由螺钉25将其与塑料底座26固定在一起。当电磁铁要安装在设备上时，24、26一起通过螺钉孔30用螺钉或螺栓将电磁体固定到设备上。27是封装供电系统的底盖，28是该系统的印刷电路板而29是电力电子元器件。封装在底座内的供电系统与底座外衔接零件是接单相交流电的端子31和调速电位器旋柄32(或旋扭)。
上述最佳实施方案也是一个实施例。用这一方案试制的8公斤25毫米行程的牵引电磁铁，使用功率只有0.15瓦，相同规格的交流牵引电磁铁是130瓦。该产品启动速度调节范围是启动时间从0.01秒调到0.08秒且无明显冲击。如果没有力矩去磁装置和振荡去磁电路，去磁反力是4.5公斤，有了这个装置及电路后断电后立即去磁，提升衔铁时没有发现剩磁吸力。
本发明技术可用于各种型号电磁铁的技术改造和全部电磁铁的产品更新换代。
权利要求1.一种电磁铁，包括供电部分、线圈、铁芯、衔铁四部分，其特征是封装在电磁铁本体内的供电系统分启动、吸合、控制三个全桥整流的直流源，铁芯与衔铁之间无去磁气隙，衔铁或铁芯上装有一个偏置而对衔铁施加转动力矩的弹簧储能装置。
2.根据权利1所述的电磁铁，其特征是启动直流源交流侧是直接接在单相交流电源上，而控制和吸合直流源交流侧则是接在变压器付边，启动源、吸合源的直流侧并联，控制源的直流侧接一个微分电路，微分电路的输出端分别接在晶闸管的门极和阴极上。
3.根据权利1所述的电磁铁，其特征是所述铁芯对拍合式电磁体而言没有极帽；对螺管式电磁铁而言，尾端是有止座的封闭结构。
4.根据权利2所述的电磁铁，其特征是所述微分电路的电阻是门极内阻串接一只电阻且与一只电位器(或可变电阻)并联构成的。
专利摘要本实用新型公开了一种新的节能启动速度可调以及采用力矩消除剩磁的电磁铁。该电磁铁有三个特点其一是供电系统有启动、吸合、控制三个直流源，吸合、控制源有相同交流侧，启动源采用微分电路尖脉冲触发；其二是电磁铁无去磁气隙而采用力矩去磁；其三是大功率启动且速度可调。
文档编号H01F7/08GK2082891SQ9022347
公开日1991年8月14日 申请日期1990年11月15日 优先权日1990年11月15日
发明者蔡礼君, 王学明, 邓警玲 申请人:蔡礼君