【电控永磁式起重电磁铁】
用永久磁铁代替电磁铁(包括一般电磁式低压电器中的电磁铁和起重电磁铁)可以省电节能、节省设备投资而且维护简单、可靠性高、不必设置停电保护装置。如何更好地利用永磁代替电磁，过去在国内外都做了大量研究工作，取得了一些成就。但由于以下两方面的原因，致使永磁式起重磁铁始终难于推广应用，即：(1)吸力不足。由于受永磁材料本身性能的限制，以同样的工作气隙和磁铁自重而论，永久磁铁产生的吸力始终难以与电磁铁媲美。(2)退磁困难。对于一般低压电器使用的磁铁来说是衔铁释放困难，对于起重磁铁而言是卸料是：(1)由于永磁材料科学日益发展，材料性能越来越优良，以致在其它条件相同的前提下，特别是在磁铁的工作气隙较小时，永久磁铁产生的吸力已可与电磁铁不相上下。(2)出现了电流励磁与永磁相结合的新方案。大约在70年代，有人提出并试制了由外部电源供给电流励磁与永磁相结合的磁系统，即由永磁体提供基本恒定磁通，由电流励磁提供加强磁通或可调节的磁通；同时利用电流进行反励磁，对永磁系统进行退磁。这样，就既可弥补永磁吸力之不足，又可解决过去用机械方法“卸料”或“释放”极为困难和不可靠的难题。显然，采用电流励磁的方法来增大磁通与吸力的同时，更重要的是必须利用电流反向来解决退磁问题，需要设置励磁线圈和电控装置。但这种附加的电流励磁线圈只起辅助作用，其消耗功率、体积和用铜量都比常规电磁铁的励磁线圈小得多。因此这种带附加电流励磁线圈的电控永磁式起重磁铁仍然有其突出的优点：一是不必设置停电保护装置，二是省电节能效果仍然十分显著，三是可以节省大量线圈用铜。由此可见，电控永磁式起重电磁铁是一项值得重视的科研课题。 当工作气隙δ0与其磁极直径d(或方形磁极的边长α、矩形磁极的短边长b)之比或工作气隙的标淮值ε=δ0／d＜0．25时，永久磁铁对被吸物吸力可计算为：
式中B0为工作气隙磁密，T；S0为磁极面积，m。 根据实验说明，当永磁体高度L与其直径d接近时，产生的吸力最大。在此前提下，永磁体与被吸物之间的工作气隙磁密可计算为： 。式中Br为永磁材料的剩余磁密(或称剩余磁感应)，T；Hc为永磁材料的矫顽磁力，A／m。由以上两式得： 
在其它条件相同的前提下，永久磁铁的吸力与其BrHc乘积成正比，乘积越大越好。永磁材料的应用状态即充磁后充磁磁势减少为零时的状态，因此永久磁铁的工作特性曲线即其退磁曲线。人们最熟悉的铝镍钴永磁材料的最大磁能积(BH)m为13～20kJ／m3；60年代中期问世的稀土钴永磁材料的(BH)m突破了240kJ／cm3大关；80年代问世的钕铁硼稀土永磁材料的(BH)m已达到300kJ／m3；而世界稀土永磁材料的研究水平已经达到(BH)m=400kJ／m3。由此可见永磁材料的研究和生产成果为永磁代替电磁提供了有利条件。只要在设计磁路时尽可能使其工作点接近Pm或(BH)m点，即可充分发挥永磁体的工作能力。电控永磁式起重电磁铁的结构形式。有两种：一种是一般方式。其中脉冲电控线圈的作用在于：当需要起重电磁铁吸起钢铁物料时，向线圈输入正向脉冲充磁电流，对永磁系统充磁；卸料时，向线圈输入反向脉冲电流，对永磁系统进行退磁。显然，这里的线圈脉冲电流是比较大的，但因其维持时间极短(以秒计)，所以可以省电节能。另一方面，线圈可以按极短时运行设计，导线截面积很小(电流密度很大)，所以线圈用铜量也很少。这种电磁铁又叫做电脉冲永磁式起重电磁铁。一种是带可逆永磁体的聚磁结构，这种脉冲电控永磁式起重电磁铁是英国泰晤士－瓦尔顿公司生产的，它是一种方形起重电磁铁，其中有3组极性不变的永久磁铁(普通永久磁铁)，两块极性可逆的特殊永久磁铁，还有两个脉冲电控线圈。两个铁心和轭铁均由软磁材料(低碳钢)制成。当向线圈输入一正向脉冲电流时，有5个永久磁铁共同产生一合成磁通，聚集于工作气隙内，产生强大的吸力，将被吸物吸起。反之，当向线圈入一反向脉冲电流时，这时5个永久磁铁的极性组合使磁路形成内部闭合状态，只有中间一块永磁体有一小部分磁通“漏入”工作气隙，不足以维持吸力，所以被吸物下落，完成卸料任务。这种起重电磁铁的优点在于：(1)由于正、反脉冲电流维持时间仅0．01s，所以与常规起重电磁铁比较，它可以省电97%。(2)由于采用了聚磁结构，在自重相同的前提下，其最大吸力是其它型式的永磁式起重电磁铁或常规起重电磁铁的3倍左右。制成这种电磁铁的必备条件是必须使用特殊的极性可逆的永久电磁铁。不过，据分析，这种电磁铁可能只适合于(或最宜环境)吸运整块钢料。(营口市起重电磁铁厂赵光国、杨森撰) |