论直流电磁铁永磁保持节能的可行性

孙志明 沈阳市机电工业技工学校 110000

【文章摘要】

广泛应用于国民经济生产的直流制动电磁铁三大系列MZZ1、MZZ2、MZZ3 均属于五十年代仿苏联的老产品。产品结构、材料及能源的消耗尚属落后急待改进。在已进入计算机的高科技时代的今天采用优化设计方案，使老产品得以改造，使产品设计趋于合理，克服笨重，体积大，耗能多的缺点，达到较理想的经济和技术指标。

【关键词】

直流电磁铁的改进；永磁保持；节能

1 新型电磁铁的研究开发及应用的意义

大家知道，随着世界各国高度工业化的发展，能源成为国民经济发展的重要因素，要想国民经济飞速发展能源是关键，而利用能源的根本不是耗能而是节能。因此从新设计的电磁铁将节能列入设计技术指标中将有很大意义。

众所周知，电磁铁是一种将电磁能转换为机械能的转换装置，在电器设备中电磁铁起着至关重要的作用，他接受外界来的信号，从电源吸取一定的能量，为此产生相应的机械动作而对外作功。电磁铁的功能转换就产生在这个过程中。

图列

从图列关系分析可知：在一定结构尺寸下要提高电磁铁的作功本领可采用两项措施：（1）是提高它在作功时所吸收的功率（如在短时间内增大电压，减少电阻的条件下通电以利用接通时的冲击电流等）；（2）是提高它的作功效率（材料：磁性材料等）

但这两种措施都有不可逾越的界限， 列如增高电压，抗电流，若受到绝缘强度线圈发热等限制。此外，电磁铁的各项技术指标与经济技术指标之间存在着的复杂相互依存和相互制约的关系。如理论与经验的统一，技术要求与经济性的统一，优良的结构还必须考虑好的工艺性。这样使设计者要考虑更新电磁铁，就应从多方面着手选择利用优化设计，同时满足几个最佳准则。列如考虑电磁铁的体积重量， 价格为最小值，但这些准则往往是相互矛盾的，如想降低吸持动作时间，必须使新设计的电磁铁具有比反力大得多的吸力，这样就增加了电磁铁的尺寸和能量消耗， 为了减小磁铁的体积可以增加导磁体中的磁感应强度（B），但这就要加大线圈的磁势，磁而增加线圈导线的消耗，并导致整个电磁铁价格的增高。

由于上述理由，使我们想到除使电磁铁缩小尺寸，减轻重量，降低损耗外，如采用其它方法达到更新电磁铁的目的不是更好吗？

目前，电磁铁保持节能方式有两种（限于无电运行情况下而言）一种是机械锁扣形式，另一种是永磁保持形式。机械锁扣式的工作原理是线圈通电铁芯吸牢后，用机械扣锁住，然后将线圈断电，这样电磁铁在运行时不耗电，达到节能目的。早在70 年代末80 年代初西方发达国家研制了新节电方式，其原理采用永磁保持直流电磁铁节能方案。如我们见到西德的一种中小型电磁铁就属于这种类型，虽然内部结构不清楚，但送电吸持后，电流表无电流反应。

采用永磁保持要选用永磁材料做成的永磁体经过充磁之后，能在其周围空间产生一个静磁场。利用这个静磁场，可以使电磁铁铁芯保持吸合状态，即无电无声保持，达到节能目的。

永磁保持比其它方法的优点：（1）能较大限度的节电运行，长期运行可达几乎100％，短时重复工作时节电可达90％以上。（2）正确的设计永磁体的体积，可以保证吸合的可靠性。无论控制回路的电压如何波动或断电，都不会影响铁芯的保持。（3）永磁保持方法比机械锁扣式的成本低，工艺简单寿命长。

2 设计原理及可靠性

（1）原理可行性：利用永磁材料在没有外加磁势的情况下产生一个恒定磁场的基本原理，将一块永磁材料嵌入磁系统某一部位，并合理的设置几个气隙，以使永磁材料正常工作，利用它产生磁通使铁芯吸牢，这样在吸合位置不耗电能。为了使铁芯能正常吸合和打开，采用双绕组直流控制，在打开位置给绕组Ⅰ通电，绕组Ⅱ的磁势方向与永磁方向一致，这样铁芯在外加磁势作用下吸合，待铁芯吸牢将绕组Ⅰ断电，由于此时永磁吸力大于反力， 铁芯可以永磁保持。当需要铁芯释放时， 给线圈Ⅱ通电，此时线圈Ⅱ为去磁线圈， 其磁势方向与永磁磁势方向相反，则吸持磁通减小，当反力大于吸力时，铁芯释放，回到原处。（反力包括衔铁本身重量，或铁芯在制动弹簧下的作用力）

（2）工艺的可行性:MZZ2-60H 直流制动电磁铁系列基本由铁芯、止座、端盖、壳体、激磁线圈、缓冲螺钉、导向铜套。在外形尺寸基本不变的情况下，在磁路中适当嵌入一块永磁块，工艺不复杂，所以工艺上是可以的。

综上所述，在原60H 基础上适当改动安装永磁块达到节能目的是可以的。另外补充一点，MZZ2-60H 系列电磁铁属于螺管式长行程大吸力电磁铁。螺管电磁铁区别于拍合式在于产生吸力F=F 主=F 漏( 主磁通产生一个吸力，漏磁产生一个吸力，当行程很长时，几乎完全靠线圈的螺管力使衔铁运动作工，但当衔铁吸入大部分， 工作气隙变小时，由于主磁通和挡铁的表面力增大，完成电磁铁作工的全过程。我们选定的永磁体的吸力曲线，经资料和实际，工作气隙很大时，永磁体作用力很小。当接近0.5MM-10MM 时吸力骤然增大， 这时螺管力已经很小了，只有表面力。所以只要想办法将表面力减弱，有永磁吸力替代一部分，结果激磁线圈和永磁铁共同作用的吸力曲线，合符原电磁铁的技术要求。

3 永磁体位置安装和材料选择

（1）永磁体位置安装的选择：在MZZ2-60H 电磁铁上安装永磁体的位置只有挡铁（止座）和衔铁（铁芯）两个部分适合。但衔铁为动铁芯，电磁力通过衔铁对外作功故在衔铁上安装不仅困难，而且安装后降低机械寿命，寿命要求100 万次， 所以安装上不可取。只能安装在挡铁（止座）上，并在挡铁和衔铁的交接处上最佳， 铸造和安装都方便。为了使永磁体正常工作，必须设置一个辅助气隙，以保证永磁体两级不短路。

（2）永磁材料的选择：有关刊物和资料提供，钕- 铁-B（Na-Fe-B）是较为理想的永磁材料，磁能积大（-B.H）剩磁高（Br） 机械强度高，比重较小，有很高性能。所以，根据上述情况，永磁材料节能运行是可以的。

4 结束语

通过实践与掌握情况，我们在电磁铁制造工艺和技术指标，经济指标上与发达国家先进水平相比我们还有一定的差距，借鉴国内外先进技术和科学合理的结构形式，并运用新的技术、新材料、新工艺、加上永磁材料的应用，才能使电磁铁走向更新换代的新阶段。

以上是我的粗浅认识，结构不严密， 论点不足，论据不充分，说的不清楚不详细，请专家读者给予批评指正。019