CN2251780Y - 半硬磁体电磁铁及其控制电路 - Google Patents

Abstract

半硬磁体电磁铁及其控制电路，包括有非叠片整体式半硬材料的动铁心、静铁心、激磁吸合线圈，去磁释放线圈及控制电路部件，这种电磁铁，节材节电，成本低，寿命长，没有交流噪声，断电时能自动释放，可用作牵引电磁铁、制动电磁铁、阀用电磁铁等，及各种低压电器交流接触器，低压断路器等的电磁执行操作机构部件。

Description

半硬磁体电磁铁及其控制电路

低压电器，一种电磁铁，半硬磁体电磁铁及其控制电路。

现有的电磁铁就其铁心结构可分为两大类。第一类：铁心全部采用软磁材料(硅钢片、电工纯铁等)。目前绝大多数交流电磁铁、直流电磁铁都全部属此类：第二类：铁心结构中除软磁材料外，还有部分永磁体。磁保持式电磁铁(专利号ZL90226712.4)、混合式电磁铁(专利号ZL92236754.x)等都属此类。

关于第一类，由于铁心全部采用软磁材料，电磁铁保持吸合状态，其激磁线圈就必须消耗电能。若为交流电磁铁，为减小涡流损耗，铁心需采用片间绝缘的叠片结构，且需有短路环。这不仅使制造工艺复杂，而且是影响使用寿命的主要因素。关于第二类，由于铁心结构中有部分永磁体，结构较复杂，成本较高。

本实用新型的目的是提出一种制造成体低、运行中节约电能、使用寿命长的电磁铁及其控制电路。

本实用新型设计的半硬磁体电磁铁及其控制电路，包括有动铁心[2]、静铁心[6]、线圈[5]和控制电路器件[7]等，其特征在于由动铁心[2]和静铁心[6]构成的磁路，由非叠片的整体式半硬磁材料制成，铁心周围的线圈[5]包括有激磁吸合线圈[13]和去磁释放线圈[14]，控制电路器件[7]包括有吸合电路和释放电路，吸合电路的控制电源与激磁吸合线圈间串联有动铁芯操动的行程开关[8]释放电路中有通过开关电路分别与控制电源和去磁释放线圈[14]连接的储能电容器[12]。

开关电路，可以是电磁继电器，也可以是固态开关电路，前者是储能电容器[12]通过电磁继电器的触头分别与控制电源和去磁释放线圈[14]连接。后者是由整流二极管V1、三极管V2和晶闸管V5及其周围元件构成的固态开关电路分别与控制电源的去磁释放线圈连接。

半硬磁体电磁铁采用的半硬磁材料是矫顽力Hc介于软磁材料与硬磁材料之间的一类磁性材料，其Hc一般在400A/m～2400A/m之间。

半硬磁体电磁铁及其控制电路既可用交流电源供电，也可由直流电源供电，可由剩磁保持吸合状态，控制电路断电时，电磁铁自动释放。

本实用新型设计的半硬磁体电磁铁及其控制电路，动铁心处于释放位置时，行程开关接通，当控制电源的电压大于该电磁铁的动作值时，吸合线圈产生激磁磁势，使动铁心[2]克服反力向静铁心[6]吸合运动，当动铁心[2]运动至吸合前的一定位置时，动铁芯[2]操作行程开关使其断开，动铁心[2]在运动惯性和剩磁的双重作用下，继续运动直至铁心吸合，并依靠半硬磁体的剩磁产生的吸力保持吸合状态，这时吸合线圈[13]不耗电。释放电路中的电容器[12]作为储能元件。当控制电路接通电源时，电容器[12]通过开关电路充电储能，这时电容器与释放线圈[14]之间的开关断开；当控制电路断电时，电容器[12]与释放线圈[14]之间的开关接通，电容器[12]通过此开关和释放线圈放电，在释放线圈[14]中产生去磁磁势，使半硬磁体铁心去磁，铁心吸力在大幅度减小，电磁铁在反力弹簧的作用下释放。

在半硬磁体电磁铁的吸合过程中，半硬磁体被磁化，半硬磁材料有比软磁材料高得多的剩磁感应强度，保证该电磁铁的可靠吸合。

半硬磁体电磁铁的释放过程，就是已被磁化的半硬磁体的去磁过程。由于半硬磁材料的矫顽力Hc比硬磁材料小，较易去磁，只要储能电容器通过释放线圈放电时的电流峰值Im略大于Hc.L/W(Hc为半硬磁材料的矫顽力，L铁心磁路的平均长度，W为释放线圈的匝数)，就可使铁心的剩磁基本上消失，因而电磁铁释放，这时既使使用机械外力，将动、静铁心闭合，也不可能使铁心维持吸合状态。

本实用新型设计的半硬磁体电磁铁及其控制电路与现有交、直流电磁铁比较，铁心重量减轻30～50％，线圈材料节约15～30％，吸合状态下节电95％以上，而且升温低，即使在频繁操作情况下，(1200次/小时)，铁心和线圈温升均低于30℃；还具有无交流噪声，铁心制造工艺简单，使用寿命长等优点。与现有的磁保持式电磁铁比较，磁路中无永磁体，铁心结构简单，成本低。

下面结合附图说明

图1半硬磁体电磁铁结构剖视图

图2半硬磁体电磁铁侧视图

图3、图4半硬磁体电磁铁的控制电路图

图1、图2所示，半硬磁体电磁铁，包括有反力弹簧[1]，动铁心[2]、与动铁心固定为一体的压板[3]，由动铁心操动的行程开关的操作杆[4]，线圈[5]，静铁心[6]，控制电路部件[7]， 动铁心[2]操动的行程开关[B]，动铁心[2]和静铁心[6]由非叠片的整体式半硬磁材料制成。如整体9CrSi钢。(矫顽力Mc为2000A/m左右)

图3为一种半硬磁体电磁铁的控制电路图。图中[9]为单相整流桥，[10]为电阻器R1，[11]为电磁继电器J，[12]为电容器C1，[13]为激磁吸合线图，[14]为去磁释放线圈。图2中的行程开关[8]即为图中的K1。K1和吸合线圈[13]构成吸合电路，电阻器R1、继电器J、电容器C1和去磁释放线圈[14]构成释放电路。

当图3电路接通后，电源电压Us经整流桥[9]整流后通过行程开关K1在吸合线圈[13]中产生直流电流，在铁心中产生如箭头D方向的磁场。动铁心[2]在此磁场的作用下克服反力弹簧[1]的阻力向静铁心[6]运动。在动铁心[2]运动至适当位置时，压板[3]压下操作杆[4]，使行程开关K1断开，吸合线圈[13]中的电流变为零。由于半硬磁材料有较高的剩磁感应强度，因此动铁心[2]在磁力和运动惯性的双重作用下继续运动，直至与静铁心[6]吸合，并依靠剩磁保持吸合状态。

在上述铁心吸合的同时，继电器J吸合，整流后的直流电压通过电阻器R1和J的常开触头e-d向电容器C1充电。铁心吸合后，电容器C1的电压亦上升到一定的值，为电磁铁的释放作好了准备。

当图3电路断电时，继电器J释放。电容器C1通过继电器J的常闭触头d-f和释放线圈[14]放电，在铁心中产生与箭头D方向相反的磁场。由于半硬磁材料的矫顽力Hc较小，因此铁心中的磁感应强度大幅度减小，铁心吸力也随之减小，电磁铁释放。

附图3中的电磁继电器[11]也可用由电子元件构成的固态开关代替，如附图4。

当图4中的电路接通交流电源后，电源电压整流后经电阻器R1和整流二极管V1向电容器C1充电。因三极管V2饱和导通，其集电极电压小于0.1V，晶闸管V5因门极无触发电压而处于关断状态。当图4电路断电时，V2截止，电容器C1的电压经电阻器R4和二极管V4触发V5，使V5导通，电容器C1经释放线圈[14]和V5放电。电子元件V1、V2、V5等构成了与电源电压的通、断同步动作的固态开关，控制电容器C1的充电和放电，保证半硬磁体电磁铁的可靠释放。

附图4中，电阻器R2和R3为三极管V2的基极偏量电阻，R4为V2的集电极电阻，V3为保护三极管V2的稳压二极管，二极管V4、电阻器R5和电容器C2构成晶闸管V5的抗干扰电路。

若半硬磁体电磁铁及其控制电路由直流电源供电，可删去单相整流桥[9]，图3中的电磁继电器[11]的线圈电压也应选用相应的直流电压。

本实用新型设计的半硬磁体电磁铁用作CJ20-160A交流接触器的电磁操作系统，铁心重量减轻38％，漆包铜线减少18％，控制电路节电97％，(图3所示电路)或99.7％(图4所示电路)。

本实用新型设计的半硬磁体电磁体及其控制电路可用作牵引电磁铁、制动电磁铁、阀用电磁铁等电器产品，也可作为部件用于交流接触器、直流接触器、低压断路器等，均能省材节电，降低成本，延长使用寿命。

Claims (2)

1、半硬磁体电磁铁及其控制电路，包括有动铁心[2]、静铁心[6]、线圈[5]和控制电路器件[7]等，其特征在于由动铁心[2]和静铁心[6]构成的磁路，由非叠片的整体式半硬磁材料制成，铁心周围的线圈[5]包括有激磁吸合线圈[13]和去磁释放线圈[14]，控制电路器件[7]包括有吸合电路和释放电路，吸合电路的控制电源与激磁吸合线圈间串联有动铁心操动的行程开关[8]，释放电路有通过开关电路分别与控制电源和去磁释放线圈[14]连接的储能电容器[12]。

2、据权利要求1所述的半硬磁体电磁铁及其控制电路其特征在于其控制电路器件[7]的释放电路中的开关电路是电磁继电器或是固态开关电路。

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