電磁鐵與永磁體在電磁鎖應(yīng)用實(shí)例中的對(duì)比分析

陸金元

摘 要：電磁鎖的運(yùn)用機(jī)理為通過(guò)磁力來(lái)吸引金屬件以此來(lái)實(shí)現(xiàn)被鎖件和鎖緊件的開(kāi)啟和扣合。在電磁鎖的設(shè)計(jì)中，電磁鐵和永磁體為比較常見(jiàn)的磁鐵元件，為更好的提升到電磁鎖的性能及性價(jià)比，就需要在電磁鐵和永磁體質(zhì)檢進(jìn)行選擇。基于此，本文對(duì)電磁鐵和永磁體在電磁鎖中的應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：電磁鐵；永磁體；電磁鎖

1 對(duì)比試驗(yàn)背景簡(jiǎn)介

目前電磁鎖在我國(guó)制造行業(yè)和工業(yè)中的應(yīng)用越發(fā)廣泛，電磁鎖的自鎖機(jī)構(gòu)憑借其可靠地性能取得了較好的應(yīng)用。對(duì)于電磁鎖而言，其借助磁鐵磁力進(jìn)行被鎖件和鎖緊件的扣合和開(kāi)啟能夠有效的杜絕錯(cuò)誤操作下導(dǎo)致的設(shè)備故障問(wèn)題。本對(duì)比試驗(yàn)的研究采用永磁體和電磁鐵作為研究點(diǎn)，重點(diǎn)圍繞著電磁鐵應(yīng)用電磁鎖的方案進(jìn)行論述，對(duì)比兩者之間的有事及表現(xiàn)進(jìn)行研究和論述。

本文研究時(shí)鎖選用的永磁體外形尺寸為φ14*15mm；吸引力為3.14*0.7cm*0.7cm*100N/cm2。永磁體與被吸引金屬之間距離7.5mm，根據(jù)試驗(yàn)測(cè)算，本文所選擇的永磁體吸引力穩(wěn)定可靠，能夠滿足使用的需求。

2 對(duì)比方案制定分析

首先，電磁鐵方案設(shè)計(jì)上保密性更強(qiáng)，不會(huì)被輕易的抄襲和改造，另外電磁鐵在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因?yàn)殡娫磫?wèn)題存在使用地點(diǎn)受限的問(wèn)題。其次，電磁鐵方案，在鎖緊機(jī)構(gòu)操作上只需要控制用電和不用電即可控制磁力。第三，永磁體價(jià)格相對(duì)于電磁鐵而言要低一些。第四，永磁體長(zhǎng)時(shí)間保持磁力狀態(tài)，而電磁鐵的磁力與通電與否相關(guān)，若以黑色密封材料進(jìn)行永磁體的架內(nèi)設(shè)置，則能夠保障其使用的便利性。第五，長(zhǎng)時(shí)間、多頻率的通斷電會(huì)對(duì)電磁鐵產(chǎn)生影響，降低電磁鐵的使用壽命和使用周期。

3 電磁鐵方案具體分析

3.1電磁鐵的概念及種類

電磁鐵為內(nèi)部帶有鐵芯，利用電流通電來(lái)實(shí)現(xiàn)磁性變化的裝置。一般情況下電磁鐵的外形設(shè)置為馬蹄形，有時(shí)候會(huì)制成條形和圓柱形。電磁鐵中鐵心要具備易磁化和快速磁性消失的性能，因此通常選用軟鐵或硅鋼來(lái)進(jìn)行制作。在電磁鐵通電后，磁體形成磁性，斷電后磁性瞬間消失。對(duì)于電磁鐵而言，其優(yōu)勢(shì)性能包括：磁性有無(wú)可以以通電與否來(lái)進(jìn)行設(shè)置。磁性的大小也可以根據(jù)電流的大小來(lái)進(jìn)行控制。目前電磁鐵在我們?nèi)粘Ｉ钪械氖褂寐蔬€是很高的。常見(jiàn)的電磁鐵就有電磁繼電器、電磁起重機(jī)、電磁懸浮列車等等。電磁鐵磁力的計(jì)算公式為F=A*（I*W）2，其中F表示吸引力、I表示線圈電流、W表示匝數(shù)、A為線圈橫街面積、材質(zhì)等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

3.2方案選材及試驗(yàn)

本文所研究的電磁鐵選材為目前市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的電磁鐵型號(hào)，例如PS25、PS40、Ps49等。根據(jù)試驗(yàn)需求，我們將電磁鐵產(chǎn)品作為性能對(duì)比的主要目標(biāo)，分別對(duì)PS25、PS40、PS49來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電磁鐵難以具有替代永磁體吸引金屬件的需求。并且短距離的電磁鐵設(shè)置還會(huì)導(dǎo)致電磁鐵磁力吹安衰弱問(wèn)題。

3.3實(shí)驗(yàn)分析-電磁鐵對(duì)金屬零件的吸引力的影響因素

電磁鐵對(duì)金屬零件的吸引力有以下幾個(gè)因素：

（1）被吸物體的材料。純鐵最具吸引力。檢測(cè)機(jī)構(gòu)采用金屬部分Q235材料，含有少量的碳、硫、磷等雜質(zhì)，會(huì)在一定程度上影響吸力，純鐵質(zhì)地較軟，不適合本檢測(cè)機(jī)構(gòu)使用。

（2）被吸收物體的表面平滑度。表面越平，吸引力越大。測(cè)試機(jī)構(gòu)的金屬部分被吸干平滑。

（3）被吸物體吸力面面積。如果吸力面大于電磁吸盤(pán)，效果最好。金屬表面吸收的大小是10毫米×30毫米，和標(biāo)準(zhǔn)的電磁吸盤(pán)的最小直徑是25毫米。因此，可以通過(guò)增加金屬零件的表面積來(lái)增加吸引力。

（4）物體和電磁吸盤(pán)之間的距離。當(dāng)使用電磁鐵時(shí)，電磁鐵應(yīng)完全安裝在被拉伸的物體上。即使有距離，距離也不應(yīng)該大于1mm的金屬部分之間的距離。試驗(yàn)機(jī)構(gòu)和電磁吸盤(pán)（接觸面厚度為4mm，彈簧高度3.5mm）。由于檢測(cè)機(jī)構(gòu)壁厚較小，需要調(diào)整整個(gè)機(jī)構(gòu)的體積，操作過(guò)程更加復(fù)雜。要改變整個(gè)身體的形狀和大小是很困難的。彈簧的高度沒(méi)有相對(duì)調(diào)節(jié)空間，彈簧越小，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性就會(huì)受到彈簧的影響。

（5）被吸收物體的厚度。10mm以上的厚度為最佳。標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵的電壓為24V、12V，選擇24V電壓電磁鐵。本例的電流選擇為24V電壓電磁鐵。線圈的電流與電壓U和線圈電阻R.U=I*R有關(guān)，高電壓會(huì)產(chǎn)生較大的電流，較大的電流會(huì)導(dǎo)致線圈過(guò)熱，容易被破壞，而電流會(huì)上升到一定的值。它會(huì)產(chǎn)生磁飽和，吸力不會(huì)再增加。

（6）增加轉(zhuǎn)數(shù)。增加線圈匝數(shù)需要增加電磁鐵形狀的大小，需要定制非標(biāo)電磁鐵，價(jià)格昂貴。當(dāng)匝數(shù)增加時(shí)，電磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度在很小的距離內(nèi)不會(huì)顯著增加。這個(gè)例子的應(yīng)用條件沒(méi)有明顯的改善。

4 永磁鐵方案分析

4.1永磁鐵的概念

鋼或其他材料都有成為永磁體的可能性，在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)牟僮骱吞幚怼⒓庸ぶ螅鋬?nèi)部存在的不均勻性會(huì)變化，并處于最佳狀態(tài)，在這時(shí)材料的矯頑力將達(dá)到最大化。于鐵而言，其晶體結(jié)構(gòu)和內(nèi)應(yīng)力的不均勻性比較弱，矯頑力也相對(duì)較少，因此磁化鐵和鐵去磁的操作都比較簡(jiǎn)單，并且不想需要很強(qiáng)的磁場(chǎng)，因此鐵不會(huì)成為永磁體。通常情況下，我們將磁化和去磁都簡(jiǎn)單的材料，定義為軟性的磁材料。

4.2永磁體實(shí)驗(yàn)分析

針對(duì)電磁鐵所產(chǎn)生的吸引力，本文選擇的永磁體由磁鐵保持架和75個(gè)φ14*15的銣鐵硼材料組成。連接方式選擇的是磁鐵和保持架的黏膠連接，在磁鐵的上部還架設(shè)了黑色的密封材料來(lái)進(jìn)行磁密封，保障密封的效果。為達(dá)成與電磁鐵相同的吸引力，本文選擇75個(gè)永磁體來(lái)進(jìn)行建設(shè)，永磁體單價(jià)為15元，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，永磁體的價(jià)格相對(duì)更便宜一些。

4.3永磁體的吸引力影響因素

對(duì)于永磁體而言，其吸引力與外架設(shè)的密封包裹水平相關(guān)，密封包裹的水平高則吸引力能夠充分的發(fā)揮和調(diào)動(dòng)，若密封水平較低，則會(huì)導(dǎo)致漏磁或扣緊后無(wú)法打開(kāi)的問(wèn)題產(chǎn)生。另外，永磁體的組成數(shù)量還會(huì)對(duì)永磁體組的吸引力產(chǎn)生一定的影響，通常組成構(gòu)件越多永磁體吸引力越強(qiáng)。

總結(jié)

在本文的對(duì)比試驗(yàn)分析中，筆者主要針對(duì)電磁鎖中的電磁鐵和永磁體的運(yùn)行狀態(tài)和性能進(jìn)行對(duì)比分析。現(xiàn)得出結(jié)論如下：

電磁鐵中存在電磁衰減問(wèn)題，不適于機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)的設(shè)置，另外因電磁鎖需要頻繁的進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉，因此需要撓自己保障電磁的穩(wěn)定性，而電磁鐵在穩(wěn)定性上與永磁鐵的差距還是比較明顯。