[其他]极化电磁铁

说明书

一种极化电磁铁，属于电器中的操作电磁铁，为电器提供机械操作动力。

极化电磁铁泛指在直流电磁铁中增加永久磁铁后，使得吸合、释放动作不仅与电流大小有关，还的电流的极性有关的电磁铁。

根据马克斯威尔公式，电磁铁的吸力与磁通的平方成正比。在极化电磁铁中，气隙磁通由永久磁铁和线圈中的激磁电流同时提供。设永久磁铁提供的磁通（简称永磁磁通）与激磁电流产生的磁通（简称激磁磁通）大小相等，方向相同，则合成磁通显然是激磁磁通的2倍，合成磁通产生的吸力是激磁磁通产生的吸力（简称激磁吸力）的4倍，扣除永磁磁通产生的吸力（简称永磁吸力）后，剩下的力是激磁吸力的3倍，此额外增加的吸力可以称为极化吸力。当永磁磁通与激磁磁通不相等时用二项式的平方公式可以证明，极化吸力与2倍永磁磁通与激磁磁通的乘积成正比。由于存在永磁磁通，激磁电流可以产生激磁吸力和极化吸力两个力。永磁磁通只要达到二分之一激磁磁通，极化吸力便等于激磁吸力，极化吸力与二倍永磁磁通成正比增加，所以极化电磁铁具有较高的灵敏废，所需的激磁功率较小。

在现有技术中。极化电磁铁的典型应用是极化继电器。在极化继电器中通常至少用一对工作气隙构成差动式磁系统或用两对工作气隙构成桥式磁系统。采用这类磁系统的原因之一是永磁材料的导磁率只比空气略高，必须避免使激磁磁通穿过永久磁铁，否则激磁磁路的磁阻太大使灵敏废降低。这类磁系统用于极化继电器极为成功，例如JH－1E型极化继电器的工作安匝只有1～4，动作动工率只有0、01～1.3毫瓦。但是这种磁系统只能用于弱电讯号控制，例如上述极化继电器外型尺寸长度为96.5毫米，如果按相似原则放大尺寸使吸力由克级增加到千克级，长度便要接近1米。所以极化电磁铁灵敏度高、动作工率小的优点至今仍只限于在弱电领域中发挥作用。

1985年上海电器科学研究所等单位合作研制成功CJ12口系列节电交流接触器，其原理是对CJ12系列交流接触器加装节电装置，用大直流电流吸动，吸合后用小直流电流保持，节电的效果可观。

1985年《防爆电器》第二期提出CJ8－150永磁保持节电型交流接触器磁系统，具有两个线圈和一块永久磁铁。要吸合时在激磁线圈中通大脉冲电流。吸合后断电靠永磁吸力保持。要释放时在另一去磁线圈中通小电流。吸合时激磁磁势3654安匝，释放时去磁磁势88.7安匝。设计上线圈的主磁通基本上不穿过永久磁铁。永久磁铁的磁势很小，只能在吸合以后提供一个磁通供磁保持用。这种电磁铁能反映激磁电流的极性，也属于极化电磁铁，但是没有利用极化电磁铁特有的极化吸力，其吸合安匝和吸合功率仍旧与普通直流电磁铁相同。

本极化电磁铁的目的在于提供一种适合于千克级吸力的极化电磁铁结构，能够利用极化吸力大幅度降低吸合安匝和吸合功率，而且结构又比较简单，与普通电磁铁相比较，尺寸和重量即可能接近，价格还不过高，不仅实用和节电，还允许用较小功率的控制电源和驱动电路。

本极化电磁铁是在普通螺管式电磁铁中增加一块永久磁铁而成，其特征是永久磁铁和衔铁分别布置在气隙的两侧，气隙位于螺管线圈口处。因而，线圈磁势与永久磁铁磁势相串联，形成串联磁路。永久磁铁的材料用高矫顽力的永    磁铁氧体或稀土永磁材料。因为矫顽力高，所以永久磁铁的长度很短成为薄片形，使磁阻大为降低。气隙长度对气隙截面的比值大于永久磁铁长度对永久磁铁截面的比值四倍以上，故永久磁铁磁阻低于气隙磁阻的四分之一，使串联使用永久磁铁变为合算。

当通正向电流激磁时，线圈磁势与永久磁铁磁势方向相同而迭加加强，永久磁铁磁阻占气隙磁阻百分比不大，激磁磁通由衔铁穿过气隙后基本穿过永久磁铁，因永久磁铁磁阻而有所降低。虽然激磁吸力有所降低，但极化吸力可以达到激磁吸力的两三倍，在吸力变化幅度相同的条件下可以节省激磁安匝，吸合过程做机械功所需能量的一部分由永久磁铁提供。