CN106558393B - 有关小型化制动电磁铁的激励装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电器制动和电梯技术领域，具体来说是一种有关小型化制动电磁铁的激励装置及其方法，包括衔铁、线圈、底盖、导杆、激励装置和壳体，壳体内设有底盖，底盖上设有导杆，导杆与衔铁配合连接，衔铁外圈设有电磁铁绕组，其特征在于所述的电磁铁绕组采用多线圈串联或并联结构，激励装置内设有电子电路。本发明同现有技术相比，组合结构简单可行，技术先进有效，其优点在于：本发明创造提供了两个线圈及其电路，用电磁铁绕组的多线圈串并联的组合，利用电子电路组成的开关形式，使之产生高于吸持工作电流近20倍的效果，所产生的牵引力远超于最小牵引力的技术要求，且节约用电，降低功耗，解决电磁铁温升太高、外壳太烫、材料耐温等级高的问题。

Description

有关小型化制动电磁铁的激励装置及其方法

[技术领域]

本发明涉及电器制动和电梯技术领域，具体来说是一种有关小型化制动电磁铁的激励装置及其方法。

[背景技术]

电磁铁是一种利用电磁效应将电能转换为机械运动的动力装置。制动电磁铁的原理和应用，可以延伸到其他所有作为力输出的电磁铁。电磁铁在工业系统的控制技术中具有极广泛的应用。根据不同的工况环境又分媒质通断电磁铁、牵引电磁铁、制动电磁铁等不同的功能形式。具体可以扩展到起重机的制动电磁铁、磨床上的电磁吸盘、汽车的自动排档转换、复印机的机械动作等。

电磁铁的结构主要由线圈和磁路机构(铁芯、衔铁、轭铁)组成。根据使用场合不同，有多种结构。制动电磁铁是通过衔铁(活动的铁芯)在线圈产生的磁场力的作用下，向固定铁芯快速移动，最后保持在铁芯相吸合位置，来完成特定的功能：比如位移功能或推、拉力功能，即完成了由电能向机械能的转换。

激励装置原理是充分利用交流电的整流原理，比如电压220V通过整流得到近200V的直流电，通过激励吸持电压只有100V左右的电磁铁绕组，使电流扩大了近一倍。根据电磁力最简公式表达电磁力F＝k Aω，式中k是系数，A是经流过线包的电流，ω是线圈匝数，。显然，在线圈圈数不变的情况下，电流越大，F力越大。在技术条件规定的300ms之内吸合之后，激励装置自动切换成100V的电压输出，使电磁铁在此电压的吸持作用下，保持正常状态不变。

利用此类激励装置工作的电磁铁，设计中可以将同等条件下电磁铁体积缩小一半，电功率降低一半，同理导体的耐热等级都可以相应降低。但是，与此同时，由于受到了交流电整流原理的限制，它的效率只能提高一倍，此为其自身的局限性。若要提供更大的效率，产品的体积和功耗也会相应增加。

目前电梯行业的升降梯、自动扶梯的制动装置的电磁铁均已全面应用该电磁铁制动的技术，我国整个电梯行业广泛使用的现有产品每年的需求量可达70万台以上，保有量500万台以上。

而随着技术的进步，对国家节能减排大策略的响应，电梯行业要求电磁铁体积减小，功耗降低，所以电磁铁产品还有很大技术改造的空间。因此，本发明设计了一种有关小型化制动电磁铁的激励装置及其方法，顺应国家节能、减排的大方针，同时也能有效的降低成本，顺应市场的竞争。

[发明内容]

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种有关小型化制动电磁铁的激励装置及其方法，利用了新激励装置的工作原理来制造的制动电磁铁产品，其彻底颠覆了老激励装置的原理，利用电磁铁绕组的多线圈串并联的组合，利用电子电路组成的开关形式，通过初始阶段的某个线圈通过最高200V的直流电压，使之产生高于吸持工作电流近20倍的效果，所产生的牵引力远超于最小牵引力的技术要求。

为了实现上述目的，设计一种有关小型化制动电磁铁的激励装置及其方法，包括衔铁、线圈、底盖、导杆、激励装置和壳体，壳体内设有底盖，底盖上设有导杆，导杆与衔铁配合连接，衔铁外圈设有电磁铁绕组，其特征在于所述的电磁铁绕组采用多线圈串联或并联结构，激励装置内设有电子电路，所述的电子电路由集成电路整流器QZ的c端和d端分别连接电源一端，整流器QZ的b端接地，在整流器QZ的c端和d端分别并联电容C1和瞬变二极管Z1，整流器a端串联连接内阻R2、R3、R4、R5和二极管D2正极一端，二极管D2负极一端连接电容C2和电阻R10一端及集成检测电路IC1的VDD端，在电阻R5和二极管D2正极之间连接稳压二极管D1再接地，电容C2另一端接地，电阻R10另一端连接集成检测电路IC1的负端，并抽头一线连接稳压二极管D5再接地，在整流器a端和电阻R2一端抽头一线串联连接线圈Q1和Q2，线圈Q2另一端接地，在线圈Q1的两端接有二极管D6，在线圈Q1和Q2之间抽头一线连接二极管D6正极和场效应管T1的漏极D，T1源极S接地，T1栅极G连接电阻R11一端，电阻R11另一端分别连接电阻R12一端和集成检测电路OUT端，电阻R12另一端连接集成检测电路IC1的正端，并抽头一线连接电阻R9一端，电阻R8一端与集成检测电路IC1OUT端相连，电阻R8另一端与电容C4相连，并抽头一线与电阻R9另一端相连，电容C4另一端接地，在集成检测电路IC1的VDD端抽头一线连接电容C3一端，电容C3另一端分别连接二极管D4正极、二极管D3负极和电阻R6一端，电阻R6另一端和二极管D3正极接地，二极管D4负极分别连接电阻R7一端和集成检测电路IC1的正端，电阻R7另一端接地。

所述的激励装置利用电子电路组成的开关结构，初始阶段在多线圈串联或并联结构电磁铁绕组中的一个线圈通过最高200V的直流电压，使之产生高于吸持工作电流近20倍的效果，所产生的牵引力远超于最小牵引力的技术要求；电子线路控制在不超过300ms的时间内改变开关量信号，使线圈组合改变工作状态，此时流过的电流只是初始工作电流的1/20，而吸持力在最大温升条件下，仍满足最低吸持力的要求。

所述的衔铁一端开设有凹槽，导杆一端通过轴承插入衔铁凹槽内，形成内置导杆引导结构。

所述的小型化的制动电磁铁的电源直接使用220V工业用电。

所述的激励装置安装在壳体底部或侧面。

本发明还设计一种有关小型化制动电磁铁的激励装置的方法，该激励方法为AC220V 50/60HZ交流电从X1,X2端口接入，C1、Z1作为门户元件起电源保护作用，QZ是全波整流器，输出DC200V的直流电压，R2～R5是降压电阻，通过D1稳压，D2再次的整流，使低压平稳的电源供给运算放大器IC1，C3、P4、R7构成延时电位变化电路，使输出能够在设计的时间内翻转，运算器的旁路电阻、二极管、电容使工作点更趋稳定，输出电流经过降压电阻，最终改变场效应管的控制电位使D.S之间导通关闭，当电路串联或并联工作时，嵌位在QZ输出端的DC200V电压直接作用在组合线圈的两头。

所述的该电路并联工作时，初始状态T1导通，Q1,Q2呈并联状态，电流大，牵引力也大，300ms之内Q2线圈由于T1的截止，200V电压作用在Q2单线圈上，电流明显降低，只有约80mA，是吸持状态，激励过程结束。

所述的电路串联工作时，初始状态时由于T1导通，DC200V电压直接作用在Q1线圈，电流大，牵引力大，300ms之内T1截止，200V电压作用在RD、BU两端，即Q1+Q2使电流减小，呈吸持状态。

本发明同现有技术相比，组合结构简单可行，技术先进有效，其优点在于：1.现有电磁铁中激励装置受到了交流电整流原理的限制，它的效率有限，为了提供更大的效率，本发明创造的结构设计提供了两个线圈及其电路，利用电子电路组成的开关形式，通过初始阶段的某个线圈通过最高200V的直流电压，使之产生高于吸持工作电流近20倍的效果，所产生的牵引力远超于最小牵引力的技术要求；

2.用新颖的电路控制双线圈的工作状态，实现制动电磁铁的不同工作功能,以及节约用电，降低功耗，并且解决电磁铁温升太高、外壳太烫、材料耐温等级高的问题；

3.本发明制动电磁铁在使用中，无须将电压从220V降到110V。而直接使用220V工业用电；

4.用内置导杆引导衔铁轴向移动，减小了对外空间占用，而不是原来的外置导杆，使得控制线圈上电流转换，不再使用机械结构，而是使用电路来实现，这种结构工作稳定、时间控制精密、生产方便、失效率低、使用寿命长；

5.电磁铁的体积是同等利用老激励装置电磁铁的1/3，温升又比其降低了20％，体积减少三分之二，总重量下降了三分之二，漆包线制成的线圈的重量从1200克降到260克，铜材使用减少了80％，电磁铁长期使用的功耗从原来的39W,降到16W，使用中保持力功耗的减小，减少了线圈发热，有利于省电、有利于电磁铁不发烫，克服了大功率制动电磁铁的使用局限性；

6.降低了制造成本和原料成本。

[附图说明]

图1(a)和图1(b)是现有技术的激励装置控制原理图；

图2是现有技术的制动电磁铁的结构示意图；

图3是本发明创造的电原理图；

图4是本发明创造电原理图中的并联工作时的激励装置控制等效原理图；

图5是本发明创造电原理图中的串联工作时的激励装置控制等效原理图；

图6是本发明创造的制动电磁铁的结构示意图；

图7是本发明创造的制动电磁铁另一形式的结构示意图；

图8是本发明创造的制动电磁铁的装配示意图；

图9是本发明创造的制动电磁铁另一形式的装配示意图；

图10(a)是本发明创造的电气盒线路板A面的线路示意图；

图10(b)是本发明创造的电气盒线路板B面的线路示意图；

图11(a)是本发明创造制动电磁铁双线圈结构的一种形式的示意图；

图11(b)是本发明创造制动电磁铁双线圈结构的另一种形式的示意图；

图中：1.波纹管 2.衔铁 3.轴承 4.壳体 5.线圈 6.接线座 7.铜套8.电气盒 9.轴承 10.底盖 11.导杆 12.隔热垫圈 13.排孔位置。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置和方法的结构及原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图3，是本发明创造的电原理图。所述的一种有关小型化制动电磁铁的激励装置，包括衔铁、线圈、底盖、导杆、激励装置和壳体，壳体内设有底盖，底盖上设有导杆，导杆与衔铁配合连接，衔铁外圈设有电磁铁绕组，其特征在于所述的电磁铁绕组采用多线圈串联或并联结构，激励装置内设有电子电路，所述的电子电路由集成电路整流器QZ的c端和d端分别连接电源一端，整流器QZ的b端接地，在整流器QZ的c端和d端分别并联电容C1和瞬变二极管Z1，整流器a端串联连接内阻R2、R3、R4、R5和二极管D2正极一端，二极管D2负极一端连接电容C2和电阻R10一端及集成检测电路IC1的VDD端，在电阻R5和二极管D2正极之间连接稳压二极管D1再接地，电容C2另一端接地，电阻R10另一端连接集成检测电路IC1的负端，并抽头一线连接稳压二极管D5再接地，三极管D5基极接地，在整流器a端和电阻R2一端抽头一线串联连接线圈Q1和Q2，线圈Q2另一端接地，在线圈Q1的两端接有二极管D6，在线圈Q1和Q2之间抽头一线连接二极管D6正极和场效应管T1的漏极D，T1源极S接地，T1栅极G连接电阻R11一端，电阻R11另一端分别连接电阻R12一端和集成检测电路OUT端，电阻R12另一端连接集成检测电路IC1的正端，并抽头一线连接电阻R9一端，电阻R8一端与集成检测电路IC1OUT端相连，电阻R8另一端与电容C4相连，并抽头一线与电阻R9另一端相连，电容C4另一端接地，在集成检测电路IC1的VDD端抽头一线连接电容C3一端，电容C3另一端分别连接二极管D4正极、二极管D3负极和电阻R6一端，电阻R6另一端和二极管D3正极接地，二极管D4负极分别连接电阻R7一端和集成检测电路IC1的正端，电阻R7另一端接地。

所述的激励装置利用电子电路组成的开关结构，初始阶段在多线圈串联或并联结构电磁铁绕组中的一个线圈通过最高200V的直流电压，使之产生高于吸持工作电流近20倍的效果，所产生的牵引力远超于最小牵引力的技术要求；电子线路控制在不超过300ms的时间内改变开关量信号，使线圈组合改变工作状态，此时流过的电流只是初始工作电流的1/20，而吸持力在最大温升条件下，仍满足最低吸持力的要求。所述的衔铁一端开设有凹槽，导杆一端通过轴承插入衔铁凹槽内，形成内置导杆引导结构。所述的小型化的制动电磁铁的电源直接使用220V工业用电。

所述的一种有关小型化制动电磁铁的激励装置的方法，该激励方法为AC220V 50/60HZ交流电从X1,X2端口接入，C1、Z1作为门户元件起电源保护作用，QZ是全波整流器，输出DC200V的直流电压，R2～R5是降压电阻，通过D1稳压，D2再次的整流，使低压平稳的电源供给运算放大器IC1，C3、P4、R7构成延时电位变化电路，使输出能够在设计的时间内翻转，运算器的旁路电阻、二极管、电容使工作点更趋稳定，输出电流经过降压电阻，最终改变场效应管的控制电位使D.S之间导通关闭，当电路串联或并联工作时，嵌位在QZ输出端的DC200V电压直接作用在组合线圈的两头。

参见图4，电路并联工作时，初始状态T1导通，Q1,Q2呈并联状态，电流大，牵引力也大，300ms之后Q2线圈由于T1的截止，200V电压作用在Q2单线圈上，电流明显降低，只有约80mA，是吸持状态，激励过程结束。

参见图5，该电路串联工作时，初始状态时由于T1导通，DC200V电压直接作用在Q1线圈，电流大，牵引力大，300ms之后T1截止，200V电压作用在RD、BU两端，即Q1+Q2使电流减小，呈吸持状态。

实施例1

新老制动磁铁的对比，参见图2、6、7。

	老制动电磁铁参数	新制动电磁铁参数
			体积	65x65x140mm	50x50x85mm
机械行程	25mm	25mm
			工作行程	22mm	22mm
温升	≤100K	≤85K
			工作电压	AC 110V	AC 220V
开关	机械开关寿命低	电子开关寿命长
			激励电流	≤1.76A	≤1.5A
吸持电流	≤0.78A	≤0.08A
			吸持功率	39W	16W
牵引力	≥130N	≥130N
			吸持力	≥110N	≥110N
产品重量	4.3kg	1.4kg
			主体容积	591.5cm3	212.5cm3

通过以上参数的比较，利用新激励装置的制动电磁铁优点明显。最大的优势是电磁铁的体积是同等利用老激励装置电磁铁的1/2，温升又比其降低了20％，体积减少三分之二，总重量下降了三分之二，漆包线制成的线圈的重量从1200克降到260克，铜材使用减少了80％，电磁铁长期使用的功耗从原来的39W,降到16W，使用中保持力功耗的减小，减少了线圈发热，有利于省电、有利于电磁铁不发烫，克服了大功率制动电磁铁的使用局限性。

参见图6、7、8、9，结构上使用内置导杆后，控制线圈上电流转换，不再使用机械结构，而是使用电路来实现。这种结构工作稳定、时间控制精密、生产方便、失效率低、使用寿命长。

参见图11，是两种双线圈形式的示意图，本发明的制动磁铁由原来的单线圈改为双线圈结构，这是在现有技术的制动电磁铁中从没有使用过的。

实施例2

新制动电磁铁所产生的经济效应将使用户受益匪浅，将对用户、对整个工业应用行业都将提供卓越的贡献。

举例来说，新激励装置的控制方法也能马上应用到奥的斯升降机、扶梯的制动电磁铁的改造中。比如为奥的斯电梯研制开发的11D-F双推制动电磁铁，可以去掉原先的激励装置，加上新的激励装置以及控制方式，使体积、出力大幅度优化。

新激励装置的控制方法，也能马上应用到三菱扶梯制动电磁铁的改型优化应用当中。同理，为三菱开发研制的HD028型单推制动电磁铁，也将运用以上技术，为三菱公司进行设计改造，必定事半功倍。

新技术的推广，新激励装置控制方式、结构的改变，可以使相关产品的更新换代提供全新的台阶。专利申请成功之后，我们将首先在电梯行业推广，可应用于各种电梯制动器，包括迅达电梯、永大电梯、三菱电梯、西门子电梯等，未来还可将此技术应用到其他行业，比如汽车电磁铁、复印机电磁铁、真空截止阀、液压控制阀等等，可达到同样的效果。使我们在我国节能减排的大方针下进行有序的技术改造，做出我们的贡献。

Claims (5)

1.一种有关小型化制动电磁铁的激励装置，包括衔铁、线圈、底盖、导杆、激励装置和壳体，壳体内设有底盖，底盖上设有导杆，导杆与衔铁配合连接，衔铁外圈设有电磁铁绕组，其特征在于所述的电磁铁绕组采用多线圈串联或并联结构，激励装置内设有电子电路，所述的电子电路由集成电路整流器QZ的c端和d端分别连接电源一端，整流器QZ的b端接地，在整流器QZ的c端和d端分别并联电容C1和瞬变二极管Z1，整流器a端串联连接内阻R2、R3、R4、R5和二极管D2正极一端，二极管D2负极一端连接电容C2和电阻R10一端及集成检测电路IC1的VDD端，在电阻R5和二极管D2正极之间连接稳压二极管D1再接地，电容C2另一端接地，电阻R10另一端连接集成检测电路IC1的负端，并抽头一线连接稳压二极管D5再接地，在整流器a端和电阻R2一端抽头一线串联连接线圈Q1和Q2，线圈Q2另一端接地，在线圈Q1的两端接有二极管D6，在线圈Q1和Q2之间抽头一线连接二极管D6正极和场效应管T1的漏极D，T1源极S接地，T1栅极G连接电阻R11一端，电阻R11另一端分别连接电阻R12一端和集成检测电路IC1的OUT端，电阻R12另一端连接集成检测电路IC1的正端，并抽头一线连接电阻R9一端，电阻R8一端与集成检测电路IC1的另一OUT端相连，电阻R8另一端与电容C4相连，并抽头一线与电阻R9另一端相连，电容C4另一端接地，在集成检测电路IC1的VDD端抽头一线连接电容C3一端，电容C3另一端分别连接二极管D4正极、二极管D3负极和电阻R6一端，电阻R6另一端和二极管D3正极接地，二极管D4负极分别连接电阻R7一端和集成检测电路IC1的另一正端，电阻R7另一端接地。

2.如权利要求1所述的一种有关小型化制动电磁铁的激励装置，其特征在于该激励装置利用电子电路组成的开关结构，初始阶段在多线圈串联或并联结构电磁铁绕组中的一个线圈通过最高200V的直流电压，所产生的牵引力远超于最小牵引力的技术要求；电子线路控制在不超过300ms的时间内改变开关量信号，使线圈组合改变工作状态，此时流过的电流只是初始工作电流的1/20，而吸持力在最大温升条件下，仍满足最低吸持力的要求。

3.如权利要求1所述的一种有关小型化制动电磁铁的激励装置，其特征在于衔铁一端开设有凹槽，导杆一端通过轴承插入衔铁凹槽内，形成内置导杆引导结构。

4.如权利要求1所述的一种有关小型化制动电磁铁的激励装置，其特征在于小型化的制动电磁铁的电源直接使用220V工业用电。

5.如权利要求1所述的一种有关小型化制动电磁铁的激励装置，其特征在于激励装置安装在壳体底部或侧面。