CN115050536B - 一种双稳态电磁铁 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双稳态电磁铁，包括：外壳、轭铁、永磁铁、线圈和衔铁；所述永磁铁、所述线圈分别与所述外壳粘贴,所述轭铁与所述永磁铁粘贴，所述衔铁位于所述双稳态电磁铁的中心位置。所述双稳态电磁铁还包括：耦合材料，所述耦合材料嵌入所述轭铁中。本发明减小电磁铁的工作电流，以极小的电流达到市面上电磁铁大电流的相同效果，有效降低了使用过程中的能耗。以更小的能耗实现同等电磁铁功能。

Description

一种双稳态电磁铁
技术领域
本发明属于电磁铁技术领域，尤其涉及一种双稳态电磁铁。
背景技术
双稳态(双保持)电磁铁是指电磁铁断电后能在两个极限位置保持其位置的电磁铁，一般由外壳、轭铁、线圈、永磁铁和衔铁组成。
如图1所示，当线圈中没有电流通过时，衔铁有上下两个稳定的平衡位置。当衔铁处于下极限位置时，下磁路的磁阻很小而上磁路的磁阻很大，因此下部衔铁受到的磁力比上部大，衔铁被牢固地吸持在下极限位置。
当线圈中通入图2所示方向电流时，电流产生的电磁磁通与永磁铁产生的永磁磁通叠加。由于上下两组永磁磁铁的极性相反，它们在上下工作气隙产生的磁通方向是相反的，叠加电磁磁通后，上部气隙磁通增加，下部气隙磁通减小。当电流增加到一定值时，衔铁所受的合力将使衔铁向上运动。到达上极限位置后，线圈断电，上磁路的磁阻很小而下磁路的磁阻很大，因此上部衔铁受到的磁力比下部大，衔铁被牢固地吸持在上极限位置。
该方案存在线圈通电后初始力小的问题。原因是由于线圈通电时，下部气隙永磁磁通削弱了线圈所产生电磁磁通的作用，即通入的大电流必须要先抵消下部永磁铁产生的永磁磁通，造成线圈电流增加而初始力却无法上升，系统耗能大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种双稳态电磁铁，减小了电磁铁的工作电流，以极小的电流便可达到市面上大电流电磁铁的相同效果，降低使用能耗。
为实现上述目的，本发明提供了一种双稳态电磁铁，包括：
外壳、轭铁、永磁铁、线圈和衔铁；
所述永磁铁、所述线圈分别与所述外壳粘贴,所述轭铁与所述永磁铁粘贴，所述衔铁位于所述双稳态电磁铁的中心位置。
可选地，所述双稳态电磁铁还包括：耦合材料，所述耦合材料嵌入所述轭铁中。
可选地，所述耦合材料为压电材料。
可选地，所述轭铁为柔性铰链。
可选地，所述耦合材料为压磁耦合材料。
可选地，所述耦合材料为磁电耦合材料。
可选地，所述双稳态电磁铁还包括：线缆通过孔，所述线缆通过孔用于与外界相连通电。
可选地，所述永磁铁外壳为不锈钢材料，所述轭铁和所述衔铁为导磁材料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明减小电磁铁的工作电流，以极小的电流达到市面上电磁铁大电流的相同效果，有效降低了使用过程中的能耗。以更小的能耗实现同等电磁铁功能。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中双稳态电磁铁线圈断电状态结构示意图；
图2为现有技术中双稳态电磁铁线圈通电状态结构示意图；
图3为本发明实施例一的嵌入磁电耦合材料的双稳态电磁铁线圈断电状态结构示意图；
图4为本发明实施例一的嵌入磁电耦合材料的双稳态电磁铁线圈通电状态结构示意图；
图5为本发明实施例二的嵌入压磁耦合材料的双稳态电磁铁线圈断电状态结构示意图；
图6为本发明实施例二的嵌入压磁耦合材料的双稳态电磁铁线圈通电状态结构示意图；
图7为本发明实施例三的嵌入压电材料的双稳态电磁铁线圈断电状态结构示意图；
图8为本发明实施例三的嵌入压电材料的双稳态电磁铁线圈通电状态结构示意图。
附图说明：1-外壳；2-轭铁；3-永磁铁；4-衔铁；5-线圈；6-耦合材料；7-线缆通过孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明提供了一种双稳态电磁铁，包括：外壳1、轭铁2、永磁铁3、衔铁4和线圈5；
所述永磁铁3、所述线圈5分别与所述外壳1粘贴,所述轭铁2与所述永磁铁3粘贴，所述衔铁4位于所述双稳态电磁铁的中心位置。
所述双稳态电磁铁还包括：耦合材料6，所述耦合材料6嵌入所述轭铁中。
实施例一
如图3所示，本实施例提供一种应用磁电耦合材料的双稳态电磁铁，本实施例在轭铁2中嵌入一段磁电耦合材料。该材料的磁阻受电场控制。无电场时磁阻低，加入电场后磁阻高。由于磁电耦合材料是由电场而非电流调控磁场，因而耗能低。
整体结构包含外壳1，磁电耦合材料，永磁铁3，衔铁4，线圈5，其中外壳1为不锈钢材料，永磁铁3外壳为不锈钢材料，轭铁2和衔铁4为导磁材料，磁电耦合材料与外壳1相互黏合，永磁铁3与外壳1黏贴在一起，线圈5与外壳1的窄边粘贴在一起。
本实施例实施方案：衔铁4在下部极限位置时，给下部磁电耦合材料通直流电以增加该材料的磁阻，进而减小衔铁4下部气隙中的磁通。此时为线圈通入如图4所示的电流，则仅需比传统方案小的电流即可使衔铁4获得足够的向上运动的力。当衔铁4到达上部极限位置时，给磁电耦合材料和线圈5断电，则衔铁4在上部永磁铁3的作用下维持在上极限位置。
本实施例实施效果：在磁路中嵌入磁电耦合材料，减小电磁铁的工作电流，以极小的电流达到市面上电磁铁大电流的相同效果，有效降低了使用过程中的能耗。
实施例二
如图5所示，本实施例提供一种应用压磁耦合材料的双稳态电磁铁，本实施例在轭铁中嵌入一段压磁耦合材料。该材料的磁阻受机械应力控制。
本实施例的电磁铁可根据需求设计成圆柱体或方体，壳体材料为不锈钢，壳体大小也可根据需求进行选择。线圈通过强力胶黏贴在外部壳体。整体结构包括外壳1，轭铁2，永磁铁3，衔铁4，线圈5。永磁铁3外壳为不锈钢材料，轭铁2和衔铁4为导磁材料。所述永磁铁3与压电耦合材料和外壳1通过过盈配合在一起。所述线圈5与外壳1通过黏贴在一起。所有线缆通过线缆通过孔7穿过进行通电。
无机械应力时磁阻低，有机械应力后磁阻高。所需的机械应力可由压电材料通电后施加。由于压电材料是电场而非电流控制材料，因而耗能低。
本实施例实施方案：衔铁4在下部极限位置时，给下部压磁耦合材料通直流电以产生应力，该应力施加到压磁耦合材料上增加该材料的磁阻，进而减小衔铁4下部气隙中的磁通。此时为线圈5通入如图6所示的电流，则仅需比传统方案小的电流即可使衔铁4获得足够的向上运动的力。当衔铁4到达上部极限位置时，给压磁耦合材料和线圈5断电，则衔铁4在上部永磁铁3的作用下维持在上极限位置。
本实施例实施效果：在磁路中嵌入压磁耦合材料，利用压电材料的通断电来改变压磁材料的磁阻，有效减小整体电流输入，降低了使用过程当中的能耗。以更小的能耗实现同等电磁铁功能。
实施例三
如图7所示，本实施例提供一种应用压电材料的双稳态电磁铁，本实施例在轭铁2远端连接压电材料作为耦合材料6，压电材料通电后产生的应力会将轭铁2与永磁铁3分离一小段距离，进而增加该部分磁阻，减小永磁铁3在衔铁4气隙中产生的磁通。由于压电材料由电场控制，因而耗能低。同时，将轭铁2的一部分制作为柔性铰链，它有利于轭铁2在压电材料的推动下加大与永磁铁3间的间隙。
整体包含外壳1，轭铁2，永磁铁3，衔铁4，线圈5。所述外壳1为不锈钢材料，永磁铁3外壳为不锈钢材料，轭铁2和衔铁4为导磁材料，所述轭铁2制作为柔性铰链并与外壳1通过黏贴在一起，所述压电材料3与柔性铰链通过过盈配合镶嵌在一起，所述线圈5与外壳1黏贴在一起。放大处为柔性铰链的铰链。所有线缆通过过孔7与外界相连通电。
本实施例实施方案：衔铁4在下部极限位置时，给下部压电材料通直流电以产生应力，该应力施加到轭铁2上会使轭铁2与永磁铁3间产生一段气隙，从而增加下部永磁铁3磁路的磁阻，进而减小衔铁4下部气隙中的磁通。此时为线圈5通入如图8所示的电流，则仅需比传统方案小的电流即可使衔铁4获得足够的向上运动的力。当衔铁4到达上部极限位置时，给压电材料和线圈5断电，轭铁2在弹性力的作用下回复原位，衔铁4在上部永磁铁3的作用下维持在上极限位置。
本实施例实施效果：在轭铁2端部加入压电材料，利用压电材料的通断电来改变磁路的磁阻。在轭铁2中制作柔性铰链，增加磁阻的变化范围。减小电磁铁的工作电流，以极小的电流便可达到市面上大电流电磁铁的相同效果，降低使用能耗。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种双稳态电磁铁，其特征在于，包括：外壳、轭铁、永磁铁、线圈和衔铁；
所述永磁铁、所述线圈分别与所述外壳粘贴,所述轭铁与所述永磁铁粘贴，所述衔铁位于所述双稳态电磁铁的中心位置；
在轭铁远端连接压电材料作为耦合材料，压电材料通电后产生的应力将轭铁与永磁铁分离一小段距离，进而增加磁阻，减小永磁铁在衔铁气隙中产生的磁通；同时，将轭铁的一部分制作为柔性铰链，使轭铁在压电材料的推动下加大与永磁铁间的间隙；
整体包含外壳，轭铁，永磁铁，衔铁，线圈；所述外壳为不锈钢材料，永磁铁外壳为不锈钢材料，轭铁和衔铁为导磁材料，所述轭铁制作为柔性铰链并与外壳通过黏贴在一起，所述压电材料与柔性铰链通过过盈配合镶嵌在一起，所述线圈与外壳黏贴在一起；
应用压电材料的双稳态电磁铁的实施过程为：衔铁在下部极限位置时，给下部压电材料通直流电以产生应力，将所述应力施加到轭铁上会使轭铁与永磁铁间产生一段气隙，从而增加下部永磁铁磁路的磁阻，进而减小衔铁下部气隙中的磁通；为线圈通入电流，当衔铁到达上部极限位置时，给压电材料和线圈断电，轭铁在弹性力的作用下回复原位，衔铁在上部永磁铁的作用下维持在上极限位置。
2.根据权利要求1任一项所述的双稳态电磁铁，其特征在于，所述双稳态电磁铁还包括：线缆通过孔，所述线缆通过孔用于与外界相连通电。
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04229085A (ja) * 1990-02-23 1992-08-18 Toshiba Corp 磁歪式アクチュエータ
US5216316A (en) * 1989-12-18 1993-06-01 Ralph Ipcinski Piezo electric transducer
EP0590179A1 (en) * 1992-09-29 1994-04-06 Pacesetter AB Magnet position detector
JPH09293610A (ja) * 1996-04-26 1997-11-11 Matsushita Electric Works Ltd 電磁石装置
JP2005257477A (ja) * 2004-03-11 2005-09-22 Toyota Industries Corp 磁気センサ
CN101476632A (zh) * 2008-01-03 2009-07-08 富良 增力式电磁安全阀
CN201549300U (zh) * 2009-11-12 2010-08-11 易军 组合式有中心通孔的高速电磁铁铁芯
CN101984504A (zh) * 2010-09-06 2011-03-09 厦门宏发电力电器有限公司 一种具有双柔性推动连接的磁保持继电器
CN102832082A (zh) * 2011-06-15 2012-12-19 西门子公司 一种执行机构和包括该执行机构的断路器及其操作方法
CN103500688A (zh) * 2013-09-27 2014-01-08 哈尔滨工业大学 一种含永磁电磁结构
WO2014108190A1 (de) * 2013-01-10 2014-07-17 Hochschule für Gestaltung Schwäbisch-Gmünd Aktuator und verwendung eines aktuators
US10236109B1 (en) * 2017-10-17 2019-03-19 Glen A Robertson Magnetic spring assembly for mass dampers

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI254356B (en) * 2002-11-29 2006-05-01 Asml Netherlands Bv Magnetic actuator under piezoelectric control
WO2004078367A1 (en) * 2003-03-03 2004-09-16 Adaptive Materials Technology Oy A damping and actuating apparatus comprising magnetostrictive material, a vibration dampening device and use of said apparatus
JP6994429B2 (ja) * 2018-04-27 2022-01-14 リオン株式会社 電気機械変換器及び電気音響変換器

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5216316A (en) * 1989-12-18 1993-06-01 Ralph Ipcinski Piezo electric transducer
JPH04229085A (ja) * 1990-02-23 1992-08-18 Toshiba Corp 磁歪式アクチュエータ
EP0590179A1 (en) * 1992-09-29 1994-04-06 Pacesetter AB Magnet position detector
JPH09293610A (ja) * 1996-04-26 1997-11-11 Matsushita Electric Works Ltd 電磁石装置
JP2005257477A (ja) * 2004-03-11 2005-09-22 Toyota Industries Corp 磁気センサ
CN101476632A (zh) * 2008-01-03 2009-07-08 富良 增力式电磁安全阀
CN201549300U (zh) * 2009-11-12 2010-08-11 易军 组合式有中心通孔的高速电磁铁铁芯
CN101984504A (zh) * 2010-09-06 2011-03-09 厦门宏发电力电器有限公司 一种具有双柔性推动连接的磁保持继电器
CN102832082A (zh) * 2011-06-15 2012-12-19 西门子公司 一种执行机构和包括该执行机构的断路器及其操作方法
WO2014108190A1 (de) * 2013-01-10 2014-07-17 Hochschule für Gestaltung Schwäbisch-Gmünd Aktuator und verwendung eines aktuators
CN103500688A (zh) * 2013-09-27 2014-01-08 哈尔滨工业大学 一种含永磁电磁结构
US10236109B1 (en) * 2017-10-17 2019-03-19 Glen A Robertson Magnetic spring assembly for mass dampers

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