JP2017527506A - 電気永久磁石を有するリフター - Google Patents

Abstract

電気永久磁石を有するリフターは、遮熱材（９）が提供される板（１０）によって、底部で閉鎖される外部軸受構造（２、３）と、それぞれの極（１）の下で固定され、該底板（１０）から突出する極片（５）と、を備え、電機永久磁石のそれぞれは、該極（１）のうちの１つの上部に配置される可逆性磁石（６）と、極（１）の側面に沿って置かれる複数のブロックによって形成される固定分極磁石（７）と、可逆性磁石（６）の周囲に配置されて、電気パルスによって、可逆性磁石の分極の反転を生じさせる、コイル（８）と、で構成され、高さ１〜４ｍｍの気密空隙（１２）は、高温に耐える断熱材料の板（４）の介在を通して、各極片（５）とそれぞれの極（１）との間に形成され、各極（１）において、極自体よりサイズがわずかに小さい窓が提供され、極片（５）の上面及び／または極（１）の下面は、板（４）を位置付けるための座部として機能するのに適した外周凹部が提供される。

Description

本発明は、磁気リフターに関し、より具体的には、ビレット、ブルーム、スラブ、及び同様の鉄鋼製品等の最大６００〜６５０℃までの高温で強磁性材料を長い間でも安全に操作することが可能な電気永久磁石を有するリフターに関する。

磁気リフターは、利用される磁石のタイプに応じて、３つの種類、すなわち、永久磁石、電磁石、及び電気永久磁石に分類されることが既知であり、各タイプの磁石は、その独自の利点及び欠点を有する。

永久磁石を有するリフターは、ごくわずかな消費電力の利点及び確実に一定で、外部の供給源に依存しない発生した磁力の利点を有する。他方では、必要に応じて、磁力を増大させることが可能ではなく、重い荷重を昇降するための磁石は、非常にかさばる。さらに、荷重解放は、荷重の重さより小さい値まで磁力を低減させるのに十分な大きさの、リフターと荷重との間に空隙を生成するために相当な機械力の適用を必要とする。代替的に、磁石は、それらが、荷重から離れて、したがって、磁気引力を減少させるように、可動に作製される必要があるか、または補正コイルを提供して、特許文献１の場合のように、永久磁石によって発生する磁束と逆の磁束を荷重に一時的に発生させることが必要である。

反対に、電磁石を有するリフターにおいて、磁場を発生させる巻線を流れる電流を単に調整することによって、磁力を自由に変えることが可能である。しかしながら、たとえ非常に短い間だとしても、電源の何らかの故障は、磁力を直ちに打ち消し、したがって、荷重を解放させる。したがって、供給の継続性を確実にする安全システムが必須であることが明白である。

電気永久磁石をリフターは、固定分極永久磁石を、可逆性タイプの永久磁石、すなわち、電気パルスの印加を通して、分極が容易に反転される磁石と組み合わせることによって、上記の２つのタイプのリフターの主な欠点を克服することに成功する。固定及び可逆性の磁気質量の分極が、北南北南の直列となるとき、リフター内の磁束は、短絡し、したがって、リフターを操作不能にさせ、一方で、可逆性磁石の分極が反対にあるとき、すなわち、並列の北南南北にあるとき、磁束は、極片を通過して、移動する強磁性材料に分けられ、リフターを操作可能にする。したがって、可逆性磁石は、可逆性磁石と組み合わせられる従来の非可逆性永久磁石の流束も方向付け得る調整可能な磁束を発生させて、リフターが停止するときに２つの磁石を短絡させるか、またはリフターを起動させるために、それらを並列に配置する。

可逆性磁石を反転させるために、電気パルスだけでなく、継続的供給も必要とされるため、電磁石に影響を与える安全性の問題が防止される。同時に、永久磁石が使用されるにもかかわらず、いくつかの制限内で磁力を変えることが可能であり、荷重解放は、最小の消費電力で、かつ磁石を移動させるための複雑な構造なしで、容易に実行される。

仏国特許第２６１６００６号明細書 欧州特許第０９２９９０４号明細書

しかしながら、今日までに製造された電気永久磁石をリフターは、安全に昇降され得る材料の温度の面からは、著しい使用制限を有する。事実、可逆性磁石は、通常、約８００℃のキュリー点を有するアルミニウム−ニッケル−コバルト合金（Ａｌｎｉｃｏ）で作製され、一方で、固定分極磁石は、それぞれ約３１０℃及び４５０℃のキュリー点を有するネオジムまたはフェライトで作製される。これは、Ａｌｎｉｃｏ−ネオジムの電気永久磁石を有するリフターが、１５０〜２００℃以下の温度を有する強磁性材料を問題なく操作し、一方で、Ａｌｎｉｃｏ−フェライトの磁石を有するものは、最大３５０〜４００℃の材料を操作し得ることを意味する。

さらに、可逆性磁石の分極の反転を制御する整流コイルもまた、それらの独自の最大動作温度を有し、それによって、これらの３つの最大温度（コイル、固定、及び可逆性磁石）のうちの１つでも達成すると、リフターは、リフターの完全性、昇降の安全性、及び高温強磁性製品の輸送操作を確実にするために、静止されて、冷却しなければならない。

実際は、これは、約７７０℃のキュリー点を有するサマリウム‐コバルト合金の最良の固定分極磁石が提供されるリフターでさえ、６０％の動作サイクル（すなわち、６０％の確率で高温材料と接触し、４０％は接触しない）で、６００℃での強磁性材料を取り扱う約２時間の操作後に、静止されなければならない。実際に、この操作時間後、固定ＳｍＣｏ磁石の平均温度は、そのような材料の製造者によって推奨される温度の限界温度でもある、約３５０℃であり、可逆性Ａｌｎｉｃｏ磁石の温度は、３４０℃に達し、整流コイルは、温度限界にも近い１８０℃の平均温度を有する。

これはまた、従来のリフターにおいて、極片は、互いに完全に、すなわち、空隙なく接触する回路表面を有する極に固定されて、磁気回路漏洩を低減し、したがって、磁気抵抗を最小化するという事実にも依存する。しかしながら、この配置はまた、４００℃〜６５０℃の間で変動する温度を有する鉄鋼製品の昇降及び輸送に使用されるとき、リフトの内部に向かう熱の伝達も促進する。上述のように、この熱伝達は、その重要な構成要素において、すなわち、時系列で、固定磁石、可逆性磁石、及び整流コイルにおいて、比較的短時間で危険な温度につながるため、リフターの操作時間を相当に低減させる。

したがって、上記の欠点を克服する電気永久磁石を有するリフターを提供することが、本発明の目的である。そのような目的は、気密空隙が、極片と極との間に存在するため、極片が極と接触しない（すなわち、空隙がゼロではない）リフターによって達成されて、高温材料から上記の感熱性の重要な構成要素への熱の伝達を大きく、かつ保証された回数の間低減させる。他の有利な特徴は、従属特許請求の範囲に記載される。

したがって、このリフターの主な利点は、鉄鋼の高温領域において、８時間交代制勤務にわたって少なくとも操作性を保証することができるように、電気永久磁石を有する現在のリフターによって達せられ得るものよりかなり高い回数まで継続的に安全な動作範囲を著しく増加させることができることである。

本発明によるリフターの別の重要な利点は、その構造上の単純性によって提供され、これは、既存のリフターの性能向上に対しても信頼性が高く、適している。

本発明によるリフターのさらなる利点及び特徴は、添付の図面を参照して、以下の本発明の実施形態の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。

拡大詳細図とともに、昇降される荷重上にある本発明によるリフターの中央平面に沿った横方向断面図である。 図１のリフターの角の底面図の拡大詳細図である。

これらの図を参照して、従来通り、外部軸受構造、複数の電気永久磁石、及び調整及び制御回路を含む本発明による電気永久磁石を有するリフターが見られる。

軸受構造は、昇降手段（例えば、クレーン）への接続のための連結部が提供されるトップカバー２、２つの周壁３、及び昇降される高温強磁性材料によって放射される熱から磁石を保護するための遮熱材９が提供される下部閉鎖板１０から成る。該構造は、回路極１と、閉鎖板１０の下に突出し、ねじ１１を通して極１に固定される、昇降される荷重と接触するように意図される極片５と同様に、磁気回路の磁気抵抗を最小化させるために、高磁性伝導材料、典型的には、炭素軟鋼で明らかに作製される。

電気永久磁石のそれぞれは、極１の上部に、接触して配置される可逆性磁石６、及び該極１の側面に沿って置かれる複数のブロックによって形成される固定分極磁石７を含む。可逆性磁石６の周囲に、その分極の反転を制御する整流コイル８が配置されて、北−南−北−南の直列の極を有する図１に例示される操作不能のリフターの状態と、並列の北−南−南−北の極を有する操作可能のリフターの状態の間を整流する。

調整及び制御回路は、好ましくは、特許文献２に記載されるタイプのデバイスを含む。要するに、該デバイスは、可逆性磁石６を通過する磁束のみを実質的に測定するために、極性ごとに、極１に基部の近くに配置される第１の磁気センサー及び固定磁石７と可逆性磁石６との間に配置される第２の磁気センサー、ならびに該磁気センサー（図示せず）によって伝送された信号を処理し、可逆性磁石６の磁化曲線上でリフターの動作点を得るための制御ユニットを含む。

上記のデバイスは、磁気質量６、７の可逆性損失及びリフターの強磁性回路の、特に、昇降される高温材料の透磁率の減少の和が、ＥＮ １３１５５基準（または他の国で適用される別の同様の基準）に従って、リフターが、昇降安全係数を達成することを依然として可能にするかを確認することによって、荷重昇降及び輸送操作中の絶対的な安全性を保証する。

そのようなデバイスは、好ましくは、アルミニウムストリップまたは銅ストリップで作製されるコイル８の効率も監視して、それらの容積を最小化し、ジュール効果に起因する放熱を最適化する。材料の高温の重要な動作条件を考慮すると、定電流装置を使用することが好ましいが、コイル８は、電流が一定または電圧が一定のいずれかである反転パルスを用いて正確に操作し得るように設計される。

調整及び制御回路はまた、リフターの種々の重要な構成要素の内側に延在する熱プローブ（図示せず）の信号も利用して、操作を安全に行うことが可能であることを確認する。

ここで本発明のリフターの特定の新規態様を参照すると、出願人は、本発明のリフターが意図される特定の用途に対して、回路の磁気抵抗の増加及び磁気回路漏洩の増加を意味するとしても、極片５を極１と接触させず、小さい空隙を空けることが有利であることが分かった。この根深い技術的不利益を克服するために、出願人は、磁気抵抗の増加に起因する不利点が、従来のリフターの同一の荷重で、ただし、数時間後に静止させて、冷却させる必要なく、より長い時間の間リフターを操作させることを可能にする、空隙の熱の伝達の低減によって実質的に相殺されることを、動作温度で最大６００〜６５０℃までの高温で強磁性材料を操作するようにリフターに要求した試験を通して検証している。

より具体的には、６０％の動作サイクルで、６００℃で強磁性材料を移動させる、サマリウム‐コバルト合金の固定分極磁石を備えた従来のリフターの上記の例に戻ると、２時間の操作後、その最大強度の昇降は、操作の開始時の２０℃での１００％と比較して、４４％まで低減した。さらに、重要な要素によって到達される温度は、静止されて、冷却しなければならないリフターを安全に使用し続けることを妨げる。

同一の動作条件に直面し、高さ２ｍｍの気密間隙が提供される、本発明によるリフターは、最初に、２０℃で最大の力で開始し、空隙に起因して８２％まで低減されるが、２時間の操作後、４３％の力を依然として保持する。これは、２ｍｍの空隙にもかかわらず、気密空隙の存在のおかげで、２時間の操作後の磁気質量の加熱に起因する損失の低減は、２つのリフターの力の間の差を、最初の１８％に対して１％まで制限することを意味する（ＥＮ １３１５５の３の安全係数を考慮に入れると、この差は、実際は、それぞれ０，３３％及び６％である）。

しかしながら、本発明のリフターは、従来のリフターとは対照的に、リフターが、約３８％の力を依然として保持することができるように、１６〜１８時間の操作後でさえも限界値に達していない重要な要素の温度増加を示す以下の表によって示されるように、依然として安全に操作することができる。

添付の図面は、極片５と極１との間に、例えば、Ｐａｍｉｔｈｅｒｍとして商業的に既知であり、シリコーン樹脂によって連結される白雲母のシートから成る積層材料等の高温に耐える断熱材料の板４を挿入することによって、気密空隙が得られる、本発明の好ましい実施形態または最良の様式を示す。各極１に対応して、板４内に、極自体よりわずかに小さいサイズの四角形の窓が形成されているが、一方で、極片５の上面及び／または極１の下面において、例えば、板４を位置付けるための座部を形成する、幅７〜１２ｍｍ及び高さ３〜６ｍｍの外周凹部が得られた。

その後、磁極１、極片５、及び板４は、少なくとも１５０℃の温度まで上げられて、水分のあらゆる存在を除去し、極片５の取付ねじ１１は、このように形成される空隙１２の気密封止のためのガスケットとして機能するように、板４を適切に圧縮するように締められる。温度及び動作時間によって、好ましくは、高さ１〜３ｍｍであるこれらの空隙１２は、約λ＝０，０２６Ｗ×ｍ^−１×Ｋ^−１である乾燥空気の極めて低い熱伝導率のおかげで、最大６５０℃の温度で昇降される材料から受ける熱の伝達を大きく低減させる。

板４が構成される材料は、４５０℃〜８００℃で動作し得、圧縮≧３００ＭＰａに対する抵抗性及び非常に低い熱伝導率λ＝０，１８Ｗ×ｍ^−１×Ｋ^−１（ただし、最大０，３２Ｗ×ｍ^−１×Ｋ^−１までのλを有する材料が適している）を有する。上記の表の温度値は、これらのパラメータを有する板４を備える好ましい実施形態によるリフターを使用して得られた。

磁極１の典型的なサイズには、好ましくは、幅２００〜３５０ｍｍ及び長さ８００〜１４００ｍｍが含まれ、例示された実施形態において、極片５と極１との間で圧縮される板４の一部は、低減された面積であるが、気密空隙１２の乾燥空気より約７倍高い熱伝導率を有するため、より容易に熱を伝達する、幅１０ｍｍ及び高さ５ｍｍの枠を形成する。この熱量を最小化するため、断熱材料の板４の下の極片５の間にヒートシンク１３を設置することが好ましく、各ヒートシンク１３は、２つの隣接する極片５の対向する側壁に沿って延在する一対の縦方向要素の間に配置される複数の横方向要素によって形成される。サイズが半分のヒートシンク１３’もまた、最外側の極片５の外側の側壁上に配置されて、熱放散のおいて最大効率を達成し、ヒートシンク１３、１３’は、熱伝導率係数が、λ＝３９０Ｗ×ｍ^−１×Ｋ^−１である銅で好ましくは作製されることに留意されたい。

したがって、このように製造され、操作される電気永久磁石を有するリフターは、６００〜６５０℃の温度でビレット、ブルーム、スラブ等の材料を長時間安全に移動させることが可能であり、したがって、鉄鋼における該製品の熱間圧延ラインの出口に位置付けられる冷却板の放出動作サイクルに適している。

本発明によるリフターの上述及び例示された実施形態は、種々の変更が可能である単なる例であることが明らかである。特に、磁気極性の正確な数、形状、及び配置は、例えば、本発明の実施形態に例示された２つの磁気双極子ではなく、単一の磁気双極子または３つ以上の磁気双極子を有するリフターに提供することによって、特定の用途によって異なり得る。

さらに、空隙１２は、極片５及び極１との間に、特定の座部内に収容される、適した材料及び適切な高さのガスケットを配置することによって、他の方法で得られ得る。

Claims (10)

1. 電気永久磁石を有するリフターであって、
   遮熱材（９）を備える板（１０）によって底部で閉鎖された外部軸受構造（２、３）と、前記電気永久磁石のそれぞれの回路極（１）の底部で固定され、前記底板（１０）から突出している極片（５）とを備え、
   前記極片（５）のそれぞれと、前記極片が固定された前記それぞれの極（１）との間に、気密空隙（１２）をさらに含むことを特徴とする、リフター。
2. 前記空隙（１２）の高さは、１〜４ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のリフター。
3. 前記気密空隙（１２）は、前記極片（５）と前記極（１）との間に配置され、且つ、各極（１）において前記極自体よりサイズがわずかに小さい窓を備える、高温に耐える断熱材料の板（４）内に形成され、前記極片（５）の上面及び／又は前記極（１）の下面に、断熱材料の前記板（４）を位置付けるための座部として機能することに適した外周凹部が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のリフター。
4. 前記断熱板（４）を形成している前記材料は、４５０℃〜８００℃の間で動作することに適し、３００ＭＰａ以上の圧縮抵抗及び０，１８〜０，３２Ｗ×ｍ^−１×Ｋ^−１の間の熱伝導率を有することを特徴とする、請求項３に記載のリフター。
5. 前記断熱板（４）を形成している前記材料は、シリコーン樹脂を通して結合された白雲母シートから形成された積層材料であることを特徴とする、請求項４に記載のリフター。
6. 前記外周凹部は、幅７〜１２ｍｍ、高さ３〜６ｍｍ、好ましくは、幅１０ｍｍ、高さ５ｍｍである、請求項３〜５のいずれか１項に記載のリフター。
7. 断熱材料の前記板（４）の下の前記極片（５）の間に配置されている、好ましくは銅のヒートシンク（１３）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリフター。
8. 各ヒートシンク（１３）は、２つの隣接する極片（５）の対向する側壁に沿って延在する一対の縦方向要素の間に配置されている、複数の横方向要素から形成されていることを特徴とする、請求項７に記載のリフター。
9. 熱プローブを備える調整及び制御回路を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のリフター。
10. 水分のあらゆる痕跡を除去するために、前記回路極（１）、前記極片（５）、及び断熱材料の前記板（４）が、少なくとも１５０℃の温度において取得され、
    前記板（４）を圧縮して前記空隙（１２）の気密性のためのガスケットとして機能させるように充分に締められた取付ねじ（１１）をよって、前記極片（５）が前記極（１）上に固定されることを特徴とする、請求項３〜９のいずれか１項に記載の電気永久磁石を有するリフターを製造する方法。