NO300439B1 - Fremgangsmåte og anordning for å detektere full magnetisering av elektro-permanent-magneter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å detektere full magnetisering av elektro-permanent-magneter i samsvar med ingressen til det etterfølgende krav 1 samt en anordning ved elektro-permanentmagneter ifølge ingressen til krav 4.

Elektro-permanent-magneter benyttes i første rekke som løftemagneter for å løfte gjenstander av magnetisk ledende materiale, såsom for eksempel borerør i oljeindustrien. Elektro-permanent-magnetene innehar en stor fordel fremfor vanlige elektromagneter. Mens vanlige elektromagneter må tilføres strøm under hele løftet, trenger elektro-permanent-magnetene kun å tilføres strøm ved start og slutt av løftet.

Strømmen brukes kun for å aktivere og deaktivere elektro-permanent-magneten, mens en permanentmagnet i elektro-permanent-magneten sørger for å holde elektro-permanent-magneten magnetisk tiltrekkende under selve løftet.

Før løftet innledes føres det derfor en strømpuls gjennom en eller flere spoler i magneten. Strømpulsen induserer en flukstetthet i spolens kjerne som gir en permanent magnetisering av denne. Etter at strømpulsen opphører opprett-holdes dette magnetfeltet. Hvor sterkt magnetfeltet blir er blant annet avhengig av hvor mye flukstetthet som induseres i kjernen.

Ved løfting av tunge gjenstander er det svært viktig å oppnå tilstrekkelig flukstetthet og dermed tilstrekkelig løfte-kapasitet. Det sterkeste magnetfeltet og dermed den største løftekraften, oppnår man når spolens kjerne går i metning.

Den magnetisk ledende gjenstanden som skal løftes er en del

av den magnetiske kretsen når magnetiseringen av elektro-permanent-magneten pågår. Dersom det oppstår et luftgap mellom elektro-permanent-magneten og gjenstanden som skal løftes, vil dette luftgapet også bli en del av den magnetiske kretsen. Dette luftgapet forårsaker en spredning av det

magnetiske feltet. Hele magnetfeltet vil derfor ikke lenger gå gjennom gjenstanden som skal løftes.

Luftgapet bidrar også til den totale reluktansen for systemet av elektro-permanent-magnet og gjenstanden som skal løftes. Dersom den totale reluktansen blir for stor, vil dette føre til at man ikke er i stand til å oppnå metning og elektro-permanent-magneten vil ikke kunne oppnå sin maksimale løftekapasitet. Dette kan resultere i at gjenstanden som skal løftes ikke løftes med tilstrekkelig innebygget sikkerhet slik at den vil kunne løsne under løftet dersom det oppstår forstyrrelser i løftet, såsom vindkast, vibrasjoner i løfteutstyret, fysiske hindringer som det støtes bort i eller 1ignende.

Det er derfor ønskelig å unngå slike situasjoner og sikre at elektro-permanent-magneten magnetiseres maksimalt før løftingen innledes.

Fra GB-1.181.649 er det kjent en anordning for å detektere kontakt mellom magnet og gjenstand som skal løftes, der det sentralt på magneten er plassert et stempel som ved kontakt med gjenstanden som skal løftes presses inn og slutter en elektrisk krets som bevirker magnetisering av magneten.

Denne sensorinnretningen er svært upålitelig, da stempelet vil kunne presses inn og slutte kretsen og derved gi signal om kontakt med gjenstanden som skal løftes selv om det eksisterer små luftgap mellom magneten og gjenstanden. Selv slike små luftgap vil kunne føre til en dårlig magnetisering av magneten. Dessuten er det svært kostbart å utstyr.e magneten med et slikt kontaktstempel.

DE-1.901.611 beskriver en løftemagnet med en innebygget vekselstrømsmagnet ved løftemagnetens underside. Når løf temagneten ikke er i kontakt med gjenstanden som skal løftes vil vekselstrømsmagneten være åpen. Når løfte-magneten kommer i kontakt med gjenstanden lukkes veksel-strømsmagneten og det flyter en magnetisk fluks gjennom denne. Dette gir et signal om kontakt med gjenstanden.

En slik anordning for å detektere kontakt mellom magnet og gjenstand medfører fordyrende utstyring av magneten, ved at det for det første må utformes en utsparing på undersiden av løftemagneten for plassering av vekselstrømsmagneten. Dessuten må det legges egne signalledninger helt inn til førerkabinen fra vekselstrømsmagneten. Løftemagneten kan dessuten ikke benyttes dersom ikke gjenstanden er utformet slik at den til enhver tid vil komme i kontakt med veksel-strømsmagneten. I publikasjonen er det vist løfting av et lokk ved hjelp av denne løftemagneten. Den samme løfte-magneten kan imidlertid ikke benyttes for å løfte et rør, da det er svært lite sannsynlig at man vil kunne plassere løfte-magneten på røret slik at vekselstrømsmagneten kommer i kontakt med dette.

I DE-3.212.465 er det vist en løftemagnet med innebyggede sensorspoler som ved induksjon av et magnetfelt "måler" avstanden til gjenstanden som skal løftes, i forskjellige retninger. Denne anordningen er liksom den ovenfor nevnte svært kostbar å fremstille, da det må innbygges sensorspoler i løftemagneten ved produksjon av denne. Fra sensorspolene må det videre gå signalledninger til førerkabinen. Spolene gir dessuten kun beskjed om avstanden til gjenstanden. Dette er kun et indirekte mål på om det er god kontakt mellom løftemagnet og gjenstand, og det vil kunne tenkes tilfeller der målespolene registrerer tett nærhet med gjenstanden, men der det faktisk likevel vil være et luftgap som faller innenfor målespolenes toleranseområde.

Det er et formål ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for å detektere full magnetisering av elektro-permanent-magneter der det ikke er nødvendig å utstyre selve løftemagnethodet med tilleggsutstyr, såsom sensorinnretninger eller lignende som krever separat signal-ledningstilførsel. Det søkes også å tilveiebringe en fremgangsmåte for å detektere full magnetisering som gir en indikasjon på at det virkelig har funnet sted full magnetisering. Dette tilveiebringes ved de kjennetegnende trekk ifølge krav 1.

Oppfinnelsen omhandler også en anordning ved elektro-permanent-magneter ifølge krav 4.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, der figurene viser:

Figur 1 en skjematisk elektro-permanent-magnet,

figur 2 et prinsipielt styresystem for elektro-permanent-magneten ,

figur 3 strømkurve ved aktivering av elektro-permanent-magneten i luft,

figur 4 strømkurve ved aktivering av elektro-permanent-magneten i nærheten av et magnetisk materiale, men med en liten luftspalte,

figur 5 strømkurve ved aktivering av elektro-permanent-magneten ved god kontakt med et magnetisk materiale, og figur 6 flytdiagram for deteksjonen av full magnetisering.

Figur 1 viser en elektro-permanent-magnet 1 bestående av en spole 2 som omgir en magnetisk ledende kjerne 3 og en permanent magnet 4 med nordpol N og sydpol S. Kjernen 3 og permanentmagneten 4 er forbundet ved sine ender med magnetisk ledende ben 5. Bena 5 står under løfting i kontakt med gjenstanden som skal løftes, her antydet som et rør 6.

Når det påføres en strøm gjennom spolen 2 induseres en magnetisk fluks i kjernen 3. Dersom strømmen er rettet slik at kjernen 3 får en magnetisk fluks med sydpol og nordpol på samme side som permanentmagneten 4 vil magnetfeltene forsterke hverandre og løftemagneten vil kunne løfte en metallisk gjenstand. Dersom kjernens 3 nordpol og sydpol er motsatt rettet av permanent-magnetens 4 nordpol og sydpol, vil de to magnetfeltene oppheve hverandre, forutsatt at de er like store, og løf temagneten vil ikke være i stand til å løfte noen gjenstand.

Når løftemagneten i utgangstilstand senkes ned mot en gjenstand 6 som skal løftes er kjernens 3 poler og permanent-magnetens 4 poler motsatt rettede. Når løftemagneten kommer i fysisk kontakt med gjenstanden 6 påsettes det en strøm gjennom spolen 2. Strømmen er rettet slik at kjernens 3 poler skifter side. Under denne magnetiseringen vil feltet, dersom det er god kontakt mellom løftemagneten 1 og gjenstanden 6, gå gjennom gjenstanden 6 og sikre maksimal løftekraft for løftemagneten.

Dersom det oppstår et luftgap mellom gjenstanden 6 og ett eller hegge bena 5, vil fluksen ha en tendens til å spre seg i luftgapet og luftgapet vil dessuten bidra til økt reluktans i systemet. Selv om det senere oppnås god kontakt mellom gjenstanden 6 og løftemagneten 1, vil likevel magnetfeltet være skadelidende på grunn av luftgapet. Løftemagneten vil således ikke være i stand til å fastholde like tunge gjenstander som ved maksimal magnetisering. Selv om løftemagneten skulle være istand til å fastholde gjenstanden, vil man ikke vite hvor stor sikkerhetsmargin man har, og det kan, uten at man vet det, foreligge stor fare for at gjenstanden faller ned.

Det er funnet at ved full magnetisering av løftemagneten oppstår det en liten økning i strømmens tidsderiverte i det øyeblikk magneten 1 går i metning. Denne økningen av den

tidsderiverte ses på figur 5 i form av et svakt knekkpunkt 7

på strømkurven 8, som viser strøm som funksjon av tid under magnetiseringen av to elektro-permanent-magneter. Løfte-magnetene er like, derfor er også strømkurvene like. Dette gjelder også for kurvene ifølge figurene 3 og 4.

I strømkurvene ifølge figurene 3 og 4 fremtrer det ikke noe slikt knekkpunkt da det her ikke er god kontakt mellom løfte-magneten 1 og gjenstanden 6 som skal løftes. Knekkpunktet 7 oppstår fordi spolekjernens 3 relative permeabilitet, som før metning er betydelig større enn 1, synker til tilnærmet lik 1 etter metning. En permeabilitet på 1 tilsvarer luftens permeabilitet. Dette resulterer i en drastisk reduksjon av spolens induktans og fører igjen til en økning av strøm-forløpet gjennom spolen. Dette vil si at strømmens deriverte øker.

En økning av den strømderiverte kan detekteres av enten en elektronisk eller en numerisk krets på en måte som vil være åpenbar for en fagmann på området. I figur 2 er det vist en prinsippskisse for et kontrollsystem for løftemagnetene. To magneter er benevnt med henvisningstallene 9 og 10. Magnetene styres av en kontrollkrets 11 som tilføres kraft, fortrinns-

vis i form av vekselspenning, utenfra. Vekselspenningen likerettes i kontrollkretsen 11 og tilføres løftemagnetene som likespenning når dette er ønskelig.

En datastyreanordning som for eksempel kan være en sentral-enhet (CPU-enhet) 12 i form av for eksempel en datamaskin, er tilknyttet kontrollkretsen 11. Sentralenheten kontrollerer strømtilførselen og håndterer innsamlede data vedrørende strømtilførselen og strømmen gjennom spolen. Sentralenheten kan også være innrettet til å avbryte en mislykket magnetisering og automatisk sette igang en ny uten inngrep fra operatøren.

I figur 6 er det vist et f lytdiagram over en foretrukket utførelsesform av kontrollkretsens 11 og sentralenhetens 12 funksjon. Strømmen gjennom spolen 2 måles over en motstand 13 av et digitalt amperemeter 14. En derivator 15 regner ut strømkurvens deriverte, og en deteksjonsanordning i form av en komparator 16 sammenligner den derivertes, nåverdi Ajj og førverdi Ap og gir signal om full magnetisering dersom nå-verdien er større enn før-verdien. Dersom dette ikke er tilfelle, kontrollerer komparatoren om den deriverte er null, noe som indikerer at strømkurven har flatet ut uten at det er oppnådd full magnetisering. I så tilfelle avbrytes løfte-forsøket, permanent-elektromagneten 1 avmagnetiseres ved at det påføres strøm motsatt vei gjennom spolen 2 slik at kjernens 3 poler skifter side og forsøket på magnetisering kan så gjenta. Dette kan skje enten automatisk eller manuelt. Dersom den deriverte ennå ikke er null, gjentas målingen av strømmen og sammenligningen av den derivertes før- og nå-verdi enda en gang.

Dette er selvsagt kun en av flere måter å detektere den strømderiverte på. En fagmann på området vil også kunne se andre måter å gjøre dette på. Det er for eksempel ikke nødvendig å detektere om den deriverte er gått til null, og man kan i stedet avbryte magnetiseringsforsøket etter en viss tid, dersom metning ikke er oppstått. Det vil videre være nødvendig å utstyre kontrollkretsen med en glatteenhet for å glatte strømkurven slik at forstyrrelser (som man også kan se i kurvene i fig. 3, 4 og 5) ikke får innvirkning på deteksjonen av økningen i den strømderiverte.

Det kan også tenkes en helt analog måte å detektere økningen av den strømderiverte, ved hjelp av egnede elektroniske kretser, men en digital behandling av måledataene er likevel å foretrekke.

Videre er ikke oppfinnelsen begrenset til kun å gjelde løftemagneter, men omfatter alle typer elektro-permanent-magneter og de anvendelser som disse måtte finne, og der fremgangsmåten, anordningen og anvendelsen ifølge de etterfølgende selvstendige krav kan benyttes.

Slike områder omfatter blant annet magneter benyttet som festeinnretninger for forskjellige gjenstander til magnetisk ledende materialer, enten permanent eller midlertidig, der det av en eller annen grunn ikke er ønskelig eller mulig å benytte penetrerende festeinnretninger eller lim.

Videre kan oppfinnelsen også komme til anvendelse ved fremstilling av permanentmagneter fra magnetiserbare materialer.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å detektere full magnetisering av elektro-permanent-magneter (1), der elektro-permanent-magneten består av minst en permanentmagnetdel (4) og minst en spole (2), og det påsettes en strøm over et visst tidsrom gjennom spolen (2) for å magnetisere elektro-permanent-magneten (1), karakterisert ved at strømmen gjennom magnetens spole (2) måles av en måleinnretning (14) under magnetiseringen, at en økning av strømkurvens deriverte detekteres av en egnet deteksjonsanordning (16) og at deteksjonsanordningen (16) signaliserer deteksjon av en økning i den strømderiverte, noe som indikerer full magnetisering av elektro-permanent-magneten (1).

2 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at måleinnretningen (14) og deteksjonsanordningen (16) omfattende en datastyreanordning (12), styrer elektro-permanent-magnetens (1) magnetisering.

3. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de ovennevnte krav, karakterisert ved at den anvendes for deteksjon av full magnetisering av elektro-permanent-magneter (1) til bruk for løfting av gjenstander (6) av magnetisk ledende materialer.

4 . Anordning ved elektro-permanent-magneter, bestående av minst en permanentmagnetdel (4) og minst en spole (2), karakterisert ved at den omfatter en måleinnretning (14) for måling av en strøm gjennom elektro-permanent-magnetens spole (2) under magnetisering av elektro-permanent-magneten (1) og deteksjonsanordning (16) for detektering av en økning i strømmens deriverte og signalisering av deteksjon av en økning i den strømderiverte, noe som indikerer full magnetisering av elektro-permanent-magneten (1).

5 . Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at måleinnretningen (14) og deteksjonsanordningen (16) omfatter en datastyreanordning (12) for styring av elektro-permanent-magnetens (1) magnetisering.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at elektro-permanent-magneten (1) er en løftemagnet.