CN106698175B - 磁性单元及其环式电永磁吸盘 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的环式电永磁吸盘，包括外壳，及设于外壳内的至少一个磁性单元，所述外壳包裹磁性单元，并用螺丝进行固定，其中所述磁性单元包括可逆磁环、不可逆磁环、导磁板及励磁线圈，所述不可逆磁环镶嵌在可逆磁环内且两者的高度相等；所述导磁板固定地设置在所述可逆磁环与不可逆磁环相贴合的两个端面上；所述励磁线圈缠绕在不可逆磁环的外部，并相对于不可逆磁环包裹设置。本发明可进行双面作业，且工作时对工件的吸持作业不仅受力平衡，而且吸力大。

Description

磁性单元及其环式电永磁吸盘

技术领域

本发明属于环式电永磁吸盘技术领域，具体涉及一种磁性单元及其环式电永磁吸盘。

背景技术

电控永磁吸盘是起重电永磁是结合电磁、永磁各有特性的新型起重设备。其中电控永磁吸盘的磁极结构分为内外两部分，外部是导磁磁轭，内部由上层高矫顽力钕铁硼和磁极块，其中钕铁硼永磁体分布在磁极块侧面和磁轭之间；下层由可对其正反向充磁的中等矫顽力的铝镍钴磁钢和励磁线圈组成。该电控永磁吸盘在工作时，利用励磁线圈对可逆磁钢正反向充磁，改变环式电永磁吸盘表面的磁感线分布，从而实现环式电永磁吸盘的吸持和释放功能。

目前，现有的电控永磁吸盘，有如专利申请号为“201410263876.5”，名称为“一种环式电永磁吸盘”的中国发明专利，以及专利申请号为“201320761602.X”，名称为“一种具有全磁极磁力检测及温度检测环式电永磁吸盘”的中国实用新型专利，两者所述的环式电永磁吸盘的磁极结构与上述所述的结构相似。这种结构虽然可以有效的实现环式电永磁吸盘的功能，但由于组成环式电永磁吸盘的磁极由上下两层组成，限制了环式电永磁吸盘的厚度和体积大小。

针对于上述的技术问题，人们进行不断的探索，并提出如专利申请号为“201410261653.5”，名称为“一种极向平行的双磁体电控永磁吸盘”的中国发明专利。该专利具体揭露了一种极向平行的双磁体的电控永磁吸盘，其虽然通过可逆磁钢与不可逆磁钢的平行设置减小了环式电永磁吸盘整体厚度，但因为线圈并非全部紧密围绕可逆磁钢，可逆磁钢远离励磁线圈的部分就不易被充磁，导致不可逆磁钢充磁不均勻。由于可逆磁钢的不均勻充磁，环式电永磁吸盘对工件的吸力的均勻性就受到影响，容易造成工件脱落的后果。这样为了避免工件的脱落，只能通过增加线圈匝数和增大电流来保证可逆磁钢的充分充磁。相应地，电流的大小和线圈的匝数直接影响了线圈的使用寿命和环式电永磁吸盘的体积。另外，目前的环式电永磁吸盘均只有一个吸持面，对于需要两个吸持面的场合，只能采取增加环式电永磁吸盘或采用机械结构转换的方法，这就增加了设备的成本或者故障可能性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于解决上述技术问题的磁性单元及其环式电永磁吸盘。

具体地，一种磁性单元，包括可逆磁环、不可逆磁环、导磁板及励磁线圈，所述不可逆磁环镶嵌在可逆磁环内且两者的高度相等；所述导磁板固定地设置在所述可逆磁环与不可逆磁环相贴合的两个端面上；所述励磁线圈缠绕在不可逆磁环的外部，并相对于不可逆磁环包裹设置。

作为本发明的优选方案，所述可逆磁环和不可逆磁环的横截面统一设置为开设有中心孔的圆形或者正方形结构，且其磁感线均沿高度方向进行分布。

作为本发明的优选方案，所述可逆磁环的材料包括锰铝碳、铝镍钴或者铁铬钴，其矫顽力为30-200kA/m。

作为本发明的优选方案，所述不可逆磁环的材料包括永磁铁氧体、钐钴或者钕铁硼，其矫顽力为600—2000kA/m。

本发明还提供一种环式电永磁吸盘，包括外壳，以及至少一个上述的磁性单元，其中所述外壳包裹磁性单元，并用螺丝进行固定。

作为本发明的优选方案，所述电永磁吸盘包括多个磁性单元，且所述的多个磁性单元相对于外壳进行横向排布。

作为本发明的优选方案，所述电永磁吸盘包括多个磁性单元，且所述的多个磁性单元相对于外壳进行纵向叠加。

由于上述技术方案的运用，本发明所提供的环式电永磁吸盘，与现有技术相比具有下列优点：1、通过磁性单元的合理结构设置，使得该环式电永磁吸盘的上下两个端面可同时进行吸持或卸载，从而弥补了现有环式电永磁吸盘只有一个端面作为工作面的不足；2、由于整个环式电永磁吸盘结构为中心对称，使得该磁性单元的磁力线分布均勻，进而促进环式电永磁吸盘作用工件时受力平衡；3、采用环状的可逆磁环与不可逆磁环的结构设置，使得该环式电永磁吸盘的工作面有一个中心孔，其中心孔不仅起到了隔离磁环两边磁力线，以增强环式电永磁吸盘性能的作用，而且也可作为物料的输运空间；4、将该磁性单元应用在环式电永磁吸盘中，可通过纵向叠加磁性单元的方式，提高单位面积的环式电永磁吸盘吸力，也可采用横向排布磁性单元的方式，以增加环式电永磁吸盘的总吸力；5、由于该磁性单元整体结构简单且加工方便，使得磁性单元的体积可以容易地缩小或者放大，进而使得应用该磁性单元的环式电永磁吸盘可以制作出微型机电开关装置或者大型环式电永磁吸盘。

附图说明

图1为本发明中磁性单元的结构示意图。

图2为本发明中磁性单元设置为圆形结构时的结构示意图。

图3为本发明中磁性单元设置为正方形结构时的结构示意图。

图4为本发明所提供的环式电永磁吸盘的磁通分布示意图，其中该环式电永磁吸盘处于卸载状态。

图5为本发明所提供的环式电永磁吸盘的磁通分布示意图，其中该环式电永磁吸盘处于吸持状态。

图6为本发明中磁性单元以纵向叠加方式装配至环式电永磁吸盘的示意图。

图7为本发明中磁性单元以横向排布方式装配至环式电永磁吸盘的示意图。

图8为本发明所提供的环式电永磁吸盘的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参阅图6-图8，本发明所提供的环式电永磁吸盘100，包括外壳10，及设于外壳10内的磁性单元20，其中所述外壳10包括磁性单元20，并用螺丝30进行固定。可以理解，本实施例的电永磁吸盘100其外壳10的外接结构，具体匹配于所述磁性单元的结构，且该外壳10的外端面与磁性单元20之间通过多个塑料螺丝进行固定。

请参阅图1-图3，所述磁性单元20具体包括可逆磁环21、不可逆磁环22、导磁板23和励磁线圈24。其中所述可逆磁环21与不可逆磁环22两者的高度相等，可逆磁环21的内径等于不可逆磁环22的外径，且不可逆磁环22具体是镶嵌在可逆磁环21内的，优选地，所述不可逆磁环22的厚度要略大于所述可逆磁环21的厚度。所述导磁板23具体是固定在可逆磁环21与不可逆磁环22的上、下两面，并相对于可逆磁环21及不可逆磁环22相贴合；所述励磁线圈24具体是缠绕在可逆磁环21的外部，并相对于不可逆磁环22包裹设置。

由上述磁性单元20具体构件的组合及各构件之间位置关系的设置可知，本发明的磁性单元20具体为上下对称的结构，这样将该磁性单元20的上、下两个端面均可作为操作面使用，进而使得将该磁性单元20具体装配到电永磁吸盘100中使用，使得该电永磁吸盘100的上下两个端面可同时进行吸持或卸载，从而弥补了现有环式电永磁吸盘只有一个端面作为工作面的不足。同时，该磁性单元20整体结构简单且加工方便，使得磁性单元20的体积可以容易地缩小或者放大，进而使得应用该磁性单元20的电永磁吸盘100可以制作出微型机电开关装置或者大型环式电永磁吸盘。

本发明的可逆磁环21和不可逆磁环22其横截面统一设置为开设有中心孔的圆形或者正方形结构，且其磁感线均沿高度方向进行分布，使得该磁性单元20整体为中心对称结构，使得该磁性单元20的磁力线分布均勻，进而促进电永磁吸盘100作用工件时受力平衡；所述导磁板23为金属软磁材料制备而成，以起导磁磁轭的作用，具体可以采用的材料包括硅钢、45号钢和A3钢等，其中低碳钢的磁导率和饱和磁感应强度均较高，有利于增大环式电永磁吸盘的表面磁场和吸力。所述导磁板23应用在该电永磁吸盘100中，具体是通过螺丝30与壳体10进行连接固定。

其中，所述不可逆磁环22的材料包括永磁铁氧体、钐钴或者钕铁硼，其矫顽力为600—2000kA/m，亦即，本发明的不可逆磁环22的材料具体可选用的永磁铁氧体、钐钴或者钕铁硼的至少一种。永磁铁氧体的材料价格便宜，但性能较低。为提高吸力，优选地，所述的不可逆磁环22采用钕铁硼磁体。这是因为钕铁硼磁体具有常温下最优异的磁性能，但其磁性能受温度影响较大，随温度增加剩磁和矫顽力均逐渐下降，矫顽力温度系数约千分之五每度。因此为了保证较高的工作温度下(如100度)，其磁体还具有一定的磁性能，则需要其常温磁性能尤其是矫顽力足够高，因此综合考虑，此类磁体的矫顽力不低于600kA/m为宜。和钕铁硼磁体最高200度左右工作温度相比，钐钴磁体的矫顽力温度系数极低，最高工作温度近500度，因此对于高温条件(大于200度)下使用的环式电永磁吸盘，采用钐钴最为合适。

由于受励磁线圈24的电流限制，使得可逆磁环21通常选用矫顽力较低的永磁材料，以便容易地进行磁场的换向，本发明的可逆磁环21的材料具体包括永磁铁氧体、钐钴或者钕铁硼，其矫顽力为30-200kA/m。为获得尽可能高的剩磁，也可以采用铝镍钴磁体。可分为高剩磁的五类和高矫顽力的八类两种，其中八类磁体的矫顽力温度系数可达万分之二每度，长时间工作温度可以在500度，但由于其矫顽力过高，实际上并不适合环式电永磁吸盘的应用。因而这里选用五类磁钢更为合适，满足矫顽力适中、使用温度高、稳定性好的要求。

可以理解，为使得电永磁吸盘100正常工作，还需要一个电流控制器(图未示)，并通过对励磁线圈24的充放电来实现该电永磁吸盘100工作时对工件的吸持和卸载。优选地，所述的控制器是利用可控硅整流输出直流电，具有电流方向切换、过流保护、励磁线圈温度检测和磁场强度测量等功能。

请参阅图4、图5，当可逆磁环21与不可逆磁环22磁极取向相反时，磁力线在磁性单元20内形成闭合回路，基本无磁通通过工件，此时磁性单元20对工件的吸力很小或接近于零；当对可逆磁环21反向充磁后，可逆磁环21与不可逆磁环22磁极取向相同，可逆磁环21的磁场与不可逆磁环22的磁场相互叠加，大量磁通通过工件，工件被吸合。

本发明的电永磁吸盘100根据使用的需求其具体包括至少一个磁性单元20，且当本发明的电永磁吸盘100包括多个磁性单元20时，可以将该磁性单元20进行纵向叠加或者横向排布这两种方式在外壳10内设置。相应地，当外壳10内的多个磁性单元20进行纵向叠加时，可以提高该电永磁吸盘100工作时对工件单位面积的吸力，以确保该电永磁吸盘100对工件的吸持作用；当外壳10内的多个磁性单元20进行横向排布时，可以提高该电永磁吸盘100工作时对工件单位面积的吸力作用点数量，以确保该电永磁吸盘100对工件的吸持作用。

由上可知，组成磁性单元20的不可逆磁环22与可逆磁环21均设置为开设有中心孔的结构，使得将该磁性单元20以纵向叠加的方式装配在外壳10内时，会使得该电永磁吸盘100整体形成一个相通的中心孔，当以横向排布的方式装配在外壳10内时，会使得该电永磁吸盘100整体形成多个分的中心孔，可以理解，该电永磁吸盘100整体所形成的中心孔其性质具体取决于不可逆磁环22与可逆磁环21的形状，且该中心孔应用在该电永磁吸盘100上，可以对不可逆磁环22与可逆磁环21起到隔离两边磁力线的作用，以进一步增强该电永磁吸盘100的性能，同时也可作为该电永磁吸盘100中其它特殊零件的加工空间。

作为本发明的优选方案，本发明的电永磁吸盘100在每个磁性单元20的励磁线圈24的表面上分别贴有热敏电阻241，用于对励磁线圈24的温度进行监测，以防励磁线圈24因高温而损坏。

综上所述，本发明所提供的环式电永磁吸盘，与现有技术相比具有下列优点：1、通过磁性单元的合理结构设置，使得该环式电永磁吸盘的上下两个端面可同时进行吸持或卸载，从而弥补了现有环式电永磁吸盘只有一个端面作为工作面的不足；2、由于整个环式电永磁吸盘结构为中心对称，使得该磁性单元的磁力线分布均勻，进而促进环式电永磁吸盘作用工件时受力平衡；3、采用环状的可逆磁环与不可逆磁环的结构设置，使得该环式电永磁吸盘的工作面有一个中心孔，其中心孔不仅起到了隔离磁环两边磁力线，以增强环式电永磁吸盘性能的作用，而且也可作为物料的输运空间；4、将该磁性单元应用在环式电永磁吸盘中，可通过纵向叠加磁性单元的方式，提高单位面积的环式电永磁吸盘吸力，也可采用横向排布磁性单元的方式，或者先纵向地叠加磁性单元，然后将叠加后的部分再进行横向排布的方式，以增加环式电永磁吸盘的总吸力；5、由于该磁性单元整体结构简单且加工方便，使得磁性单元的体积可以容易地缩小或者放大，进而使得应用该磁性单元的环式电永磁吸盘可以制作出微型机电开关装置或者大型环式电永磁吸盘。

以上所述仅为本发明的较佳发明而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种磁性单元，其特征在于：包括可逆磁环、不可逆磁环、导磁板及励磁线圈，所述不可逆磁环镶嵌在可逆磁环内，且所述不可逆磁环 与所述可逆磁环的高度相等；所述导磁板固定地设置在所述可逆磁环与不可逆磁环相贴合的两个端面上；所述励磁线圈缠绕在可逆磁环的外部，并相对于可逆磁环包裹设置；所述可逆磁环和不可逆磁环的横截面统一设置为开设有中心孔的圆形或者正方形结构，且其磁感线均沿高度方向进行分布；所述可逆磁环的材料包括锰铝碳、铝镍钴或者铁铬钴，其矫顽力为30-200kA/m；所述不可逆磁环的材料包括永磁铁氧体、钐钴或者钕铁硼，其矫顽力为600-2000kA/m。

2.一种环式电永磁吸盘，其特征在于：包括外壳，以及至少一个上述权利要求1所述的磁性单元，其中所述外壳包裹磁性单元，并用螺丝进行固定。

3.根据权利要求2所述的环式电永磁吸盘，其特征在于：所述电永磁吸盘包括多个磁性单元，且所述的多个磁性单元相对于外壳进行横向排布。

4.根据权利要求2所述的环式电永磁吸盘，其特征在于：所述电永磁吸盘包括多个磁性单元，且所述的多个磁性单元相对于外壳进行纵向叠加。

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