永磁吸盘的工作原理

2024-05-16

永磁吸盘的工作原理（精选2篇）

永磁吸盘的工作原理篇1

一、永磁吸盘介绍：

永磁吸盘又名磁力吸盘或永磁起重器，是机械厂，模具厂，锻造厂，炼钢厂，造船厂等等使用钢材场所的必备搬运工具，可以大大提高块状，圆柱状，板材，不规则导磁性钢铁材料的搬运效率。永磁吸盘是以高性能的稀土材料钕铁硼（N>40）为内核，通过手扳动吸盘手柄转动，从而改变吸盘内部钕铁硼的磁力系统，达到对需要搬运的工件的吸持或释放。

二、永磁吸盘的原理：

永磁吸盘是利用磁通的连续性原理及磁场的叠加原理设计的，永磁吸盘的磁路设计成多个磁系，通过磁系的相对运动，实现工作磁极面上磁场强度的相加或相消，从而达到吸持和卸载的目的。

图1 永磁吸盘工作原理图

其工作原理如图1所示，当永磁吸盘磁极处于图（a）状态时，磁力线从磁体的N极出来，通过磁轭，经过铁磁性工件，再回到磁轭进入磁体的S极。这样，就能把工件牢牢地吸在永磁吸盘的工作极面上。当磁极处于图（b）状态时，磁力线不到永磁吸盘的工作极面，就在永磁吸盘内部组成磁路的闭合回路，几乎没有磁力线从永磁吸盘的工作极面上出来，所以对工件不会产生吸力，就能顺利实现卸载。

三、永磁吸盘的设计： 1.永磁吸盘磁系及磁轭

设计永磁吸盘时，首先应精心设计磁路，良好的磁路结构可以尽量让更多的磁通量聚集在工作表面中去，满足起重重量的要求，而且可以尽量少用钕铁硼材料。同时，设计磁路时还应仔细考虑操作者较易实现工作卸载。解决永磁吸盘吸力很大，扳动手柄困难等技术难点。永磁吸盘的磁路设计有2个磁系，磁系分为活动的和固定的两部分。改变活动磁系状态，使工作极面分别处于磁场叠加或产生反向磁场，磁场被抵消的状态。同时，在永磁回路中，为减少磁阻，增大工作极面关键部位的磁通密度，采用了一些软磁材料作为磁轭。2.永磁吸盘的工作点选择由于起吊的工件各式各样，因此，永磁吸盘工作极面与工件表面的气隙距离是变化的，其磁路是动态磁路。如图2所示：

图2 钕铁硼永磁体的回复曲线及工作点示意图

永磁体的工作状态变化是在回复曲线（AD）上变化。当永磁吸盘处于开路状态时，永磁体的工作点以退磁曲线上A点表示；当永磁吸盘的工作极面与工件完全无缝隙接合时，其工作点为D点，此时，永磁体的磁通全部通过工件。在永磁吸盘靠近工件表面过程中，永磁体的工作状态从A点沿箭头到D点；反过来，永磁吸盘远离工件，永磁体的工作状态从D点沿箭头到A点。由于这2条曲线很接近，可近似地以直线AD来代替。OA为永磁体的工作负载线。有用回复能（Erec）是永磁体工作点中的有用磁通密度B和退磁场强度H的乘积（Erec=B×H）。即图2中剖面线区域EFGC的面积。E点位永磁体的工作点，设计时应使E点接近回复曲线AD的中点，以使A为起始点的有用回复能最大。

四、永磁吸盘的特点：

1）永磁吸盘采用高性能永磁材料钕铁硼（Nd-Fe-B）为产品内核，使产品体积更小，起重吊装力更强，且磁力恒久不衰。

2）永磁吸盘具备最高大额定起重力3.5倍的安全系数。3）永磁吸盘底面“V”型槽设计，可起吊相对应的圆钢、钢板。4）永磁吸盘不用电即可使用，省去供电麻烦。5）永磁吸盘优化的磁路设计，使剩磁几乎为零。6）永磁吸盘专业设计的外观造型使产品更加美观。

五、永磁吸盘使用方法：

1.将工件摆放到吸盘工作台面上,然后将扳手插入轴孔内沿顺时针方向转动180到”ON”,即可吸住工件进行加工。

2.工件加工完毕,再将扳手插入轴孔内沿逆时针转动180到”OFF”,即可取下工件。

六、永磁吸盘维护和保养：

1.吸盘使用前应擦干净表面以免划伤影响精度。

2.使用环境温度在-40℃—50℃,严禁敲击,以防磁力降低。3用完后工作面涂防锈油,以防锈蚀。

永磁吸盘的工作原理篇2

永磁同步电机具有结构简单、调速性能好的优点,因此在工业控制领域得到了日益广泛的应用。永磁同步电机调速系统通常采取在电机上安装增量式脉冲编码器来提供转子的位置信息,得以实现系统的闭环控制,且电机的启动过程也依赖于转子的初始位置信息,但由于在电机启动时电机转子位置是任意的,而增量式编码器无法提供电机的初始位置信息,因此转子初始位置检测是电机控制中必须解决的问题。转子初始定位最常用的方法是磁定位法[1],此方法原理简单并且可以使转子磁极准确定位,但初始化过程中转子被强行拉到给定位置,使转子产生较大的扭动而不能满足要求无运动冲击机械的要求。近年来许多学者对转子的初始位置估算进行了大量的研究,文献[2,3,4]利用电机的磁饱和特性来检测转子初始位置,当给定子施加的电流矢量与转子磁极N极重合时,定子的电感最小,这种方法理论上可以达到较高估算精度,但是在实际应用中,对电流检测硬件电路要求较高,实现起来具有一定的难度。文献[5,6,7,8]采用高频注入法,可以检测零速下的转子位置,其中旋转高频电压注入法更适用于凸极率较高的电机,而脉动高频信号注入法适用于表面安装永磁电机,且算法均较复杂。本文通过给电机定子施加电流矢量,利用增量式编码器脉冲信号检测电机转动方向,根据转动方向与摄动电流矢量的角度关系,不断改变电流矢量方向来实现缩小定位范围。首先介绍转子磁定位方法,再详细提出基于磁定位原理的定位方法和定位步骤,最后介绍了实验过程及其结果。

1 转子磁定位法

永磁同步电机在d-q坐标系下的数学模型如下:

磁链方程为

${\begin{cases} λ_{d} = L_{d} i_{d} + λ_{0} \\ λ_{q} = L_{q} i_{q} \end{cases}$

电磁转矩方程为

机械运动方程为

式中:p为电机磁极对数;λ为电磁转矩系数;Ld,Lq为d,q轴上的电感量;id,iq为d,q轴上的电流;B为阻尼系数;ωs为机械角速度;TL为负载转矩。

对于表面式PMSM,Ld=Lq,于是电磁转矩方程为

如图1所示,当给定子施加大小为is(is>0)方向为θe的电流时,则

${\begin{cases} i_{d} = i_{s} \cos (θ_{e} - θ) \\ i_{q} = i_{s} \sin (θ_{e} - θ) \end{cases}$

电磁转矩方程为

因为p,λ,is(is>0)固定,如果忽略TL,则当π>θe-θ>0时,Te>0,电机逆时针转动;当-π<θe-θ<0时,Te<0,电机顺时针转动;当θe-θ=0或π时,Te=0,电机不转。可见转子的转动方向包含着转子的位置信息,于是可以通过判断电机的转动方向来实现转子初始位置定位。

磁定位法是通过给永磁同步电机定子通以一个已知大小和方向的电流矢量,使转子转动到已知电流矢量对应的位置,从而得出转子运行前的初始位置,定位过程如图2所示。

图2中,设定位前电机转子磁极N极在d-q坐标系中任意一个位置角θ处,给定子施加一个电流矢量:d轴分量id=0,q轴分量iq=is, d-q坐标系相位为θe的电流is,is所产生的定子磁场与永磁体转子磁场作用,当θ+π>θe>θ时,电机逆时针转动,当θ-π<θe<θ时,电机顺时针转动,使转子转到θe+90°位置而停止,这时转子的磁极位置与电流矢量的位置相差90°,从而实现了转子的初始定位的初始化[1]。通常取θe=-90°,使转子转到d轴、A轴、α轴3轴重合的位置。

2 基于磁定位原理的摄动定位研究

磁定位法可以精确实现转子的初始定位,但可能造成转子较大幅度的转动,本文提出基于磁定位原理的摄动定位方法:给定子通以id=0,iq=is,方向为θe的电流矢量,电动机在上述电流矢量的作用之下开始旋转,通过编码器脉冲信号可得到电机的转动方向,一旦检测到编码器脉冲数有变化,便立即封锁PWM输出,转子的位置改变很小,而根据电机转向和给定的电流矢量就可以大致确定电机转子的位置。接着改变电流矢量,使给定的电流矢量更接近电机转子的磁极,再检测电机的转向。当电机的转向改变时,表明所给矢量越过了磁极,再改变电流矢量。如此反复摄动,直到当电机转子不转动时,施加的电流矢量方向和转子磁极一致重合,完成电机转子的初始定位。

设转子位置如图3所示,检测转子初始位置(即θ)步骤如下。

第1步:按照0～7的顺序分别给电机定子施加相同大小不同方向的电流矢量。首先施加电流id=0,iq=is,θe=0°,一旦检测到编码器有脉冲输出变化立即封锁PWM输出,并使iq=0,判断电机转向,然后施加id=0,iq=is,θe=45°的电流矢量,同样检测编码器,一旦编码器有脉冲输出变化便立即封锁PWM输出。当相邻2个角度θ1与θ2转子转向由顺时针变为逆时针时,可以确定电机磁极N极在这个45°范围内;当转子转向由顺时针变为设定足够时间内不转,则可以确定电机磁极N极就在这个不转的位置。

第2步:在第1步得出θ1与θ2的基础上,按照图4所示,给定子施加电流矢量,取θe=θ3=(θ1+θ2)/2,恢复PWM输出,检测编码器变化情况并判断方向,一旦变化立即封锁PWM输出,如果顺时针转动取θe=θ4=(θ3+θ2)/2,逆时针转动则取θe=θ4=(θ1+θ3)/2,不转说明磁极N极位置就在θ3处,然后再二分θe直到在设定时间内编码器没有变化为止。