一、電永磁吸盤的工作原理、實(shí)現(xiàn)方案和控制方法
1．電永磁吸盤的工作原理
由圖1知，主磁體1由高矯頑力的永磁材料(如釹鐵硼)構(gòu)成，鑲嵌在極芯4與磁軛5之間，極性如圖中所示；可逆
磁體2一般用中等頑力的鋁鎳鈷材料構(gòu)成，鑲嵌在極芯4與磁軛5之間。當(dāng)勵磁線圈3受正向激勵后，可逆磁體2極
性方向如圖1，則主磁體和可逆磁體都有磁通從N極出發(fā)經(jīng)工件6和磁軛5回到各自的s極，工件被吸合。
圖1
1.主磁體 2.可逆磁體 3.線圈 4.極芯 5.磁軛 6.工件
當(dāng)勵磁線圈3受負(fù)向激勵后，可逆磁體2極性方向如圖2，則兩個主磁體1的磁通由N極出發(fā)經(jīng)極芯4進(jìn)入可逆磁體2的s極，再由N極出來，通過磁軛5分別回到兩個主磁體1的s極，工件6無磁通通過，因而退磁。
圖2
1.主磁體 2.可逆磁體 3.線圈 4.極芯 5.磁軛 6.工件
在退磁過程中，勵磁線圈的磁化力對于主磁體也有退磁作用，因此，這個磁化力必須保證可逆磁體的反向極化，同時，主磁體還不得退磁 。
圖3
1.主磁體 2.可逆磁體 3.線圈 4.磁軛
2．電永磁吸盤的實(shí)現(xiàn)方案
(1)主磁體與可逆磁體上下布置
如圖3所示，主磁體1與可逆磁體2在磁軛4中上下布置。磁體的數(shù)量可以是單一的，也可是多個組合。此種布置在勵磁與退磁時磁通方向在三維坐標(biāo)中是一致的。此方案適合吸盤在高度方向不受限制，而在長寬方向受限制的場合。
(2)主磁體與可逆磁體水平布置
圖4為吸盤正面剖視圖，主磁體1與可逆磁體2都布置在同一水平位置，從三維空間上看，勵磁時磁通為上下方向，退磁時磁通為水平方向。此方案適合長度寬大而高度受限制的吸盤。
(3)圓型吸盤
見圖5，主磁體1為多個瓦形磁體環(huán)形均勻布置，可逆磁體2、線圈3、極芯4及磁軛5均為圓形。此種方案對可逆磁極有最大的勵磁效率，也就是說，在同樣面積、不同形狀吸盤中，在同等的磁化力下，圓形吸盤勵磁功率最小：
上述三種吸盤結(jié)構(gòu)方案主要用于吊吸鋼板，類似的，適合于安裝在數(shù)控銑床加工中心、普通銑床、鏜床等用作緊固板類工件的吸盤結(jié)構(gòu)方案還有很多。
圖4 圖5
1.主磁體 2.可逆磁體 3.線圈 4.磁軛 1.主磁體 2.可逆磁體 3.線圈 4.極芯 5.磁軛
3．電永磁吸盤的電氣控制
對于電永磁吸盤勵磁線圈的供電方式，常有下列幾種：
(1)橋式全波整流，通電延時控制此法勵磁電流(有效值)較大，通電時間較長。
(2)儲能電容放電法通過儲能電容一次或多次對勵磁線圈放電。此法可降低從線路上輸入的功率，但操作頻次不能太高。
(3)可控硅控制這種控制勵磁電流(有效值)較小，操作頻率較高．但高次諧波對線路和其它設(shè)備的干擾是個大問題。
(4)半波脈動直流電半波脈動直流電更有利于可逆磁體的逆向極化。這樣可在降低勵磁電流有效值的同時，在較短時間內(nèi)有較好的逆轉(zhuǎn)效果。為此，除較小的吸盤外，將吸盤勵磁線圈個數(shù)宜設(shè)計(jì)為偶數(shù)，如圖6所示。
圖6
這種控制方法使交流電源的正負(fù)半周分別對應(yīng)于一對或數(shù)對勵磁線圈，無論勵磁還是退磁，在線圈里都流著半波直流電，而電源里仍是交流電，使控制線路變得簡單、可靠、節(jié)能，并避免了對外的干擾。
二、吸合工件時磁力吸盤的受力分析
1．工件脫落原因分析
對于質(zhì)量比較集中的整體工件，吸盤對它的吸力除取決于本身的性能外，還受工件材質(zhì)、表面質(zhì)量及運(yùn)動平穩(wěn)性的影響。因此，在設(shè)計(jì)吸盤時應(yīng)考慮足夠的安全系數(shù)，確保正常工作。
對于板類工件，由于它長寬與厚度之比過大，與吸盤起重能力相應(yīng)質(zhì)量的板件面積要比吸盤吸合面的面積大得多，吊吸過程中很易偏心，從而產(chǎn)生一個偏心力矩。這個偏心力矩是使板件墜落的主要原因之一。
2．對板件偏心吸舍時的受力分析
如圖7所示。已知鋼板長度為L1 ，寬度為b，厚度為δ，材料密度為r，工件總質(zhì)量為G，其重心在a點(diǎn)；吸盤長度為l2，寬度為b2，單位面積吸力為f，整體吸力為F，吸盤幾何中心位于C點(diǎn)，距a點(diǎn)距離為P
圖7
為了簡化計(jì)算，現(xiàn)假定偏心只發(fā)生在長度方向。因?yàn)槠�，工件會產(chǎn)生偏心力矩Mp，
其方程式為：
由式(1)得知：偏心力矩與工件質(zhì)量及偏心量成正比。
偏心力矩對于已吸合的吸盤有撬掀的作用，故對已吸合的吸盤是個撬掀力矩。鋼板力圖以g點(diǎn)為支點(diǎn)，順時針方向向下掀動。由于整個吸盤對鋼板有吸力，對g點(diǎn)會產(chǎn)生一個抗掀力矩(為了討論簡化，假定吸盤吸力是均勻分布在整個吸盤的吸合面上)，則在長度方向的抗掀力矩為：
而在寬度方向的抗掀力矩為：
同理，不難推出，圓吸盤在各方向的抗掀力矩相等。
需要指出，在上面公式推導(dǎo)中，都是假定吸盤吸力是均勻分布的，而實(shí)際上其吸力是不均勻的，因?yàn)槲κ谴磐óa(chǎn)生的，而磁通必須由磁極的N極出發(fā)經(jīng)工件回S極，使得N、S極之間必須有空隙(吸盤至少要有一對極)，因而存在無磁區(qū)。從這樣實(shí)際出發(fā)列方程會復(fù)雜一些，但其結(jié)論是一致的。
3．對吊吸鋼板用吸盤的要求
(1)吸盤形狀
從式(2)、(3)不難看出，抗掀力矩正比于吸盤長度和寬度，當(dāng)長度l2 大于寬度b2時，則長度方向的抗掀力矩抗大于寬度方向的掀力矩。所以，對于吊吸板料的靜態(tài)不墜落條件不單應(yīng)滿足吸盤額定吸力大于工件質(zhì)量Fb> G，F(xiàn)H是考慮到安全系數(shù)后吸盤額定吸力，而且應(yīng)滿足抗掀力矩大于偏心力矩，即Mk > Mp，也就是1／2 FHl2 > GP。
為增加抗掀力矩，就必須增大吸盤的長度和寬度尺寸，或?qū)⒍嗯_吸盤組合分裝于一珩架，形成組合吊具，以滿足吊吸大型鋼板的要求。
(2)吸盤的磁極形式
吸盤產(chǎn)生磁力的磁通通過板件厚度δ方向的截面。假設(shè)吸盤磁極的長度為l3，，寬度為b3，，那么從磁極N出來的磁通ψ為：
Ψ=Bl3b3
公式中：B為吸合面磁通密度。
如果不考慮漏磁，則通過工件的磁通也應(yīng)為Ψ，此時工件厚度方向的磁通密度Bδ為：
Bδ=Ψ/l3δ
當(dāng)工件厚度δ大于磁極寬度b3時，即δ> b3，則Bδ<B，此時吸盤的吸力可按(B／O．5) ·S公式計(jì)算，式中S為吸合面面積；但當(dāng)δ< b3 時，則Bδ>B，當(dāng)Bδ>2T(特斯拉)時，則磁路趨于飽和，使得流過工件的磁通Ψδ=2l3δ<Ψ，此時，吸合面的磁通密度B2會有所減小：
所以吸力會成平方關(guān)系地下降，故在設(shè)計(jì)磁極寬度時要考慮工件厚度的影響，必要時可考慮加裝改變磁極寬度的極靴來解決這一問題。
三、結(jié)論
1．通過對各種磁力吸盤吊吸鋼板的分析比較，電永磁吸盤具有節(jié)能、斷電不失磁、安全可靠和吊吸單張鋼板平起平落等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為理想的吊運(yùn)裝置。
2．在設(shè)計(jì)電永磁吸盤結(jié)構(gòu)時，要根據(jù)鋼板大小及厚薄，合理設(shè)計(jì)磁極形狀及進(jìn)行合理組合，使之具有足夠的吸力及抗撬掀能力，使運(yùn)行更為平穩(wěn)、可靠、安全。
