电磁式操纵负荷系统的设计与实现
2．2．2 制作电磁作动筒材料的选择
制作电磁作动筒材料的选择与导磁率有关。导磁率是表示物质磁化性能的一个物理量，是物质中磁感应强度B与磁场强度H之比，又称为绝对磁导率。物质的绝对磁导率和真空磁导率比值称为相对磁导率。铸铁的相对磁导率为200～400；硅钢片为7 000～10 000；镍锌铁氧体为10～1 000；镍铁合金为2 000；锰锌铁氧体为300～5 000；坡莫合金为20 000～200 000；空气的相对导磁率为1．000 000 04；铂为1．000 26；汞、银、铜、碳(金刚石)、铅等均为抗磁性物质，其相对磁导率都小于1；铜具有抗磁性，相对导磁率也有0．999 90；纯铁为顺磁性物质，其相对磁导率会达到400以上，用铜裹住铁并不能阻断磁力，在某些特殊情况下，铜的抗磁性会表现出来。各种物质导磁性有所差异，如空气、材料、铜、铝、橡胶、塑料等相对导磁率近似为1，他们具有抗磁性。而铁磁性材料如铸铁、铸钢、硅钢片、铁氧体、坡莫合金等材料具有良好的导磁性能，可用于导磁，也可用于隔磁。由此可知，电磁作动筒所采用的几种材料，其导磁率应该近似一样，同时为了提高系统效率，要求线圈覆盖面积大，且不易过厚。
2．2．3 电磁作动筒的工作原理
电磁作动筒示意图如图4所示，活动杆中的七块磁铁NS极的排列方向是同极相对，所以从左到右依次为S极N极、N极S极、S极N极、N极S极、S极N极、N极S极、S极N极，并且相邻的两个线圈的磁场方向不同。磁铁的磁力线从N极出发穿过线圈，然后再回到S极。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/187442.htm
线圈和低碳钢筒构成了定子。外筒是由低碳钢制成的，低碳钢的磁阻是比较小的，而且成本比较低、强度又比较大，适合做电磁作动筒的外壳。
定子的结构图如图3所示，线圈绕在铝管上，相邻线圈由尼龙隔开，线圈装在外筒内，两端由低碳钢法兰固定，外筒和法兰同时起到导磁和隔磁的作用。
当活动杆中的永久磁铁的磁力线从N极出发回到S极，形成了一个闭合回路，磁力线会穿过线圈。磁力线的路径是走从N极到S极的最短路线。线圈一般采用铜线。线圈与线圈之间的连接物，也就是图3中线圈两边的阴影部分，它们是由尼龙制成的。因为尼龙与铜的导磁性相当，为了提高工作效率，一般增加线圈所围面积。从活动杆中永久磁铁N极出发的磁力线穿过线圈进入钢筒(假设磁力线是垂直进入线圈的)，低碳钢筒相当于一个导磁机构，让磁力线通过然后再穿过线圈回到磁铁的S极，这样就形成了一个闭合的回路。这样的设计有利于集中磁铁所发出的磁力线，减少磁场的浪费。
当线圈通电时，线圈产生磁场，由物理电磁学方面的知识可以知道线圈内部的磁场是匀强磁场。因为线圈所产生的感应磁场对活动杆的影响很微小，可以忽略不计，假设活动杆相对线圈的位移方向已知，当磁铁的磁力线穿过通电线圈时，通电线圈就会受到力的作用，因为电流的方向和磁力线的穿过方向都是已知的，所以线圈受力方向也是可以判断出来的。由图4可以知道，活动杆相邻的线圈电流方向是相反的，相邻的磁铁极性是同级相对。所以用左手定则，对每个线圈进行受力分析，可以判断出每个线圈的受力方向。
由公式F=nBILsinθ可以知道线圈受力的大小。其中n为线圈的匝数；B为磁铁的磁感强度；I为线圈中通电流的大小；L为线圈一圈的周长；θ为I与B的夹角。可以假设磁力线是垂直进入线圈的，即θ为90°，则公式可简化为F=nBIL，当活动杆发生位移时，线圈不同部位因为穿过的磁力线方向不同，所受力的方向也不同，而n不同导致所受力的大小不同，因为铜线的粗细是均匀的，所以线圈的匝数在某种程度上可以表示位移量。由于磁场强度B只由磁铁产生，所以可以认为是稳恒不变的，则力F是一个与位移量及通电线圈电流大小有关的函数。增大位移量或电流大小，都可以在不同程度上增加F的大小。
评论