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摘要:上世纪50年代日本丰田公司提出了快速更换模具的概念。80年代末国内开始研发用于冲床、注塑机的快速换模。夹紧方式从机械旋压式发展到液压压板式，近几年磁力吸盘（又称磁力模板）已被国内及欧美厂商逐渐接受和采纳，尤其是电控永磁快速换模。因此，对电控永磁磁力模板的结构及磁场进行分析研究很有必要。
关键词：快速换模；电控永磁；结构分析
1电控永磁双面全钢磁力模板
磁力模板是一种用于产品注、压成型及其它冲压成型工艺实现模具快速更换的装备，包含电控永磁磁力模板、主控制器、远程控制器、安全检测及报警系统。电控永磁磁力模板用于注塑机的快速换模，因用永磁而非电能保持磁吸附故安全，因夹放模具简单方便而实用，因模具更换快捷而高效，因节能而经济，因无液、气泄漏而环保，已被市场逐渐认可，应用前景广阔。但现有技术的磁力模板，磁极与NFB磁钢崁装于壳体内表面灌绝缘胶密封，长期高温环境下易膨胀、开裂而失效，使用寿命短；释放状态下因磁极处常残留剩磁存安全隐患及磁辐射污染，因此，研究电控永磁磁力模板的新结构意义非凡。
1.1双面全钢磁力模板的新结构
全钢磁力模板主要结构包括：1-磁极，2-NFB高能永磁钢，3-LNG可变极性永磁钢，4-电控线圈，5-磁轭，6-缓冲磁轭；磁回路包括：7-NFB磁回路，8-LNG磁回路，9-缓冲磁回路。双极性交替分布，标示有黑点的是相同极性。具体见图1与图2所示，从图1、图2局部剖面图可以看出：全钢磁力模板采用两种永磁源:NFB高能永磁钢（2）和LNG可变极性永磁钢。（3）作为驱动双永磁能源。电控线圈（4）周向包裹着LNG可变极性永磁钢（3），电控线圈中的不同方向的瞬时脉冲电流控制LNG可变极性永磁钢的磁场方向及强度，当脉冲电流达到LNG永磁钢的阈值在未饱和的条件下脉冲电流强度决定LNG永磁钢的储能量，即以电能控制永磁，常称电控永磁。全钢磁力模板正面由整体钢板加工成磁极（1）和缓冲磁轭（6）的全钢表面结构壳体，背面是整体钢板的磁轭（5）覆盖所有磁极的背部，即未采用树脂密封的双面全钢封装结构。磁力模板的磁极按规律分布在工作面，对模具产生整面均匀吸附，提高了模具的使用刚度，保持了模具的精度，保证了产品质量。
缓冲磁轭是连接磁极与磁极、磁极与壳体成整体全钢的筋，并形成缓冲磁路，是全钢磁力模板的关键特征。由于永磁磁钢的个体制造差异及装配气隙的影响，两种磁源不可能达到绝对平衡，释放状态下，两种永磁源磁场方向相反、磁动势差异在磁极处会相互干涉导致退磁不净磁极表面有剩磁，缓冲磁轭形成的缓冲磁路能有效融合两种磁源的干涉，使退磁时磁极表面剩磁消失为0。
1.2电控永磁双面全钢磁力模板工作原理
电控永磁磁力模板按磁路特点分单极性和双极性，单极性即吸附面的所有磁极表现为相同极性，磁吸附状态时，磁极、被吸物、磁力模板壳体与磁轭形成主体磁回路，壳体对外表现磁性。双极性即吸附面的相邻磁极表现为相异极性，磁吸附状态时，磁极、被吸物、相邻磁极与磁轭形成主体磁回路，两种磁源相匹配时壳体对外不表现磁性。本文的电控永磁双面全钢磁力模板是双极性结构设置，相邻两磁极极性相异交替分布，正反两面整体全钢。电控永磁双面全钢磁力模板的磁回路由NFB磁回路（7），LNG磁回路（8），缓冲磁回路（9）复合而成。当给予电控线圈瞬间足够强的正向脉冲电流，对LNG永磁钢正向充磁至饱和，LNG永磁钢与NFB永磁钢以相同的极性磁化同一磁极，磁场在磁极处叠加，磁极对外表征强磁，通过气隙吸附工件（模具），此为工作状态。图1所示为磁力模板吸附模具的工作状态。
当给予电控线圈适当的瞬间足够强的反向脉冲电流，对LNG永磁钢反向充磁至饱和，LNG永磁钢与NFB永磁钢以相异的极性磁化同一磁极，NFB磁钢在磁极中产生的磁场被LNG磁钢产生的反向磁场所吸引导向背面的磁轭形成磁回路，两种磁源相匹配时，LNG磁钢产生的反向磁场与NFB永磁钢在磁极中产生磁场势均力敌，缓冲磁回路的存在辅助吸收强者多出的微弱磁场，磁极对外无磁性，被吸附工件（模具）得以释放，此为释放状态。图2所示为全钢磁力模板释放工件（模具）的释放状态。
2永磁的特性分析
2.1磁路饱和特性分析
在对磁路饱和特性分析时需要建立相应的数学模型来完成，如果将坐标实际的旋转变换性当作基础，而永磁同步的电机进实施矢量性的控制，于DQ同步的旋转性坐标系内，实现类似于直流电机控制的性能。对于永磁同步的电机来书，其存在有效的气隙是比较小的，由于发生电枢反应，则其磁场的作用就会导致磁阻出现很大的变化性，且其D轴具有电感同Q轴具有电感就会出存在不相同性，同时转子的结构呈现出不对称状态，导致对磁路饱和产生影响。因为D轴是在永磁体其轴向的位置中，并且其永磁体具有磁导率是和空气具有磁导率呈现十分接近的状态，因此Q轴具有有效的气隙是要小于D轴具有有效的气隙的，按照有限元的软件进行分析，D与Q轴的电感是随着电流变化，其D轴的电感值呈现相对的稳定，而Q轴的电感值是随着Q轴的电流增加呈现出显著性的减小状态。
因为Q轴的电流同转矩是呈现出一种线性的关系状态，于其恒转矩的区域内，若其转矩出现了相应增加，则受到相应饱和作用影响，会让Q轴具有电感出现变小的情况，进而造成其凸极率发生下降，因此，在实际情况中，电机的输出转矩存饱和作用影响而出现降低情况。在其恒转矩的区域内，通过每安电流具有最大的转矩来实施控制，同时其电机具有电感参数的额定运行相应恒值是同电感随着电流实际变化而呈现出非线性的关系状态，按照电机转矩以及机端电压具有输出的曲线关系得知，磁路存在饱和就会对电机的特性产生一定影响。在其转矩出现增加时，其Iq也会出现相应的增加，而电感的参数Lq则受到饱和作用影响，而出现相应的减小，进而导致电机磁阻实际转矩出现一定的变小，因此这就对电机的转矩输出存在很大的影响。同样的原理，其机端的电压也会由于受到饱和作用的影响，而呈现出相应的变化。
在高速的区域中，其区域是呈现出弱磁性的，因为电流圆会对其磁性产生很大的限制，而去磁的电流Id出现增加，则其Iq也随着不断出现减小，因此其磁饱和具有的作用是会下降的，其D轴的电流会不断出现增大，而D轴的电感值略出现增大的情况，且其凸极率呈现出了下降状态，同时电机转矩具有输出的能力也是呈现略为降低情况。若在Q轴位置磁饱和具有作用出现下降趋势后，其Lq的电感值仍然还是要比额定的运行情况下电感值要大很多的，且求增量也是远大于D轴具有的电感增量的，因此，其弱磁区具有输出的转矩能力也就会出现提高，其控制系统发生对其电机磁路具体饱和产生影响，从而达到了一定的补偿效果。
结语
本文通过对双面全钢磁力模板结构的研究，体现了双面全钢磁力模板防护更好、使用更安全、释放状态无剩磁更环保的优点，给出了磁力模板的磁路设计和计算方法。
参考文献
[1]邱明辉.永磁吊的磁路计算[J].大连铁道学院学报，1999，20（3）：4-7.
论文作者:刘凯
论文发表刊物:《城镇建设》2019年11期
论文发表时间:2019/8/26
标签：永磁论文; 磁极论文; 磁力论文; 极性论文; 模板论文; 转矩论文; 磁路论文; 《城镇建设》2019年11期论文;