本發(fā)明涉及低壓電器領(lǐng)域，尤其涉及具有高功率因素且高效節(jié)電的電磁鐵。

背景技術(shù)：

1、電磁鐵是一種應(yīng)用非常廣泛的低壓電器，例如電磁接觸器、電磁閥、電磁牽引器、電磁離合器、電磁制動(dòng)器、電磁吸盤、電磁起重機(jī)、電磁鎖、推拉電磁鐵、高鐵電磁制動(dòng)器、地鐵電磁制動(dòng)器、電梯電磁制動(dòng)器、電磁沖床、電磁釘槍、電磁搗碎機(jī)、電磁切斷機(jī)、電磁動(dòng)力機(jī)、電磁充氣機(jī)、電磁打樁機(jī)、電磁彈射器、磁懸浮列車等器械中均設(shè)有電磁鐵。

2、圖1為傳統(tǒng)電磁鐵的工作原理圖。這種傳統(tǒng)電磁鐵主要由動(dòng)鐵芯m、靜鐵芯g、復(fù)位彈簧f、勵(lì)磁線圈l組成。當(dāng)勵(lì)磁線圈l的a1端、a2端接通ac電壓或dc電壓(以下通稱ac電壓或dc電壓為勵(lì)磁電源)時(shí)，動(dòng)鐵芯m受勵(lì)磁線圈l產(chǎn)生的磁力的作用而與靜鐵芯g吸合；當(dāng)勵(lì)磁線圈l上的勵(lì)磁電源斷開時(shí),動(dòng)鐵芯m失磁并受復(fù)位彈簧f的作用而與靜鐵芯g分離并復(fù)位。

3、其之工作過程可分為“啟動(dòng)”、“吸持”、“復(fù)位”三個(gè)階段。

4、1、啟動(dòng)：勵(lì)磁線圈l與勵(lì)磁電源接通，動(dòng)鐵芯m啟動(dòng)。在此階段，為克服動(dòng)鐵芯m的慣性和復(fù)位彈簧f的彈力，勵(lì)磁電源必須提供較大的功率(以下稱此功率為“啟動(dòng)功率”)動(dòng)、靜鐵芯才能互相吸合。

5、2、吸持：勵(lì)磁線圈l繼續(xù)與勵(lì)磁電源接通，動(dòng)、靜鐵芯繼續(xù)保持吸合的狀態(tài)。在此階段，勵(lì)磁電源只須提供較小的功率(以下稱此功率為“吸持功率”),動(dòng)、靜鐵芯也能繼續(xù)吸合。在此階段，勵(lì)磁電源若提供過大的吸持功率，將造成電能浪費(fèi)并導(dǎo)致電磁鐵不應(yīng)有的發(fā)熱升溫；

6、3、復(fù)位：勵(lì)磁線圈l斷開勵(lì)磁電源，動(dòng)、靜鐵芯分離“復(fù)位”。

7、電磁鐵的用途千差萬別，結(jié)構(gòu)也千差萬別，但它們的工作原理、工作過程均與圖1相同，例如：

8、圖2所示的由靜鐵芯g、勵(lì)磁線圈l、閥芯(相當(dāng)于一段長條形的動(dòng)鐵芯)m、復(fù)位彈簧f組成的傳統(tǒng)“電磁閥”。其之工作過程為：勵(lì)磁電源接通前，電磁閥的入口與出口受活塞阻隔，為隔斷狀態(tài)。勵(lì)磁電源接通后，閥芯(動(dòng)鐵芯)m與靜鐵芯g吸合，活塞隨之向左運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致入口與出口連通。

9、圖3所示的由靜鐵芯g、勵(lì)磁線圈l、動(dòng)鐵芯m、復(fù)位彈簧f組成的傳統(tǒng)“電磁接觸器”(以下簡(jiǎn)稱“接觸器”)的工作過程為：勵(lì)磁電源接通前，動(dòng)觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)連接；勵(lì)磁電源接通后，動(dòng)鐵芯m與靜鐵芯g吸合、動(dòng)觸點(diǎn)與常開觸點(diǎn)連接。

10、圖4所示的由靜鐵芯g、勵(lì)磁線圈l、動(dòng)鐵芯m、復(fù)位彈簧f組成的傳統(tǒng)“推拉電磁鐵”，其工作過程為：勵(lì)磁電源接通后，靜鐵芯g與動(dòng)鐵芯m吸合，其做推的動(dòng)作；勵(lì)磁電源斷開后，靜鐵芯g與動(dòng)鐵芯m分離，其做拉的動(dòng)作。

11、上述的傳統(tǒng)電磁鐵由于在啟動(dòng)與吸持過程中，勵(lì)磁線圈l中均通以相同電壓的勵(lì)磁電源，因此存在以下的嚴(yán)重缺點(diǎn)：

12、1、無謂的耗電：前已述，在啟動(dòng)和吸持過程中,所述的傳統(tǒng)電磁鐵的勵(lì)磁線圈l中均通以相同電壓的勵(lì)磁電源，導(dǎo)致吸持功率過大，造成了無謂的電能消耗；

13、2、發(fā)熱：無謂的電能消耗所產(chǎn)生的惡果是“升溫發(fā)熱”，嚴(yán)重時(shí),甚至?xí)龤鹘y(tǒng)電磁鐵的勵(lì)磁線圈l；

14、3、無“續(xù)流電路”，勵(lì)磁電源切斷瞬間,勵(lì)磁線圈l會(huì)產(chǎn)生高達(dá)千伏甚至數(shù)千伏的自感電動(dòng)勢(shì)，易對(duì)外電路產(chǎn)生干擾并會(huì)造成勵(lì)磁線圈l匝間擊穿。

15、傳統(tǒng)電磁鐵按勵(lì)磁電源的性質(zhì)，可分為交流電磁鐵與直流電磁鐵兩大類。以交流電源作勵(lì)磁電源的稱交流電磁鐵，以直流電源作勵(lì)磁電源的稱直流電磁鐵。無論傳統(tǒng)交流電磁鐵還是傳統(tǒng)直流電磁鐵，均存在以上所述的三條缺點(diǎn)。

16、除了以上共同存在的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)直流電磁鐵、傳統(tǒng)交流電磁鐵還存在以下各自特征的缺點(diǎn)。

17、傳統(tǒng)直流電磁鐵：

18、1、需花錢另配用作勵(lì)磁電源的直流穩(wěn)壓電源，等同于增大了傳統(tǒng)直流電磁鐵的成本。對(duì)于功率較大的傳統(tǒng)直流電磁鐵，所配的直流穩(wěn)壓電源的價(jià)格甚至?xí)^其之價(jià)格；

19、2、直流穩(wěn)壓電源必定占用空間，等同于增大了傳統(tǒng)直流電磁鐵的體積；

20、3、直流穩(wěn)壓電源由交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞯倪^程中，也存在難以避免的ac—dc轉(zhuǎn)換損耗，等同于增大了傳統(tǒng)直流電磁鐵的電能損耗。

21、4、直流穩(wěn)壓電源由交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞯倪^程中，功率因素(power?factor)pf較低，實(shí)測(cè)結(jié)果：一種直流穩(wěn)壓電源帶負(fù)載(帶一種直流電磁閥)后的功率因素僅0.527，等同于傳統(tǒng)直流電磁鐵的功率因素較低。

22、傳統(tǒng)的交流電磁鐵，則相應(yīng)地還存在以下缺點(diǎn)：

23、1、存在煩人的交流噪聲；

24、2、交流電源直接與感性負(fù)載勵(lì)磁線圈l相連接，因此，功率因素pf必然較低。以圖3所示的以交流電源作勵(lì)磁電源的交流接觸器為例，國產(chǎn)cjx2—18型小型交流接觸器實(shí)測(cè)的pf值僅0.269，國外某大牌公司的3tb42型小型交流接觸器的pf值也僅0.281。

25、綜上，針對(duì)傳統(tǒng)電磁鐵的現(xiàn)狀，本領(lǐng)域亟待提供一種新型電磁鐵，以實(shí)現(xiàn)提高功率因素、高效節(jié)電、消除噪聲的多重目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決上述問題，并提供具有高功率因素且高效節(jié)電的電磁鐵。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了具有高功率因素且高效節(jié)電的電磁鐵，包括：動(dòng)鐵芯m、靜鐵芯g、復(fù)位彈簧f、勵(lì)磁線圈l，還包括：串接在勵(lì)磁電源與所述勵(lì)磁線圈l之間的電子單元100，其中：

4、所述電子單元100包括：勵(lì)磁電源開關(guān)電路101、主啟動(dòng)電源電路102、吸持電源電路103、啟動(dòng)吸持轉(zhuǎn)換電路104；其中：

5、所述勵(lì)磁電源開關(guān)電路101包括：勵(lì)磁電源輸入端1011、勵(lì)磁電源輸出端1012和勵(lì)磁電源開關(guān)1013；其中，所述勵(lì)磁電源輸入端1011與勵(lì)磁電源的li端相連接，所述勵(lì)磁電源開關(guān)1013的一端與所述勵(lì)磁電源輸入端1011相連接，另一端與所述勵(lì)磁電源輸出端1012相連接；所述勵(lì)磁電源開關(guān)1013連通時(shí)，所述勵(lì)磁電源隨之接通；

6、所述主啟動(dòng)電源電路102包括：主啟動(dòng)電源第一輸入端1021、主啟動(dòng)電源第二輸入端1022、第一整流電橋1023、主啟動(dòng)電源第一輸出端1024和主啟動(dòng)電源第二輸出端1025；其中，所述主啟動(dòng)電源第一輸入端1021與所述勵(lì)磁電源輸出端1012相連接，所述主啟動(dòng)電源第二輸入端1022與所述勵(lì)磁電源的另一端ni相連接；所述主啟動(dòng)電源第一輸入端1021和所述主啟動(dòng)電源第二輸入端1022分別與所述第一整流電橋1023的交流輸入端相連接，所述主啟動(dòng)電源第一輸出端1024和所述主啟動(dòng)電源第二輸出端1025分別與所述第一整流電橋1023的直流輸出端的正端、負(fù)端相連接；所述第一整流電橋1023的直流輸出端用于輸出主啟動(dòng)直流電流；

7、所述吸持電源電路103包括：吸持電源第一輸入端1031、吸持電源第二輸入端1032、變壓器1033、吸持電源第一輸出端1034和吸持電源第二輸出端1035；其中，所述吸持電源第一輸入端1031與所述勵(lì)磁電源輸出端1012相連接；所述吸持電源第二輸入端1032與所述勵(lì)磁電源的ni端相連接；所述變壓器1033的初級(jí)線圈的一端與所述吸持電源第一輸入端1031相連接，另一端與所述吸持電源第二輸入端1032相連接；所述變壓器1033的次級(jí)線圈的一端與所述吸持電源第一輸出端1034相連接，所述變壓器1033的次級(jí)線圈的另一端與所述吸持電源第二輸出端1035相連接；

8、所述啟動(dòng)吸持轉(zhuǎn)換電路104包括：?jiǎn)?dòng)吸持第一輸入端1041、啟動(dòng)吸持第二輸入端1042、啟動(dòng)吸持第一輸出端1043、啟動(dòng)吸持第二輸出端1044、常閉開關(guān)1045和第二整流電橋1046；其中，所述啟動(dòng)吸持第一輸入端1041與所述吸持電源第一輸出端1034相連接，所述啟動(dòng)吸持第二輸入端1042與所述吸持電源第二輸出端1035相連接，所述啟動(dòng)吸持第一輸入端1041與所述啟動(dòng)吸持第二輸入端1042分別與所述第二整流電橋1046的2個(gè)交流輸入端相連接；所述啟動(dòng)吸持第一輸出端1043與所述第二整流電橋1046的直流正端、所述主啟動(dòng)電源第一輸出端1024、所述勵(lì)磁線圈l的a1端均相連接；所述啟動(dòng)吸持第二輸出端1044與所述第二整流電橋1046的直流負(fù)端、所述勵(lì)磁線圈l的a2端、所述常閉開關(guān)1045的一端均相連接；所述常閉開關(guān)1045的另一端與所述1025端相連接，所述第二整流電橋1046用于輸出吸持直流電流，為所述勵(lì)磁電感l(wèi)供電；

9、在啟動(dòng)階段，所述勵(lì)磁電源開關(guān)1013為閉合狀態(tài)，所述常閉開關(guān)1045也為閉合狀態(tài)，所述第一整流電橋1023輸出主啟動(dòng)直流電流，所述第二整流電橋1046輸出吸持直流電流，所述主啟動(dòng)直流電流和所述吸持直流電流同時(shí)為所述勵(lì)磁電感l(wèi)供電；在吸持階段，所述勵(lì)磁電源開關(guān)1013為閉合狀態(tài)，所述常閉開關(guān)1045為斷開狀態(tài)，所述主啟動(dòng)直流電流的電流值為零，所述吸持直流電流為所述勵(lì)磁電感l(wèi)供電。

10、可選的，所述勵(lì)磁電源為ac電源，所述勵(lì)磁線圈l包括交流電磁鐵的勵(lì)磁線圈和直流電磁鐵的勵(lì)磁線圈；

11、當(dāng)所述勵(lì)磁線圈l為直流電磁鐵的勵(lì)磁線圈時(shí)，所述勵(lì)磁電源開關(guān)1013為受dc電壓控制的開關(guān)。

12、可選的，所述第一整流電橋1023的交流輸入端包括：第一交流輸入端ac11和第二交流輸入端ac12；所述第一整流電橋1023的直流輸出端包括：直流輸出正端dc11和直流輸出負(fù)端dc12；其中，所述第一整流電橋1023的第一交流輸入端ac11與所述主啟動(dòng)電源第一輸入端1021相連接，所述第一整流電橋1023的第二交流輸入端ac12與所述主啟動(dòng)電源第二輸入端1022相連接；所述第一整流電橋1023的直流輸出正端dc11與所述主啟動(dòng)電源第一輸出端1024相連接，所述第一整流電橋1023的直流輸出負(fù)端dc12與所述主啟動(dòng)電源第二輸出端1025相連接，并輸出所述主啟動(dòng)直流電流為所述勵(lì)磁電感l(wèi)供電；

13、所述第二整流電橋1046的2個(gè)交流輸入端包括：第三交流輸入端ac21和第四交流輸入端ac22，其中，所述第二整流電橋1046的第三交流輸入端ac21與所述啟動(dòng)吸持第一輸入端1041相連接，所述第二整流電橋1046的第四交流輸入端ac22與所述啟動(dòng)吸持第二輸入端1042相連接。

14、可選的，所述第一整流電橋1023包括：第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3和第四二極管d4；其中，

15、所述第一二極管d1的正極與所述直流輸出負(fù)端dc12相連接，所述第一二極管d1的負(fù)極與所述第一交流輸入端ac11相連接；

16、所述第二二極管d2的正極與所述直流輸出負(fù)端dc12相連接，所述第二二極管d2的負(fù)極與所述第二交流輸入端ac12相連接；

17、所述第三二極管d3的正極與所述第二交流輸入端ac12相連接，所述第三二極管d3的負(fù)極與所述直流輸出正端dc11相連接；

18、所述第四二極管d4的正極與所述第一交流輸入端ac11相連接，所述第四二極管d4的負(fù)極與所述直流輸出正端dc11相連接。

19、可選的，所述第二整流電橋1046包括：第六二極管d6、第七二極管d7、第八二極管d8和第九二極管d9；其中：

20、所述第六二極管d6的正極與所述第四交流輸入端ac22相連接，所述第六二極管d6的負(fù)極與所述第二整理電橋1046的直流正端dc21相連接；

21、所述第七二極管d7的正極與所述第三交流輸入端ac21相連接，所述第七二極管d7的負(fù)極與所述第二整理電橋1046的直流正端dc21相連接；

22、所述第八二極管d8的正極與所述第二整理電橋1046的直流負(fù)端dc22相連接，所述第八二極管d8的負(fù)極與所述第三交流輸入端ac21相連接；

23、所述第九二極管d9的正極與所述第二整理電橋1046的直流負(fù)端dc22相連接，所述第九二極管d9的負(fù)極與所述第四交流輸入端ac22相連接。

24、可選的，該電磁鐵還包括：第一電容c1和第二電容c2，其中：

25、所述第一電容c1的一端與所述第二整流電橋1046的直流正端dc21相連接，所述第一電容c1的另一端與所述第二整流電橋1046的直流負(fù)端dc22相連接；

26、所述第二電容c2的正極與所述第二整流電橋1046的直流正端dc21相連接，所述第二電容c2的負(fù)極與所述第二整流電橋1046的直流負(fù)端dc22相連接。

27、可選的，該電磁鐵還包括：第五二極管d5，所述第五二極管d5采用超快恢復(fù)二極管，其中：

28、所述第五二極管d5的正極與所述第二整流電橋1046的直流負(fù)端dc22相連接，所述第五二極管d5的負(fù)極與所述第二整流電橋1046的直流正端dc21相連接。

29、可選的，該電磁鐵還包括：限流電阻rk，其中：

30、所述限流電阻rk的一端與所述常閉開關(guān)相連接，所述限流電阻rk的另一端與所述主啟動(dòng)電源第二輸出端1025相連接。

31、并且，可選的，所述常閉開關(guān)包括以下至少之一：電子開關(guān)、機(jī)械開關(guān)、電磁開關(guān)、光電開關(guān)和接近開關(guān)。

32、可選的，調(diào)整所述吸持電源電路103的變壓器的變壓比，以調(diào)整所述吸持直流電流的電流值。

33、由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了具有高功率因素且高效節(jié)電的電磁鐵，在傳統(tǒng)的電磁鐵中增加串接在勵(lì)磁電源與勵(lì)磁線圈l之間的電子單元100。應(yīng)用本發(fā)明，可以取得以下有益效果：

34、1、可大幅度提高功率因素pf。本發(fā)明所指的“主啟動(dòng)電源電路102”、“吸持電源電路103”所提供的啟動(dòng)直流電流、吸持直流電流都是dc電流，因此，本發(fā)明的工作過程進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，所述勵(lì)磁線圈l就相當(dāng)于一只電阻器與一只理想電感的串聯(lián)組合，因此，功率因素pf必然趨于1。經(jīng)本發(fā)明的論證樣機(jī)檢測(cè)，國內(nèi)某著名公司生產(chǎn)的cj20—160中型接觸器，加裝本發(fā)明的電子單元100之后，功率因素pf就由原0.403上升至0.927。

35、2、可高效節(jié)電。經(jīng)本發(fā)明的論證樣機(jī)檢測(cè)，圖2所示的一種電磁閥,原吸持功率為60.6w，應(yīng)用本發(fā)明后吸持功率下降至1.5w，節(jié)電效率高達(dá)97.5％。

36、3、可低熱運(yùn)行。應(yīng)用本發(fā)明可高效節(jié)電。高效節(jié)約了電能，運(yùn)行時(shí)必然低熱。

37、4、可寂靜無噪聲地運(yùn)行。本發(fā)明所指的“主啟動(dòng)電源電路102”、“吸持電源電路103”所提供的啟動(dòng)直流電流、吸持直流電流都是dc電流，因此，運(yùn)行時(shí)寂靜無可聞噪聲。

38、5、可避免勵(lì)磁電感l(wèi)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)所造成的危害。傳統(tǒng)的電磁鐵由于未設(shè)續(xù)流回路，因此其之勵(lì)磁電感l(wèi)中電流突變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高達(dá)千伏甚至數(shù)千伏的自感電動(dòng)勢(shì)，易對(duì)外電路產(chǎn)生干擾并會(huì)造成勵(lì)磁線圈l匝間擊穿。本發(fā)明為所述勵(lì)磁線圈l設(shè)立了三條續(xù)流回路，可避免所述自感電動(dòng)勢(shì)所造成的危害。

39、6、可用本發(fā)明替代傳統(tǒng)直流電磁鐵配置的直流穩(wěn)壓電源。作此替代，可使所述傳統(tǒng)直流電磁鐵取得以下的有益效果：避免了所配置的直流穩(wěn)壓電源的ac—dc轉(zhuǎn)換損耗、提升了功率因素pf、降低了因配置直流穩(wěn)壓電源而增加的成本和增加的體積。