專利名稱：帶有一個(gè)安全裝置的電永久磁鐵起重機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁鐵起重機(jī)，尤其是帶有一個(gè)控制磁鐵工作點(diǎn)的安全裝置的電永久磁鐵起重機(jī)。
已知，起重機(jī)根據(jù)所用的磁鐵類型，即永磁鐵，電永久磁鐵和電磁鐵，分為三類。每種起重機(jī)有其自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷。
永磁鐵起重機(jī)具有幾乎可忽略的能量損耗和產(chǎn)生的磁力可靠地恒定及獨(dú)立于外電源的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，如果需要，也不可能增加磁力，并且提升重負(fù)荷的磁鐵非常龐大。此外，負(fù)荷分離需要使用相當(dāng)大的機(jī)械力以減少磁力至小于負(fù)荷重量的值。另一種方法，為了使磁鐵從負(fù)荷移開(kāi)，磁鐵要被制成可移動(dòng)的，才能減少磁鐵引力。
相反地，對(duì)于電磁鐵起重機(jī)可以通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)整在產(chǎn)生電磁場(chǎng)的線圈內(nèi)流動(dòng)的電流而隨意改變磁鐵引力。但是，任何斷電，即使是短暫的，也會(huì)立即消除磁鐵引力，并因而引起負(fù)荷分離。因此顯然保障供電連續(xù)性的安全系統(tǒng)是必要的。
電永久磁鐵起重機(jī)本質(zhì)上結(jié)合了以上所述兩種起重機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。這是由于使用了可逆型永磁鐵，即其極性通過(guò)使用一個(gè)電脈沖可輕易逆轉(zhuǎn)的磁鐵?？赡娲盆F因而產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)磁通，它也能修正其中所包含的一個(gè)常規(guī)的永磁鐵的磁通。因此可以當(dāng)起重機(jī)要被制動(dòng)時(shí)使這兩個(gè)磁鐵短路，或使它們并聯(lián)放置以起動(dòng)起重機(jī)。由于逆轉(zhuǎn)可逆磁鐵只需一個(gè)電脈沖而不是連續(xù)的供電，所以影響電磁鐵的安全問(wèn)題被克服了。同時(shí)，盡管使用了永磁鐵，仍可以在一定范圍內(nèi)改變磁鐵引力，并且負(fù)荷分離可以最小的能量損耗輕易進(jìn)行而無(wú)需復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來(lái)移動(dòng)磁鐵。
但是，電永久磁鐵，相對(duì)于其它兩種磁鐵來(lái)說(shuō)，由于可逆磁鐵的特殊磁化曲線而在工作不穩(wěn)定性方面具有缺陷。事實(shí)上可逆磁鐵通常是由具有高電感對(duì)應(yīng)于減少的抗磁力的磁滯特征的鋁-鎳-鈷(alnico)合金制成的。這一特性允許修正構(gòu)成電永久磁鐵的永磁鐵中的磁通量。
然而，磁化曲線有一個(gè)“拐點(diǎn)”，超過(guò)該拐點(diǎn)的可逆磁鐵的特性仍為線性的部分，但比第一部分中的更為陡峭。這涉及對(duì)應(yīng)于小的矯頑磁力變化的大的電感變化。實(shí)際上這意味著電永久磁鐵起重機(jī)被所提升物體的動(dòng)態(tài)特性大大地影響。事實(shí)上已知被這樣一個(gè)裝置所提升的平臺(tái)的振動(dòng)涉及空氣間隙的變化，和相應(yīng)的整個(gè)磁路的磁阻的變化，這可使起重機(jī)的磁性物質(zhì)的工作點(diǎn)漂移到上述“拐點(diǎn)”之下。這一動(dòng)態(tài)特性甚至被所提升的物體的些微變化所影響，因此微小的偏差或幾乎不可測(cè)的彎曲就足以引起磁動(dòng)勢(shì)的顯著變化，因而使起重系統(tǒng)很不穩(wěn)定性。
在已知的起重機(jī)中有一個(gè)用于測(cè)量與任何類型磁鐵相同的磁鐵引力的系統(tǒng)。這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)僅用于通過(guò)比較所產(chǎn)生的磁力和所要提升的負(fù)荷重量而計(jì)算出安全操作系數(shù)。其實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)把一個(gè)測(cè)量線圈放在靠近與負(fù)荷相接觸的極靴位置，以便很精確地測(cè)量與負(fù)荷相連的全部磁通量。這樣一個(gè)測(cè)量明顯地不表示工作點(diǎn)，所以不能對(duì)可逆磁鐵的不穩(wěn)定性引起的危險(xiǎn)，如果有的話，發(fā)出信號(hào)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)帶有一個(gè)安全裝置的電永久磁鐵起重機(jī)，該安全裝置允許根據(jù)實(shí)際的工作情況來(lái)控制起重設(shè)備的不穩(wěn)定性，如果有的話。
這樣一個(gè)目的通過(guò)一個(gè)帶有能測(cè)量可逆磁鐵的單獨(dú)影響及其相應(yīng)的工作點(diǎn)的傳感器的起重機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
因此本起重機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)不但指明全部安全系數(shù)而且指明不穩(wěn)定條件處理的方法來(lái)保證最高運(yùn)行安全。
根據(jù)本發(fā)明的起重機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合由測(cè)量可逆磁鐵磁通的傳感器提供的數(shù)據(jù)和測(cè)量全部磁通量的傳感器提供的數(shù)據(jù)，可以補(bǔ)償由于在激勵(lì)的極性與負(fù)荷之間的空氣間隙引起的磁性散射而導(dǎo)致的后者的讀數(shù)誤差，該誤差與空氣間隙的大小成正比。
從以下一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)敘述中及參考附圖，根據(jù)本發(fā)明的起重機(jī)的其它優(yōu)點(diǎn)及特征對(duì)于本專業(yè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是明顯的，其中附

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)起重機(jī)在非工作期的正面示意圖，左半邊為剖面圖；附圖2是附圖1中的起重機(jī)對(duì)稱的一半的部分水平剖面圖；附圖3是可逆磁鐵和永磁鐵的磁化曲線圖；和附圖4是附圖1中的起重機(jī)在負(fù)荷傳送期的示意圖。
參考附圖1，根據(jù)本發(fā)明的電永久磁鐵起重機(jī)以一種已知的方式含有一個(gè)外部支撐結(jié)構(gòu)，多個(gè)磁鐵以及一個(gè)調(diào)整和控制單元。
支撐結(jié)構(gòu)包括一個(gè)上部塊1，帶有接頭2用以固定起重裝置，例如一個(gè)升降架；四個(gè)側(cè)面3和一個(gè)封閉的底板4。很明顯為了使磁路的磁阻最小，這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)由良磁導(dǎo)性物質(zhì)制成。
每個(gè)電永久磁鐵由一個(gè)可逆磁鐵5和一個(gè)永磁鐵6分別一個(gè)放在另一個(gè)上而構(gòu)成?？赡娲盆F5的配極放置在由鋁-鎳-鈷制成的鐵芯5a的水平邊，在鐵芯周圍放著一個(gè)換向線圈5b用來(lái)控制磁極轉(zhuǎn)換。當(dāng)起重機(jī)不工作時(shí)，如附圖1中所示，北極(N)在上面，南極(S)在下面。
永磁鐵6包括多個(gè)沿鐵芯6b側(cè)面放置的鐵氧體塊6a。鐵芯6b通過(guò)多個(gè)穿過(guò)鋁-鎳-鈷鐵芯5a的棒7固定在塊1上，并通過(guò)螺母8緊固到相配的位置9中。這樣，永磁鐵5也固定在塊1下。鐵芯6b向下伸入極靴6c，從底板4伸出并準(zhǔn)備與所提升的負(fù)荷接觸。
鐵氧體塊6a的配極布置清楚地表示在附圖2中，其中在所有的面上北極面對(duì)著鐵芯6b，南極朝外。
以上描述涉及安放在附圖1中所示的起重機(jī)的左邊的，即在半邊剖面圖中可見(jiàn)的磁鐵5,6。為了閉合箭頭所示的磁路，另一個(gè)極性相反的電永久磁鐵被相稱地放在起重機(jī)的右半邊。換句話說(shuō)，裝有第二個(gè)其南極在上面，北極在下面的可逆磁鐵6＇。第二個(gè)永磁鐵6＇也包括多個(gè)其南極面對(duì)鐵芯6b＇，北極朝外的鐵氧體塊6a＇(見(jiàn)附圖2)。
這個(gè)磁鐵裝置產(chǎn)生一個(gè)包含三束基本上以附圖1中箭頭所示方向定向的磁力線的磁場(chǎng)。中間一束磁力線除了穿過(guò)外部支撐結(jié)構(gòu)的某些部分外，還穿過(guò)位于其中的兩個(gè)可逆磁鐵5,5＇，兩個(gè)鐵芯6b,6b＇和置于其間的鐵氧體塊6a,6a＇。而旁邊兩束磁力線只穿過(guò)可逆磁鐵5,5＇中的一個(gè)，鐵芯6b,6b＇中的一個(gè)和位于這些鐵芯之一與側(cè)面3之間的鐵氧體塊6a,6a＇中的一個(gè)。這些彼此相關(guān)的磁力線，在起重機(jī)中流動(dòng)，使靠近極靴6c,6c＇的鐵磁性負(fù)荷不會(huì)被起重機(jī)吸住。
調(diào)整和控制回路至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)換線圈5b的控制回路10，分別放置在鐵氧體塊6a上和下的一個(gè)第一磁性傳感器11和一個(gè)第二磁性傳感器12，以及至少一個(gè)用于處理來(lái)自上述傳感器11和12的信號(hào)的安全裝置13。下面的磁性傳感器11包括例如一個(gè)用于測(cè)量與負(fù)荷相連的磁通量的具有環(huán)繞鐵芯6b底部的回路的線圈。上面的磁性傳感器12，包括例如具有環(huán)繞鐵芯6b上部的回路的另一個(gè)線圈，由于它允許測(cè)量可逆磁鐵5的單獨(dú)作用，是該起重機(jī)的創(chuàng)新方面，它將在后面解釋。
盡管單獨(dú)一對(duì)傳感器11和12足以控制一個(gè)電永久磁鐵的一對(duì)磁極的工作，但為了得到更大的測(cè)量精確度，最好每個(gè)電永久磁鐵都裝備有它自己的一對(duì)傳感器。因此，一個(gè)下面的線圈和一個(gè)上面的線圈(未在圖中示出)也環(huán)繞磁鐵的鐵芯6b＇放置，二者均與安全裝置13相連，以便通過(guò)平均兩對(duì)線圈的讀數(shù)而減少測(cè)量誤差。
參考附圖3，顯示剩余磁感應(yīng)Br和矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc之間的關(guān)系的磁化曲線，具有取決于起重機(jī)磁鐵類型的兩個(gè)不同的特征。特別是，可逆磁鐵5,5＇的磁化曲線14，與永磁鐵6,6＇的曲線15不同，在“拐點(diǎn)”17和對(duì)應(yīng)于零級(jí)的矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc的剩余磁感應(yīng)Br的軸之間有一個(gè)很短的直線段16。過(guò)了“拐點(diǎn)”17，磁化曲線14非常傾斜并顯示出磁滯現(xiàn)象，從而，如果起重機(jī)的工作點(diǎn)偶然地進(jìn)入那個(gè)區(qū)域，則它的起重力是不穩(wěn)定的，因?yàn)槭Ｓ啻鸥袘?yīng)Br會(huì)由于矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc的微小變化而迅速改變，并且由于磁滯現(xiàn)象而在這兩個(gè)數(shù)量之間沒(méi)有雙向單射。
現(xiàn)在再參考附圖4，一個(gè)鐵磁性負(fù)荷18可以通過(guò)把它放在靠近極靴6c,6c＇的位置和通過(guò)轉(zhuǎn)變穿過(guò)相應(yīng)換間線圈的可逆磁鐵5,5＇的極性而被根據(jù)本發(fā)明的起重機(jī)吸住。因此這些磁力線不再如附圖1中所示的與那些永磁鐵6a,6a＇的磁力線相連而是所有的磁力線通過(guò)負(fù)荷18,因?yàn)?，由于特殊的磁鐵布置，磁路被迫離開(kāi)磁極6c而回到磁極6c＇。在這種情況下產(chǎn)生了包含三束磁力線的一個(gè)磁場(chǎng)，但磁力線基本上以附圖4中箭頭所示的方向而定向并因此同心。
特別地應(yīng)注意，通過(guò)可逆磁鐵5,5＇的磁力線不通過(guò)鐵氧體塊6a,6a＇，因此不被那兒所產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響。所以傳感器12探測(cè)僅由可逆磁鐵產(chǎn)生的磁通強(qiáng)度，而傳感器11也探測(cè)鐵氧體塊6a,6a＇的作用。
本實(shí)施例中的安全裝置13包括一個(gè)受控于一個(gè)微處理器的電子電路，該微處理器接收被傳感器11和12傳送并隨后被放大和轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的信號(hào)作為輸入。裝置13為了分別得到電永久磁鐵的全部磁力和可逆磁鐵5,5＇在曲線14上的工作點(diǎn)而處理傳感器11和12的信號(hào)。通過(guò)互相比較這些值，裝置13補(bǔ)償傳感器11所測(cè)的磁通量與實(shí)際穿過(guò)負(fù)荷18的磁通量之間的差異。這個(gè)差異來(lái)自由于空氣間隙Δ，即負(fù)荷18和極靴6c,6c＇之間距離的變化而造成的磁通散射。附圖4中左邊表示磁力線在真實(shí)條件下穿過(guò)空氣間隙Δ(被放大的)的情況，即帶有散射效應(yīng)，右邊表示磁力線在理想條件下的情況，即沒(méi)有散射效應(yīng)。
由于傳感器12放置在永磁鐵上，故裝置13可決定可逆磁鐵5,5＇在附圖3中曲線14上的工作點(diǎn)，并相應(yīng)地順序計(jì)算空氣間隙Δ的大小，感應(yīng)Br的值，與負(fù)荷18的磁通匝連數(shù)和最終作用在負(fù)荷18上的有效磁力。因此為了消除由于空氣間隙Δ而產(chǎn)生的磁通散射所造成的誤差，安全裝置13的軟件包括一個(gè)能自動(dòng)修正傳感器11的讀數(shù)的特殊運(yùn)算。
如果作用于負(fù)荷18的有效磁力不足以起重，或可逆磁鐵5,5＇的工作點(diǎn)不在直線段16上，則裝置13立即以聲或光報(bào)警信號(hào)或類似的信號(hào)向操作者發(fā)出危險(xiǎn)情況信號(hào)。
顯然以上所述和圖示的根據(jù)本發(fā)明的起重機(jī)的實(shí)施例僅是一個(gè)易進(jìn)行各種修正的例子。特別地，制造磁鐵的材料可以根據(jù)起重機(jī)的需要而改變。例如，永磁鐵可由釹或其它稀土金屬制成。
同樣很明顯，在根據(jù)本發(fā)明的起重機(jī)的另一個(gè)實(shí)施例中，磁傳感器11和12可以不用線圈型的，而采用其它類型的傳感器，如霍爾效應(yīng)傳感器。
權(quán)利要求
1．一種起重機(jī)，包括至少一個(gè)被安排成以其極性沿垂直軸方向取向的可逆磁鐵(5,5＇)，它放置在至少一個(gè)磁鐵(6,6＇)上，磁鐵(6,6＇)帶有至少一對(duì)其極性沿水平軸方向取向的永磁鐵(6a,6a＇)，它們放在適于接觸所要提升的負(fù)荷(18)的至少一個(gè)鐵磁性鐵芯(6b,6b＇)的旁邊；并包括至少一個(gè)放在靠近上述鐵磁性鐵芯的底板(6c,6c＇)的磁傳感器(11)，其特征在于為了基本上測(cè)量通過(guò)可逆磁鐵(5,5＇)的單獨(dú)磁通量，它包括至少另一個(gè)放置在所述永磁鐵(6a,6a＇)上面的傳感器(12)，及包括用于處理上述磁傳感器(11,12)所傳送的信號(hào)和得到起重機(jī)在可逆磁鐵(5,5＇)的磁化曲線(14)上的工作點(diǎn)的一個(gè)安全裝置(13)。
2．根據(jù)上述權(quán)利要求的起重機(jī)，其特征在于它包括一對(duì)可逆磁鐵(5,5＇)，每個(gè)磁鐵皆被安排成以其極性相互顛倒地沿一個(gè)垂直軸方向取向而放在一個(gè)帶有多個(gè)永磁鐵(6a,6a＇)的一個(gè)磁鐵(6,6＇)之上，永磁鐵(6a,6a＇)被安排成以其極性沿水平軸方向取向而放在一個(gè)鐵磁性鐵芯(6b,6b＇)的旁邊，其中可逆磁鐵(5,5＇)產(chǎn)生的磁通連接在一起。
3．根據(jù)上述權(quán)利要求的起重機(jī)，其特征在于它包括一個(gè)放在兩個(gè)鐵磁性鐵芯(6b,6b＇)中的每一個(gè)的底板的磁傳感器(11)，和另一個(gè)要放在兩個(gè)可逆磁鐵(5,5＇)中的每一個(gè)與相關(guān)的永磁鐵(6a,6a＇)之間的磁傳感器(12)。
4．根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的起重機(jī)，其特征在于可逆磁鐵(5,5＇)中的至少一個(gè)由含有鋁，鎳和鈷的金屬合金制成。
5．根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的起重機(jī)，其特征在于磁傳感器(11,12)中的至少一個(gè)包括一個(gè)其回路環(huán)繞上述鐵磁性鐵芯(6b,6b＇)的一部分的線圈。
6．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的起重機(jī)，其特征在于磁傳感器(11,12)中的至少一個(gè)包括一個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器。
7．根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的起重機(jī)，其特征在于可逆磁鐵(5,5＇)和永磁鐵(6a,6a＇)被放在良磁導(dǎo)性結(jié)構(gòu)(1,3,4)內(nèi)，鐵磁性鐵芯(6b,6b＇)從該結(jié)構(gòu)的底板部分地突出。
8．根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的起重機(jī)，其特征在于安全裝置(13)包括由接收磁傳感器(11,12)傳送并轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的信號(hào)作為輸入的一個(gè)微處理器來(lái)控制的一個(gè)電子電路。
9．根據(jù)上述權(quán)利要求的起重機(jī)，其特征在于安全裝置(13)根據(jù)通過(guò)磁傳感器(11,12)所測(cè)值的差異來(lái)計(jì)算穿過(guò)起重負(fù)荷(18)的磁通量。
10．根據(jù)上述權(quán)利要求的起重機(jī)，其特征在于安全裝置(13)包括一個(gè)報(bào)警裝置，如果在可逆磁鐵(5,5＇)的磁化曲線(14)上的起重機(jī)的工作點(diǎn)，不在拐點(diǎn)(17)和對(duì)應(yīng)于零級(jí)的矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度(Hc)的剩余磁感應(yīng)(Br)的軸之間的直線段(16)上，則自動(dòng)起動(dòng)它。
全文摘要
一種起重機(jī),包括至少一個(gè)被安排成以其極性沿垂直軸方向取向的可逆磁鐵(5,5′),它放置在至少一個(gè)磁鐵(6,6′)上,磁鐵(6,6′)帶有至少一對(duì)其極性沿水平軸方向取向的永磁鐵(6a,6a′),它們放在適于接觸所要提升的負(fù)荷(18)的至少一個(gè)鐵磁性鐵芯(6b,6b′)的旁邊;至少一個(gè)磁傳感器(11),它靠近上述鐵磁性鐵芯的底板(6c,6c′)放置,和另一個(gè)用于基本上測(cè)量通過(guò)可逆磁鐵(5,5′)的單獨(dú)磁通量的磁傳感器(12),它放在上述永磁鐵(6a,6a′)上;以及一個(gè)用于處理上述磁傳感器(11,12)所傳送的信號(hào)和得到起重機(jī)在可逆磁鐵(5,5′)的磁化曲線(14)上的工作點(diǎn)的安全裝置(13)。
文檔編號(hào)B66C1/00GK1225188SQ97195122
公開(kāi)日1999年8月4日 申請(qǐng)日期1997年8月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月4日
發(fā)明者格雷戈里·E·埃列斯 申請(qǐng)人:瑞爾菲克斯公司