電磁式操縱負荷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
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2．2．2 制作電磁作動筒材料的選擇
制作電磁作動筒材料的選擇與導磁率有關(guān)。導磁率是表示物質(zhì)磁化性能的一個物理量，是物質(zhì)中磁感應(yīng)強度B與磁場強度H之比，又稱為絕對磁導率。物質(zhì)的絕對磁導率和真空磁導率比值稱為相對磁導率。鑄鐵的相對磁導率為200～400；硅鋼片為7 000～10 000；鎳鋅鐵氧體為10～1 000；鎳鐵合金為2 000；錳鋅鐵氧體為300～5 000；坡莫合金為20 000～200 000；空氣的相對導磁率為1．000 000 04；鉑為1．000 26；汞、銀、銅、碳(金剛石)、鉛等均為抗磁性物質(zhì)，其相對磁導率都小于1；銅具有抗磁性，相對導磁率也有0．999 90；純鐵為順磁性物質(zhì)，其相對磁導率會達到400以上，用銅裹住鐵并不能阻斷磁力，在某些特殊情況下，銅的抗磁性會表現(xiàn)出來。各種物質(zhì)導磁性有所差異，如空氣、材料、銅、鋁、橡膠、塑料等相對導磁率近似為1，他們具有抗磁性。而鐵磁性材料如鑄鐵、鑄鋼、硅鋼片、鐵氧體、坡莫合金等材料具有良好的導磁性能，可用于導磁，也可用于隔磁。由此可知，電磁作動筒所采用的幾種材料，其導磁率應(yīng)該近似一樣，同時為了提高系統(tǒng)效率，要求線圈覆蓋面積大，且不易過厚。
2．2．3 電磁作動筒的工作原理
電磁作動筒示意圖如圖4所示，活動桿中的七塊磁鐵NS極的排列方向是同極相對，所以從左到右依次為S極N極、N極S極、S極N極、N極S極、S極N極、N極S極、S極N極，并且相鄰的兩個線圈的磁場方向不同。磁鐵的磁力線從N極出發(fā)穿過線圈，然后再回到S極。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/187442.htm
線圈和低碳鋼筒構(gòu)成了定子。外筒是由低碳鋼制成的，低碳鋼的磁阻是比較小的，而且成本比較低、強度又比較大，適合做電磁作動筒的外殼。
定子的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，線圈繞在鋁管上，相鄰線圈由尼龍隔開，線圈裝在外筒內(nèi)，兩端由低碳鋼法蘭固定，外筒和法蘭同時起到導磁和隔磁的作用。
當活動桿中的永久磁鐵的磁力線從N極出發(fā)回到S極，形成了一個閉合回路，磁力線會穿過線圈。磁力線的路徑是走從N極到S極的最短路線。線圈一般采用銅線。線圈與線圈之間的連接物，也就是圖3中線圈兩邊的陰影部分，它們是由尼龍制成的。因為尼龍與銅的導磁性相當，為了提高工作效率，一般增加線圈所圍面積。從活動桿中永久磁鐵N極出發(fā)的磁力線穿過線圈進入鋼筒(假設(shè)磁力線是垂直進入線圈的)，低碳鋼筒相當于一個導磁機構(gòu)，讓磁力線通過然后再穿過線圈回到磁鐵的S極，這樣就形成了一個閉合的回路。這樣的設(shè)計有利于集中磁鐵所發(fā)出的磁力線，減少磁場的浪費。
當線圈通電時，線圈產(chǎn)生磁場，由物理電磁學方面的知識可以知道線圈內(nèi)部的磁場是勻強磁場。因為線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場對活動桿的影響很微小，可以忽略不計，假設(shè)活動桿相對線圈的位移方向已知，當磁鐵的磁力線穿過通電線圈時，通電線圈就會受到力的作用，因為電流的方向和磁力線的穿過方向都是已知的，所以線圈受力方向也是可以判斷出來的。由圖4可以知道，活動桿相鄰的線圈電流方向是相反的，相鄰的磁鐵極性是同級相對。所以用左手定則，對每個線圈進行受力分析，可以判斷出每個線圈的受力方向。
由公式F=nBILsinθ可以知道線圈受力的大小。其中n為線圈的匝數(shù)；B為磁鐵的磁感強度；I為線圈中通電流的大小；L為線圈一圈的周長；θ為I與B的夾角。可以假設(shè)磁力線是垂直進入線圈的，即θ為90°，則公式可簡化為F=nBIL，當活動桿發(fā)生位移時，線圈不同部位因為穿過的磁力線方向不同，所受力的方向也不同，而n不同導致所受力的大小不同，因為銅線的粗細是均勻的，所以線圈的匝數(shù)在某種程度上可以表示位移量。由于磁場強度B只由磁鐵產(chǎn)生，所以可以認為是穩(wěn)恒不變的，則力F是一個與位移量及通電線圈電流大小有關(guān)的函數(shù)。增大位移量或電流大小，都可以在不同程度上增加F的大小。
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